数据链路层.ppt

1、计算机网络(第5版)，第3章数据链路层，第3章数据链路层，第3.1章数据链路层使用点对点信道和帧3.1.2三个基本问题3.2点对点协议PPP 3 . 2 . 1 PPP PPP协议的特征PPP 3.2.1 PPP协议的帧格式PPP 3.2.1 PPP协议的工作状态，第3章数据链路层(续)， 3.3数据链路层使用广播信道3.3.1数据链路层局域网3 . 3 . 2 CSMA/光盘协议3.4以太网使用广播信道3.4.1星型拓扑使用集线器3.4.2以太网信道利用率3.4.3以太网的媒体访问控制层第3章数据链路层(续)， 3.5扩展以太网3.5.1物理层扩展以太网3.5.2数据链路层扩展以太网3.6高

2、速以太网3.6.1 100BASE-T以太网3.6.2千兆以太网3.6.3 10千兆以太网3.6.4使用高速以太网的宽带接入3.7使用其他类型的高速局域网接口、数据链路层和数据链路层。此通道使用一对一的点对点通信。 广播频道。该频道采用一对多广播通信模式，因此过程复杂。广播信道上连接了许多主机，因此必须使用特殊的共享信道协议来协调这些主机的数据传输。数据链路层的主要功能概括如下：(1)链路管理数据链路的建立、维护和释放称为链路管理。(2)帧同步(3)流量控制(4)错误控制(5)区分数据和控制信息(6)透明传输(7)寻址，数据链路层的简单模型、局域网、广域网、主机H1、主机H2、路由器R1、路由

3、器R2、路由器R3、电话网络、主机H1向H2发送数据，从数据流的角度看，简单模型的数据链路层(续)、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，链路层、应用层、传输层和网络层传输层、网络层、物理层、链路层、网络层、物理层、链路层、网络层、网络层、物理层、R1、R2、R3、H1、H2只从数据链路层观察帧的流向。链接只是路径的一个组成部分。除了物理线路，数据链路还必须有通信协议来控制这些数据的传输。如果将实现这些协议的硬件和软件添加到链路中，它将构成一条数据链路。目前，最常见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。

4、通用适配器包括数据链路层和物理层的功能。IP数据报，1010 0110，帧，取出，链路，数据链路层，网络层，链路，节点a，节点b，物理层，数据链路层，节点a，节点b，(。数据链路层传输帧，这就像一个数字管道。数字管道通常在两个对等数据链路层之间绘制，在该数字管道上传输的数据单元是帧。早期的数据通信协议被称为通信程序。因此，在数据链路层，过程和协议是同义的。3.1.2三个基本问题，(1)封装成帧，(2)透明传输，(3)差错控制，1 .封装到帧中，封装到帧中(成帧)是在一段数据之前和之后添加头部和尾部，然后形成帧。确定框架的边界。首部和尾部的一个重要功能是界定帧。帧尾、帧头、IP数据报、帧的数据部

5、分、帧尾、MTU、数据链路层的帧长、传输开始、帧开始、带有控制字符的帧定界示例、SOH、安装在帧中的数据部分、帧、帧开始、帧结束、传输前。它作为无效帧被接收端丢弃，并被接收端误认为帧。数据部分、EOT、完整帧、先发送，解决透明传输问题。发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”之前插入一个转义字符“ESC”(其十六进制代码为1B)。字节填充或字符填充接收器的数据链路层在将数据发送到网络层之前删除插入的转义字符。如果转义字符也出现在数据中，应该在转义字符之前插入一个转义字符。当接收方收到两个连续的转义字符时，它会删除第一个字符。soh、soh、eot、soh、ESC、ESC、e

6、ot、ESC、soh、ESC、ESC、soh、原始数据、EOT、EOT、字节填充后发送的数据、字节填充、字节填充。用字节填充解决透明传输问题。错误检测，传输过程中可能出现位错误：1可能变为0，0也可能变为1。在一段时间内，传输错误的比特数与传输比特总数的比率称为误码率。误码率与信噪比有很大关系。为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络中传输数据时必须采取各种错误检测措施。循环冗余校验的原理、循环冗余校验的检错技术被广泛应用于数据链路层传输的帧中。在发送端，数据被分成组。假设每组k位。假设要传输的一组数据是M=101001(现在k=6)。我们在M后添加N位冗余码进行检错，并一起发送。冗余码计算，使

7、用二进制模2运算进行2n次m运算，这相当于在m后加n个零。获得的(k n)比特数除以长度为(n 1)比特的预选除数p，商为q，余数为r，比除数p小一位，即r为n比特。冗余码计算示例，现在k=6，M=101001。假设n=3，除数P=1101，被除数为2nM=101001000。模2运算的结果是：商=110101，余数=001。余数r作为冗余码被加到数据m的后面并被发送出去。传输的数据为2nM R，即101001001，共有(k n)位。110101 Q(商)p(除数)1101 101001000 2nM(被除数)1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0000 1

8、100 1101 001 r(余数)，作为FCS的原理说明，循环冗余测试。循环冗余校验和帧校验序列不相等。CRC是一种常见的错误检测方法，而FCS是添加到数据中的冗余代码。循环冗余校验可以获得循环冗余校验，但循环冗余校验不是获得循环冗余校验的唯一途径。接收端对每个接收到的帧进行循环冗余校验。(1)如果所获得的余数R=0，则该帧被判断为无错误并被接受。(2)如果余数R 0，则判断该帧有错误并将其丢弃。然而，这种检测方法不能确定哪个或哪些位有错误。只要我们严格选择并使用有足够位数的除数P，不可检测错误的概率是非常小的。应当注意，仅使用循环冗余校验的循环冗余校验错误检测技术只能实现无错误接受。“无差

