第3章 数据链路层(1)

1、2问题问题原由原由重点重点能力能力要求要求数据链路层的功能，以太网的工作原理、数据链路层的功能，以太网的工作原理、CSMA/CDCSMA/CD协议协议：数据链路层任务。数据链路层任务。网桥的转发过滤机制，以及透明网桥转发表的建立过程网桥的转发过滤机制，以及透明网桥转发表的建立过程 数据链路层是数据链路层是OSIOSI参考模型中的第二层，介于参考模型中的第二层，介于物理层物理层和和网络层网络层之之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相网络层来的数据

2、可靠地传输到相邻结点的目标机网络层邻结点的目标机网络层。数据链路必须具备一系列相应的功能，主要有数据链路必须具备一系列相应的功能，主要有: :如何将数据组合成数据块，如何将数据组合成数据块，在数据链路层中称这种数据块为在数据链路层中称这种数据块为帧帧，帧是数据链路层的传送单位；如何控，帧是数据链路层的传送单位；如何控制帧在制帧在物理信道物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率速率以以使与接收方相匹配；以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、使与接收方相匹配；以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。维持和释

3、放的管理。 3 数据链路层的最基本的功能是向该层用户提供数据链路层的最基本的功能是向该层用户提供和和数据传送基本服务。数据传送基本服务。是指该层上传输的数据的内容、格式及编是指该层上传输的数据的内容、格式及编码没有限制，也没有必要解释信息结构的意义。码没有限制，也没有必要解释信息结构的意义。传输使用户免去对丢失信息、干扰信息及传输使用户免去对丢失信息、干扰信息及顺序不正确等的担心。在物理层中这些情况都可能顺序不正确等的担心。在物理层中这些情况都可能发生，在数据链路层中必须用纠错码来检错与纠错发生，在数据链路层中必须用纠错码来检错与纠错。数据链路层是对物理层传输原始比特流的功能的。数据链路层是对

4、物理层传输原始比特流的功能的加强，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成加强，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一无差错的线路。一无差错的线路。4 数据链路层是五层协议第二层，位于物理层与网络层之间。一般数据链路层是五层协议第二层，位于物理层与网络层之间。一般而言，可以细分成而言，可以细分成介质访问控制介质访问控制（MACMAC）子层和）子层和逻辑链路控制逻辑链路控制（LLCLLC）子层。子层。 如果您想用尽量少的词来记住数据链路层，那就是：如果您想用尽量少的词来记住数据链路层，那就是： “和和”。数据

5、链路层5 应用层应用层4 运输层运输层3 网络层网络层2 数据链路层1 物理层物理层信道使用一对一的点对点通信方式。信道使用一对一的点对点通信方式。信道使用一对多的广播通信方式信道使用一对多的广播通信方式，过程，过程比比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。 56局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3电话网局域网 主机 H1 向 H2 发送数据，中间经过3个路由器，网络可以是，、。链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运

6、输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动从层次上来看数据的流动局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3电话网局域网链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2仅从数据链路层观察帧的流动仅从数据链路层观察帧的流动7 8 3.1 3.1 使用点对点信道的数据链路层使用点对点信道的数据链路层9是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。何其他的交换结点。一

7、条链路只是一条通路的一个组成部分。一条链路只是一条通路的一个组成部分。除了除了物理线路外，还必须有通信协物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。到链路上，就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。能。 10 数据链路层的数据传输单元一般称之为数据链路层的数据传输单元一般

8、称之为，数据，数据链路层的任务就是将上层的链路层的任务就是将上层的交给交给传输，以及分析物理层提交的数据帧，提取出上层数传输，以及分析物理层提交的数据帧，提取出上层数据交给据交给。1. 1. 的数据链路层把网络层交下来的的数据链路层把网络层交下来的IPIP数据报添加首部和数据报添加首部和尾部封装成帧；尾部封装成帧；2. 2. 把封装好的数据帧发送给把封装好的数据帧发送给的的；3.3. 若若的数据链路层收到的的数据链路层收到的，则从收到的帧中提，则从收到的帧中提取出取出IPIP数据报上交给数据报上交给，否则丢弃这个，否则丢弃这个。11IP 数据报1010 0110帧取出数据数据链路层链路层网络层

9、链路链路结点 A结点 B物理层数据数据链路层链路层结点 A结点 B帧(a)(b)发送帧接收链路链路IP 数据报1010 0110帧装入12 解决这些问题，是链路层的主要任务。解决这些问题，是链路层的主要任务。针对这些问题所制定的通信规程就是数据链路层的通信协议。针对这些问题所制定的通信规程就是数据链路层的通信协议。以多快的速度发送数据帧，即每帧之间相隔多以多快的速度发送数据帧，即每帧之间相隔多长时间？如何确认对方是否收到数据？长时间？如何确认对方是否收到数据？会出错吗？会丢失数据帧吗？会出错吗？会丢失数据帧吗？是否接收到正确的数据帧？如何告诉发送方？是否接收到正确的数据帧？如何告诉发送方？能及

