1. 概述
在本篇文章中，我们将深入探讨 OSI 模型中数据链路层（Data Link Layer, DLL）的两个子层：LLC（逻辑链路控制）和 MAC（媒体访问控制）。我们将了解它们的职责、工作机制以及常见的协议类型，帮助你更深入地理解网络通信中这一关键环节。
2. 数据链路层简介
OSI 模型将网络通信划分为七层，其中 数据链路层（DLL）位于第二层，处于物理层（第一层）和网络层（第三层）之间。
DLL 的核心职责包括：
- 帧封装（Framing）
- 流量控制（Flow Control）
- 差错控制（Error Control）
- 拥塞控制（Congestion Control）
为了更好地组织功能和提供服务，DLL 被进一步划分为两个子层：
- LLC（Logical Link Control）：逻辑链路控制
- MAC（Media Access Control）：媒体访问控制
LLC 负责与通信链路类型无关的通用控制逻辑，而 MAC 则负责处理共享链路上的访问控制，尤其是在广播链路中。
3. 数据链路层中的链路类型
DLL 中的链路可以分为两种类型：
- 专用链路（Dedicated Link, DL）：点对点连接，只使用链路的一部分带宽
- 广播链路（Broadcast Link, BL）：多个节点共享整条链路带宽
LLC 子层适用于两种链路类型，而 MAC 子层主要处理广播链路中的访问控制问题。
3.1 数据链路层子层结构图
下图展示了数据链路层的典型子层结构：
4. LLC 子层（逻辑链路控制）
LLC 是 DLL 的上层子层，负责节点之间的通信控制，无论是点对点还是广播链路。
LLC 的三大核心功能是：
✅ 帧封装（Framing）
✅ 流量控制（Flow Control）
✅ 差错控制（Error Control）
4.1 帧封装（Framing）
帧封装是将数据打包成帧的过程，通过添加源地址（SA）和目的地址（DA）来标识帧的来源和去向。
帧可以分为：
- 固定长度帧（Fixed-size）：无需帧边界标识
- 可变长度帧（Variable-size）：使用分隔符（flag）标识帧边界
可变长度帧的两种协议：
- 字节导向协议（Byte-oriented）：使用字节填充（Byte-stuffing）来避免标志字符出现在数据中
- 位导向协议（Bit-oriented）：使用位填充（Bit-stuffing）来避免标志模式（如
0111110）出现在数据中
4.2 流量控制（Flow Control）
流量控制用于平衡发送节点和接收节点之间的数据传输速率。常用方法是在发送和接收端设置缓冲区（Buffer）来暂存数据帧。
4.3 差错控制（Error Control）
LLC 层通过 CRC（循环冗余校验）机制来检测帧是否损坏。常见处理方式包括：
- 丢弃损坏帧
- 接收正确帧并选择性回传确认（ACK）
4.4 LLC 协议类型
LLC 子层支持两种通信模式：
- 无连接协议（Connectionless）：帧之间无依赖，独立发送
- 面向连接协议（Connection-oriented）：先建立逻辑连接，再传输数据，最后释放连接
4.5 LLC 子层协议分类
LLC 中常见的协议包括：
PAR（Positive Acknowledgment with Retransmission）
发送方等待确认，超时未收到则重传ARQ（Automatic Repeat Request）
分为：- Stop-and-Wait（停等协议）
- Pipeline（流水线协议）
- Go-Back-N：接收方必须按序接收
- Selective Retransmission（选择性重传）：允许乱序接收
4.6 常见 LLC 协议标准
HDLC（High-Level Data Link Control）
位导向协议，支持 DL 和 BL，使用停等机制，定义三种帧类型：- 信息帧（Informational）
- 监控帧（Supervisory）
- 无编号帧（Unnumbered）
PPP（Point-to-Point Protocol）
用于点对点连接，支持多路复用不同数据载荷，实现连接导向服务和认证机制
5. MAC 子层（媒体访问控制）
MAC 子层主要负责 广播链路中的拥塞控制和访问协调。它接收来自 LLC 层的帧，添加物理地址（即 MAC 地址）后进行转发。
MAC 协议可分为三大类：
✅ 随机访问协议（Random Access Protocols, RAPs）
✅ 受控访问协议（Controlled Access Protocols, CAPs）
✅ 信道化协议（Channelization Protocols, CPs）
5.1 随机访问协议（RAPs）
也称争用协议，节点无需授权即可发送数据，常见协议包括：
- ALOHA：最早的随机访问协议
- CSMA（Carrier Sense Multiple Access）：发送前监听信道
- CSMA/CD（冲突检测）：检测到冲突后处理
- CSMA/CA（冲突避免）：通过退避机制避免冲突（常用于无线网络）
5.2 受控访问协议（CAPs）
节点需协商授权后才能发送数据，常见方式包括：
- 预约（Reservation）：时间划分为周期，每个周期内先预约后发送
- 轮询（Polling）：主设备控制所有通信，次设备被动响应
- 令牌传递（Token Passing）：令牌在节点间传递，持有者可发送数据
5.3 信道化协议（CPs）
通过时间、频率或编码划分共享带宽，常见协议包括：
- FDMA（频分多址）：按频率划分带宽
- TDMA（时分多址）：按时间片划分
- CDMA（码分多址）：使用编码区分用户
- OFDMA（正交频分多址）：结合 FDMA 和 TDMA，高效利用频谱资源
下图展示了 MAC 子层协议的完整分类：
6. 总结
本文详细介绍了数据链路层的两个子层：LLC 和 MAC。
- LLC 负责帧封装、流量控制和差错控制，适用于点对点和广播链路
- MAC 负责广播链路中的访问控制，防止冲突，确保高效通信
我们还分析了多个关键协议，包括 HDLC、PPP、CSMA/CD、CSMA/CA、FDMA、TDMA、CDMA 等，这些协议构成了现代网络通信的基础。
理解 DLL 子层的结构和功能，有助于你更好地掌握网络通信机制，尤其在设计或调试网络应用、协议栈实现、网络设备开发等场景中具有重要意义。