数据通信与计算机网络-第四章-数链-改PPT课件

. 1、数据通信和计算机网络教程(第2版)第5章数据链路层，2， 第5章数据链路层教育目的：把握两种类型的通道数据链路层的基本概念点-点通道的基本问题把握点-点通道PPP协议的基本内容把握局域网的架构和标准掌握以太网的基本知识和使用CSMA/了解CD协议掌握增强以太网的方法的学习内容数据链路层概要数据链路层三个基本问题点到点信道的数据链路层协议广播信道的数据链路层使用了广播信道以太网扩展的以太网高速以太网第5章：内容概述5.1数据链路层概述5.2数据链路层三个基本问题5.3点到点信道数据链路层协议5.4广播信道数据链路层5.5使用广播信道以太网5.6增强以太网5.1数据链路层概述，数据链路层使用的信道主要有两种点对点信道。 使用一对一点对点通信方式的信道。 广播频道。 使用一对多的广播通信方式的信道。 由于广播信道上连接的主机很多，因此通信过程必须使用专用的共享信道协议来调节这些主机的数据传输。5，5.1数据链路层的概要(续1 )，主机H1向H2发送数据.6，5.1数据链路层的概要(续2 )，帧是数据链路层的协议数据单元。 该帧包括头部、数据部分和尾部。 报头中包括帧的控制信息(例如地址、控制等)，其末尾包括帧检查序列，并且数据部分用作存储IP数据报的数据字段。7和5.1数据链路层概述(续3 )，物理链路和数据链路物理链路(link、link )指定相邻的两个节点之间的被动物理链路段，其中中间不存在其他交换节点。 当两台计算机进行通信时，该路径由多个链路串联而成。 这说明一个链路是一条路径的一部分。 数据链接(datalink、逻辑链接)由实现物理线路和通信协议的硬件和软件构成。 数据链路层协议(即链路控制协议)对在不可靠的物理链路上实现可靠的数据传输来说是不可缺少的。 网络适配器(网卡)是一种实现这些协议的硬件和软件，通常具有数据链路层和物理层功能。8、5.1数据链路层的概述(续4 )、物理链路和数据链路层的差异，9、5.1数据链路层的概述(续5 )，并且在数据链路层的讨论中，通常在两个对等体的数据链路层之间绘制数字管线并传输该数字管线初始的数据通信协议被称为通信协议(procedure )。 因此，在数据链路层，协议和协议是同义词。 数据链路层在物理层服务的基础上向网络层提供服务。 其基本任务是将在网络层分发的IP数据报封装到帧中并发送到物理层，从物理层接收到的无错误的帧中提取IP数据报并传递给网络层，丢弃有错误的帧。10、5.1数据链路层概述(续6 )，数据链路层的主要功能链路层管理数据链路层的建立、维护和释放。 帧边界的接收器必须从接收的比特流中精确地区分帧的起始和结束，即，帧的边界位置。 透明传输的任意的位组合数据被正确传输。 流量控制的本质是对发送侧的发送数据速率进行控制，不应超过接收侧可忍受的能力。 检错通常在发送侧发送的比特流的后面附加检错码，接收侧计算新检测码，将两者进行比较， 5.1数据链路层概述5.2数据链路层三个基本问题5.3点到点信道数据链路层协议5.4广播信道数据链路层5.5广播信道以太网5.6 点，12，5.2数据链路层三个基本问题5.2.1帧定界符，对等信道数据链路层协议必须解决三个基本问题帧定界符的透明传输错误检测(连接、14、5.2.1帧分割(续2 )、帧分割采用了几种方法。 (1)字节填充方法使用特定的控制字符来划分帧的开始和结束。 标志、嵌入在帧中的内容、帧开始符号、传输前、标志、SOH、嵌入在帧中的内容、EOT、传输前、和帧，例如，HDLC协议通过使用控制字符定义了帧的开始和结束。 另外，15，5.2.1帧分隔(续3 )，比特填充方法是使用特定比特组合01111110来分隔帧的起始和结束的目前最常用的方法。 使用“零位插入删除”技术解决所传输的数据信息中出现特定位组合的问题。16，5.2.1帧分隔(续4 )，字节计数方法用特定字符表示帧的开头，然后使用字节计数字段指示该帧所需的传输字节数。 该方法仅适用于DDCMP协议，具有以下问题：在传输字节计数值时发生错误，无法确定帧的结束边界。 非法比特编码方法采用非法编码作为帧的边界。 该方法仅适用于在物理介质上使用特定比特编码的情况。 例如，在局域网中采用二相码传输的情况下，在每个符号的中点处存在电平跳跃。 