10、时处理接收到的数据帧吗？能及时处理接收到的数据帧吗？14 为了向网络层提供服务，数据链路层必须使用物理层为了向网络层提供服务，数据链路层必须使用物理层提供的服务。而物理层是以比特流进行传输的，这种比特提供的服务。而物理层是以比特流进行传输的，这种比特流并不保证在数据传输过程中没有错误，接收到的位数量流并不保证在数据传输过程中没有错误，接收到的位数量可能少于、等于或者多于发送的位数量。而且它们还可能可能少于、等于或者多于发送的位数量。而且它们还可能有不同的值。有不同的值。 数据链路层为了能实现数据有效的差错控制，就采用了数据链路层为了能实现数据有效的差错控制，就采用了一种一种“”的数据块进行传输

11、。而要采帧格式传输，就必须的数据块进行传输。而要采帧格式传输，就必须有相应的有相应的，这就是数据链路层的，这就是数据链路层的“”（也称（也称为为“”）功能。）功能。 常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是。 早期的数据通信协议曾叫作早期的数据通信协议曾叫作通信规程通信规程(procedure)(procedure)。因此在数据链路层，。因此在数据链路层，和和是同是同义语。义语。 15结点结点结点结点帧帧 3.1 3.1 使用点对点信道的数据链路层使用点对点信道的数据链路

12、层1617 数据链路层提供了数据链路层提供了来检测比特差错，来检测比特差错，其主要使用了帧检验序列其主要使用了帧检验序列FCSFCS来检测比特错误。发送数据前先计来检测比特错误。发送数据前先计算帧的数据部分得出算帧的数据部分得出FCSFCS添加在数据部分后，接收端收到数据后添加在数据部分后，接收端收到数据后添加上添加上FCSFCS后计算验证。后计算验证。 数据链路层的主要工作是添加一个帧头部和帧尾部，数据链路层的主要工作是添加一个帧头部和帧尾部，不同的数据链路层协议可能格式不同，但是基本的格式都类似。不同的数据链路层协议可能格式不同，但是基本的格式都类似。如果我们提供任何数据输入，数据链路层都

13、可以成如果我们提供任何数据输入，数据链路层都可以成功传递，那么我们称之为透明传输，即数据链路层的功能对于网络功传递，那么我们称之为透明传输，即数据链路层的功能对于网络层和上层是透明的。层和上层是透明的。现实的通信链路都不会是理想的，这就是说，传输现实的通信链路都不会是理想的，这就是说，传输过程中有可能过程中有可能1 1变成变成0 0 ，0 0变成变成1 1，这种情况就叫做，这种情况就叫做。 封装成帧是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后封装成帧是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定帧的界限。就构成了一个帧。确定帧的界限。 首部和尾部的一个重要作用就是进行首部和尾部的

14、一个重要作用就是进行。 最大传输单元，是指一种通信协议的某一层上面所能通过的最大传输单元，是指一种通信协议的某一层上面所能通过的最大数据报大小（以字节为单位）。最大传输单元这个参数通常与最大数据报大小（以字节为单位）。最大传输单元这个参数通常与通信接口有关（网络接口卡、串口等）。在通信接口有关（网络接口卡、串口等）。在MACMAC里一般是里一般是15001500个字个字节。节。 18帧结束帧首部IP 数据报帧的数据部分帧尾部 MTU数据链路层的帧长开始发送帧开始19SOH帧帧开始符帧结束符发送在前EOTSOHSOH：报头开始标志，用于表示报文的标题信息或报头的开始。报头开始标志，用于表示报文的

15、标题信息或报头的开始。EOTEOT：发送完毕标志，用以表示一个或多个文本的结束，并拆除链路。发送完毕标志，用以表示一个或多个文本的结束，并拆除链路。SOHSOH和和EOTEOT都是都是ASCIIASCII码中的控制字符码中的控制字符SOHSOH的十六进制编码是的十六进制编码是0101EOTEOT的十六进制编码是的十六进制编码是0404 解决了帧定界后，在接收端就可以确定一个帧的开始和结束。剩下的问解决了帧定界后，在接收端就可以确定一个帧的开始和结束。剩下的问题就是题就是。20SOHEOT出现了“EOT”被接收端当作无效帧而丢弃被接收端误认为是一个帧数据部分EOT完整的帧发送在前 透明传输实际上

16、就是随便什么字符都可以传输。但设想我们在帧中传送透明传输实际上就是随便什么字符都可以传输。但设想我们在帧中传送的字符出现了一个控制字符的字符出现了一个控制字符“”。那么接收端收到这样的数据后，就会。那么接收端收到这样的数据后，就会将原来的将原来的SOHSOH和数据中的和数据中的“”错误地解释为一个帧，但对后面剩下的字符错误地解释为一个帧，但对后面剩下的字符根本就无法解释。根本就无法解释。 如果我们提供任何数据输入，数据链路层都可以成功传递，如果我们提供任何数据输入，数据链路层都可以成功传递，那么我们称之为那么我们称之为，即数据链路层的功能对于网络层和，即数据链路层的功能对于网络层和上层是透明的

