第04章-数据链路层

第4章

数据链路层主讲：袁津生2023/2/31计算机网络本章学习要求

理解：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：数据链路层的基本概念。 了解：数据链路层协议的分类方法。 掌握：典型的数据链路层协议—HDLC与PPP协议。2023/2/32计算机网络本章知识点结构2023/2/33计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

4.1.1设计数据链路层的原因 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。2023/2/34计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

4.1.2差错产生的原因和差错类型 数据在传输中所产生的差错都是由热噪声引起的。热噪声是影响数据在通信媒体中正常传输的重要因素。数据通信中的热噪声主要包括：（1）在数据通信中，信号在物理信道上的线路本身的电气特性随机产生的信号幅度、频率、相位的畸形和衰减。（2）电气信号在线路上产生反射造成的回音效应。（3）相邻线路之间的串线干扰。（4）大气中的闪电、电源开关的跳火、自然界磁场的变化以及电源的波动等外界因素。2023/2/35计算机网络两大类热噪声：

随机热噪声和冲击热噪声

随机热噪声：通信信道上固有的、持续存在的热噪声。这种热噪声具有不固定性，所以称为随机热噪声。

冲击热噪声：由外界某种原因突发产生的热噪声。冲击噪声幅度较大，是引起传输差错的主要原因。2023/2/36计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

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；

差错控制

—检查是否出现差错以及如何纠正差错； 由热噪声引起的差错是随机差错，或随机错； 冲击噪声引起的差错是突发差错，或突发错； 引起突发差错的位长称为突发长度； 在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发差错共同构成的。2023/2/37计算机网络噪声对传输数据的影响2023/2/38计算机网络4.1差错产生与差错控制方法2023/2/39计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

4.1.3差错控制 差错控制：是指在数据通信过程中，发现、检测差错，对差错进行纠正，从而把差错限制在数据传输所允许的尽可能小的范围内的技术和方法。 在数据传输中，没有差错控制的传输通常是不可靠的。2023/2/310计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

1．差错控制编码 差错控制编码是用以实现差错控制的编码。它分检错码和纠错码两种：

检错码：能够自动发现错误的编码。

纠错码：既能发现错误，又能自动纠正错误的编码。

2023/2/311计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

2.差错控制方法 差错控制方法主要有两类：自动请求重发和向前纠错。

自动请求重发是利用编码的方法在数据接收端检测差错，当检测出差错后，设法通知发送数据端重新发送数据，直到无差错为止。

向前纠错方法中，接收数据端不仅对接收的数据进行检测，而且当检测出差错后还能利用编码的方法自动纠正差错。2023/2/312计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

4.1.4检错码与纠错码 在计算机通信中，人们提出一种方法，那就是在承认通信信道传输过程中会产生差错的前提下，有效地检测出错误，并进行纠正，从而提高通信信道的传输质量。人们把这种方法叫做差错检测与校正，简称为差错控制。 差错控制的主要目的是减少通信信道的传输错误，目前还不可能做到检测和校正所有的错误。2023/2/313计算机网络差错控制的两种策略：

纠错码方案： 让每个传输的分组带上足够的冗余信息，以便在接收端能发现并自动纠正传输差错。

检错码方案：

让分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息，但不能确定哪一比特是错的，并且自己不能纠正传输差错。2023/2/314计算机网络常用的检错码

●奇偶校验码 奇偶校验码是一种最常见的检错码，它分为：

垂直奇偶校验（VRC） 水平奇偶校验（LRC） 水平垂直奇偶校验（即方阵码）。

●循环冗余编码（CyclicRedundancyCode,CRC） 目前应用最广的检错码编码方法之一。2023/2/315计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

4.1.5奇偶校验 设信息码元数为k位，校验码元数为r(r=1)，k+r=k+1=n。则称由k位信息码和r(=1)位校验码组成的位码序列为系统码。2023/2/316计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 奇偶校验又可以分为奇校验和偶校验。 如果信息码（k1，k2，…，kn-1）中1的个数为偶数，kn为0。 如果信息码中1的个数为奇数，kn为1。

