组帧¶

组帧 - 数据链路层 - 计算机网络 | 计算机考研杂货铺

数据链路层向上递交/接收的是帧，向下经物理层传输的是比特流。组帧（封装成帧）就是把网络层分组加上帧首、帧尾，变成可独立传输的帧。

主要问题¶

发送方依据一定的规则将网络层递交的分组进行组帧（封装成帧），加上帧首（Header）和帧尾（Trailer），构成数据链路层可独立传输的帧。

组帧的过程需要解决两个主要问题：

• 帧定界：物理层传来的是连续比特流，本身没有"帧"的边界。帧定界要解决的是——接收方如何确定一帧从哪里开始、到哪里结束（通常通过在帧首/帧尾加入定界符，或用字符计数、字节填充、零比特填充等规则划分边界）

• 透明传输：上层数据里可能出现任意比特模式，甚至与定界符相同。透明传输要求接收方链路层能不受这些特殊比特干扰，正确识别帧边界并完整恢复原始 SDU，使网络层"感觉不到"数据曾被封装成帧

组帧方法¶

408 常考四种组帧方法，核心区别：用什么标记帧边界，以及数据与定界符冲突时怎么办。

字符计数法¶

原理：在帧的首部用一个计数字段标明本帧包含的字符数（含计数字段本身）。接收方读到计数值 \(N\)，再连续读取 \(N\) 个字符，即为一帧。

优点：实现简单，无需定界符，天然支持透明传输。

缺点：计数字段一旦传输出错，接收方会永久失去同步——后续所有帧的边界都会错位，且无法自动恢复。

字节填充法¶

也称字符填充法或首尾定界符法。帧格式：FLAG | 首部 | 数据 | 尾部 | FLAG，其中 FLAG 为定界符。

原理：用特殊控制字符 FLAG 标记帧的首尾。若数据中出现了与 FLAG 或转义字符 ESC 相同的字节，发送方在它们前面插入 ESC；接收方遇到 ESC 则去掉它，并将下一字节当作普通数据。

字节填充法是面向字符/字节的组帧，是 HDLC、PPP 等协议的基础思路。

零比特填充法¶

也称比特填充法，面向比特流的组帧，HDLC 采用此法。

原理：

• 定界符：01111110（首尾各一个 0，中间连续 6 个 1）

• 发送方规则：扫描数据部分，每出现连续 5 个 1，就在其后插入一个 0

• 接收方规则：每见到连续 5 个 1 后跟一个 0，就删掉这个 0，还原原始数据

定界符 01111110 含 6 个连续 1，而数据中最多只有 5 个连续 1，因此数据部分不会"误触"定界符。

违规编码法¶

原理：不额外插入填充比特，而是利用物理层编码中本不该出现的信号模式作为帧定界符。以曼彻斯特编码为例：

• 正常数据编码：1 → 高→低跳变；0 → 低→高跳变（每个比特周期内必有跳变）

• 违规编码（定界符）：高→高 表示帧开始；低→低 表示帧结束

由于正常数据比特不会出现"整个周期无跳变"的情况，接收方看到高-高或低-低就知道遇到了帧边界。

优点：无额外比特开销，效率高。

缺点：依赖特定的物理层编码方式，通用性不如填充法。典型应用：IEEE 802.5 令牌环。