17、。上层是透明的。 比如文本字符数据输入，比如文本字符数据输入，SOHSOH和和EOTEOT都可以很好的工作，因都可以很好的工作，因为二者没有交集。但是对于二进制数据输入来说，就有可能在为二者没有交集。但是对于二进制数据输入来说，就有可能在数据中出现数据中出现 0 x01 0 x01 和和 0 x040 x04，导致帧意外地，导致帧意外地和和。 因此，我们需要一种机制来处理这种情况，最经典、最常因此，我们需要一种机制来处理这种情况，最经典、最常用的就是用的就是的方式，的方式，在在SOHSOH和和EOTEOT的前面分别插入的前面分别插入一个转义字符一个转义字符ESC-0 x1BESC-0 x1B，

18、在接收端的数据链路层在将数据送往，在接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除这个插入的转义字符，这就叫做网络层之前删除这个插入的转义字符，这就叫做。21SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始数据EOTEOT经过字节填充后发送的数据字节填充字节填充字节填充字节填充发送在前帧开始符帧结束符22SOH 现实的通信链路都不会是理想的，这就是说，传输过程现实的通信链路都不会是理想的，这就是说，传输过程中有可能中有可能 1 1变成变成0 0, ,0 0变成变成1 1，这种情况就叫做，这种情况就叫做。 数据链路层提供了循环冗余检验数据链路层提供了循环冗余检验C

19、RCCRC方法来检测比特差错，方法来检测比特差错，其主要使用了帧检验序列其主要使用了帧检验序列FCSFCS来检测比特错误。发送数据前先来检测比特错误。发送数据前先计算帧的数据部分得出计算帧的数据部分得出FCSFCS添加在数据部分后，接收端收到数添加在数据部分后，接收端收到数据后添加上据后添加上FCSFCS后计算验证。后计算验证。 在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为率称为 BER (Bit Error Rate)BER (Bit Error Rate)。计算机之间的数据传。计算机之间的数据传输则要求误码率低于输则要求误码率低于1

20、010-6-6 误码率与信噪比有很大的关系。误码率与信噪比有很大的关系。数据链路层并没有向网络层提供可靠传输服务，传输数据链路层并没有向网络层提供可靠传输服务，传输差错一类是差错一类是，还有一类是，还有一类是、或或。完整的传输错误控制是在完整的传输错误控制是在TCPTCP中实现的。中实现的。23 根据数据通信系统的模型，当数据从信源发出，经过通信信根据数据通信系统的模型，当数据从信源发出，经过通信信道传输，道传输，由于信道总存在着一定的由于信道总存在着一定的，数据到达信宿端后，接收，数据到达信宿端后，接收的信号实际上是的信号实际上是的的。接收端在取样时钟作。接收端在取样时钟作用下接收数据，并根

21、据阈值电平判断信号电平。用下接收数据，并根据阈值电平判断信号电平。 如果噪声对信号的影响非常大时，就会造成数据的传输错误。如果噪声对信号的影响非常大时，就会造成数据的传输错误。我们把这种通过通信信道后接收的数据与发送的数据不一致的现象我们把这种通过通信信道后接收的数据与发送的数据不一致的现象称为称为。而分析差错产生的原因与差错类型，并加以检查和。而分析差错产生的原因与差错类型，并加以检查和纠正的方法称为纠正的方法称为。数据数据+ +噪音噪音噪音源噪音源信信 源源信信 道道信信 宿宿24 通信信道中的噪声分为通信信道中的噪声分为和和。是由传输媒体的电子热运动产生的，其特点是时刻存是由传输媒体的电

22、子热运动产生的，其特点是时刻存在，幅度小，干扰强度与频率无关，但频谱很宽，属在，幅度小，干扰强度与频率无关，但频谱很宽，属于随机噪声。于随机噪声。由热噪声引起的差错属于一种由热噪声引起的差错属于一种。是由外界电磁干扰引起的，与热噪声相比，冲击噪声是由外界电磁干扰引起的，与热噪声相比，冲击噪声的幅度较大，是引起差错的主要原因。冲击噪声持续的幅度较大，是引起差错的主要原因。冲击噪声持续时间与数据传输中每个比特的发送时间相比，可能较时间与数据传输中每个比特的发送时间相比，可能较长，因而冲击噪声引起的相邻多个数据位出错呈突发长，因而冲击噪声引起的相邻多个数据位出错呈突发性。性。冲击噪声引起的传输差错称

23、为冲击噪声引起的传输差错称为。 在通信过程中出现的传输差错，是由在通信过程中出现的传输差错，是由和和共同构成的，而造成差错可能的原因包括：共同构成的，而造成差错可能的原因包括：在数据通信中，信号在物理信道上的线路本身的电气特在数据通信中，信号在物理信道上的线路本身的电气特性随机产生的性随机产生的、的畸形和衰减；的畸形和衰减；电气信号在线路上产生电气信号在线路上产生的回波效应；的回波效应；相邻线路之间的相邻线路之间的；大气中的大气中的、电源开关的、电源开关的、自然界磁场的变化以、自然界磁场的变化以及电源的及电源的等外界因素。等外界因素。 是是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，指二进制码元

