数据链路层概述
王道计算机网络数据链路层整理超详细版
王道计算机⽹络数据链路层整理超详细版数据链路层的基本概念结点：主机、路由器链路：⽹络中两个结点之间的物理通道，链路的传输介质主要有双绞线、光纤和微波。
分为有线链路、⽆线链路。
数据链路：⽹络中两个结点之间的逻辑通道，把实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路。
帧：链路层的协议数据单元，封装⽹络层数据报。
数据链路层负责通过⼀条链路从⼀个结点向另⼀个物理链路直接相连的相邻结点传送数据报。
（把⽹络层交付给它的数据报安全、⽆差错地传给相邻结点）数据链路层的功能概述数据链路层在物理层提供服务的基础上向⽹络层提供服务，其最基本的服务是将源⾃⽹络层来的数据可靠地传输到相邻结点的⽬标⽹络层。
其主要作⽤是加强物理层传输原始⽐特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上⽆差错的数据链路，使之对⽹络层标表现为⼀条⽆差错的链路。
功能⼀：为⽹络层提供服务。
⽆确认⽆连接服务，有确认⽆连接服务，有确认⾯向连接服务。
功能⼆：链路管理，即连接的建⽴、维持、释放（⽤于⾯对连接的服务）。
功能三：组帧。
功能四：流量控制（限制发送⽅）。
功能五：差错控制（帧错/位错）。
封装成帧封装成帧就是在⼀段数据的前后部分添加⾸部和尾部，这样就构成了⼀个帧。
接收端在收到物理层上交的⽐特流后，就能根据⾸部和尾部的标记，从收到的⽐特流中识别帧的开始和结束。
⾸部和尾部包含许多的控制信息，她们的⼀个重要作⽤：帧定界（确定帧的界限）帧同步：接收⽅应当能从接收到的⼆进制⽐特流中区分出帧的起始和终⽌。
组帧的四种⽅式：1、字符计数法 2、字符（节）填充法 3、零⽐特填充法 4、违规编码法1、字符计数法帧⾸部使⽤⼀个计数字段（第⼀个字节，⼋位）来标明帧内字符数。
⽬的结点的数据链路层收到字节计数值时，就知道后⾯跟随的字节数，从⽽确定帧结束位置。
问题：如果计数字段出错，即失去了帧边界划分的依据。
2、字符填充的⾸尾定界符法⽤特定字符来定界⼀帧的开始与结束。
数据链路层技术在工业自动化中的应用(三)
数据链路层技术在工业自动化中的应用工业自动化作为现代制造业的核心技术之一，正日益受到重视。
而数据链路层技术作为工业自动化的重要组成部分，在实际应用中发挥着关键的作用。
本文将从多个角度对数据链路层技术在工业自动化中的应用进行探讨。
一、数据链路层概述数据链路层是OSI（开放系统互联）参考模型中的第二层，负责将网络层传输来的数据划分为帧并进行传输，以及处理错误控制和流量控制等问题。
数据链路层技术包括了多种协议和标准，如以太网、工业以太网、CAN总线等。
二、机器人控制与数据链路层在工业自动化的生产线上，机器人控制是不可或缺的一环。
而数据链路层技术则提供了实时、可靠的通信手段，将机器人的控制指令快速传输到目标位置，从而确保生产线的高效运转。
在此过程中，以太网是最常用的数据链路层技术之一，通过以太网可以实现机器人之间的互联以及与上位机之间的通信。
此外，工业以太网的应用也为机器人控制提供了更加灵活和高效的解决方案。
三、传感器数据采集与数据链路层工业自动化系统中的传感器起到了关键的作用，负责采集各种参数和信号，为后续的控制、监控和决策提供数据基础。
而数据链路层技术则为传感器数据的采集和传输提供了支持。
以CAN总线为例，它是一种用于实时应用的网络通信协议，广泛应用于汽车电子和工业自动化领域。
通过CAN总线，传感器可以实时地将采集到的数据传输给控制设备和上位机，从而实现对生产过程的实时监控和调控。