例如：字符A的代码为1000001，其中有两个1，在偶校验中可得奇偶校验位为0，故其8位组合代码为：10000010。前7位是信息位，最右的1位是校验位。在奇校验中可得奇偶校验位为1，故其8位组合代码为：10000011。2023/2/317计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

1．水平奇偶校验 把数据先以适当的长度划分成小组，并把码字按表中所示的顺序一列一列地排列起来，然后对水平方向的码元进行奇偶校验，得到一列校验位，附加在其他各列之后，然后按列的顺序进行传输。 例如：在信道中传送的二进制信号序列为:

10101011010101110110…111002023/2/318计算机网络4.1差错产生与差错控制方法位12345678910校验位110011100011201101010101311011000011400111000100511101111010水平奇偶校验2023/2/319计算机网络4.1差错产生与差错控制方法位123456789101100111000120110101010311011000014001110001051110111101校验位1111100101垂直奇偶校验2023/2/320计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

2．水平垂直奇偶校验 这种方法是在水平奇偶校验和垂直奇偶校验的基础上，把两者结合起来对码元进行校验。传送时先传第1列，随后传第2列……最后传第11列。因此,在信道中传送的二进制信号序列为:

101011011011010111101101…111001 这种方法按列传输时能发现所有长度小于或等于n+1（n为列的码元数）个突发性错误和其他错误。也可按行传输,它能发现所有长度小于或等于每一行码元数m+1个突发性或其他错误。2023/2/321计算机网络4.1差错产生与差错控制方法位12345678910校验位110011100011201101010101311011000011400111000100511101111010校验位11111001011水平垂直奇偶校验2023/2/322计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

4.1.6循环冗余编码工作原理

将要发送的数据比特序列当做一个多项式f(x)的系数，在发送端用收发双方预先约定的生成多项式G(x)去除，求得一个余数多项式。将余数多项式加到数据多项式之后发送到接收端。在接收端用同样的生成多项式G(x)去除接收数据多项式f(x)，得到计算余数多项式。 如果计算余数多项式与接收余数多项式相同，则表示传输无差错；如果计算余数多项式与接收余数多项式不相同，则表示传输有差错，由发送方重发数据，直至正确为止。2023/2/323计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 CRC码检错能力强，实现容易，是目前应用最广的检错码编码方法之一。 CRC生成多项式G(x)由协议规定，目前已有多种生成多项式列入国际标准中， 例如：

CRC-12 G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1

CRC-16 G(x)=x16+x15+x2+1

CRC-CCCITTG(x)=x16+x15+x5+1

CRC-32 G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+ x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+12023/2/324计算机网络CRC校验过程2023/2/325计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

CRC校验的工作过程可以描述为： ①在发送端，将发送数据多项式f(x)xk，其中k为生成多项式的最高幂值，例如CRC-12的最高幕值为12，则发送f(x)x12；对于二进制乘法来说，f(x)x12的意义是将发送数据比特序列左移12位，用来放入余数； ②将f(x)xk除以生成多项式G(x)，得： 式中R(x)为余数多项式。2023/2/326计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

③将f(x)xk+R(x)作为整体，从发送端通过通信信道传送到接收端； ④接收端对接收数据多项式f(x)采用同样的运算，即

求得余数多项式R'(x)；⑤接收端根据计算余数多项式R'(x)是否等于接收余数多项式R(x)，来判断是否出现传输错误。2023/2/327计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 实际的CRC校验码生成是采用二进制模二算法，即减法不错位，加法不进位，这是一种异或操作。我们可以用下面的实例来进一步说明CRC校验码的生成过程：

①发送数据比特序列为1010001101；

②事先选定的多项式比特序列为110101（6比特，k=5）；余数至少要比除数少1个比特。至于多项式的选定应参照国际标准。

③将发送数据比特序列乘以25，那么产生的乘积应为101000110100000；2023/2/328计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

