计算机第06次CH3-5ed数据链路层课件

1、计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层计计算算机机网网络络第第3 3章章 数数据据链链路路层层一一计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层2课程回顾课程回顾1 1、xDSLxDSL的几种类型的几种类型nADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用户线非对称数字用户线nHDSL (High speed DSL)HDSL (High speed DSL)：高速数字用户线：高速数字用户线nSDSL (Singl

2、e-line DSL)SDSL (Single-line DSL)：1 1 对线的数字用户线对线的数字用户线nVDSL (Very high speed DSL)VDSL (Very high speed DSL)：甚高速数字用户：甚高速数字用户线线nDSL DSL ：ISDN ISDN 用户线。用户线。nRADSL (Rate-Adaptive DSL)RADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自适应：速率自适应 DSLDSL，是是 ADSL ADSL 的一个子集，可自动调节线路速率）。的一个子集，可自动调节线路速率）。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5e

3、d数据数据链路层链路层3课程回顾课程回顾2 2、几种接入方式、几种接入方式nPSTNPSTN拨号接入拨号接入nISDNISDN接入接入nDDNDDN接入接入nxDSLxDSL接入接入 nVDSL: VDSL: 更高速的宽带接入更高速的宽带接入nCable ModemCable Modem接入接入nLANLAN接入接入n光纤接入网光纤接入网PLCPLC电力线通信电力线通信计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层4课程回顾课程回顾3 3、T1T1速率和速率和E1E1速率速率4 4、物理层包括的内容、物理层包括的内容n掌握物理层的四个特性；掌握物理层的四个特性；

4、n掌握消息、数据、信号以及模拟和数字的概念；掌握消息、数据、信号以及模拟和数字的概念；n理解并掌握码元的概念；理解并掌握码元的概念；从通信的双方信息交互的方式看，有三种基本方从通信的双方信息交互的方式看，有三种基本方式；式；计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层5课程回顾课程回顾n掌握信道的极限容量：奈氏准则、信噪比、香掌握信道的极限容量：奈氏准则、信噪比、香农公式；农公式；n传输媒体：导向传输媒体和非导向传输媒体；传输媒体：导向传输媒体和非导向传输媒体；n理解并掌握信道复用技术；理解并掌握信道复用技术；n掌握掌握ADSLADSL的相关内容；的相关内容；

5、计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层6第第 3 章章 数据链路层数据链路层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3.1.1 3.1.1 数据链路和帧数据链路和帧3.1.2 3.1.2 三个基本问题三个基本问题3.2 3.2 点对点协议点对点协议 PPPPPP3.2.1 PPP 3.2.1 PPP 协议的特点协议的特点3.2.2 PPP 3.2.2 PPP 协议的帧格式协议的帧格式3.2.3 PPP 3.2.3 PPP 协议的工作状态协议的工作状态计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层

6、7第第 3 章章 数据链路层（续）数据链路层（续）3.3 3.3 使用广播信道的数据链路层使用广播信道的数据链路层 3.3.1 3.3.1 局域网的数据链路层局域网的数据链路层 3.3.2 CSMA/CD 3.3.2 CSMA/CD 协议协议3.4 3.4 使用广播信道的以太网使用广播信道的以太网 3.4.1 3.4.1 使用集线器的星形拓扑使用集线器的星形拓扑 3.4.2 3.4.2 以太网的信道利用率以太网的信道利用率 3.4.3 3.4.3 以太网的以太网的 MAC MAC 层层计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层8第第 3 章章 数据链路层（续

7、）数据链路层（续）3.5 3.5 扩展的以太网扩展的以太网3.5.1 3.5.1 在物理层扩展以太网在物理层扩展以太网3.5.2 3.5.2 在数据链路层扩展以太网在数据链路层扩展以太网3.6 3.6 高速以太网高速以太网 3.6.1 100BASE-T 3.6.1 100BASE-T 以太网以太网 3.6.2 3.6.2 吉比特以太网吉比特以太网 3.6.3 10 3.6.3 10 吉比特以太网吉比特以太网 3.6.4 3.6.4 使用高速以太网进行宽带接入使用高速以太网进行宽带接入3.7 3.7 其他类型的高速局域网接口其他类型的高速局域网接口计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次C