9、错接受”是指：“所有被接受的帧(即，被丢弃的帧不包括在内)可以被认为在传输期间没有差错，概率接近1”。也就是说，“在接收端被数据链路层接受的所有帧都没有传输错误”(有错误的帧被丢弃并且不被接受)。为了实现“可靠传输”(即接收发送的任何内容)，有必要添加确认和重传机制。流量控制，1。停止和等待协议假设链路是一个理想的传输通道，也就是说，任何传输的数据都不会出错或丢失。在发送节点：(1)从主机获取数据帧；(2)将数据帧发送到数据链路层的发送缓冲区；(3)发送缓冲区中的数据帧；(4)等待；(5)如果接收节点发送的信息被接收(该信息的格式和内容可以由双方预先约定)，则从主机获取新的数据帧，然后转到(2

10、)。在接收节点：(1)等待；(2)如果接收到发送节点发送的数据帧，则将其放入数据链路层的接收缓冲区；(3)将接收缓冲区中的数据帧移交给主机；(4)向发送节点发送消息，指示数据帧已经提交给主机；(5)转到(1)。实用停止等待协议(ARQ)，传输数据的通道不能保证传输的数据不会产生错误，必须控制数据发送者的流量。下图(a)显示数据传输过程中没有错误。当发现错误时，节点B向主机A发送否定帧NAK，以指示主机A应该重传带有错误的数据帧。图(b)示出了主机a重传数据帧。有时链路上的干扰非常严重，或者由于其他一些原因，节点B无法接收节点A发送的数据帧。这种情况称为帧丢失，如图C所示。因此存在死锁现象。为了

11、解决死锁问题，当节点a发送数据帧时，可以启动超时定时器。如果到达由超时定时器设置的重传时间tout，并且没有从节点b接收到确认帧，则节点a重传之前发送的数据帧，如图c和图d所示。通常，重传时间可以选择为稍大于“从发送数据帧到接收确认帧所需的平均时间”。3 ARQ算法，在发送节点：(1)从主机获取数据帧。(2)钒(硫)0 .发送状态变量初始化(3)n(s)v(s)；将传输状态变量的值写入传输序列号，并将数据帧发送到传输缓冲器。(4)发送缓冲区中的数据帧。(5)设置超时计时器。选择适当的超时重传时间tout，(6)等待。等待以下三个事件中的第一个(7)如果收到确认帧确认，则：从主机获取新的数据帧；

12、五(南)1五(南)；更新发送状态变量，并将其更改为下一个序列号。转到(3)。(8)如果接收到拒绝帧，转到(4)。重传数据帧(9)如果超时计时器超时，请转到(4)。在接收节点重发数据帧：(1)v0。接收状态变量被初始化，其值等于要接收的数据帧的发送序列号(2)。(3)当接收到数据帧时，检查是否有传输错误(如循环冗余校验)。如果检查结果正确，执行后续算法；否则，请转到(8)。(4)如果N(S)=V(R)，执行后续算法；接收具有正确传输序列号的数据帧，否则丢弃数据帧，然后转到(7)。(5)将接收到的数据帧的数据部分发送给主机。(6)V(R)1 V(R).更新接收状态变量，准备接收下一个数据帧(7)并

13、发送确认帧确认，然后转到(2)。(8)发送拒绝帧，并转至(2)。状态变量的概念非常重要，因此有必要明确以下几点：(1)每次发送数据帧时，发送状态变量V(S)(即0或1)的值必须写在数据帧的发送序列号N(S)上。然而，仅在接收到确认帧确认之后，传输状态变量V(S)被更新一次(将1变为0或0变为1)，并且新的数据帧被传输。(2)在接收端，每次接收到一个数据帧时，将发送方在该数据帧上设置的发送序列号与本地接收状态变量进行比较。如果它们相等，则表明这是一个新的数据帧，否则就是一个重复帧。在接收端，如果接收到重复的帧，它将被丢弃(也就是说，将不进行任何处理)，并且接收状态变量将保持不变，但是此时仍必须向

14、发送端发送确认帧确认。由于发送方自动重发出错的数据帧，这种差错控制系统通常被称为ARQ (Automatic Repeat reQuest)，字面意思是自动重发请求，但实际意思是自动重发请求。4停止等待协议中的几个重要时间关系，并停止等待协议中的几个重要时间关系，如图所示。连续ARQ协议的工作原理连续ARQ协议的工作原理的要点是，在发送一个数据帧之后，可以连续发送几个数据帧，而不是停下来等待一个确认帧。如果此时接收端发送的确认帧被接收，则数据帧也可以在下一次发送。由于等待时间减少，整个通信的吞吐量提高。请注意两点：(1)接收器仅按顺序接收数据帧。(2)节点A应该在发送每个数据帧时设置超时定时器。5.2滑动窗口的概念发送窗口用于控制发送方的流量，发送窗口的大小WT代表发送方在没有收到对方确认信息的情况下可以发送的最大数据帧数。发送窗口的规则总结如下：(1)无论是否收到确认，发送窗口中的帧都允许发送。传输窗口右侧的所有帧都不允许传输。图(a)说明了这种情况。(2)每次发送一个帧时，允许发送的帧数减少1。但是，发送窗口的位置不会改变。图(b)显示帧0已被发送，因此允许发送的帧数量少了一个，即只有四个。(3)如果所有五个允许的帧都已发送，但没有收到确认，则不能再发送帧。图(c)显示了这种情况。此时，发送方进入等待状态。(4)每次接收到一帧的确认时，发送窗口向前(即向右)滑动一帧。图(