④将乘积用生成多项式比特序列去除，按模二算法。 用模2运算进行加法时不进位，减法和加法是一样的。例如，1111+1010=0101。 求得余数比特序列为01110；

⑤将余数比特序列加到乘积中得：

101000110100000+01110=101000110101110 如果在数据传输过程中没有发生传输错误，那么接收端接收到的带有CRC校验码的接收数据比特序列一定能被相同的生成多项式整除。2023/2/329计算机网络循环冗余原理说明2023/2/330计算机网络循环冗余原理说明即：101000110101110÷110101=1101010110余数为0。2023/2/331计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 CRC校验码的检错能力很强；只要适当地设置好G（x）就能： ①能检查出全部单个错； ②能检查出全部离散的二位错； ③能检查出全部奇数个错； ④能检查出全部长度小于或等于k位的突发错； ⑤能以[1-(1/2)k-1]的概率检查出长度为(k+1)位的突发错。2023/2/332计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

4.1.7校验和 在高层协议中使用的检错的方法称为核验和。和VRC，LRC和CRC一样，校验和也基于冗余概念。

1．校验和生成器 在发送方，校验和生成器将数据单元细分成大小都为16比特的分段。这些分段采用反码算法加在一起，使得整个结果仍然是16比特长。该总和（校验和）随后取反，并当作冗余位加在原始数据单元的末尾，称作校验和字段。如果数据段的和是T，校验和就是-T。2023/2/333计算机网络4.1差错产生与差错控制方法2023/2/334计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 发送方遵循以下步骤：

●数据单元被分成K段，每段n比特。

●将所有段按反码方式相加求和。

●对最后结果取反得到校验和。

●将校验和与数据一起发送。 接收方遵循以下步骤：

●数据单元被分成k段，每段n比特。

●将所有段按反码方式相加求和。

●和取反。

●如果结果为0，则接收数据；否则拒绝。2023/2/335计算机网络4.1差错产生与差错控制方法2023/2/336计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

2．校验和校验器 接收方按照上面的方式切分数据单元，将所有分段相加并对结果取反。如果扩展的数据单元是完整正确的，那么各数据段和校验和字段相加的最后结果应该是零（T加-T是零）。如果结果不是零，就意味着数据包包含着差错，因而接收方拒绝接收该数据单元。2023/2/337计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 例假设要发送下面的16位数据，采用8位校验和。

←1010100100111001 采用反码算法相加数据：

10101001

00111001

11100010

校验和

00011101 发送的比特模式是：

←

101010010011100100011101

校验和2023/2/338计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

例现假定接收方无差错地收到上例发送的比特模式。

101010010011100100011101

当接收方将三段数据相加后得到全1。求反后,变成全0,表示没有差错。

10101001 00111001 00011101

和 11111111

求反 00000000

这就是说比特模式是正确的。2023/2/339计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

例现假定存在长度为5的突发差错，改变了4比特。

101011111111100100011101

接方将三段数据相加，得到：

10101111

11111001 00011101

结果111000101

进位 1

和 11000110

求反 00111001这就是说比特模式被破坏了。2023/2/340计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

4.1.8纠错 纠错可以通过两种方式进行。一种方式是当发现差错时，接收方可以让发送方重新发送整个数据单元。另一种方法是用纠错码，自动纠正一些差错。 理论上，可以自动纠正任何一种二进制编码差错。但是纠错码比检错码要复杂得多，并且需要占据更多的冗余比特位。因此，大多数纠错技术都局限于一个、两个或者三个比特的差错。2023/2/341计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