8、H3-5ed数据数据链路层链路层9课程目标课程目标掌握以下内容：掌握以下内容：1 1、数字信道使用的信道的类型。、数字信道使用的信道的类型。2 2、帧、链路、数据链路的概念。、帧、链路、数据链路的概念。3 3、数据链路层的三个基本问题。、数据链路层的三个基本问题。4 4、透明传输的实现方法，差错检测方法。、透明传输的实现方法，差错检测方法。5 5、零比特填充。、零比特填充。理解以下内容：理解以下内容：1 1、数据链路层在数据传输过程中的作用。、数据链路层在数据传输过程中的作用。2 2、PPPPPP协议的相关内容。协议的相关内容。计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据

9、链路层链路层10复习：三种体系结构的对比复习：三种体系结构的对比 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI 的体系结构应用层网络接口层网际层 IP (各种应用层协议如TELNET, FTP, SMTP 等)运输层(TCP 或 UDP)TCP/IP 的体系结构五层协议体系结构计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层11数据传输过程：主机数据传输过程：主机1 1向主机向主机2 2发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应 用 程 序 数 据应用层

10、首部H5101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层12数据传输过程：主机数据传输过程：主机1 1向主机向主机2 2发送数据发送数据5432154321主机 1AP2AP1主机 2101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机

11、学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层13H3H4H5应 用 程 序 数 据数据传输过程：主机数据传输过程：主机1 1向主机向主机2 2发送数据发送数据5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层14H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据数据传输过程：主机数据传输过程：主机1 1向主机向主机2 2发送数据发送数据5432154321主机 1AP2AP1主机 2

12、网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层15H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据数据传输过程：主机数据传输过程：主机1 1向主机向主机2 2发送数据发送数据5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层16应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据数据传输过程：主机数据传输过程：主机1 1向主机向主机2 2发送数据发送数据5432154321主机 1AP2AP1

13、主机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层17数据传输过程：主机数据传输过程：主机1 1向主机向主机2 2发送数据发送数据5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层18数据链路层数据链路层 数据链路层的数据链路层的任务任务是在两个相邻结点间的线路是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。上无差错地传送以帧为单位的数据。 数据链路层最基本的数据链路层最基本的服务

14、服务是将源端网络层来的是将源端网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标端的网络层。数据可靠的传输到相邻节点的目标端的网络层。 数据链路层的数据链路层的功能功能： 如何将数据组合成数据块（在数据链路层中将如何将数据组合成数据块（在数据链路层中将这种数据块称为帧，帧是数据链路层的传送单位）；这种数据块称为帧，帧是数据链路层的传送单位）； 如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率使之与接收方匹配；理传输差错，如何调节发送速率使之与接收方匹配；计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层19数据链路层

15、的功能数据链路层的功能 数据链路层是数据链路层是OSIOSI参考模型中的第二层，介乎参考模型中的第二层，介乎于物理层和网络层之间。于物理层和网络层之间。 数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网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机网络层来络层提供服务，其最基本的服务是将源机网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层20数据链路层的功能数据链路层的功能1 1、帧同步功能。、帧同步功能。 为了向网络层提供服务，数据链路层必须使用为

16、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。物理层提供的服务。 物理层是以比特流进行传输的，这种比特流并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，接收到的位数不保证在数据传输过程中没有错误，接收到的位数量可能与发送的位数量不同，而且它们还可能有不量可能与发送的位数量不同，而且它们还可能有不同的值，这时数据链路层为了能实现数据有效的差同的值，这时数据链路层为了能实现数据有效的差错控制，就采用了一种错控制，就采用了一种“帧帧”的数据块进行传输。的数据块进行传输。 要采用帧格式传输，就必须有相应的帧同步技要采用帧格式传输，就必须有相应的帧同步技术，这就是数据

17、链路层的术，这就是数据链路层的“成帧成帧”（也称为（也称为“帧同帧同步步”）功能。）功能。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层21数据链路层的功能数据链路层的功能 采用帧传输方式的好处是，在发现有数据传送采用帧传输方式的好处是，在发现有数据传送错误时，只需将有差错的帧重传，而不需要将全部错误时，只需将有差错的帧重传，而不需要将全部数据的比特流进行重传，这在传送效率上将大大提数据的比特流进行重传，这在传送效率上将大大提高。但同时也带来了两方面的问题：高。但同时也带来了两方面的问题： （1 1）如何识别帧的开始与结束；）如何识别帧的开始与结束； （2 2

