第4章：数据链路层

1、吴红义主编，计算机网络(第二版)，第4章数据链路层，第4章计算机网络数据链路层，第3章本章学习要求：了解：数据传输中错误的原因和性质；误码率的定义和差错控制方法；数据链路层的基本概念；面向字符的数据链路层协议示例；面向比特的数据链路层协议示例HDLC；互联网中的数据链路层协议，计算机网络第4章数据链路层，4.4.1错误生成和错误控制方法，4.1.1为什么设计数据链路层在有错误的原始物理传输线上传输数据信号；设计数据链路层的主要目的是将有错误的物理线路改进成无错误的数据链路；方法差错检测差错控制流控制功能：提高数据传输质量，为网络层提供高质量的服务。计算机网络第4章数据链路层，5，4.1.2错误

2、原因和错误类型，传输错误通过通信信道后收到的数据与发送的数据不一致的现象；错误控制检查是否有错误以及如何纠正它们；通信信道的噪声可分为两类：热噪声和脉冲噪声；热噪声引起的误差是随机误差，或随机误差；脉冲噪声引起的误差是突然误差或突然误差；导致突发错误的位长度称为突发长度。通信过程中的传输错误由随机错误和突发错误组成。计算机网络第4章数据链路层，6，传输错误产生过程，计算机网络第4章数据链路层，7，4.1.3误码率定义，误码率定义：二进制位在数据传输系统中传输不正确的概率，它在数值上近似等于Pe=Ne/N，其中N是传输的二进制位的总数，Ne是传输不正确的位数， 和计算机网络第四章数据对于一个实际

3、的数据传输系统来说，一般不能说误码率越低越好，而误码率应该根据实际的传输要求提出； 对于实际的数据传输系统，如果传输不是二进制位，就应该转换成二进制位进行计算；错误的发生是随机的。当实际测量数据传输系统时，测量的传输二进制位数越大，就越接近真实的误码率。计算机网络第4章数据链路层，9，4.1.4检错码和纠错码，纠错码：每个传输的数据包携带足够的冗余信息；接收端可以发现并自动纠正传输错误。检错码：包只包含足够接收端发现错误的冗余信息；接收器可以发现错误，但不能确定哪个位是错误的，也不能自己纠正传输错误。，计算机网络第4章数据链路层，10，常见检错码，奇偶校验垂直奇偶校验水平奇偶校验水平奇偶校验循

4、环冗余码循环冗余码是目前使用最广泛的检错码编码方法之一，计算机网络第4章数据链路层，11，4.1.5循环冗余码的工作原理，计算机网络第4章数据示例：计算机网络第4章数据链路层，13，标准循环冗余码生成器多项式G(x)， 第4章计算机网络的数据链路层：CRC-12g(x)=x12x2x2x1x 1crc-16g(x)=x16x 15x 21 cc-CCITT g(x)=x16x 12x 51 cc-32g(x)=x32x 26x 23 x22x 16x 12x 11x 10x 8x 7x 5x 4x 2x 1。 CRC校验码可以检查所有离散的两个位错；CRC校验码可以检查所有的奇数错误；CRC校

5、验码可以检查长度小于或等于k比特的所有突发错误；循环冗余校验码可以检测长度为(K 1)比特的突发错误，概率为1-(1/2)k1；如果K=16，所有小于或等于16位的突发错误都可以通过该循环冗余校验码检测到，长度为17位的突发错误可以以1-(1/2)16-1=99.997的概率检测到，漏检概率为0.003%。计算机网络第4章数据链路层，15，4.1.6错误控制机制，反馈重传机制，计算机网络第4章数据链路层，16，反馈重传机制的分类，停止等待模式，计算机网络第4章数据链路层，17，连续操作模式，回拉模式，选择重传模式，计算机网络第4章数据链路层，18，4.2数据4.2.1物理线路和数据链路物理线路

6、数据链路，计算机网络第4章数据链路层，19.4.2.2数据链路控制， 链路管理帧同步流控制错误控制帧透明传输寻址数据链路层协议为实现数据链路控制功能而制定的程序或协议。 计算机网络第4章数据链路层，20、4.2.3数据链路层向网络层提供服务，而数据链路层是OSI参考模型的第二层；建立数据链路层的主要目的是将原始的无错误的物理线路变为到网络层的无错误的数据链路。为了实现这个目标，数据链路层必须实现链路管理、帧传输、流量控制和差错控制等功能。数据链路层为网络层提供的服务如下：正确传输网络层的用户数据，屏蔽网络层与物理层采用的传输技术的差异。计算机网络第4章数据链路层，21，4.3面向字符的协议示例