24、在数据传输系统中被传错的概率，在数值上近似等于：在数值上近似等于： P Pe e=N=Ne e/N/N N N为传输的二进制码元总数，为传输的二进制码元总数，N Ne e为被传错的码元为被传错的码元数数 (1)(1)误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数。的参数。(2)(2)按实际传输要求提出误码率要求。按实际传输要求提出误码率要求。(3)(3)折算成二进制码元。折算成二进制码元。 对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求；越

25、好，要根据实际传输要求提出误码率要求； 差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时，只有被测量的传输二进制比特数越大，才会越接近于真正的，只有被测量的传输二进制比特数越大，才会越接近于真正的。 水平奇（偶）校验码水平奇（偶）校验码垂直奇（偶）校验码垂直奇（偶）校验码水平垂直奇水平垂直奇( (偶偶) )校验码（方阵码）校验码（方阵码） CRCCRC是一种较为复杂的校验方法，是一种较为复杂的校验方法，它先将要发送的信息数它先将要发送的信息数据与一个通信双方共同约定的数据进行除法运算，并根据余数据与一个通信双方共同约定的数据进行除法运算，并根

26、据余数得出一个校验码，然后将这个校验码附加在信息数据帧之后发得出一个校验码，然后将这个校验码附加在信息数据帧之后发送出去。送出去。 接收端接收数据后，将包括校验码在内的数据帧再与约接收端接收数据后，将包括校验码在内的数据帧再与约定的数据进行除法运算，若余数为定的数据进行除法运算，若余数为“0 0”，就表示接收的数据，就表示接收的数据正确，若余数不为正确，若余数不为“0 0”，则表明数据在传输的过程中出错。，则表明数据在传输的过程中出错。 一个一个二进制位串二进制位串表示为一个表示为一个多项式多项式，0 0与与1 1就是多就是多项式的系数。项式的系数。 二进制位串二进制位串与与多项式之间建立多项

27、式之间建立一一对应一一对应的关系的关系如：如：10011001表示为表示为X X3 3+1+1，11101110表示为表示为X X3 3+X+X2 2+X+X。 计算附加码时要用到一个二进制位串，对应一个计算附加码时要用到一个二进制位串，对应一个多项式，叫做多项式，叫做生成多项式生成多项式。 假设假设是是Step1Step1：在发送数据后面添加在发送数据后面添加作为作为被除数被除数；Step2Step2：生成多项式对应的生成多项式对应的二进位串作为除数；二进位串作为除数；Step3Step3：做一种做一种特别的除法特别的除法，这个除法的特点是相减，这个除法的特点是相减时不用一般的减法，而是用时

28、不用一般的减法，而是用异或异或 ；相同数的异或结果是相同数的异或结果是0 0，不同数的异或结果是，不同数的异或结果是1 1。Step4Step4：最后得到的最后得到的r r位位余数就是附加码（余数的位数余数就是附加码（余数的位数比生成多项式比生成多项式对应的对应的二进位串的位数二进位串的位数少少1 1 ）。 假设要传输的原始数据是假设要传输的原始数据是100110100110（6 6位），生成位），生成多项式是多项式是X X2 2+1+1（101101，3 3位），循环冗余检验的计算与位），循环冗余检验的计算与检验过程如下：检验过程如下： 1. 1. 发送方在原始数据后面添加发送方在原始数据后

29、面添加2 2个个0 0 ，添加完，添加完0 0后后的数据为的数据为1001101001100000（8 8位），做被除数。位），做被除数。 2. 2. 生成多项式对应位串生成多项式对应位串101101为除数为除数3 3. . 进行除法运算进行除法运算1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 11 0 1 1 0 11 0 11 0 11 0 10 0 1 1 10 1 0 00 0 1 0 0 1 0 10 0 1余数添加的01 0 0 1 1 0 0 0 1 0 11 0 1 1 0 11 0 11 0 11 0 10 0 1 1 10 1 0 00 0 1 0 0 1 0 10 0 1余数添

30、加的01 0 0 1 1 0 0 0 1 0 11 0 1 1 0 11 0 11 0 11 0 10 0 1 1 10 1 0 00 0 1 0 0 1 0 10 0 1余数添加的01 0 0 1 1 0 0 0 1 0 11 0 1 1 0 11 0 11 0 11 0 10 0 1 1 10 1 0 00 0 1 0 0 1 0 10 0 1余数添加的0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 11 0 1 1 0 11 0 11 0 11 0 10 0 1 1 10 1 0 00 0 1 0 0 1 0 10 0 1余数添加的04. 4. 接收方拥有与发送方相同的生成多项式，把接收方拥