1．单比特纠错 通过在数据单元上增加冗余位来进行检测。单个的附加比特可以对任意比特序列的单比特差错进行检测，因为它只需要检查两种状态：差错和无错。 如果我们在检测出单比特差错的同时还想纠正差错。那么两种状态只够用来检错，却不足以用来纠错。2023/2/342计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 为纠正差错，接收方只需要将改变的比特再改变一次就可以了。但是为实现纠错，必须知道差错的比特位。 例如，为纠正一个ASCII字符中的单比特差错，纠错码必须确定7个比特中的哪一个发生了改变。在这种情况下，就必须在8个状态之间进行区分：无错，位置1错，位置2错，一直到位置7错。为实现这一点，就需要足够的冗余比特来表示所有8个状态。2023/2/343计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

初看起来，三比特的冗余码就足够了，因为三比特可以代表8种不同状态（000~111）且随之还为8种不同可能进行了定位。但是如果差错发生在冗余位本身上呢？七位数据（ASCII字符）加上三位冗余共是10位。但是三比特只能识别8种可能。为覆盖所有的差错可能性，还必须有附加的比特。2023/2/344计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

冗余比特 为计算纠正一个给定数量（m）的数据位数所需要的冗余位的数量（r），必须找到m和r之间的关系。下图显示了m位数据和附加的r冗余位。最后编码的总长是m+r。2023/2/345计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 如果可传输单元的总比特数是m+r，那么r必须能至少代表m+r+1种状态。在这些状态中，一种状态代表无错，其他m+r种状态代表在m+r位每个位置上发生的差错。 因此，必须能够通过r位来发现所有的m+r+1种状态，而r比特可以代表2r种不同状态。2r必须大于或等于m+r+1：

2r≥m+r+12023/2/346计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 r的值可以通过插入m（要传输的数据单元的原始长度）的值来得到。例如，如果m的值是7（就如同七位ASCII码一样），满足上述公式的最小的位是4：

24≥7+4+12023/2/347计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

2．海明码

R.W.Hamming提出的一种利用冗余比特来发现差错状态的技术，叫海明码。 （1）定位冗余比特 海明码可以在任意长度的单元上应用，并能利用上面讨论的数据和冗余比特之间的关系。例如，一个七位ASCII码需要在数据单元末尾附加或者在原始数据中间插入4个冗余比特。2023/2/348计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 图中，冗余比特被放在位置1，2，4和8上（这些位置都是2的幂次序列）。为清楚表明下面的例子，我们将这些位表示为，r1，r2，r4以及r8。2023/2/349计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 在海明码中，每个冗余比特都是一组数据比特的VRC位；r1是一组数据比特的VRC位，r2是另一组数据比特的VRC位，等等。在七位数据序列中用来计算四个冗余比特位的比特组合如下：

r1:第1,3,5,7,9,11比特 r2:第2,3,6,7,10,11比特 r4:第4,5,6,7比特

r8:第8,9,10,11比特2023/2/350计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

（2）计算冗余比特值 首先将原始字符的每个比特都填入单元中的对应位置。随后，对不同的比特组合计算它们的偶校验。每一种组合的校验值就对应冗余位的值。例如：r1是第3,5,7,9和11位的偶校验，r2是第3,6,7,10和11位的偶校验，等等。最后的11位编码通过传输线路发送出去。2023/2/351计算机网络海明码编码2023/2/352计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 （3）检错与纠错 假设在上述传输被接收时，第7位从1变成了0。2023/2/353计算机网络4.1差错产生与差错控制方法 接收方接收该传输并采用与发送方计算每个冗余比特时相同的比特组加上对应每一组的验位来重新计算4个新的VRC。然后将新的校验值按照冗余比特位置（r8,r4,r2,r1）组装成一个二进制数。在本例中，这一步的结果是0111（十进制7），这就指出了发生差错比特的位置在第7位。 一旦确定了发生差错的比特，接收方就可以将该比特值取反并纠正该差错。2023/2/354计算机网络海明码纠错2023/2/355计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

4.1.9差错控制机制

1.反馈重发机制 接收端可以通过检错码检查传送一帧数据是否出错，一旦发现传输错误，则通常采用反馈重发（AutomaticRepeatreQuest）ARQ方法来纠正。