四、数据链路层在无线通信中的应用随着工业自动化的进一步发展，无线通信技术在工业领域中的应用不断增加。
而数据链路层技术在无线通信中同样扮演着重要的角色。
例如，工业无线传感器网络（Industrial Wireless Sensor Networks，IWSN）利用数据链路层技术实现了传感器节点之间的无线通信。
通过采用数据链路层技术，IWSN可以实现对工厂生产设备和环境的实时监测和控制，并将数据传输到上位机进行进一步的处理和分析。
研究生计算机网络知识点归纳总结
研究生计算机网络知识点归纳总结计算机网络是指通过通信线路连接起来的多台计算机系统组成的系统。
它使得世界各地的计算机能够相互通信和共享信息，成为了现代社会的重要基础设施。
作为计算机科学与技术领域中的一个重要学科，研究生阶段的计算机网络课程涵盖了多个知识点。
本文将对这些知识点进行归纳总结，以帮助研究生更好地理解和掌握计算机网络的相关概念和技术。
一、计算机网络基础理论1. 计算机网络概述- 计算机网络定义及基本特点- 计算机网络的分类和应用领域- 计算机网络的基本组成部分和功能2. OSI参考模型- OSI参考模型的层次划分及每层的功能- OSI参考模型与实际网络的对应关系- 各层次的协议和常见的子网划分方式3. TCP/IP协议栈- TCP/IP协议栈的层次结构及每层的功能- TCP/IP协议栈与OSI参考模型的关系- IP地址的分类和子网划分二、计算机网络传输层1. 传输层概述- 传输层的作用和功能- 传输层协议的种类及其特点2. 传输层协议TCP- TCP协议的特点和工作原理- TCP的可靠传输机制及流量控制- TCP的拥塞控制机制和算法3. 传输层协议UDP- UDP协议的特点和工作原理- UDP相对于TCP的优缺点及适用场景三、计算机网络网络层1. 网络层概述- 网络层的作用和功能- 网络层协议的种类及其特点2. 网络层协议IP- IP协议的特点和工作原理- IP地址的分配和转发算法- IP路由选择协议及其特点3. 网络层协议ICMP- ICMP协议的特点和用途- ICMP消息类型及其主要功能四、计算机网络数据链路层和物理层1. 数据链路层概述- 数据链路层的作用和功能- 数据链路层协议的种类及其特点2. 数据链路层协议以太网- 以太网的特点和工作原理- 以太网帧的格式和组成部分- 以太网的接入控制方法和介质访问方法3. 物理层概述- 物理层的作用和功能- 物理层的传输介质和传输方式- 物理层的调制解调和编码技术五、计算机网络安全与管理1. 网络安全概述- 网络安全的重要性和基本概念- 常见的网络安全威胁和攻击方式- 网络安全防范措施和技术2. 网络管理- 网络管理的目标和内容- 网络管理的基本方法和工具- 网络故障排除和性能监测技术六、计算机网络应用1. 客户端/服务器模型- 客户端/服务器模型的基本原理和特点 - 常见的应用层协议和应用场景2. 网络应用开发- 网络应用开发的基本要点和流程- 常用的网络编程技术和框架以上仅为部分研究生计算机网络知识点的归纳总结，详细内容可根据实际课程进行拓展和补充。
第3章 数据链路层
协议思想：协调、控制接收方、发送方的速度。
发送方 接收方
DATA0
协 议 算 法
ACK
发出一帧； 等待； 直到收到ACK 才发送下一帧
DATA1 ACK DATA2 ACK
等待； 将收到的数据帧 上交主机； 发送应答信息； 转到第一步
两种情况的对比（传输均无差错）
不需要流量控制
A B
需要流量控制
A B
停止等待协议的要点
实用的 CRC 检验器都是用硬件完成的。 CRC 检验器能够自动丢弃检测到的出错 帧。因此所谓的“丢弃出错帧”，对上 层软件或用户来说都是感觉不到的。 发送端对出错的数据帧进行重传是自动 进行的，因而这种差错控制体制常简称 为 ARQ (Automatic Repeat reQuest)， 直译是自动重传请求，但意思是自动请 求重传。