18、）在夹杂着重传的数据帧中，接收方在接收）在夹杂着重传的数据帧中，接收方在接收到重传的数据帧时是识别成新的数据帧，还是识别到重传的数据帧时是识别成新的数据帧，还是识别成已传帧的重传帧呢？成已传帧的重传帧呢？ 这就要靠数据链路层的各种这就要靠数据链路层的各种“帧同步帧同步”技术来技术来识别了。识别了。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层22数据链路层的功能数据链路层的功能 “帧同步帧同步”技术既可使接收方能从以上并不是技术既可使接收方能从以上并不是完全有序的比特流中准确地区分出每一帧的开始和完全有序的比特流中准确地区分出每一帧的开始和结束，同时还可识别重

19、传帧。结束，同时还可识别重传帧。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层23数据链路层的功能数据链路层的功能2 2、差错控制、差错控制 在数据通信过程中，可能会因物理链路性能和在数据通信过程中，可能会因物理链路性能和网络通信环境等因素，难免会出现一些传送错误，网络通信环境等因素，难免会出现一些传送错误，为了确保数据通信的准确，又必须使得这些错误发为了确保数据通信的准确，又必须使得这些错误发生的几率尽可能低。这一功能也是在数据链路层实生的几率尽可能低。这一功能也是在数据链路层实现的，就是它的现的，就是它的“差错控制差错控制”功能。功能。 在数字或数据通信系

20、统中，通常利用抗干扰编在数字或数据通信系统中，通常利用抗干扰编码进行差错控制。一般分为码进行差错控制。一般分为4 4类：前向纠错（类：前向纠错（FECFEC）、）、反馈检测（反馈检测（ARQARQ）、混合纠错（）、混合纠错（HECHEC）和信息反馈）和信息反馈（IRQIRQ）。）。 对差错编码（如奇偶校验码，对差错编码（如奇偶校验码，CRCCRC）的检查，）的检查，可以判定一帧在传输过程中是否发生了错误。可以判定一帧在传输过程中是否发生了错误。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层24数据链路层的功能数据链路层的功能3 3、流量控制、流量控制 在双方的

21、数据通信中，如何控制数据通信的流在双方的数据通信中，如何控制数据通信的流量同样非常重要。它既可以确保数据通信的有序进量同样非常重要。它既可以确保数据通信的有序进行，还可避免通信过程中不会出现因为接收方来不行，还可避免通信过程中不会出现因为接收方来不及接收而造成的数据丢失。这就是数据链路层的及接收而造成的数据丢失。这就是数据链路层的“流量控制流量控制”功能。功能。 数据的发送与接收必须遵循一定的传送速率规数据的发送与接收必须遵循一定的传送速率规则，可以使得接收方能及时地接收发送方发送的数则，可以使得接收方能及时地接收发送方发送的数据。并且当接收方来不及接收时，就必须及时控制据。并且当接收方来不及

22、接收时，就必须及时控制发送方数据的发送速率，使两方面的速率基本匹配。发送方数据的发送速率，使两方面的速率基本匹配。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层25数据链路层的功能数据链路层的功能4 4、链路管理、链路管理 数据链路层的数据链路层的“链路管理链路管理”功能包括数据链路功能包括数据链路的建立、链路的维持和释放三个主要方面。的建立、链路的维持和释放三个主要方面。 当网络中的两个结点要进行通信时，数据的发当网络中的两个结点要进行通信时，数据的发送方必须确知接收方是否已处在准备接收的状态。送方必须确知接收方是否已处在准备接收的状态。为此通信双方必须先要

23、交换一些必要的信息，以建为此通信双方必须先要交换一些必要的信息，以建立一条基本的数据链路。在传输数据时要维持数据立一条基本的数据链路。在传输数据时要维持数据链路，而在通信完毕时要释放数据链路。链路，而在通信完毕时要释放数据链路。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层26数据链路层的功能数据链路层的功能5 5、MACMAC寻址寻址 这是数据链路层中的这是数据链路层中的MACMAC子层主要功能。子层主要功能。 这里所说的这里所说的“寻址寻址”与下一章将要介绍的与下一章将要介绍的“IPIP地址寻址地址寻址”是完全不一样的，因为此处所寻找地址是完全不一样的，因