2.反馈重发机制的分类

反馈重发纠错实现方法有两种：

●停止等待方式●连续工作方式2023/2/356计算机网络4.1差错产生与差错控制方法反馈重发机制2023/2/357计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

(1)停止等待方式 在停止等待方式中，发送方在发送完一数据帧后，要等待接收方的应答帧的到来。应答帧表示上一帧已正确接收，发送方就可以发送下一数据帧，否则重发出错数据帧。停止等待ARQ协议简单，但系统通信效率低。2023/2/358计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

(2)连续工作方式 为了克服停止等待ARQ协议的缺点，人们提出了连续ARQ协议。实现连续ARQ协议的方法有两种：

●拉回方式●选择重发方式 在拉回方式中，发送方可以连续向接收方发送数据帧，接收方对接收的数据帧进行校验，然后向发送方发回应答帧。2023/2/359计算机网络连续ARQ-拉回方式2023/2/360计算机网络4.1差错产生与差错控制方法

选择重发方式与拉回方式的区别： 如果在发送完编号为5的数据帧时，接收到编号为2的数据帧传输出错的应答帧，那么发送方在发送完编号为5的数据帧后，只重发出错的2号数据帧。 选择重发完后，接着发送编号为6的数据帧。 选择重发方式的效率将高于拉回方式。2023/2/361计算机网络连续ARQ-选择重发方式2023/2/362计算机网络4.2数据链路层的基本概念

4.2.1物理线路与数据链路

链路：点对点的线路段，也就是物理线路。

数据链路：将通信协议的硬件和软件加到物理线路上。2023/2/363计算机网络4.2数据链路层的基本概念

4.2.2数据链路控制

数据链路层协议：为实现数据链路控制功能而制定的规程或协议。 数据链路控制的主要功能：

（1）链路管理 数据链路的建立、维持和释放。

（2）帧同步 物理层的比特流按照数据链路层协议的规定被封装在数据帧中传送。帧同步是指接收方应当从收到的比特流中区分完整的数据帧。2023/2/364计算机网络4.2数据链路层的基本概念

（3）流量控制 控制收发方的速率。

（4）差错控制 使接收方能发现传输错误并能纠正错误。

（5）透明传输 能正确区分控制字符和数据。

（6）寻址 保证数据帧能正确到达目的结点。2023/2/365计算机网络4.2数据链路层的基本概念

4.2.3数据链路层向网络层提供的服务

数据链路层服务的类型：

(1)面向连接确认服务 具有数据链路的建立、传输、释放等阶段。

(2)无连接确认服务 源主机要对数据帧进行编号，目的主机对数据帧进行确认。

(3)无连接不确认服务2023/2/366计算机网络虚拟数据路径2023/2/367计算机网络实际数据路径2023/2/368计算机网络4.3面向字符型协议实例

4.3.1数据链路层协议的分类2023/2/369计算机网络4.3面向字符型协议实例

面向字符型协议可以利用ASCII码中的10个控制字符（如：SOH，ACK，SYN）来实现通信控制功能。

缺点： 使用不同字符集的两台计算机很难利用面向字符型协议进行通信。 控制字符的编码不能在用户数据字段中出现。 如：SYN编码为：0010110，如果出现就会引起通信控制错误。2023/2/370计算机网络4.3面向字符型协议实例

4.3.2面向字符型协议实例：BSC 面向字符型协议是以字符为控制传输信息的基本单元。

1.控制字符 （1）格式字符 SOH（startofheading） 报头开始

STX（startoftext） 正文开始

ETB（endoftransmissionblock）信息结束 ETX（endoftext） 正文结束BSC:BinarySynchronousCommunication2023/2/371计算机网络4.3面向字符型协议实例

（2）控制字符 ACK（acknowledge） 肯定应答

NAK（negativeacknowledge）否定应答 ENQ（enquire） 询问 EOT（endoftransmission）传输结束 SYN（synchrous） 同步 DLE（datalinkescape） 转义字符2023/2/372计算机网络4.3面向字符型协议实例2.数据报文格式 面向字符型BSC协议的数据报文格式：2023/2/373计算机网络BSC数据帧实例2023/2/374计算机网络BSC数据帧实例2023/2/375计算机网络2023/2/376计算机网络数据透明性

