计算机网络(第三版)第四章：数据链路层

第4章数据链路层《计算机网络》第4章数据链路层2本章学习要求：了解：数据传输过程中差错产生的原因与性质。掌握：误码率的定义与差错控制方法。掌握：面向比特型数据链路层协议实例—HDLC。掌握：滑动窗口协议与帧传输效率分析掌握：Internet中的数据链路层协议（自学）。《计算机网络》第4章数据链路层34.1

差错产生与差错控制方法

4.1.1为什么要设计数据链路层

在原始物理传输线路上传输数据信号是有差错的；设计数据链路层的主要目的：将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路；方法—

差错检测差错控制流量控制作用：改善数据传输质量，向网络层提供高质量的服务。《计算机网络》第4章数据链路层44.1.2差错产生的原因和差错类型

传输差错—通过通信信道后接收的数据与发送数据不一致的现象;随机错和突发错。差错控制—检查是否出现差错以及如何纠正差错。《计算机网络》第4章数据链路层5传输差错

产生过程《计算机网络》第4章数据链路层6

4.1.3误码率的定义

误码率定义：二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：

Pe=Ne/N其中，N为传输的二进制比特总数；

Ne为被传错的比特数。《计算机网络》第4章数据链路层74.1.4检错码与纠错码

纠错码：每个传输的分组带上足够的冗余信息；接收端能发现并自动纠正传输差错。检错码:

分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息；接收端能发现出错，但不能确定哪一比特是错的，并且自己不能纠正传输差错。《计算机网络》第4章数据链路层8常用的检错码奇偶校验码垂直奇（偶）校验水平奇（偶）校验水平垂直奇（偶）校验（方阵码）循环冗余编码CRC

目前应用最广的检错码编码方法之一《计算机网络》第4章数据链路层94.1.5循环冗余编码工作原理

《计算机网络》第4章数据链路层10

举例：《计算机网络》第4章数据链路层11标准CRC生成多项式G（x）CRC-12G（x）=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16G（x）=x16+x15+x2+1CRC-CCITTG（x）=x16+x12+x5+1CRC-32G（x）=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+

x2+x+1《计算机网络》第4章数据链路层12习题要发送的数据为1101011011。采用CRC的生成多项式是P(x)=x4+x+1。试求应添加在数据后面的余数。

数据在传输过程中最后一个1变成了0，问接收端能否发现？

若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，问接收端能否发现？

《计算机网络》第4章数据链路层13反馈重发机制

4.1.6差错控制机制

《计算机网络》第4章数据链路层144.3

典型数据链路层协议分析

4.3.1HDLC面向比特型协议的设计目标：以比特作为传输控制信息的基本单元；数据帧与控制帧格式相同；传输透明性好；连续发送，传输效率高。《计算机网络》第4章数据链路层154.3.2数据链路的配置和数据传送方式数据链路的配置非平衡配置平衡配置非平衡配置中的主站与从站主站：控制数据链路的工作过程。主站发出命令从站：接受命令，发出响应，配合主站工作《计算机网络》第4章数据链路层16平衡配置方式

链路两端的两个站都是复合站（combinedstation）；复合站同时具有主站与从站的功能；每个复合站都可以发出命令与响应。《计算机网络》第4章数据链路层174.3.3HDLC的帧结构

F（flag）：固定格式—01111110

作用—帧同步传输数据的透明性（零比特插入与删除）A（address）：地址C（control）：帧的类型、帧的编号、命令与控制信息I（information）：网络层数据CRC（checksum）：校验A、C、I字段的数据

G(X)=X16+X12+X5+1《计算机网络》第4章数据链路层18思考题数据链路层几乎总是将CRC放在尾部，而不是头部？为什么？《计算机网络》第4章数据链路层19零比特插入/删除工作过程01111110F10011011101111101001111111001001111110IF100110111011111010011111110010000111111001111110100110111011111001001111101100100111111001111110连续5个11001101110111110010011111011001001111110011111101001101110111110100111111100100111111001111110000111111010011011101111101001111111001001111110发送数据：0比特插入：实际发送：实际接收：0比特删除：接收数据：发送端接收端《计算机网络》第4章数据链路层20帧类型及控制字段的意义标志字段F（8位）地址字段A（8/16位）控制字段C（8位）信息字段I(长度可变)帧校验字段FCS（16/32位）标志字段F(8位)0N(S)P/FN(R)10监控P/FN(R)11未分配P/F未分配信息帧(I)：监控帧(S)：无编号帧(U)：b0b4b7b1b2b3b5b6《计算机网络》第4章数据链路层21帧类型I帧：

N（S）—发送帧的顺序号

N（R）—接收帧的顺序号

P/F=Poll/Final，P=1询问，F=1响应

P与F成对出现S帧：监控功能位

S=00，RR（receiveready）

S=01，RNR（receivenotready）S=10，RJE（reject）S=11，SREJ（selectreject）U帧：用于实现数据链路控制功能《计算机网络》第4章数据链路层22U帧的格式与链路控制功能MP/FM11A01111110FCS01111110110000000111100000100011010001UACMADSARMSNRMSABMDISC命令响应置异步响应置正常响应置异步平衡响应拆链无编号确认命令拒绝建立主从的点-点结构建立主从的多点结构建立复合站的平衡结构结束已建立的数据链路从站响应主站的命令从站报告帧传输异常《计算机网络》第4章数据链路层234.3.4数据链路层的工作过程

简化的信息帧结构的表示方法一个信息帧的表示

IN(S)N(R)P/FData高层数据探询/终止位接收帧序号发送帧序号I帧标志I，N(S)=3，N(R)=4，P=1《计算机网络》第4章数据链路层24无编号帧的表示方法