24、为此处所寻找地址是计算机网卡的是计算机网卡的MACMAC地址，也称地址，也称“物理地址物理地址”、“硬件地址硬件地址”，而不是，而不是IPIP地址。在以太网中，采用地址。在以太网中，采用媒体访问控制（媒体访问控制（Media Access Control, MACMedia Access Control, MAC）地）地址进行寻址，址进行寻址，MACMAC地址被烧入每个以太网网卡中。地址被烧入每个以太网网卡中。 这在多点连接的情况下非常必要，因为在这种这在多点连接的情况下非常必要，因为在这种多点连接的网络通信中，必须保证每一帧都能准确多点连接的网络通信中，必须保证每一帧都能准确地送到正确的地址

25、，接收方也应当知道发送方是哪地送到正确的地址，接收方也应当知道发送方是哪一个站。一个站。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层27数据链路层的功能数据链路层的功能6 6、区分数据与控制信息、区分数据与控制信息 由于数据和控制信息都是在同一信道中传输，由于数据和控制信息都是在同一信道中传输，在许多情况下，数据和控制信息处于同一帧中，因在许多情况下，数据和控制信息处于同一帧中，因此一定要有相应的措施使接收方能够将他们区分开此一定要有相应的措施使接收方能够将他们区分开来，以便向上传送仅是真正需要的数据信息。来，以便向上传送仅是真正需要的数据信息。 计算机学院

26、计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层28数据链路层的功能数据链路层的功能7 7、透明传输、透明传输 这里所说的这里所说的“透明传输透明传输”是指可以让无论是哪是指可以让无论是哪种比特组合的数据，都可以在数据链路上进行有效种比特组合的数据，都可以在数据链路上进行有效传输。传输。 这就需要在所传数据中的比特组合恰巧与某一这就需要在所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时，能采取相应的技术措施，个控制信息完全一样时，能采取相应的技术措施，使接收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。使接收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。只有这样，才能保证数据链路层的

27、传输是透明的。只有这样，才能保证数据链路层的传输是透明的。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层29数据链路层数据链路层 数据链路层的数据链路层的任务任务是在两个相邻结点间的线路是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。上无差错地传送以帧为单位的数据。 数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：n点对点信道点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信。这种信道使用一对一的点对点通信方式。例如：方式。例如：PPPPPP协议协议n广播信道广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式，。这种信道使用一对多的广播

28、通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此过程比较复杂。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。的数据发送。 例如：以太网例如：以太网计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层30数据链路层的简单模型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R1R2R3H1H

29、2从层次上来看数据的流动计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层31数据链路层的简单模型数据链路层的简单模型( ( 续）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计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层323.1 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3.1.1 数据链路和帧数

30、据链路和帧 n链路链路(link)(link)是一条无源的点到点的物理线路段，中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。间没有任何其他的交换结点。n一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。n数据链路数据链路(data link) (data link) 除了物理线路外，还必须有除了物理线路外，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到链路上，就构成了数据链路。议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。n现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现在最常用的方法是使用适配

31、器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。现这些协议的硬件和软件。n一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。层的功能。 IP 数据报1010 0110帧取出数据链路层网络层链路结点 A结点 B物理层数据链路层结点 A结点 B帧(a)(b)发送帧接收链路IP 数据报1010 0110帧装入数据链路层传送的是帧计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层34点对点信道的数据链路层通信步骤点对点信道的数据链路层通信步骤1 1、结点、结点A A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数据报数据

32、报添加首部和尾部封装成帧。添加首部和尾部封装成帧。2 2、结点、结点A A把封装好的帧发送给结点把封装好的帧发送给结点B B的数据链路层。的数据链路层。3 3、若结点、若结点B B的数据链路层收到的帧无差错，则从收的数据链路层收到的帧无差错，则从收到的帧中提取出到的帧中提取出IPIP数据报上交给上面的网络层；数据报上交给上面的网络层；否则丢弃这个帧。否则丢弃这个帧。计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层35数据链路层像个数字管道数据链路层像个数字管道 n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

33、道上传输的数据单位字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是是帧帧。n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)。因此在数据链路层，规程和协。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。议是同义语。 结点结点帧帧计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层363.1.2 3.1.2 数据链路层要解决的三个基本问题数据链路层要解决的三个基本问题 (1) (1) 封装成帧封装成帧(2) (2) 透明传输透明传输(3) (3) 差错控制差错控制 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层371

34、. 封装成帧封装成帧n封装成帧封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添就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。加首部和尾部，然后就构成了一个帧。n首部和尾部的一个重要作用就是进行首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界帧定界。 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计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层38用控制字符进行帧定界的方法举例用控制字符进行帧定界的方法举例 SOH装在帧中的数据部分帧帧开始符帧结束符发送在前EOT1.1.在帧的开始加上在帧的开始加上SOHSOH，在帧的尾部加