31、有与发送方相同的生成多项式，把接收接收到到的数据作为的数据作为被除数被除数，以生成多项式为，以生成多项式为除数除数，做同样，做同样的除法运算。的除法运算。若最后余数为若最后余数为0 0，则说明数据正确，若余数不为，则说明数据正确，若余数不为0 0，则说明数据出错。则说明数据出错。可以把可以把1001100110011001作为被除数，作为被除数，101101为除数，计算一为除数，计算一下看余数是否为下看余数是否为 循环冗余检验循环冗余检验的关键是的关键是生成多项式的选择生成多项式的选择，生成，生成多项式必须符合一定的数学条件。多项式必须符合一定的数学条件。 现在广泛使用的生成多项式主要有：现在

32、广泛使用的生成多项式主要有：CRC-16CRC-16 （X X1616+X+X1515+X+X2 2+1+1）CRC-CCITT CRC-CCITT （X X1616+X+X1212+X+X5 5+1+1）CRC-32CRC-32（X X3232+X+X2626+X+X2323+X+X2222+X+X1616+X+X1212+X+X1111+X+X1010+X+X8 8+X+X7 7+X+X5 5+X+X4 4+X+X2 2+X+1+X+1） 长度长度分别是分别是1717位与位与3333位，计算出的附加码则是位，计算出的附加码则是1616与与3232位，正好是位，正好是2 2字节与字节与4 4

33、字节。字节。 循环冗余检验循环冗余检验虽然不能检测出所有差错虽然不能检测出所有差错，但其检错能力比奇，但其检错能力比奇偶校验强得多，经理论证明，它可以检测出如下差错：偶校验强得多，经理论证明，它可以检测出如下差错： 全部的奇数个错；全部的奇数个错； 全部的全部的2 2位错；位错； 全部的长度全部的长度小于或等于附加码长度的突发错小于或等于附加码长度的突发错，对于，对于大于大于附加附加码长度的突发错，码长度的突发错，检测出的概率也很大检测出的概率也很大。 循环冗余检验循环冗余检验在在计算机网络计算机网络中得到了广泛应用（中得到了广泛应用（帧检验帧检验），同时还广泛用于，同时还广泛用于数据存储数据

34、存储中的检错。中的检错。 压缩压缩软件软件WinRARWinRAR就利用循环冗余检验来检测就利用循环冗余检验来检测压缩文件压缩文件是否出是否出错。错。 CRCCRC检错率一方面与生成多项式的检错率一方面与生成多项式的阶阶有关，另有关，另一方面与一方面与生成多项式自身生成多项式自身有关。有关。 一般来说阶越高检错率越高，相反越低，但不一般来说阶越高检错率越高，相反越低，但不绝对。绝对。 检错率检错率与与原始数据的原始数据的位数位数和和生成多项式的生成多项式的阶阶有有关，若关，若原始数据的原始数据的位数小于或等于位数小于或等于生成多项式的生成多项式的阶阶，检错率，检错率100%100%。 在在数据

35、后面添加上的冗余码称为数据后面添加上的冗余码称为FCS FCS 循环冗余检验循环冗余检验 CRC CRC 和帧检验序列和帧检验序列 FCSFCS并不等同并不等同。CRC CRC 是一种常用的是一种常用的，而，而 FCS FCS 是添加在数据后是添加在数据后面的面的。FCS FCS 可以用可以用 CRC CRC 这种方法得出，但这种方法得出，但 CRC CRC 并非用来获得并非用来获得 FCS FCS 的唯一方法。的唯一方法。 44(1) (1) 若得出的余数若得出的余数 R = 0R = 0，则判定这个帧没有差错，则判定这个帧没有差错，就就(accept)(accept)。(2) (2) 若余

36、数若余数 R R 0 0，则判定这个帧有差错，就，则判定这个帧有差错，就。 但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。特出现了差错。 只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P P，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。 45 仅用循环冗余检验仅用循环冗余检验 CRC CRC 差错检测技术只能做到无差错差错检测技术只能做到无差错(accept)accept)。 “无差错接受无差错接受”是指：是指：“凡是接受的帧（即凡是接受的帧（即），我们都能以

37、非常接近于），我们都能以非常接近于 1 1 的概率认为这些的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错帧在传输过程中没有产生差错”。 也就是说：也就是说：“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受）。（有差错的帧就丢弃而不接受）。 要做到要做到“”（即发送什么就收到什么）就必（即发送什么就收到什么）就必须再加上须再加上和和机制。机制。 46 47 3.2 3.2 点对点协议点对点协议 PPPPPP48InternetInternet中主要的数据链路层协议中主要的数据链路层协议 SLIP 串行线路的串行线路的InternetIn

38、ternet数据链路层协议数据链路层协议 PPP 点点- -点协议点协议 SLIPSLIP与与PPPPPP用于串行通信的拨号线路上，是目前家庭计算用于串行通信的拨号线路上，是目前家庭计算机或公司用户通过机或公司用户通过ISPISP接到接到InternetInternet主要的协议。主要的协议。 PPP PPP协议能在协议能在之间互相传递之间互相传递的基本结构信息。的基本结构信息。49 现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)PPP (Point-to-Point Protocol