U，SNRM，P=1U，UA，F=1置正常响应模式：无编号确认：《计算机网络》第4章数据链路层25正常响应模式数据链路工作主站从站U，SNRM，P=1I，N（S）=3，N（R）=4，P=1I，N（S）=1，N（R）=0I，N（S）=2，N（R）=0，P=1U，UA，F=1I，N（S）=1，N（R）=3I，N（S）=2，N（R）=3I，N（S）=3，N（R）=3，F=1I，N（S）=4，N（R）=4I，N（S）=5，N（R）=4，F=1U，DISC，P=1U，UA，F=1讨论：数据链路层

与物理层的关系建立物理线路连接实现比特流传输释放物理线路连接建立数据链路传输帧释放数据链路探询确认I帧I帧I帧I帧探询确认主站从站《计算机网络》第4章数据链路层274.4

数据链路层滑动窗口协议与帧传输效率4.4.1分类滑动窗口协议

（ARQ）单帧停止等待多帧连续发送后退N帧协议（GBN）选择重传协议（SR）《计算机网络》第4章数据链路层284.4.2单帧停止等待协议

1、基本概念过程：①发送方发完一帧后，停止发送，并启动定时器，等待对方应答。②接收者收到帧，若正确则应答ACK，错误则应答NAK。③发送者若收到ACK，接着发送下一帧；若收到NAK、或超时，则重发该帧。《计算机网络》第4章数据链路层314.4.3连续工作方式

GBR拉回方式选择重发SR方式

发送端接收端ACK0ACK1NAKACK2ACK3(a)ACK0ACK1NAKACK2ACK6(b)ACK3ACK4ACK5丢弃重传重传01234523456012345234560123452678901234526789发送端接收端丢弃滑动窗口的概念在连续工作协议中，应当将已发送出去但未被确认的数据帧的数目加以限制。发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口。

发送窗口Ws

代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧。也就是发送端可以不等待应答而连续发送的最大帧数。发送窗口用来对发送端进行流量控制。接收窗口Wr

用来控制接收端可以接收哪些数据帧。只有发送序号落入接收窗口内的数据帧才可以收下。01234567012发送窗口Ws不允许发送这些帧允许发送5个帧(a)01234567012不允许发送这些帧还允许发送4个帧Ws已发送(b)01234567012不允许发送这些帧Ws已发送(c)01234567012不允许发送这些帧还允许发送

3个帧Ws已发送已发送并已收到确认(d)当发送出数据时，滑动窗口从左边开始收缩；当收到确认时，滑动窗口向右扩展。

发送方：

可连续发送多帧，每次发送的帧序号数为上次帧序号数加1，它必须位于发送窗口内。发送方保存所有已发送、但未确认的数据帧，以备出错重发。连续发出多帧后，因还未收到对方确认信息，发送窗口缩小；当收到对方确认回答后，清除已确认的帧所占的帧缓冲区，因而发送窗口扩大。

接收方：若接收帧后尚未回答，因帧数据还未交上层，其帧缓冲未释放，故接收窗口缩小；若接收端回答后，表示帧数据已交上层，接收缓冲区空出，因此接收窗口相应扩大。

应答策略

接收方在收到一个帧后可以等待一定的时间后再应答，不必对每一个帧都单独应答，通常用对某一个帧的应答来代替对该帧之前所有帧的应答。

收到ACKn应答帧后，表示n号之前的数据帧已被正确接收，希望下次接收n号帧。收到NAKn应答帧后，表示n号之前的数据帧已被正确接收，而n号帧出错，希望重发n号帧。发送方发出一帧后，启动相应的定时器，超时会重发。滑动窗口示例10123456701234567已成功发出的数据帧将发出的数据帧窗口后沿窗口前沿帧序号发送方缓冲区0123456701234567已正确接收的数据帧将收到的数据帧帧序号接收方缓冲区窗口后沿窗口前沿……滑动窗口示例2滑动窗口示例3滑动窗口示例4《计算机网络》第4章数据链路层414.5Internet中的数据链路层（自学）

4.5.1PPP协议基本特点PPP协议是Internet标准，RFC1660、RFC1661定义了PPP协议与帧结构；PPP协议处理了差错检测，支持面向字符型协议与面向比特型协议,可以支持IP协议及其他一些网络层协议（例如IPX协议）；PPP协议不仅在拨号电话线，并且在路由器─路由器之间的专用线上广泛应用;PPP协议是在大多数家庭个人计算机和ISP之间使用的协议，它可以作为在高速广域网和社区宽带网协议族的一部分。

《计算机网络》第4章数据链路层42PPP协议的组成PPP协议有三个组成部分用于串行链路的基于HDLC数据帧封装机制。链路控制协议LCP(LinkControlProtocol)。网络控制协议NCP(NetworkControlProtocol)。

《计算机网络》第4章数据链路层43PPP信息帧格式标志（flag）：01111110

地址（address）：值为“FF”（11111111），表示网中所有的站都接收该帧控制（control）：值为“03”（00000011）协议（protocol）：长度为2字节，它标识出网络层协议数据域的类型。常用的网络层协议的类型主要有：

0021H—TCP/IP0023H—OSI0027H—DEC数据字段：长度可变标志字段(7E)地址字段(FF)控制字段(03)信息字段帧校验字段(FCS)标志字段(7E)协议字段(2B)《计算机网络》第4章数据链路层44链路控制帧（LCP）与网络控制帧（NCP）

链路控制帧（LCP）网络控制帧（NCP）标