《解析〈计算机网络原理（谢希仁第八版）〉第三章答案要点》
一、第三章主要内容概述
《计算机网络原理（谢希仁第八版）》的第三章主要围绕数据链路层展开，数据链路层处于网络体系结构中的第二层，起着将网络层的数据报封装成帧，在相邻节点的链路上进行可靠传输的重要作用，这一章节涵盖了多个关键概念和技术，如数据链路层的功能、成帧、差错控制、流量控制等。
二、数据链路层的功能
1、链路管理
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- 链路管理负责建立、维持和释放数据链路连接，在通信双方开始进行数据传输之前，需要先建立连接，就像在打电话之前要先拨通号码建立通话线路一样，这个过程涉及到对物理链路的初始化、参数协商等操作，在以太网中，设备需要通过自动协商机制来确定链路的工作模式（如传输速率是10Mbps、100Mbps还是1000Mbps等）。
- 当数据传输过程中出现故障或者传输结束时，链路管理还要负责释放连接，以节约网络资源。
2、帧定界、同步与透明传输
- 成帧是数据链路层的基本功能之一，它将网络层的IP数据报封装成帧，以便在链路上进行传输，帧定界就是确定帧的界限，也就是找出一个帧的开始和结束位置，常用的帧定界方法有字节填充法和比特填充法。
- 字节填充法在面向字符型的数据链路层协议中使用，在PPP协议中，如果帧的数据部分出现了与帧定界符相同的字符，就会在这个字符前面插入一个转义字符，从而实现透明传输，即数据部分可以包含任何字符组合，接收方能够正确识别出帧的边界和数据内容。
- 比特填充法用于面向比特型的数据链路层协议，它通过在数据中特定的比特模式处插入额外的比特来实现帧定界，接收方再将这些额外的比特去除，恢复原始数据。
3、差错控制
- 数据在传输过程中可能会出现差错，数据链路层需要采用差错控制技术来保证数据的可靠性，差错控制主要包括检错和纠错。
- 检错编码是通过在发送的数据中添加冗余信息，使得接收方能够检测出数据是否发生错误，循环冗余校验（CRC）码是一种广泛使用的检错码，发送方根据数据生成CRC码并附加在数据后面一起发送，接收方收到数据后，用相同的算法重新计算CRC码，如果计算结果与收到的CRC码不同，则说明数据在传输过程中发生了错误。
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- 纠错编码不仅能检测出错误，还能纠正错误，海明码就是一种纠错码，它通过在数据中增加一定数量的冗余位，根据这些冗余位的取值能够确定错误的位置并进行纠正，不过，纠错编码的实现相对复杂，开销也较大，在实际的数据链路层中，更多的是采用检错重传的方式。
4、流量控制
- 流量控制的目的是确保发送方发送数据的速度不会超过接收方能够接收和处理数据的速度，如果发送方发送数据过快，接收方的缓冲区可能会溢出，导致数据丢失。
- 停止 - 等待流量控制是一种简单的流量控制方法，发送方发送一帧后就停止发送，等待接收方的确认，接收方收到帧后，如果正确则发送确认帧给发送方，发送方收到确认帧后再发送下一帧，这种方法虽然简单，但效率较低。
- 滑动窗口流量控制是一种更高效的流量控制方法，发送方和接收方都有一个窗口，窗口内的帧可以进行发送和接收，发送方根据接收方的窗口大小和网络状况动态调整自己的发送窗口，从而实现流量控制。
三、相关技术在实际中的应用及意义
1、在局域网中的应用
- 以以太网为例，数据链路层的这些功能对于以太网的正常运行至关重要，在以太网中，帧的封装和定界使得数据能够在局域网内的各个节点之间正确传输，差错控制保证了数据的准确性，当数据在以太网上传输出现错误时，如由于电磁干扰等原因，CRC校验能够检测到错误并触发重传机制，提高了网络的可靠性。
- 流量控制在以太网中也有体现，特别是在多设备共享网络带宽的情况下，当多个设备同时向网络发送数据时，如果没有有效的流量控制，可能会导致网络拥塞，通过数据链路层的流量控制技术，可以合理分配网络资源，确保每个设备都能正常进行数据传输。
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2、在广域网中的应用
- 在广域网连接中，如通过PPP协议建立的连接，数据链路层的功能同样不可或缺，PPP协议采用字节填充法实现透明传输，使得不同类型的数据（如包含特殊控制字符的数据）能够在广域网上安全可靠地传输，差错控制能够在广域网复杂的网络环境下，检测和纠正数据传输中的错误，保障数据的完整性。
- 流量控制在广域网中更为重要，因为广域网的链路带宽和延迟情况更为复杂，在通过卫星链路进行数据传输时，由于链路的高延迟特性，需要精确的流量控制来避免数据的大量积压和丢失。
3、对网络性能和用户体验的影响
- 数据链路层的有效差错控制和流量控制直接影响网络的性能，低误码率和合理的流量控制能够提高网络的吞吐量，减少数据传输的延迟，对于用户来说，这意味着更快的网页加载速度、更流畅的视频播放和更稳定的网络连接。
- 在在线游戏中，如果数据链路层没有良好的差错控制和流量控制，可能会导致游戏中的角色出现瞬移、卡顿等现象，严重影响用户的游戏体验，而在视频会议中，可靠的数据链路层能够确保视频和音频数据的准确传输，使会议能够顺利进行。
四、总结
《计算机网络原理（谢希仁第八版）》第三章所阐述的数据链路层相关知识是计算机网络体系结构中的重要组成部分，数据链路层的各种功能，从链路管理到帧定界、差错控制和流量控制等，相互配合，共同保障了数据在相邻节点间的可靠传输，这些功能在局域网和广域网等不同网络环境中的应用，对提高网络性能、保障用户体验有着不可忽视的作用，深入理解这些内容有助于我们更好地掌握计算机网络的工作原理，为网络的设计、优化和故障排除等工作奠定坚实的基础。
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