什么是數據鏈路層

　　數據鏈路層是OSI參考模型中的第二層，介乎于物理層和網絡層之間。數據鏈路層在物理層提供的服務的基礎上向網絡層提供服務，其最基本的服務是將源自網絡層來的數據可靠地傳輸到相鄰節點的目標機網絡層。為達到這一目的，數據鏈路必須具備一系列相應的功能，主要有：如何將數據組合成數據塊，在數據鏈路層中稱這種數據塊為幀（frame），幀是數據鏈路層的傳送單位；如何控制幀在物理信道上的傳輸，包括如何處理傳輸差錯，如何調節發送速率以使與接收方相匹配；以及在兩個網絡實體之間提供數據鏈路通路的建立、維持和釋放的管理。

　　移動通信系統中Uu口協議的第二層，也叫層二或L2。

　　數據鏈路層的主要功能

　　1. 成幀（幀同步）

　　為了向網絡層提供服務，數據鏈路層必須使用物理層提供的服務。而物理層是以比特流進行傳輸的，這種比特流并不保證在數據傳輸過程中沒有錯誤，接收到的位數量可能少于、等于或者多于發送的位數量。而且它們還可能有不同的值，這時數據鏈路層為了能實現數據有效的差錯控制，就采用了一種”幀”的數據塊進行傳輸。而要采幀格式傳輸，就必須有相應的幀同步技術，這就是數據鏈路層的”成幀”（也稱為”幀同步”）功能。

　　采用幀傳輸方式的好處是：在發現有數據傳送錯誤時，只需將有差錯的幀再次傳送，而不需要將全部數據的比特流進行重傳，這就在傳送效率上將大大提高。

　　采用幀傳輸方式的好處是帶來了兩方面的問題：

　　（1）如何識別幀的開始與結束；

　　（2）在夾雜著重傳的數據幀中，接收方在接收到重傳的數據幀時是識別成新的數據幀，還是識別成重傳幀呢？這就要靠數據鏈路層的各種”幀同步”技術來識別了。”幀同步”技術既可使接收方能從并不是完全有序的比特流中準確地區分出每一幀的開始和結束，同時還可識別重傳幀。

　　2. 差錯控制

　　在數據通信過程中可能會因物理鏈路性能和網絡通信環境等因素，難免會出現一些傳送錯誤，但為了確保數據通信的準確，又必須使得這些錯誤發生的幾率盡可能低。這一功能也是在數據鏈路層實現的，就是它的”差錯控制”功能。

　　在數字或數據通信系統中，通常利用抗干擾編碼進行差錯控制。一般分為4類：前向糾錯（FEC）、反饋檢測（ARQ）、混合糾錯（HEC）和信息反饋（IRQ）。

　　FEC方式是在信息碼序列中，以特定結構加入足夠的冗余位–稱為”監督元”（或”校驗元”）。接收端解碼器可以按照雙方約定的這種特定的監督規則，自動識別出少量差錯，并能予以糾正。FEC最適合于實時的高速數據傳輸的情況。

　　在非實時數據傳輸中，常用ARQ差錯控制方式。解碼器對接收碼組逐一按編碼規則檢測其錯誤。如果無誤，向發送端反饋”確認”ACK信息；如果有錯，則反饋回ANK信息，以表示請求發送端重復發送剛剛發送過的這一信息。ARQ方式的優點在于編碼冗余位較少，可以有較強的檢錯能力，同時編解碼簡單。由于檢錯與信道特征關系不大，在非實時通信中具有普遍應用價值。

　　HEC方式是上述兩種方式的有機結合，即在糾錯能力內，實行自動糾錯；而當超出糾錯能力的錯誤位數時，可以通過檢測而發現錯碼，不論錯碼多少都可以利用ARQ方式進行糾錯。

　　IRQ方式是一種全回執式最簡單差錯控制方式。在該檢錯方式中，接收端將收到的信碼原樣轉發回發送端，并與原發送信碼相比較，若發現錯誤，則發送端再進行重發。只適于低速非實時數據通信，是一種較原始的做法。

　　3. 流量控制

　　在雙方的數據通信中，如何控制數據通信的流量同樣非常重要。它既可以確保數據通信的有序進行，還可避免通信過程中不會出現因為接收方來不及接收而造成的數據丟失。這就是數據鏈路層的”流量控制”功能。

　　數據的發送與接收必須遵循一定的傳送速率規則，可以使得接收方能及時地接收發送方發送的數據。并且當接收方來不及接收時，就必須及時控制發送方數據的發送速率，使兩方面的速率基本匹配。

　　4. 鏈路控制

　　數據鏈路層的”鏈路管理”功能包括數據鏈路的建立、維持和釋放三個主要方面。

　　當網絡中的兩個節點要進行通信時，數據的發送方必須確知接收方是否已處在準備接收的狀態。為此通信雙方必須先要交換一些必要的信息，以建立一條基本的數據鏈路。在傳輸數據時要維持數據鏈路，而在通信完畢時要釋放數據鏈路。

　　5. MAC尋址

　　這是數據鏈路層中的MAC子層主要功能。這里所說的”尋址”與下一章將要介紹的”IP地址尋址”是完全不一樣的，因為此處所尋找的地址是計算機網卡的MAC地址，也稱”物理地址”、”硬件地址”，而不是IP地址。

　　在以太網中，采用媒體訪問控制（Media Access Control， MAC）地址進行尋址，MAC地址被燒入每個以太網網卡中。這在多點連接的情況下非常必需，因為在這種多點連接的網絡通信中，必須保證每一幀都能準確地送到正確的地址，接收方也應當知道發送方是哪一個站。

　　6. 區分數據和控制信息

　　由于數據和控制信息都是在同一信道中傳輸，在許多情況下，數據和控制信息處于同一幀中，因此一定要有相應的措施使接收方能夠將它們區分開來，以便向上傳送僅是真正需要的數據信息。

　　7. 透明傳輸

　　這里所說的”透明傳輸”是指可以讓無論是哪種比特組合的數據，都可以在數據鏈路上進行有效傳輸。這就需要在所傳數據中的比特組合恰巧與某一個控制信息完全一樣時，能采取相應的技術措施，使接收方不會將這樣的數據誤認為是某種控制信息。只有這樣，才能保證數據鏈路層的傳輸是透明的。