原標(biāo)題：數(shù)據(jù)通信知多少?數(shù)據(jù)通信鏈路層設(shè)計(jì)(上篇)

數(shù)據(jù)通信是指通過某種傳輸介質(zhì)，將數(shù)據(jù)信息從一處傳送到另一處的過程。它是現(xiàn)代信息技術(shù)的基石，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電信、廣播電視等。在數(shù)據(jù)通信中，信息的傳輸是通過將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為特定的信號(hào)形式來實(shí)現(xiàn)的，這些信號(hào)形式可以在不同的傳輸介質(zhì)上傳播。

數(shù)據(jù)通信鏈路層設(shè)計(jì)（上篇）

數(shù)據(jù)鏈路層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要層次，它位于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間。數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)是在物理層提供的傳輸服務(wù)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)相鄰節(jié)點(diǎn)之間無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀傳輸。以下是對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)計(jì)的詳細(xì)探討：

一、數(shù)據(jù)鏈路層的功能

1. 向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)接口：數(shù)據(jù)鏈路層需要向網(wǎng)絡(luò)層提供一個(gè)定義良好的服務(wù)接口，以便網(wǎng)絡(luò)層能夠方便地使用數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)。

2. 處理傳輸錯(cuò)誤：數(shù)據(jù)鏈路層需要負(fù)責(zé)處理在傳輸過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，包括檢錯(cuò)、糾錯(cuò)和重傳等機(jī)制。

3. 調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流：數(shù)據(jù)鏈路層需要調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流，確保慢速的接收方不會(huì)被快速的發(fā)送方淹沒，即實(shí)現(xiàn)流量控制。

二、數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 成幀

• 定義：成幀是指將網(wǎng)絡(luò)層傳來的數(shù)據(jù)報(bào)封裝成數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀是數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)的基本單位。

• 方法：常見的成幀方法有字節(jié)計(jì)數(shù)法、字節(jié)填充的標(biāo)志字節(jié)法、比特填充的標(biāo)志比特法和物理層編碼違禁法等。其中，比特填充的標(biāo)志比特法因其透明傳輸和錯(cuò)誤檢測(cè)能力而得到廣泛應(yīng)用。

2. 差錯(cuò)控制

• 定義：差錯(cuò)控制是指數(shù)據(jù)鏈路層在傳輸過程中檢測(cè)和糾正錯(cuò)誤的能力。

• 方法：差錯(cuò)控制主要包括檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼兩種。檢錯(cuò)碼只能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不能糾正錯(cuò)誤，通常用于局域網(wǎng)中。糾錯(cuò)碼則既能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，又能糾正錯(cuò)誤，但因其需要太多的冗余位，糾錯(cuò)開銷太大，在有線網(wǎng)絡(luò)中極少使用，主要用于無線網(wǎng)絡(luò)中。

3. 流量控制

• 定義：流量控制是指數(shù)據(jù)鏈路層通過某種機(jī)制來限制發(fā)送方的發(fā)送速率，以防止接收方因處理不過來而丟失數(shù)據(jù)。

• 方法：流量控制主要有基于反饋的流控和基于速率的流控兩種。基于反饋的流控在得到接收方許可之前，發(fā)送方不能繼續(xù)發(fā)送；而基于速率的流控則限制發(fā)送方的數(shù)據(jù)傳輸速率，無需利用接收方的反饋信息。在數(shù)據(jù)鏈路層中，通常采用基于反饋的流控方法。

三、數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議

數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是用于在相鄰節(jié)點(diǎn)之間建立、維護(hù)和終止數(shù)據(jù)鏈路連接的規(guī)則和約定。常見的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議有：

1. 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）：用于在兩個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路之間建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和終止連接。PPP協(xié)議具有簡(jiǎn)單、靈活、易于實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。

2. 以太網(wǎng)協(xié)議：以太網(wǎng)是一種廣泛使用的局域網(wǎng)技術(shù)，其數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議包括CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/碰撞檢測(cè)）算法和以太網(wǎng)幀格式等。以太網(wǎng)協(xié)議以其高帶寬、低延遲和易于部署等特點(diǎn)而備受青睞。

3. HDLC（高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制）協(xié)議：HDLC是一種面向比特的同步數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，廣泛應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多點(diǎn)鏈路中。HDLC協(xié)議具有強(qiáng)大的差錯(cuò)控制和流量控制能力，能夠確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

綜上所述，數(shù)據(jù)通信鏈路層設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過合理的成幀、差錯(cuò)控制和流量控制機(jī)制以及選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)相鄰節(jié)點(diǎn)之間無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀傳輸，為上層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供可靠的服務(wù)。