数据通信中的数据透明性意味着必须能够把任何比特组合当作数据发送。BSC中的数据透明性是通过数据链路转义DLE字符定义透明文本区域，然后在透明文本区域内的DLE字符之前加上一个附加的DLE字符。2023/2/377计算机网络4.3面向字符型协议实例

3.转义字符的使用 当正文出现与控制字符相同的编码时，自动在前面插入一个DLE字符。接收方则自动删除多余的DLE字符。

4.面向字符型协议的执行过程 在正式发送数据报文之前，首先发送控制报文ENQ，询问是否同意接收。同意后发送确认报文ACK。然后双方进入数据报文传输状态。2023/2/378计算机网络4.3面向字符型协议实例2023/2/379计算机网络4.4面向比特型协议实例

4.4.1HDLC产生的背景 面向字符型协议的特点是建立、维护与释放数据链路的控制由一些规定的控制字符完成。

BSC协议的主要缺点：

①控制报文与数据报文格式不一致； ②采用停止等待发送方式，收发双方交替地工作，协议效率低，通信线路利用率低。 ③协议只对数据部分进行差错控制，系统可靠性较差。 ④每增加一种功能就要设定一个新的控制字符2023/2/380计算机网络4.4面向比特型协议实例

4.4.2数据链路的配置和数据传送方式 数据链路的配置方式有两种：非平衡配置与平衡配置。

1.非平衡配置方式 （1）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。发出命令

从站：接受命令，发出响应，配合主站工作

非平衡配置方式又分为：点对点和多点方式2023/2/381计算机网络数据链路配置2023/2/382计算机网络4.4面向比特型协议实例 （2）正常响应模式与异步响应模式 非平衡配置有两种数据传送方式：正常响应模式与异步响应模式

正常响应模式(normalresponsemode,NRM) 主站可以随时向从站传输数据帧； 从站只有在主站向它发送命令帧进行探询，从站响应后才可以向主站发送数据帧。2023/2/383计算机网络多点轮询2023/2/384计算机网络4.4面向比特型协议实例

异步响应模式(asynchronousresponsemode,ARM) 主站和从站可以随时相互传输数据帧； 从站可以不需要等待主站发出探询就可以发送数据； 主站负责数据链路的初始化、链路的建立、释放与差错恢复等功能。2023/2/385计算机网络4.4面向比特型协议实例

2.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； 平衡配置结构中只有异步平衡模式（asynchronousbalancedmode，ABM）； 异步平衡模式的每个复合站都可以平等地发起数据传输，而不需要得到对方复合站的许可。2023/2/386计算机网络4.4面向比特型协议实例

4.4.3HDLC的帧结构

1.帧结构中各字段的意义

帧在OSI术语中是数据链路协议数据单元（DL-PDU）。网络层向数据链路层提交的传输分组在HDLC中叫做信息字段。数据链路层在信息字段的头尾加上控制信息，就构成了一个完整的帧。2023/2/387计算机网络4.4面向比特型协议实例

（1）标志字段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） 在传输过程中，如果出现和标志字段一样的比特组合，就要采用零比特插入与删除方法。 采用0比特插入与删除方法后，帧内就可以传送任意组合的比特序列，即可以实现数据链路层的透明传输。2023/2/388计算机网络零比特插入/删除工作过程2023/2/389计算机网络4.4面向比特型协议实例

（2）地址字段A（Address） 地址字段长度可以是8位的整数倍。当地址字段的首位为1时表示地址字段为8位；当首位为0时表示地址字段长度为16位。因此HDLC可以标识多于256个站地址。 当使用非平衡方式传送数据时，地址字段总是填入从站地址；当使用平衡方式传送数据时，地址字段填入应答站地址。如果地址字段为全1时，表示为广播地址，则要求网中所有站都要接收该帧。2023/2/390计算机网络4.4面向比特型协议实例