39、)。 用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用 PPP PPP 协议。协议。路由器路由器调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器因特网服务提供者因特网服务提供者(ISP)用户家庭用户家庭拨号电话线拨号电话线 使用使用 TCP/IP 的的 PPP 连接连接使用使用 TCP/IP 的的 客户进程客户进程路由选择路由选择 进程进程至至因因特特网网PC 机机IETF(InternetIETF(Internet工程任务组工程任务组) )在在设计因特网体系结设计因特网体系结构时把其中最复杂的部分放在构时把其中最复杂的部分放在TCPTCP协议中，而网际协议协议

40、中，而网际协议lPlP则相则相对比较简单对比较简单，它，它提供的是不可靠的数据报服务。在这种情况下，提供的是不可靠的数据报服务。在这种情况下，数据链路层没有必要提供比数据链路层没有必要提供比IPIP协议更多的功能。因此，对数据协议更多的功能。因此，对数据链路层的帧，不需要纠错，不需要序号，也不需要流量控制。链路层的帧，不需要纠错，不需要序号，也不需要流量控制。IETFIETF把把“”作为首要的需求作为首要的需求。简单的设计还可使协议在实现时不容易出错，从而使不同厂商在简单的设计还可使协议在实现时不容易出错，从而使不同厂商在协议的不同实现上其互操作性提高了协议的不同实现上其互操作性提高了。协议。

41、协议标准化的一个主要目标准化的一个主要目的就是提高协议的互操作性。的就是提高协议的互操作性。 数据链路层数据链路层的协议非常简单：的协议非常简单：接收方每收到一个帧，就进行接收方每收到一个帧，就进行CRCCRC检验检验。若。若CRCCRC检验正确，就收下这个帧；反之，就丢弃这个帧，其他检验正确，就收下这个帧；反之，就丢弃这个帧，其他什么也不做什么也不做。51PPPPPP协议必须规定特殊的字符作为帧定界符协议必须规定特殊的字符作为帧定界符（即标志个帧的开始和结束的字符），以便使接收端从收到（即标志个帧的开始和结束的字符），以便使接收端从收到的比特流中能准确地找出帧的开始和结束位置。的比特流中能准

42、确地找出帧的开始和结束位置。PPPPPP协议必须保证数据传输的透明性。这就是协议必须保证数据传输的透明性。这就是说，如果数据中碰巧出现了和帧定界符一样的比特组合时，就说，如果数据中碰巧出现了和帧定界符一样的比特组合时，就要采取有效的措施来解决这个问题。要采取有效的措施来解决这个问题。PPPPPP协议必须能够在在同一条物理链路协议必须能够在在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议（如上同时支持多种网络层协议（如IPIP和和IPXIPX等）的运行。当点对等）的运行。当点对点链路所连接的是局域网或路由器时，点链路所连接的是局域网或路由器时，PPPPPP协议必须同时支持协议必须同时支持在链路所连接的局

43、域网或路由器上运行的各种网络层协议。在链路所连接的局域网或路由器上运行的各种网络层协议。除了要支持多种网络层的协议外，除了要支持多种网络层的协议外，PPPPPP还还必须能够在多种类型的链路上运行。例如：串行的（一次只发必须能够在多种类型的链路上运行。例如：串行的（一次只发送一个比特）或并行的（一次并行地发送多个比特），同步的送一个比特）或并行的（一次并行地发送多个比特），同步的或异步的，低速的或高速的，电的或光的，交换的（动态的）或异步的，低速的或高速的，电的或光的，交换的（动态的）或非交换的。或非交换的。 52*4/54/5其实是说其实是说PPPPPP要对上对下都有很好的支持兼容性要对上对下

44、都有很好的支持兼容性*必须能够对接收端收到的数据帧进行检查，并必须能够对接收端收到的数据帧进行检查，并立即丢弃有差错的帧，否则，浪费资源。立即丢弃有差错的帧，否则，浪费资源。PPPPPP协议要具有一种机制能够及时（不超协议要具有一种机制能够及时（不超过几分钟）自动检测链路是否处于正常工作状态，当出现故障的过几分钟）自动检测链路是否处于正常工作状态，当出现故障的链路隔了一段时间后重新恢复正常工作时，就特别需要有这种及链路隔了一段时间后重新恢复正常工作时，就特别需要有这种及时检测功能。时检测功能。（对各种点对点的链路设置对各种点对点的链路设置MTUMTU标准默认标准默认值。值。能协商网络层的地址。