7、，什么是面向字符的协议？以字符为基本单位的控制传输信息的专用集成电路代码：格式字符：soh(标题开头)stx(文本开头)etb(传输块结尾)ETX(文本结尾)控制字符：ACK(确认)NAK(否定确认)查询(查询)eot(传输结束)syn(数据链路转义)，计算机网络第4章数据链路层，22，字符BSC协议的数据报文格式：计算机网络第4章数据链路层，23，建立、维护和释放数据链路的流程图， 计算机网络第4章数据链路层，24.4典型的面向比特类型的数据链路层协议分析，4.4.1背景面向字符类型的数据链路层协议产生于HDLC缺点：报文格式不同； 传输透明度不好；等待发送模式，传输效率低。面向比特协议的设

8、计目标是以比特为基本单位传输控制信息；数据帧的格式与控制帧的格式相同。良好的传输透明度；高传动效率的连续传动。计算机网络第4章数据链路层，25，4.4.2数据链路配置和数据传输模式，数据链路配置不平衡配置平衡配置主站和不平衡配置从站：控制数据链路的工作过程。主站向从站发送命令：接收命令，发送响应，配合非平衡配置主站的结构特点：点对点模式和多点模式，计算机网络第4章数据链路层，26，数据链路非平衡配置模式，计算机网络第4章数据链路层，27，非平衡配置模式，正常响应模式(NRM)，主站可以随时向从站发送数据帧；只有在主站向从站发送命令帧进行轮询并且从站做出响应后，从站才能向主站发送数据帧。异步响应

9、模式(ARM)主站和从站可以在任何时候互相发送数据帧。从站可以发送数据，而无需等待主站发送查询。主站负责数据链路初始化、链路建立、释放和错误恢复。计算机网络第4章数据链路层，28、平衡配置模式(链路两端的两个站均为组合站)；复合站具有主站和从站的功能。每个复合站都可以发出命令和响应。平衡配置结构中只有异步平衡模式。异步平衡模式下的每个复合站都可以平等地发起数据传输，无需另一个复合站的许可。计算机网络第4章数据链路层，29，数据链路的平衡配置模式，计算机网络第4章数据链路层，30，4.4.3 HDLC帧结构，F(标志):固定格式01111110在帧同步传输数据的透明性中起作用(零比特插入和删除)

10、A(地址):地址C(控制):帧类型、帧号、命令和控制信息I(信息):网络层数据，Nmax=256B CRC(校验和):检查A、C和I字段G(X)=X16 X12的数据计算机网络第4章数据链路层，31，零比特插入/删除工作过程，计算机网络第4章数据链路层，32，帧类型和控制字段的含义，计算机网络第4章数据链路层，33 I帧：发送帧的序号N(R)接收帧的序号P/F=轮询/最终，P=1查询，F=1响应P和F成对出现S帧：监控功能比特S=00，RR(接收就绪)S=01，RNR(接收未就绪)S=10， RJE(拒绝)S=11，SREJ(选择拒绝)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

11、，34，U帧的格式和链路控制功能，计算机网络第4章数据链路层，35，4.4.4，信息帧结构的简化表示方法，信息帧的表示，计算机网络第4章数据链路层，36，未编号帧SNRM帧和UA帧结构的表示方法，计算机网络第4章数据链路层，37， 正常响应模式数据链路操作、计算机网络第4章数据链路层、38、讨论：数据链路层和物理层之间的关系、计算机网络第4章数据链路层、39、4.5互联网中的数据链路层、互联网中的主要数据链路层协议、SLIP(串行线路协议)、互联网数据链路层协议、PPP(点对点协议)和PPP用于串行通信的拨号线路，这是目前家庭计算机或公司用户通过互联网服务提供商连接到互联网的主要协议。计算机网

12、络第4章数据链路层，40，PPP协议的基本特征，PPP协议是一个互联网标准，RFC 1660和RFC 1661定义了PPP协议和帧结构；PPP处理错误检测，支持面向字符的协议和面向比特的协议，并且可以支持IP协议和其他网络层协议(如IPX协议)；PPP协议不仅广泛应用于拨号电话线路，也广泛应用于路由器之间的专用线路。PPP是大多数家庭个人计算机和互联网服务提供商之间使用的协议，可作为高速广域网和社区宽带网络协议家族的一部分。，计算机网络第4章数据链路层，41，PPP信息帧格式，标志):011111110地址：值为“FF”(1111111)，表示网络中的所有站都接收帧控制：值为“03”(0000011)协议常用的网络层协议类型主要有：0021HTCP/IP 0023HOSI 0027HDEC数据字段：可变长度，计算机网络第4章数据链路层，42，链路控制帧(LCP)和数据链路层是将原来有错误的物理线路改为无错