（3）控制字段C（Control） 控制字段C共8位，HDLC的许多重要功能都要靠控制字段来实现。 根据控制字段最前面两个比特的取值，可以将HDLC帧划分为3大类：

信息帧—I(Information)帧

监控帧—S(Supervisory)帧

无编号帧—U(Unnumbered)帧 2023/2/391计算机网络4.4面向比特型协议实例N(S)—发送序号N(R)—接收序号P/F—探询/终止2023/2/392计算机网络4.4面向比特型协议实例

（4）信息字段I（Information） 由于采用了0比特插入／删除方法，因此信息字段允许任意的二进制比特序列的组合。信息字段仅出现在信息帧与无编号帧中，它是网络层的用户数据。

（5）帧校验字段

FCS（FrameCheckSequence） HDLC采用CRC校验方式，含有两字节或四字节的CRC校验码。生成多项式采用CRC-CCITT（即：G(X)=X16+X12+X5+1）校验A、C、I字段的数据。2023/2/393计算机网络4.4面向比特型协议实例

2.信息帧 （1）发送序号N(S)与接收序号N(R)

当b0=

0时，该帧为信息帧。b1、b2、b3为发送序号N(S)，b5、b6、b7为接收序号N(R)。由于是全双工通信，所以通信的每一方都各有一个N(S)和N(R)。 例如，一个帧中N(S)=3，N(R)=7的意义是：目前发送的是序号为3的帧，已经正确接收了序号为6的帧，要求对方下一次发送序号为7的帧。这样双方就可以在交换信息帧的同时完成接收确认的功能，而不需要专门为接收信息帧而发送确认应答帧。2023/2/394计算机网络4.4面向比特型协议实例 （2）探询／终止位的意义 控制字段C的b4为探询/终止(Poll/Final)位，简称为P/F位。 如果P/F=0，则表示该位没有意义； 如果P=1，则为探寻；F=1，则为终止。 P=1与F=1在交换过程中应成对的出现。2023/2/395计算机网络4.4面向比特型协议实例

3．监控帧 若控制字段C的b0=1、b1=0则对应的帧为监控帧（S帧）。监控帧共有4种，取决于b2、b3的取值。 S=00，RR（receiveready）准备接收 S=01，RNR（receivenotready）没准备好

S=10，RJE（reject）拒绝

S=11，SREJ（selectreject）选择性拒绝 上述4种监控帧中，前3种用在连续ARQ协议中，而最后一种只用于选择重传ARQ协议中。2023/2/396计算机网络4.4面向比特型协议实例 所有的监控帧都不包含要传送的数据信息，因此监控帧只有48位长。监控帧不需要有发送序号N(S)，但是需要有接收序号N(R)。 RR帧和RNR帧除具有帧确认作用外，还具有流量控制的作用。RR帧表示已做好接收帧的准备，希望对方继续发送，而RNR帧则表示要求对方暂停发送，这可能是由于接收端来不及处理到达的帧，或缓冲区已满。 监控帧的b4也是P/F位。P/F=1时才有意义。P=1与F=1是成对出现的，一方作为探询，要求另一方应答。探询方要将置P=1，应答方在发送状态信息的同时将置F=1，作为对探询的应答。2023/2/397计算机网络4.4面向比特型协议实例4.无编号帧用于实现数据链路控制功能2023/2/398计算机网络4.4面向比特型协议实例

4.4.4数据链路层的工作过程 简化的信息帧结构的表示方法2023/2/399计算机网络4.4面向比特型协议实例2023/2/3100计算机网络4.4面向比特型协议实例