35、上，在帧的尾部加上EOTEOT，表，表示一个帧的开始和结束。示一个帧的开始和结束。2.2.如果数据部分包含了帧定界符，数据接收就会如果数据部分包含了帧定界符，数据接收就会出错，如何解决？出错，如何解决？3.3.这个问题就是透明传输的问题。这个问题就是透明传输的问题。计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层392. 透明传输透明传输SOHEOT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完整的帧发送在前计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层40解决透明传输问题解决透明传输问题n发送端的数

36、据链路层在数据中出现控制字符发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOHSOH”或或“EOTEOT”的前面插入一个转义字符的前面插入一个转义字符“ESCESC”( (其十六进制编码是其十六进制编码是 1B)1B)。n字节填充字节填充(byte stuffing)(byte stuffing)或或字符填充字符填充(character stuffing)(character stuffing)接收端的数据链路层接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。n如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字

37、符前面插入一个转义字符。当接收端收到连续的符前面插入一个转义字符。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。两个转义字符时，就删除其中前面的一个。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层41SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH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用字节填充法解决透明传输的问题用字节填充法解决透明传输的问题 SOH计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层423. 差错检测差错检测在传输

38、过程中可能会产生在传输过程中可能会产生比特差错比特差错：1 1 可能会变可能会变成成 0 0 ，而，而 0 0 也可能变成也可能变成 1 1。在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为数的比率称为误码率误码率 BER (Bit Error Rate)BER (Bit Error Rate)。通常把信号传输中的错误率称为误码率，它是衡通常把信号传输中的错误率称为误码率，它是衡量差错的标准。在二进制电平传输时，误码率等量差错的标准。在二进制电平传输时，误码率等于二进制码元在传输中被误传的比率，即用接收于二进制码元在传输中被误传的比率，即用接收错

39、误的码元数除以被传输的码元总数所得的值就错误的码元数除以被传输的码元总数所得的值就是误码率。是误码率。计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层433. 差错检测差错检测n误码率接收的错误比特数误码率接收的错误比特数/ / 传输的总比特数传输的总比特数n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。n为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。输数据时，必须采用各种差错检测措施。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层44循环冗余检验的原

40、理循环冗余检验的原理 n在数据链路层传送的帧中，广泛使用了在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余循环冗余检验检验 CRC 的检错技术。的检错技术。n在发送端，先把数据划分为组。假定每组在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比个比特。特。 n假设待传送的一组数据假设待传送的一组数据 M = 101001（现在（现在 k = 6）。我们在）。我们在 M 的后面再添加供差错检测用的的后面再添加供差错检测用的 n 位位冗余码冗余码一起发送。一起发送。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层45冗余码的计算冗余码的计算 n用二进制的模用二进制的模 2 2

41、 运算进行运算进行 2 2n n 乘乘 M M 的运算，这的运算，这相当于在相当于在 M M 后面添加后面添加 n n 个个 0 0。n得到的得到的 ( (k k + + n n) ) 位的数除以事先选定好的长度位的数除以事先选定好的长度为为 ( (n n + 1) + 1) 位的位的除数除数 P P，得出，得出商商是是 Q Q 而而余数余数是是 R R，余数，余数 R R 比除数比除数 P P 少少1 1 位位，即，即 R R 是是 n n 位。位。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层46冗余码的计算举例冗余码的计算举例 n现在现在 k k = 6

42、, = 6, M M = 101001 = 101001。n设设 n n = 3, = 3, 除数除数 P P = 1101 = 1101，n被除数是被除数是 2 2n nM M = 101001000 = 101001000。 n模模 2 2 运算的结果是：运算的结果是：商商 Q Q = 110101 = 110101， 余数余数 R R = 001 = 001。n把余数把余数 R R 作为作为冗余码冗余码添加在数据添加在数据 M M 的后面发送的后面发送出去。发送的数据是：出去。发送的数据是：2 2n nM M + + R R 即：即：101001001101001001，共，共 ( (k

43、 k + + n n) ) 位。位。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层47 110101 Q (商) P (除数) 1101 101001000 2nM (被除数) 1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R (余数)，作为 FCS 循环冗余检验的原理说明循环冗余检验的原理说明 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层48帧检验序列帧检验序列 FCS n在数据后面添加上的冗余码称为在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列帧检验序列 FC

