第4章 数据链路层

1、计算机网络原理（4741）第四章 数据链路层本章主要内容 数据链路层功能 差错控制 基本链路协议 链路控制规程 因特网的数据链路层协议一、串讲 1、P71第二段 数据链路层作用 2、帧是数据链路层的传送单位 P71 3、数据链路层的功能：帧同步、差错控制、流量控制、链路管理。 P71-72 4、帧同步普遍使用的方法是（比特填充法、）（违法编码法），（字符填充法）（字节计数法）（P72） 5、数据链路层通过使用（计数器）和（序号）来保证每帧最终都能被正确地递交给目标网络层一次（P73） 6、差错控制：反馈重发、超时计时器、帧编号。P73 7、流量控制：数据链路层控制相邻两节点之间数据链路上的流量

2、，传输层控制从源到最终目的之间端对端的流量。 8、链路管理功能主要用于（面向连接）服务（P74） 9、噪声有两大类：随即热噪声和冲击噪声。P75 10、随机热噪声是信道固有，持续存在 的； 冲击噪声 外界特定的短暂原因P75 11、从突发错误发生的第一个码元到有错的最后一个码元间所有码元的个数，称为该突发错的（突发长度）P75 12、差错控制方法（P75） 13、利用差错控制编码来进行差错控制方法基本有两类：（自动请求重发 ARQ）和（前向纠错 FEC） 14、检错码： 奇偶校验码、循环冗余码（广域网采用） 、 海明码（检错和纠错） 15、差错控制方法中的自动重发请求 ARQ 法有（空闲重发请

3、求）和（连续重发请求）两种最基本实现方案（P80） 16、在顺序接收管道协议中，为了提高信道的有效利用率，可以采用（基于窗口控制）的流量控制方法来限制发送方已发出而未被确认的帧数目（P81） 17、 停-等：发送窗口=1，接收窗口=1； Go-back-N：发送窗口1，接收窗口=1； 选择重传：发送窗口1，接收窗口1； （P83） 18、链路控制协议可分为异步协议和同步协义（P83） 19、异步协议以字符为独立的信息传输单位。 （P83） 20、同步协议是以许多字符或许多比特组织成的数据块-帧为传输单位（P83） 21、同步协议又可分为面向字符的同步协议、面向比特的同步协议及面向字节计数的同步

4、协议三种类型（P84） 22、任何链路层协议均可由链路建立、数据传输和链路拆除三部分组成。 （P84） 23、BSC：面向字符，分为数据报文和监控报文两类。二进制同步通信协议 半双工（P84） 24、BSC数据报文格式：（了解） （P84） （1）SYN SYN STX 报文 ETX BCC 不带报头的单块报文或分块传输中的最后一块报文 （2）SYN SYN SOH 报头 STX 报文 ETX BCC 报头的单块报文 （3）SYN SYN SOH 报头 STX 报文 ETB BCC 分块传输中的第一块报文 （4）SYN SYN STX 报文 ETB BCC 分块传输中的中间报文 26、BSC同

5、步协议的监控报文： （P85-86）（1）SYN SYN ACK 肯定确认和选择响应（2）SYN SYN NAK 否定确认和选择响应（3）SYN SYN P/S前缀 站地址 ENQ 轮询、选择请求（4）SYN SYN EOT 拆链 （此四种格式的监控报文，需了解） 27、BSC协议中所有发送的数据均跟在至少两个SYN字符之后。所有数据块在真终限定符（ETX或ETB）之后还有块校验字符BCC，BCC可以是垂直奇偶校验或16位CRC （P85） 28、为了使二进制数据中允许出现与传输控制字符相同的数据，可以各帧中真正的传输控制字符（除SYN外）前加上DLE转义字符。 （P85） 例：若BSC发送帧

