##数据链路协议

链路层

什么叫物理链路

  链路就是一条无源的从点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换节点。在进行通信时，两台计算机的通信通路是由多条链路串接而成的。

什么是数据链路

  当需要在一条链路上通信时，除了需要物理链路，还需要一些规程来控制这些数据的传输，把实现这些规程的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路

• 目的：通过一些数据链路规程，在不太可靠的物理链路传输上实现可靠的数据传输
• 实现方法：流量控制，差错控制
• 作用：改善数据传输质量，向网络层提供高质量的服务

如何实现可靠传输

差错控制

• 差错产生的原因：数据在信道传输的过程中，通道有一定的噪声存在，接收方接受到的信号是信号与噪声的叠加，当接收方通过取样判断信号电平时出现错误时，就会引起通信数据的差错
• 差错控制方法：前向纠错和自动请求重发
• 前向纠错：接收方不但能发现错误，还能根据纠错码自动纠正传输差错
• 自动请求重发：接收方校验检错码，发现错误后，要求发送方重新发送数据包

自动请求重发

  自动请求重发又可以称为后向纠错，包括停止等待ARQ协议和连续连续ARQ协议

停止等待ARQ协议

  原理如下，发送方A向接收方B发送数据帧0，并设置超时定时器T0，开始等待，接收方收到数据帧0后，开始校验，如果正确发送ACK给A，A收到ACK，取消定时器T0，开始发送数据帧1，并设置超时定时器T1，如下图

如果接收方B校验发现错误，则发送NAK给A，请求重传，A收到NAK后，重新发送数据帧0，设置超时定时器T0，开始等待，如下图

上面都是没有考虑丢包的情况，那如果数据丢失了会怎样呢？

• T0在传输的过程直接丢掉了，接收方没有收到T0，所以不会有ACK和NAK传输回去，所以只能等到时间T0到了，A重新发送数据帧
• ACK丢了，ACK丢了，A收不到接收方的反馈，在时间T0到了之后，认为这个数据库丢失了，开始重新发送数据帧T0，这时B已经收到了T0，当再次收到T0的时候，将后收到的T0数据帧丢掉，并继续发送ACK。
• NAK丢了，NAK丢了，A收不到接收方的反馈，在时间T0到了之后，开始重新发送数据帧T0，当B接收到，并校验正确后，收下数据帧并发送ACK给A。

那么这样的协议有什么问题呢？

• 通信通道的利用率不高，每次只传输一个数据帧，要保证这一个数据帧传输到了，接收双方确认过了才开始传输下一个数据帧，有较长的等待时间
• 为了克服这一缺点，有了连续ARQ协议

连续ARQ协议

  发送方在发送完一个数据帧后，不是停留下来等待确认，而是可以连续发送若干个数据帧，由于减少了等待时间，提高了吞吐率

每个数据帧都需要进行编号并关联一个定时器，当接收到ACK(n)时取消定时器Tn-1 发送方A不断发送数据帧data0，data1，datan,并设置相应的定时器T0,T1,TN

这时候接收方B做什么呢，和停止等待ARQ协议一样，一个一个接收数据帧，校验正确发送ACK(n)，错误发送ACK(n-1),这时候为什么不是发送NAK了呢，这边的ACK(N)，代表n-1个数据帧已经接收到了，现在需要发送方发送N个数据帧，当有问题或者没有收到时，就需要发送ACK(n-1)让发送方重发n-1个数据帧。这是发送方收到ACK后直接发送数据帧么，不是，因为发送方是连续发送的，所以所需的数据帧很可能已经在路上了，这是需要把N-1的定时器取消。

那如果数据丢失了会怎样呢？

• DATA(N)数据帧丢失：第n帧数据丢失，接收方收不到DATA(N),后续收到的数据帧都要丢弃，并且发送ACK(N)给发送方，要求重发数据帧DATA(N)，这时发送方需要从DATA(N)开始重发数据帧，并设置定时器
• ACK(n):ACK(N)丢失对于连续ARQ来说问题不大，ACK(N)丢失了，接下来ACK(N+1)发送出去，接收方收到了也会取消之前的定时器，只要有一个ACK发送到就行

那么发送方能无限制的发送数据么，无限的发送会出现什么问题呢

• 发送方在收到确认前发送的数据帧越多，重发的数据帧就越多，造成浪费
• 数据帧编号是有限的，因此编码是有重复的，在没有收到确认前不能发送重复编号的帧，不然会造成混乱
  所以比必须对发出去的，但是没有收到确认的帧数做出限制。

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