显然，在符号中不发生电平跳跃的比特编码是非法比特编码，这种非法比特编码可用作帧的分割。17、5.2.1帧定界符(续5 )，汇总字符填充方法与特定字符集之间的关系密切，实现很复杂。 正确传送字符计数法的字节计数字段很重要。 如果传输不正确，该错误会影响本帧和下一帧。 非法位编码方法只能适用于采用冗馀编码的特殊编码环境，并且在位编码的编码类型上有一定的要求。 现在经常使用的是比特填充法。 随着通信线路的性能改善，许多数据链路层协议还可以使用字节计数方法来提高安全性.18、5.2.2透射传输和透射传输是指，在链路上传输的位的组合无论以什么形式都不影响数据传输的正常进行。 字节填充(byte padding )方法采用字节填充技术。 输入的字节是转义字节(ESC )。 比特填充法采用了“零比特插入、删除”技术。 插入特定的比特组合“01111110”。 字节计数法在字节计数字段中指定要传送的字节数。19、5.2.2透明传输(续1 )、采用字节填充技术的透明传输示例在所传送的数据中有控制字符时，插入转义字符“ESC”(1BH )来解决。 如果转义字符也包含在数据中，则必须在转义字符之前插入转义字符。 接收方必须删除所插入的转义字符。20、5.2.3差错控制，数据信号在传输中可能发生错误： 1可能是0，0可能是1。 比特差错率BER(BitErrorRate )是测量传输错误的测量指标。 该指示符指示在一段时间内传输错误率的比特与所传输的比特总数的比率。 差错率与信噪比有很大的关系。 为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采取各种错误检测措施。 循环冗馀校验CRC是在数据链路层中广泛采用的检错技术。21，5.2.3差错控制(续1 )注意到，帧校验序列FCS和CRC具有不同的意义。 CRC指的是错误检测方法，FCS是具有附加在数据区域后面的错误检测功能的冗馀编码。 循环冗馀校验CRC检错技术只能无错误地接受。 “无错误接收”是指“接收到的所有帧(不包括丢弃的帧)的概率非常接近，可以认为这些帧在传输过程中没有错误”。 换句话说，接收数据链路层接收的帧都没有传输错误(有错误的帧被丢弃并不被接受)。 为了实现“可靠的传输”，需要追加确认和重发的机制。、第二十二、第五章：内容大纲、 5.1数据链路层概述5.2数据链路层三个基本问题5.3点对点信道数据链路层协议5.4广播信道数据链路层5.5使用广播信道以太网5.6扩展以太网5.7高速5.3点到点信道的数据链路层协议5.3.1数据链路层协议概述、数据链路控制协议也称为链路控制协议。 链路控制协议有两种类型：异步协议和同步协议。 表5-1列出了一些常见的数据链路层协议。24、5.3.1数据链路层协议概述(续1 )，在通信线路质量恶劣的时代，数据链路层优选使用可靠的传输协议。 因此，能够实现可靠传输的高级数据链路控制HDLC (高级数据链路控制)成为当时流行的数据链路层协议。 随着技术的进步和通信线路质量的改善，现在HDLC协议很少使用。 在点到点信道中，简单实用的PPP协议成为在因特网上被广泛使用的数据链路层协议。25、5.3.2PPP和PPPoE协议，用户接入因特网有多种方法，都是在连接到因特网服务提供商ISP后才接入因特网。26，5.3.2 PPP和PPPoE协议(续1 )是在用户通过拨号电话线路接入因特网时，一般使用PPP(Poine-to-PointProtocol，点对点协议)协议。 在PPP协议出现之前，互联网从1984年开始使用简单的面向字符的协议SLIP协议，但SLIP存在很多缺点。 1992年制定了点对点协议PPP。 修订后，成为了互联网的正式标准。 1999年还公布了可以在以太网上执行的PPP协议pppoe(pppoe )。 这是现在普及的宽带连接方式ADSL中使用的数据链路层协议。 PPPoE基于两个广泛接受的标准：以太网协议和PPP协议。27、5.3.2PPP和PPPoE协议(接下来2 )是对要求设计简单的PPP协议的帧进行封装、透明传输、检错、连接状态检测、多网络层协议和多种类型的链路的支持、最大传输不设置纠错控制、流控制、序列号创建、仅支持点对点全双工链路通信等功能。28、5.3.2ppp和PPPoE协议(续3 )、PPP协议的结构将IP数据报封装到串行链路中的方法。 