6、中数据如下：“ABCDE”,则经过转义后实际要发送的是 “ABCDE” 29、HDLC（高级数据链路控制规程） 全双工（P86） 30、HDLC常用三种操作方式：正常响应、异步响应、异步平衡（P87） 31、HDLC格式 32、HDLC采用0比特插入，实现透明传输（P87） 33、HDLC的帧类型：信息帧、监控帧、无编号帧（P88） 注：三种帧的格式（主要是控制域段）要知道 34、HDLC控制域响应信号意义：00接收就绪，01拒绝，10接收未就绪，11选择拒绝（P89）标志地址控制数据FCS标志 HDLC 帧格式，除信息字段外共占 48 位即 6 字节（P87） 信息帧：控制字段第 1 位为“

7、0” 监控帧：控制字段第 1、2 位为“10”，没有信息字段，帧长只有 6 字节即 48 位 35、因特网有两个被广泛使用的链路层协议：（串行线路 IP，SLIP）协议和（点到点 PPP）协议（P89） 36、SLIP 在串行通信线路上封装 IP 分组，使远程用户通过（电话线）和（MODEM）能接入 TCP/IP 网络（P89） 37、PPP 协议中有一个（LCP 链路控制）协议，可用于启动线路、测试线路、协商参数、关闭线路 （P90）此处了解，一般将在4749网络工程中考试。 38、PPP协议提供三类功能：成帧、链路控制、网络控制。 （P90） 39、PPP的帧格式和HDLC的帧格式非常相似

8、，但PPP面向字符，而HDLC面向比特。 （P90）1、简述数据链路层差错控制的工作原理。（P73） 答（1）数据链路层一般采用反馈重发的方法来纠正差错。 （2）接收方收完一帧后，向发送方反馈一个接收是否正确的信息，使发送方据此作出是否需要重新发送到决定。发送方仅当收到接收方已正确接收到反馈信息后，才能认为该帧已经正确发送完毕，否则需要重发直至正确为止。2、简述停止等待方案的工作原理。（P74）答：发送方发出一帧，然后等待应答信号到达后再发送下一帧；接收方每收到一帧后送回一个应答信号，表示愿意接收下一帧，如果接收方不送回应答，则发送方必须一直等待。简答3、简述数据链路层差错控制的工作原理。（P

9、73）答：数据链路层一般采用反馈重发的方法来纠正差错。接收方收完一帧后，向发送方反馈一个接收是否正确的信息，使发送方据此作出是否需要重新发送到决定。发送方仅当收到接收方已正确接收到反馈信息后，才能认为该帧已经正确发送完毕，否则需要重发直至正确为止。4、简述停止等待方案的工作原理。（P74）发送方发出一帧，然后等待应答信号到达后再发送下一帧；接收方每收到一帧后送回一个应答信号，表示愿意接收下一帧，如果接收方不送回应答，则发送方必须一直等待。5、简述停等协议的特点。（P80）答：优点：所需的缓冲存储空间小 缺：发送方要停下来等待ACK帧返回后再行继续发送，造成信道浪费6、简述“回退 N”策略的基本

10、原理。（P81）答：（1） 当接收方检测出失序的信息帧后，要求发送方重发最后一个正确接收的信息帧之后的所有未被确认的帧 （2） 或者当发送方发送了 n 个帧以后，若发现 n 帧的前一帧在计时器超时区间内仍未返回其确认信息，则该帧被判定为出错或丢失，此时发送方就不得不重新发送该出错帧及其后的 n 帧。7、简述选择重传协议的工作原理。（P82） 答：当接收方发现某帧出错后，其后继续送来的正确的帧虽然不能立即递交给接收方的高层，但接收方仍可收下来，存放在一个缓冲区中，同时要求发送方重新传送出错的那一帧。一旦收到重新传来的帧后，就可与原来已存放于缓冲区中的其余帧一并按正确的顺序递交给高层。9、简述高级

11、数据链路控制规程 HDLC 协议的特点。（P86）答：（1） 不依赖字符编码集（2） 透明传输（3） 全双工通信（4） 传输可靠性高（5） 灵活性大10、简述 PPP 协议的应用范围。（5.41.P91）答：适用 调制解调器 SONET HDLC为序列线路 其他物理层，支持 错误检测 头部压缩 选项协商 使用HDLC类型帧的可靠传输 12、计算 已知信息位 K（X）和采用 CRC 生成的多项式 G（X），求该信息的循环冗余码 CRC（P78） （1） 冗余位 R（X）= XrK（X）/G（X） （2） CRC 码字 T（X）= XrK（X）+ R（X） 已知用 CRC 生成的多项式 G（X）和