45、能协商网络层的地址。协商数据压缩算法。协商数据压缩算法。 53 不需要考虑纠错、流量控制、序号、多点线路和半双不需要考虑纠错、流量控制、序号、多点线路和半双工或单工链路，工或单工链路，PPPPPP只支持全双工链路。只支持全双工链路。54用户至因特网已向因特网管理机构申请到一批 IP 地址ISP接入网PPP 协议主要负责用户计算机到主要负责用户计算机到ISPISP进行通信时所使用的数据链路层协议进行通信时所使用的数据链路层协议在在TCP/IPTCP/IP协议族中，可靠传输由运输层协议族中，可靠传输由运输层TCPTCP负责，负责，PPPPPP只进行检错，可靠性由只进行检错，可靠性由TCPTCP协议

46、负责。协议负责。 在在TCP/IPTCP/IP协议族中，端到端的流量控制由协议族中，端到端的流量控制由TCPTCP协议负责。协议负责。 PPPPPP不是可靠协议，不需要使用流量帧的序号。不是可靠协议，不需要使用流量帧的序号。 PPPPPP不支持多点协议，只支持点到点的线路。不支持多点协议，只支持点到点的线路。 只支持全双工的链路。只支持全双工的链路。 55 1992 1992 年制订了年制订了 PPP PPP 协议。经过协议。经过 1993 1993 年和年和 1994 1994 年的修订，现在的年的修订，现在的 PPP PPP 协议已成为因特网的正式标准协议已成为因特网的正式标准RFC 16

47、61RFC 1661。 56（1 1）将）将IPIP数据报封装到串行链路的办法，因为计算机内的数据报封装到串行链路的办法，因为计算机内的I/OI/O通通信是并行的，而链路传输则是按比特流的串行，因此需要协议的信是并行的，而链路传输则是按比特流的串行，因此需要协议的封装转换，一般由封装转换，一般由。（2 2）一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议）一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议(Link Control Protocol)(Link Control Protocol)，通信双方可以协商一些选项。，通信双方可以协商一些选项。（3 3）一套网络控制协议）一套网络控制协

48、议(Network Control Protocol)(Network Control Protocol)，用于，用于支持上层的不同的网络协议。支持上层的不同的网络协议。 链路控制协议（链路控制协议（LCP) LCP LCP) LCP 建立点对点链路，是建立点对点链路，是 PPP PPP 中中实际工作的部分。实际工作的部分。LCP LCP 位于物理层的上方，负责建立、配置位于物理层的上方，负责建立、配置和测试数据链路连接。和测试数据链路连接。LCP LCP 还负责协商和设置还负责协商和设置 WAN WAN 数据链路数据链路上的控制选项，这些选项由上的控制选项，这些选项由 NCP NCP 处理。

49、处理。 PPP PPP允许多个网络协议共用一个链路，网络控制协议允许多个网络协议共用一个链路，网络控制协议 (NCP) (NCP) 负责连接负责连接PPPPPP（第二层）和网络协议（第二层）和网络协议 ( (第三层）。对于第三层）。对于所使用的每个网络层协议，所使用的每个网络层协议，PPP PPP 都分别使用独立的都分别使用独立的 NCPNCP来连来连接。接。 57 （1 1）当用户拨号接入）当用户拨号接入ISPISP时，路由器的调制解调器对拨号做出确时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。认，并建立一条物理连接。（2 2）PCPC机向路由器发送一系列的机向路由器发送一系列的

50、LCPLCP分组（封装成多个分组（封装成多个PPPPPP帧）帧），ISPISP对用户进行身份鉴别。对用户进行身份鉴别。（3 3）这些分组及其响应选择一些）这些分组及其响应选择一些PPP PPP 参数，进行网络层配置，参数，进行网络层配置，NCP NCP 给新接入的给新接入的 PC PC机分配一个临时的机分配一个临时的IPIP地址，使地址，使PCPC机成为因特机成为因特网上的一个主机。网上的一个主机。（4 4）通信完毕时，）通信完毕时，NCPNCP释放网络层连接，收回原来分配出去的释放网络层连接，收回原来分配出去的IPIP地址。接着，地址。接着，LCP LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物

51、理层的释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。连接。 3.2 3.2 点对点协议点对点协议 PPPPPP60 F = 0 x7E F = 0 x7E （符号（符号“0 x”0 x”表示后面的字符是用十表示后面的字符是用十六进制表示。十六进制的六进制表示。十六进制的 7E 7E 的二进制表示是的二进制表示是 0111111001111110）。）。 A A 只置为只置为 0 xFF0 xFF。地址字段实际上并不起作用。地址字段实际上并不起作用。 C C 通常置为通常置为 0 x030 x03。，所有的所有的 PPP PPP 帧的长度都是整数字节。帧的长度都是整数字节。 61当协议字段为当协

52、议字段为 0 x0021 0 x0021 时，时，PPP PPP 帧的信息字段就是帧的信息字段就是IP IP 数据报。数据报。若为若为 0 xC021, 0 xC021, 则信息字段是则信息字段是 PPP PPP 链路控制数据。链路控制数据。若为若为 0 x80210 x8021，则表示这是网络控制数据。，则表示这是网络控制数据。 62IP 数据报1211字节12不超过 1500 字节PPP 帧先发送7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部当当 PPP PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成（和（和 HDLC HDLC 的做