是否接收到正确的数据帧？如何告诉发送方？ 能及时处理接收到的数据帧吗？
？传输过程： 会出错吗？会丢失数据帧吗？ ！解决这些问题，是链路层的主要任务。 ！针对这些问题所制定的通信规程就是数据链路层的通信协议。
3.3.1 完全理想化的数据传输
发送方 主 机 A AP1 接收方 AP2 主 机 B 高层
帧的编号问题
任何一个编号系统的序号所占用的比特数一定 是有限的。因此，经过一段时间后，发送序号 就会重复。 序号占用的比特数越少，数据传输的额外开销 就越小。 对于停止等待协议，由于每发送一个数据帧就 停止等待，因此用一个比特来编号就够了。
一个比特可表示 0 和 1 两种不同的序号。
帧的发送序号
时间
重传时间
重传时间的作用是：数据帧发送完毕后若经过了这样长的时 间还没有收到确认帧，就重传这个数据帧。 为方便起见，我们设重传时间为
通信网基础
通信网基础一、概述通信网基础是指网络通信系统中的底层基础设施，为数据传输提供了基本的支持和功能。
通信网基础包括物理层、数据链路层、网络层和传输层。
本文将分别介绍这些层级的基本原理和功能。
二、物理层物理层是通信系统中最底层的层级，主要负责传输原始的比特流。
物理层包括了传输介质、传输速率、编码方式等几个关键要素。
2.1 传输介质传输介质是指数据传输的载体，可以是铜线、光纤、无线电波等。
不同的传输介质有不同的传输特性和传输速率。
选择合适的传输介质可以提升通信质量和速度。
2.2 传输速率传输速率是指单位时间内传输的比特数。
传输速率越高，数据传输越快。
常见的传输速率有bps、Kbps、Mbps和Gbps 等。
2.3 编码方式编码方式是将数据转换为比特流的方法。
常见的编码方式有非归零码、曼彻斯特编码、差分编码等。
选择合适的编码方式可以提高数据的可靠性和安全性。
三、数据链路层数据链路层在物理层之上构建了一个可靠的数据传输通道。
数据链路层负责将原始的比特流划分为数据帧，并添加控制信息，用于进行错误检测和纠正。
3.1 数据帧数据帧是数据链路层传输的基本单位。
数据帧由数据部分和控制信息部分组成。
控制信息包括帧起始符、帧结束符、帧序号等。
3.2 错误检测和纠正数据链路层通过添加校验位来实现错误检测和纠正。
常用的校验位有循环冗余检验（CRC）和海明码等。
校验位可以帮助接收端检测和纠正传输过程中发生的错误。
四、网络层网络层负责将数据从源节点传输到目的节点。
网络层通过选路协议和路由表等方式，为数据选择合适的传输路径。
4.1 选路协议选路协议是网络层的主要功能之一。
常见的选路协议有静态路由和动态路由。
静态路由是管理员手动配置的路由信息，适用于网络结构稳定的环境。
动态路由是根据网络中的拓扑结构和链路状态自动计算出的路由信息，可以适应网络中的变化。
4.2 路由表路由表是记录了网络中不同节点之间的路由信息的表格。
路由表中包含了目的网络地址、下一跳地址和出接口等信息。
数据链路层需要解决的问题
数据链路层的功能
帧的定界
将数据流分割成固 定大小的帧以便于
传输和同步
流量控制
避免发送方过快发 送数据导致接收方
来不及处理
差错控制
检测并修正传输过 程中的错误
同步
保持发送方和接收 方的操作同步
不同类型的数据链路层协议
数据链路层的协 议
数据链路层采用多种协议 以适应不同的网络环境和 技术需求，其中包括点对 点协议、局域网协议和广 域网协议等。
广域网
广域网是一种大范围的网络， 数据链路层在其中负责不同局 域网之间的通信。 它通过光纤、卫星等物理媒介 实现不同局域网之间的连接和 数据传输。