12、接收方二进制数字序列，判断传输过程是否出错（P79） 如果接收到的码字 T（X）能被 G（X）整除，则传输无差错。 同步传输的单位是帧，所以其传输速率要根据帧格式（信息位+控制位）二、本章主要填空题 1、差错控制编码可以分为检错码和_。(纠错码) 2、PPP 协议中有一个_协议，可用于启动线路、测试线路、协商参数、关闭线路。(链路控制) 3、_引起的差错称为随机错，所引起的某位码元的差错是孤立的，与前后码元没有关系。(热噪声) 4、BSC 协议将在链路上传输的信息分为数据报文和_两类。(监控报文) 5、链路管理功能包括数据链路层连接的建立、维持和_。(释放) 6、数据链路层通过使用_和序号来保

13、证每帧都能被正确地递交给目标网络层一次。(计数器) 7、_不需要任何填充技术，便能实现数据的透明性，但它只适用于采用冗余编码的特殊编码环境。 8、为了使传输中发生差错后只将出错的有限数据进行重发、数据链路层将比特流组织成_为单位传送。(帧) 9、使用字符填充的首尾定界符法是在与特定字符相同的数据字符前填充一个_以示区别，从而达到数据的透明性。(转义控制字符) 10、目前较普遍使用的帧同步法是比特填充法和_。(违法编码法) 11、从突发错误发生的第一个码元到有错的最后个码元间的所有码元的个数，称为该突发错的_。(突发长度) 12、在计算机网络和数据特通信中用得最广泛的检错码是一种漏检率低得多也便

14、于实现的 _。(循环冗余码) 13、差错控制方法中的自动重发请求的两种基本方案是_和连续重发请求。(空闲重发请求) 14、HDLC 是通用的数据链路控制协议，在开始建立数据链路时，允许选用特定的_。(操作方式)三、本章课后作业及答案1数据链路层的主要功能包括哪几个方面的内容？帧同步功能：为了使传输中发生差错后只将出错的有限数据进行重发，数据链路层将比特流组织成为帧为单位传送。常用的帧同步方法有：使用字符填充的首尾定界符法、使用比特填充的首尾标志法、违法编码法、字节计数法。差错控制功能：通信系统必须具备发现（即检测）差错的能力，并采取措施纠正之，使差错控制在所能允许的尽可能小的范围内，这就是差错

15、控制的过程，也是数据链路层的主要功能之一。流量控制功能：由于收发双方各自使用的设备工作速率和缓冲存储空间的差异，可能出现发送方发送能力大于接收方接收能力的现象，若此时不对发送方的发送速率（也即链路上的信息流量）作适当的限制，前面来不及接收的帧将被后面不断发送的帧“淹没”，从而造成帧的丢失而出错。由此可见，流量控制实际上是对发送方数据流量的控制，使其发送速率不致超过接收方所能承受的能力。两种最常用的流量控制方案：停止等待方案和滑动窗口机制。链路管理功能：主要用于面向连接的服务。在链路两端的节点要进行通信前，必须首先确认对方已处于就绪状态，并交换一些必要的信息以对帧序号初始化，然后才能建立连接。在

16、传输过程中则要维持该连接。如果出现差错，需要重新初始化，重新自动建立连接。传输完毕后则要释放连接。数据链路层连接的建立、维持和释放就称链路管理。2试比较四种帧定界方法的特点。使用字符填充的首尾定界符法：该法用一些特定的字符来定界一帧的起始与终止，为了不使数据信息位中出现的与特定字符被误判为帧首尾定界符，可以在这种数据字符前填充一个转义字符（）以示区别，从而达到数据的透明性。但这种方法使用起来比较麻烦，而且所用的特定字符依赖于所采用的字符编码集，兼容性比较差。使用比特填充的首尾标志法：该法一组特定的比特模式（如01111110）来标志一帧的起始与终止。为了不使信息位中出现的与该特定比特模式相似的