同时支持异步链路和面向位的同步链路。 用于建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP (链路控制协议)。 使用此协议，通信伙伴可以协商几个配置选项。 一组网络控制协议NCP。 每个协议都支持不同的网络层协议，如IP、OSI网络层和DECnet。29、5.3.2ppp和PPPoE协议(续4 )、PPPoE协议还需要指出，1999年还发表了能够在以太网上执行的PPP协议(PPPoE协议)。 这是现在普及的宽带连接方式ADSL中使用的数据链路层协议。 PPPoE基于两个广泛接受的标准：以太网协议和PPP协议。 ISP可以使用PPPoE协议来为用户提供便宜的因特网接入服务，并且能够利用诸如PPP的认证之类的功能来有效地管理用户的使用。30，5.3.3 PPP和PPPoE协议帧格式，PPP协议帧格式，其中标志字段F(0 x7E )在一帧中的开始或结束作为PPP帧的定界符。 地址字段A(0 xFF )指示所有站都可以接收此帧。31，5.3.3 PPP和PPPoE协议的帧格式(继续1 )表示控制字段C(0 x03 )为没有序列号的帧。 “协议”字段(2字节)指示信息字段中包含的数据属于哪个网络层协议。 在协议字段为0 x0021时，PPP帧的信息字段为IP数据报。 在协议字段是0 xC021时，信息字段是链路控制协议LCP的数据。 如果“协议”字段是0 x8021，则表示它是网络控制数据。 信息字段用于存储在网络层传输的数据，长度小于1500字节。 帧检查字段FCS规定使用CRC帧检查序列。32、5.3.3PPP和PPPoE协议的帧格式(续2 )、透明传输的实现在同步传输的情况下，通常使用硬件来实现“零位插入删除”的技术，即在发送端，如果发现5个连续的1，就立即填充0。接收端扫描帧内的比特流。 每找到5个连续的1，就删除该5个连续的1之后的1个0。33，5.3.3 PPP和PPPoE协议的帧格式(续3 )，实现透明传输在异步传输时采用特殊的字符填充法。 将信息字段中显示的每个0 x7E字节设置为2字节序列(0 x7D，0 x5E； 0111101、01011110 )。 如果信息字段中有0 x7D字节，则将其表示为2字节序列(0 x7D，0 x5D； 1011101、1011101 )。 如果信息字段包含ASCII代码的控制字符，请在该字符前添加0 x7D字节以用作转义，并更改控制字符的编码。 例如，传输结束控制字符ETX的代码0 x03被转换为2字节序列(0 x7D，0 x23 )。34、5.3.3ppp和PPPoE协议的帧格式(续4 )，为什么PPP协议不使用序列号的可靠传输机制？ 当数据链路层发生错误的概率较低时，使用相对简单的PPP协议是合理的。 在互联网环境中，PPP的信息字段中的数据为IP数据报。 数据链路层的可靠传输对网络层的传输也是不可靠的。 帧检查序列FCS字段确保无错误的接收。35，5.3.3 PPP和PPPoE协议帧格式(续5 )，PPPoE协议帧格式，报头字段6字节，以及版本(4b )，其中值为0 x01； 类型(4b )表示值为0 x01的PPPoE的数据类型的代码(1b )定义PPP会话的会话ID(2B )长度(2B )表示负载的长度，但不包含以太网头和PPPoE头。 协议字段为2字节，值为0 xc021。 PPPoE帧通过以太网传输，必须在该帧前添加三个字段：目的地地址(6字节)、源地址(6字节)、类型(2字节)。 类型字段的值为0 x8864。36、5.3.4ppp协议的状态图是在用户拨打ISP时，路由器的调制解调器确认拨号并建立物理连接。 PC向路由器发送一系列LCP包(封装在多个PPP帧中)。 这些包及其响应选择若干PPP参数、进行网络层配置、NCP将新接入的PC分配临时IP地址，并将PC成为因特网上的主机。 通信结束后，NCP释放网络层连接，回收本来被分配的IP地址。 LCP然后释放数据链路层连接。 最后释放的是物理层的连接。37，5.3.4 PPP协议的状态图(续1 )，设备间链路无，链路静止，链路建立，认证，网络层协议，链路开放，链路末端，物理链路，LCP链路，经认证的LCP链路，经认证的LCP链路和NCP链路物理层连接建立，L