44、S (Frame Check Sequence)FCS (Frame Check Sequence)。n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。nCRC CRC 是一种常用的是一种常用的检错方法检错方法，而，而 FCS FCS 是添加是添加在数据后面的在数据后面的冗余码冗余码。nFCS 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 并并非用来获得非用来获得 FCS FCS 的唯一方法。的唯一方法。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层49接收端对收到的

45、每一帧进行接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验检验 n(1) (1) 若得出的余数若得出的余数 R R = 0 = 0，则判定这个帧没有，则判定这个帧没有差错，就差错，就接受接受(accept)(accept)。n(2) (2) 若余数若余数 R R 0 0，则判定这个帧有差错，就，则判定这个帧有差错，就丢弃丢弃。n但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪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。几个比特出现了差错。n只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数数 P P，那么出现检测不到的差错的概率就很小，那么出现检测不到的差错的概率

46、就很小很小。很小。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层50循环冗余检验的补充示例循环冗余检验的补充示例计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层51循环冗余检验的补充示例循环冗余检验的补充示例计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层52循环冗余检验的补充示例循环冗余检验的补充示例计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层53循环冗余检验的补充示例循环冗余检验的补充示例计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路

47、层54循环冗余检验的补充示例循环冗余检验的补充示例计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层55循环冗余检验的补充示例循环冗余检验的补充示例计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层56练习练习 n要发送的数据为要发送的数据为1101 0110 111101 0110 11。采用。采用CRCCRC的生成多项的生成多项式是式是P(x)=xP(x)=x4 4+x+1+x+1。试求应添加在数据后面的余数。试求应添加在数据后面的余数。 添加的检验序列为添加的检验序列为11101110（110110除以除以1001110011）n数

48、据在传输过程中最后一个数据在传输过程中最后一个1 1变成了变成了0 0，问接收端能，问接收端能否发现？否发现？110110除以除以1001110011，余数为，余数为011011，不为，不为0 0，接收端可以发现，接收端可以发现差错。差错。n若数据在传输过程中最后两个若数据在传输过程中最后两个1 1都变成了都变成了0 0，问接收，问接收端能否发现？端能否发现？110110除以除以1001110011，余数为，余数为101101，不为，不为0 0，接收端可以发现，接收端可以发现差错。差错。n采用采用CRCCRC检验后，数据链路层的传输是否就变成了可检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？

49、靠的传输？计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层57应当注意应当注意 n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差错检测技术只能做到无差错无差错接收接收(accept)(accept)。n“无差错接收无差错接收”是指：是指：“凡是接收的帧（即凡是接收的帧（即不包不包括丢弃的帧括丢弃的帧），我们都能以非常接近于），我们都能以非常接近于 1 1 的概的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。n也就是说：也就是说：“凡是接收端数据链路层接收的帧都凡是接收端数据链路层接收的帧都没有传输差错没有传

50、输差错”（有差错的帧就丢弃而不接收）。（有差错的帧就丢弃而不接收）。n要做到要做到“可靠传输可靠传输”（即发送什么就收到什么）（即发送什么就收到什么）就必须再加上就必须再加上帧编号帧编号、确认确认和和重传重传机制。机制。n数据链路层不给帧加编号，也不确认，也不重传，数据链路层不给帧加编号，也不确认，也不重传，这些功能留给高层来完成。这些功能留给高层来完成。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层583.2 点对点协议点对点协议 PPP 3.2.1 PPP 协议的特点协议的特点 n现在全世界使用得最多的数据链路层协议是现在全世界使用得最多的数据链路层协议是

51、点点对点协议对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。n用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用使用 PPP 协议。协议。nPPP协议就是用户计算机和协议就是用户计算机和ISP进行通信时所进行通信时所使用的数据链路层协议。如下图使用的数据链路层协议。如下图 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层59用户到用户到 ISP 的链路使用的链路使用 PPP 协议协议 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 协议计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3

52、-5ed数据数据链路层链路层601. PPP 协议应满足的需求协议应满足的需求 n简单简单接收方检验后，正确的接收，错误的丢弃。接收方检验后，正确的接收，错误的丢弃。n封装成帧封装成帧规定帧定界符。规定帧定界符。 n透明性透明性解决帧中出现定界符的问题。解决帧中出现定界符的问题。 n多种网络层协议多种网络层协议-在同一条物理链路上同时支持多在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议。种网络层协议。n多种类型链路多种类型链路支持串行、并行、低速、高速等。支持串行、并行、低速、高速等。 n差错检测差错检测帧检测，丢弃错帧。帧检测，丢弃错帧。 n检测连接状态检测连接状态检测链路是否可用。检测链路是否可