无线通信
无线通信是一种利用无线电波 进行通信的技术，数据链路层 在其中负责无线设备之间的通 信。 它通过无线接入点、基站等设
备实现无线设备之间的连接和
数据传输。
帧的定界的作用
帧的定界是数据链路层确保数据可靠传输的重要机制。它定 义了帧的开始和结束，使得接收方可以正确地定位和提取传 输的数据。
帧的定界的实现
起始位
标识帧的开始，通 常为0
填充位
如果帧长度不是停 止位的整数倍，用
填充位补足
停止位
标识帧的结束，通 常为1
示例：以太网帧的定 界
01 帧前定界
利用特殊字符标识帧的开始
随着数据传输速率的需求不断增加，如何实现高速、 稳定的数据链路成为了一个挑战。
02 无线数据链路
无线数据链路面临着信号干扰、传输距离限制等问 题，需要解决这些挑战以提高无线通信的性能。
03 安全数据链路
数据链路层需要确保数据传输的安全性，以防止数 据被窃取或篡改。
数据链路层的应用场景
局域网
第4章数据链路层
说明：在很多数据链路协议中，使用字符 计数法和一种其它方法的组合
第四章
数据链路层
4.3 差错控制
差错原因与类型
原因：主要是因为在通信线路上噪声干扰的结果 类型：随机错和突发错
热噪声----〉 随机错误 冲击噪声--〉 突发错误 通信过程中产生的传输差错是随机错误和突发错误构成的
误码率Pe
计算机通信的平均误码率要求< 10 －9
发端连续发送M帧，接收端收到后，依 次检验并发出应答帧 若第N帧出错，丢弃第N帧，则缓存第n 帧以后的所有正确帧（要有足够缓存） 接收端发送出错信息（第N帧出错） 发送端收到出错信息则重发第N帧
第四章
数据链路层
帧丢失情况
两种可能
数据帧丢失 确认帧丢失
解决办法：超时重发
可 能 导 致
重复帧情况 解决重复帧问题：采用帧编号
用物理层信息编码中未用的电信号来作为帧的边界
只适用于物理层编码有冗余的网络
802 LAN：Manchester encoding or Differential Manchester encoding 用 high-low pair/low-high pair表示1/0， high-high/low-low不表示数据，可以用来做 定界符。
N(S) S M 3 4
P/F P/F P/F 5 6
N(R) N(R) M 7 8
A是地址字段（Address），由8位组成 C是控制字段（Control）
信息帧:第一bit为0，2至4比特为当前发送的信息帧的序号 6至8比特则代表为接收序号即期望收到的帧的发送序号 监控帧：1至2比特为“10”， 3至4比特用以代表四种不同 类 型的监控帧，协调双方通信状态（流量控制，差错控 制） 无序号帧：第1至2比特为“11”， 3、4、6、7和8比特用M （Modifier）表示，M的取值不同表示不同功能的无序号帧， 用于建立连接和拆除连接
gige标准总体框架、层级讲解
Gige标准作为工业相机传输接口的一种重要标准，对于工业自动化和视觉检测等领域具有重要意义。
本文将对Gige标准的总体框架和层级进行讲解，希望能够为读者提供一份全面的Gige标准梳理。
二、Gige标准概述1. Gige标准的起源和发展Gige标准是由美国远距离电脑协会（本人A）在2006年发布的，旨在解决工业相机传输接口的标准化问题。
此后，Gige标准经过多年的发展，已成为工业相机领域最重要的传输接口标准之一。
2. Gige标准的作用和意义作为一种高速、稳定的传输接口，Gige标准在工业自动化、机器视觉、医学影像等领域具有广泛应用。
它可以实现高清图像的实时传输和远程控制，为各行业的数字化转型提供了重要支持。
