数据链路层是计算机网络体系结构中的关键层次，位于物理层之上、网络层之下。本单元主要探讨数据链路层在实现对等实体间可靠数据传输中的核心功能及典型协议，重点包括差错控制、流量控制、链路管理以及相关协议机制。
一、差错控制机制
数据在物理媒介上传输时，常因噪声、干扰等因素产生误码。数据链路层通过差错检测和纠正技术，确保数据的完整性。常用的差错控制方法包括：
- 奇偶校验：通过添加冗余位，使数据单元中“1”的个数为奇数或偶数，适用于简单的错误检测。
- 循环冗余校验（CRC）：利用多项式除法生成校验码，具有较高的检错能力，广泛用于以太网、无线通信等场景。
- 自动重传请求（ARQ）：如停止-等待ARQ、回退N帧ARQ和选择重传ARQ，通过确认与超时机制实现差错恢复。
二、流量控制技术
为避免发送方速率超过接收方处理能力，数据链路层采用流量控制机制。主要方法有：
- 停止-等待协议：发送方每发送一帧后等待接收方确认，简单但效率较低。
- 滑动窗口协议：允许发送方连续发送多个帧，接收方通过窗口大小动态调整发送速率，提高了信道利用率。典型实例包括Go-Back-N和选择性重传。
三、链路管理
链路管理涉及链路的建立、维护和释放，尤其在点对点通信中至关重要。例如：
- 在PPP（点对点协议）中，通过LCP（链路控制协议）进行链路配置、测试和终止。
- 在局域网中，MAC子层使用CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）或CSMA/CA（冲突避免）管理多节点共享信道。
四、典型数据链路层协议
- PPP协议：广泛应用于拨号上网和广域网连接，支持身份验证、多协议封装，且设计简单、开销低。
- 以太网（Ethernet）：基于CSMA/CD的局域网技术，使用MAC地址进行寻址，帧结构包括前导码、目的/源地址、类型/长度字段、数据及FCS。
- 无线局域网协议：如IEEE 802.11（Wi-Fi），在MAC层采用CSMA/CA机制，并引入RTS/CTS握手机制减少隐藏节点问题。
五、数据链路层设备
- 网桥：基于MAC地址过滤和转发帧，用于连接多个局域网段。
- 交换机：多端口网桥，通过自学习算法构建MAC地址表，实现高效帧交换。
数据链路层通过差错控制、流量控制和链路管理等机制，为上层提供了可靠的数据传输服务。理解其原理与协议，对于设计高效、稳定的网络系统至关重要。