53、用。 n最大传送单元最大传送单元促进互操作性，促进互操作性，MTU=1500MTU=1500字节。字节。 n网络层地址协商网络层地址协商通过协商配置双方的网络层地址。通过协商配置双方的网络层地址。 n数据压缩协商数据压缩协商协商压缩算法。协商压缩算法。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层612. PPP 协议不需要的功能协议不需要的功能n纠错纠错在在TCP/IPTCP/IP协议族中，可靠传输由传输层的协议族中，可靠传输由传输层的TCPTCP负责，数据链路层的负责，数据链路层的PPPPPP协议负责检错。协议负责检错。 n流量控制流量控制TCPTCP负责

54、流量控制。负责流量控制。 n序号序号PPPPPP不是可靠传输协议，不需要序号。不是可靠传输协议，不需要序号。 n多点线路多点线路不支持多点线路，只支持点对点的链不支持多点线路，只支持点对点的链路通信。路通信。 n链路链路只支持全双工链路。只支持全双工链路。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层623. PPP 协议的组成协议的组成 n1992 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 协议已成为因特协议已成为因特网的正式标准网的正

55、式标准RFC 1661RFC 1661。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层633. PPP 协议的组成协议的组成 nPPP 协议有三个组成部分协议有三个组成部分 n一个将一个将 IP IP 数据报封装到串行链路的方法。数据报封装到串行链路的方法。异步和同步异步和同步n链路控制协议链路控制协议LCP(Link Control Protocol)LCP(Link Control Protocol)。一个用来建立、配置和测试数据链路连接的一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议。链路控制协议。n网络控制协议网络控制协议 NCP (Network

56、 Control NCP (Network Control Protocol)Protocol)。一套网络控制协议，其中的每一。一套网络控制协议，其中的每一个协议支持不同的网络层协议。个协议支持不同的网络层协议。计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层643.2.2 PPP 协议的帧格式协议的帧格式IP 数据报1211字节12不超过 1500 字节PPP 帧先发送7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层653.2.2 PPP 协议的帧格式协议的帧格式n标志字段标志

57、字段 F = 0 x7E F = 0 x7E （符号（符号“0 x0 x”表示后面的字表示后面的字符是用十六进制表示。十六进制的符是用十六进制表示。十六进制的 7E 7E 的二进制的二进制表示是表示是 ）。）。n地址字段地址字段 A A 只置为只置为 0 xFF0 xFF。地址字段实际上并不。地址字段实际上并不起作用。起作用。n控制字段控制字段 C C 通常置为通常置为 0 x030 x03。nPPP PPP 是面向字节的，所有的是面向字节的，所有的 PPPPPP 帧的长度都是帧的长度都是整数字节。整数字节。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层66P

58、PP 协议的帧格式协议的帧格式nPPP PPP 有一个有一个 2 2 个字节的协议字段。个字节的协议字段。n当协议字段为当协议字段为 0 x0021 0 x0021 时，时，PPP PPP 帧的信息字段就帧的信息字段就是是IP IP 数据报。数据报。n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。n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。 IP 数据报1211字节12不超过 1500 字节PPP 帧先发送7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部计算机学院计算机

59、学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层67透明传输问题透明传输问题 n当当 PPP PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和硬件来完成比特填充（和 HDLC HDLC 的做法一样）。的做法一样）。 n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，就使用一种特殊的字符填充法字符填充法。 计算机学院计算机学院计算机第计算机第06次次CH3-5ed数据数据链路层链路层68字符填充字符填充 n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

60、节序列字节序列(0 x7D, 0 x5E)(0 x7D, 0 x5E)。 n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, , 则将其转则将其转变成为变成为 2 2 字节序列字节序列(0 x7D, 0 x5D)(0 x7D, 0 x5D)。n若信息字段中出现若信息字段中出现 ASCII ASCII 码的控制字符（即数码的控制字符（即数值小于值小于 0 x20 0 x20 的字符），则在该字符前面要加入的字符），则在该字符前面要加入一个一个 0 x7D 0 x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。字节，同时将该字符的编码加以改变。 计算机学院计算机学院计算机第