三、Gige标准的总体框架1. 物理层Gige标准的物理层采用了基于以太网的传输技术，支持千兆以太网和百兆以太网两种传输方式。
物理层的设计可以保证图像数据的高速传输和稳定性。
2. 数据链路层数据链路层是Gige标准的核心部分，它定义了数据帧的格式、数据传输的时序和协议等内容。
数据链路层的设计是保证数据传输的可靠性3. 网络层Gige标准采用了TCP/IP协议作为网络层的标准，通过网络层可以实现远程控制和数据传输的功能。
网络层的设计是为了实现图像数据的远程传输和控制。
4. 应用层应用层是Gige标准的最上层，它定义了图像数据的格式、传输方式和控制指令等内容。
应用层的设计是为了保证图像数据的兼容性和可扩展性。
四、Gige标准各层级的详细讲解1. 物理层（1）支持千兆以太网和百兆以太网两种传输方式；（2）采用光纤或双绞线等传输介质，保证数据传输的稳定性；（3）支持自适应速率和全双工传输，满足不同场景下的数据传输需求。
2. 数据链路层（1）定义了Gige Vision数据帧的格式，包括帧起始码、帧头、图像数据和帧尾等部分；（2）采用了CRC校验和时间戳等技术，保证数据传输的可靠性和完整性；（3）支持多个相机同时传输数据，实现多路数据复用和解复用。
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数据链路层：
在网络层和物理层之间，承上启下作用。
信息流向下过程,负责将报文封装成帧，加入头部和尾部信息。
信息流向上过程，负责解除帧头和尾部，并对其做处理。
数据链路层的主要功能作用是将上层的数据报封装成帧和从帧中提取数据报文。
在不同帧的封装中有各自具体不同的应用。
帧概念：
所谓帧就是有自己固定结构和时序的数据块，块中的字节字段都有自己本身的意义。
以帧的定界字符作为帧的开始和结束标识，不同帧的封装模式，定界符是不同的。
通常来讲定界符只占用一个字节的大小，定界字符是固定不变的。
在定界字符之间的数据便是上层的数据报文。
封装概念：
在上层数据报的前面加上头部信息，在数据的末加上尾部信息。
封装类型：
根据接口类型的不同进行不同的封装。
基于以太网接口的以太网封装和802.3封装；
基于串行接口的SLIP和PPP封装；
以太网封装和802.3封装可以支持ip数据报、ARP报文和RARP报文的封装。
以太网帧封装格式：
类型字段：ox0800 ip数据报文
Ox0806 ARP数据报文
Ox8035 RARP数据报文
ARP和RARP数据报的以太网帧是固定64字节长度的；ARP数据报文28字节长度的请求应答数据部分和18字节的PAD数据填充部分，总共46字节；Ip数据报文的以太网帧长度在64字节-1518字节之间；
802.3帧封装格式：
802.2部分
DSAP目的服务接入点字段：
SSAP源服务接入点字段：
ARP数据报文格式：
操作码部分：
Ox0001 ：ARP请求ox0002：ARP应答
Ox0003：RARP请求ox0004：ARAP应答
串行接口的封装：
SLIP和PPP封装只对ip数据报进行封装。
SLIP只做简单的ip报文截取，无mac地址信息，无校验。
PPP可以支持链路层参数的协商（LCP），可以支持同步和异步模式，可以支持不同网络层协议（NCP），可以支持加密认证（PAP、CHAP）。
SLIP帧封装
在ip数据报文的首部和尾部加入相同的帧定界符0xc0，来识别帧的开始和结束，占用一个字节长度。
转义规则：
若在ip数据报文部分出现帧定界字符oxc0，进行转义，oxc0转义为oxdbdc Oxdb转义为dbdd；
PPP封装帧格式：
协议字段：0021 ip数据报
C021 LCP控制信息
8021 NCP控制信息。