17、比特串被误判为帧的首尾标志，可以采用比特填充的方法。比特填充很容易由硬件来实现，性能优于字符填充法。违法编码法：该法在物理层采用特定的比特编码方法时采用，可以借用一些违法编码序列来界定帧的起始和终止。违法编码法不需要任何填充技术，便能实现数据的透明性，但它只适用于采用冗余编码的特殊编码环境。字节计数法：这种帧同步方法以一个特殊字符表征一帧的起始，并以一个专门字段来标明帧内的字节数。由于采有字节计数法来确定帧的终止边界不会引起数据及其它信息的混淆。因而不必采用任何措施便可实现数据的透明性，即任何数据均可不受限制的传递。传输差错的主要原因是哪些？差错类型有哪两种？都有什么特点？传输差错的主要原因：

18、信号在物理信道中传输时，线路本身电气特性造成的随机噪声、信号幅度衰减、频率和相位的畸变、电气信号在线路上产生反射造成的回音效应、相邻线路间的干扰以及各种外界因素(如大气中的闪电、开头的跳火、外界强电流磁场的变化、电源的波动等)都会造成信号的失真。热噪声引起的差错称为随机错，所引起的某位码元的差错是孤立的，与前后码元没有关系，由它导致的随机错通常较少；冲击噪志呈突发状，由其引起的差错称为突发错。冲击噪声幅度可能相当大，无法靠提高信号幅度来避免冲击噪声造成的差错，它是传输中产生差错的主要原因。冲击噪声持续时间很短，但在一定的数据速率条件下，仍然会影响到一串码元。4检错码与纠错码的主要区别是什么？常

19、用的检错码有哪些？检错码是指能自动发现差错的编码，纠错码是指不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。纠错码一般说来要比检错码使用更多的冗余位，也就是说编码效率低，而且纠错设备也比纠错码复杂得多。因而除非在单传输或实时要求特别高等场合外，数据通信中使用更多的还是检错码。常用的检错码有奇偶校验码、循环冗余码和海明码。 5若发送窗口尺寸为4，在发送3 号帧并收到2 号帧的确认后，发送方还可以发几帧？请给出可发帧的序号。 窗口机制是利用接收主缓冲区，发送方缓冲区和重发表来实现流量控制，从而避免过载的一种机制。由此可知发送方还可以发送3 帧，可发送的帧序号为4、。6若窗口序号位数为3，发送窗口尺寸为2，

20、采用Go-back-N 法，请画出由初始态出发相继下列事件发生时的发送及接收窗口图：发送帧0、发送帧、接收帧、接收确认帧、发送帧、帧接收出错、帧确认超时、重发帧、接收帧、发送帧、接收确认 。7若帧数据中出现下列字符串：“BCDE”问字符填充后的输出是什么？答： “BCDE”8、 若HDLC 帧数据段中出现下列比特串：”010000011111101011111110”问比特填充后的输出是什么？答：010000011111010101111101109用规程传输一批汉字（双字节），若已知采用不带报头的分块传输，且最大报文块长为129 字节，共传输了5 帧，其中最后一块报文长为101 字节。问每个

21、报文最多能传多少汉字？该批数据共有多少汉字？（假设采用单字节的块检验字符。）10用HDLC 传输个汉字（双字节）时，帧中的信息字段占多少字节？总的帧长占多少字节？答： HDLC 的帧格式如下：它的信息字段的数据为：12*2=24 字节总的帧长为：24+6=30 字节。11简述HDLC 帧中控制字段各分段的作用。HDLC 帧中控制字段的第1 位或第2 位表示传输帧的类型。第5 位是/F 位，即轮询终止位。当P/F 位用于命令帧（由主站发出）时，起轮询的作用，即不该位为1 时，要求被轮询的从站给出响应，所以此时P/F 位可被称为轮询位（或者说位）；当位用于响应帧（由从站发出）时，称为终止位（或F 位），当其为“”时，表示接收方确认的结束。为了进行连续传输，需要对帧进行编号，所以控制字段中还包括了帧的编号。 12试比较和协议的特点。 BSC 协议与特定的字符编码集关系过于密切，故兼容性较