53、法一样）。的做法一样）。 当当 PPP PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的用在异步传输时，就使用一种特殊的。 63 将信息字段中出现的每一个将信息字段中出现的每一个 0 x7E 0 x7E 字节转变成为字节转变成为 2 2 字节序字节序列列(0 x7D, 0 x5E)(0 x7D, 0 x5E)。 若信息字段中出现一个若信息字段中出现一个 0 x7D 0 x7D 的字节的字节, , 则将其转变成为则将其转变成为 2 2 字节序列字节序列(0 x7D, 0 x5D)(0 x7D, 0 x5D)。 若信息字段中出现若信息字段中出现 ASCII ASCII 码的控制字符（即数值小于码的控制字符

54、（即数值小于 0 x20 0 x20 的字符），则在该字符前面要加入一个的字符），则在该字符前面要加入一个 0 x7D 0 x7D 字节，同时将字节，同时将该字符的编码加以改变。该字符的编码加以改变。 PPP PPP 协议用在协议用在 SONET/SDH SONET/SDH 链路时，是使用同步传链路时，是使用同步传输（一连串的比特连续传送）。这时输（一连串的比特连续传送）。这时 PPP PPP 协议采协议采用用零比特填充方法零比特填充方法来实现透明传输。来实现透明传输。在发送端，只要发现有在发送端，只要发现有 5 5 个连续个连续 1 1，则立即填入，则立即填入一个一个 0 0。接收端对帧中的

55、比特流进行扫描。每当发。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现现 5 5 个连续个连续1 1时，就把这时，就把这 5 5 个连续个连续 1 1 后的一个后的一个 0 0 删除。删除。640 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 065 67 在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的较简单的 PPP PPP 协议较为合理。协议较为合理。 在因特网环境下，在因特网环境下，PPP PPP 的信

56、息字段放入的数据的信息字段放入的数据是是 IP IP 数据报。数据链路层的可靠传输并不能数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的。够保证网络层的传输也是可靠的。 帧检验序列帧检验序列 FCS FCS 字段可保证无差错接受。字段可保证无差错接受。 3.2 3.2 点对点协议点对点协议 PPPPPP68 当用户拨号接入当用户拨号接入 ISP ISP 时，路由器的调制解调时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。 PC PC 机向路由器发送一系列的机向路由器发送一系列的 LCP LCP 分组（封装分组（封装成多个成多个 PP

57、P PPP 帧）。帧）。 这些分组及其响应选择一些这些分组及其响应选择一些 PPP PPP 参数，和进参数，和进行网络层配置，行网络层配置，NCP NCP 给新接入的给新接入的 PCPC机分配一个临机分配一个临时的时的 IP IP 地址，使地址，使 PC PC 机成为因特网上的一个主机。机成为因特网上的一个主机。 通信完毕时，通信完毕时，NCP NCP 释放网络层连接，收回原来释放网络层连接，收回原来分配出去的分配出去的 IP IP 地址。接着，地址。接着，LCP LCP 释放数据链路层释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。连接。最后释放的是物理层的连接。 6970 71 3.3 3.

58、3 使用广播信道的数据链路层使用广播信道的数据链路层72 局域网最主要的特点是：网络为一个单位所局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。拥有，且地理范围和站点数目均有限。 73 具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。局域具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。源。 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。整和改变。 提高了系统的可靠性、可用性和残存性。提高了系统的可靠性、可用性和残存性

59、。74 拓扑学拓扑学(Topology)(Topology)是一种研究与大小、距离无关是一种研究与大小、距离无关的几何图形特性的方法，在计算机网络中通常采用这的几何图形特性的方法，在计算机网络中通常采用这种方法分析种方法分析的关系。的关系。 采用从图论演变而来的拓扑方法，抛开网络中的采用从图论演变而来的拓扑方法，抛开网络中的具体设备，将工作站、服务器等网络单元抽象为具体设备，将工作站、服务器等网络单元抽象为“”，网络中的传输介质抽象为，网络中的传输介质抽象为“”。从拓扑学。从拓扑学的观点看计算机网络系统时，形成了点和线组成的几的观点看计算机网络系统时，形成了点和线组成的几何图形，从而抽象出网络

60、系统的具体结构。何图形，从而抽象出网络系统的具体结构。 采用拓扑学方法抽象出的网络结构称为采用拓扑学方法抽象出的网络结构称为。 75总线型扩展星型树型网型环型星型 总线总线拓扑结构采用一个信道作为传输媒体，所有站点都拓扑结构采用一个信道作为传输媒体，所有站点都通过相应的硬件接口直接连到这一公共传输媒体上通过相应的硬件接口直接连到这一公共传输媒体上，公共，公共传传输媒体即称为输媒体即称为。 总线传输介质通常采用总线传输介质通常采用或或。 所有节点都可以通过总线传输介质以所有节点都可以通过总线传输介质以“广播方式发送或广播方式发送或接收数据，因此出现接收数据，因此出现“”是不可避免的。是不可避免的