SNRM帧与UA帧结构的表示方法

数据链路层的工作，使收发双方可以有条不紊、正确地完成数据帧的传输，使得在物理线路上可能出现的数据传输错误得到及时的发现与纠正，从而提高了数据传输的可靠性。2023/2/3101计算机网络正常响应模式数据链路工作2023/2/3102计算机网络4.4面向比特型协议实例2023/2/3103计算机网络4.4面向比特型协议实例 两个结点之间要传输数据首先要建立物理线路的连接，建立了物理线路的连接才能传输比特流。在系统传输比特流之后才有可能建立数据链路。建立数据链路之后才能进入数据帧的传输阶段。 当数据帧传输结束时，需要释放数据链路。数据链路释放了，但物理线路连接还应该是存在着的。最后才是释放物理线路的连接。只有在释放了物理线路的连接之后，两个结点之间的通信关系才完全解除。因此，物理连接与数据链路连接是有区别的。2023/2/3104计算机网络4.4面向比特型协议实例 数据链路连接是建立在物理连接之上的。在物理层完成物理连接并提供比特流传输能力的基础上，数据链路层使用物理层的服务来传输数据链路层协议数据单元（帧）。HDLC中的控制帧用于数据链路的建立、数据链路维护与数据链路释放，以及信息帧发送过程中的流量控制与差错控制功能，以保证信息帧在数据链路上的正确传输，从而完成参考模型规定数据链路层基本功能得实现，为网络层提供可靠得结点与结点间帧传输服务。2023/2/3105计算机网络多点轮询实例2023/2/3106计算机网络多点轮询实例2023/2/3107计算机网络2023/2/3108计算机网络无编号帧2023/2/3109计算机网络2023/2/3110计算机网络4.5数据链路层滑动窗口协议与帧传输效率分析4.5.1数据链路层滑动窗口协议的分类2023/2/3111计算机网络4.5数据链路层滑动窗口协议与帧传输效率分析4.5.2单帧停止等待协议2023/2/3112计算机网络单帧停止等待协议效率的分析2023/2/3113计算机网络数据帧传输延时讨论传播延时：tp发送延时：tf，ta处理延时：tpr帧传输总延时：tT=tp+tf+tpr+ta+tp+tpr简化后的总延时：tT≈tf+2tp停止等待协议帧传输效率：U=tf/（tf+2tp）=1/（1+2a）其中：a=传播延时/发送延时=tp/tf2023/2/3114计算机网络多帧连续发送协议2023/2/3115计算机网络滑动窗口控制机制的基本工作原理2023/2/3116计算机网络选择重发纠错滑动窗口控制过程2023/2/3117计算机网络4.6Internet中的数据链路层

4.6.1Internet中主要的数据链路层协议

SLIP（SerialLineIP）

—

串行线路的Internet数据链路层协议

PPP（Point-to-PointProtocol）

—

点-点协议 SLIP与PPP用于串行通信的拨号线路上，是目前家庭计算机或公司用户通过ISP接到Internet主要的协议。

2023/2/3118计算机网络4.6Internet中的数据链路层

4.6.2SLIP协议

SLIP出现于20世纪80年代初，最早是在BSDUNIX4.2版操作系统上实现的; SLIP协议支持TCP/IP协议; 对数据报进行了简单的封装，然后来用RS-232接口串行线路进行传输; SLIP通常也用来将远程终端连接到Unix主机，也可通过租用或拨号串行线路进行主机到路由器，以及路由器到路由器的通信。2023/2/3119计算机网络4.6Internet中的数据链路层

1.典型的SLIP接入方式

Internet的家庭或小型公司用户通过调制解调器、电话网络连接到ISP的调制解调器； ISP的调制解调器再通过它的路由器接入Internet; SLIP系统一般可以发送和接收1006B的IP数据报。2023/2/3120计算机网络4.6Internet中的数据链路层

2.SLIP协议的帧结构

SLIP帧头与帧尾的“C0”，是协议使用的惟一的一个控制字符; C0的二进制编码比特序列是10110000; C0的使用将影响SLIP帧数据的透明性。

2023/2/3121计算机网络SLIP报文的封装2023/2/3122计算机网络4.6Internet中的数据链路层 3.SLIP协议的缺点 使用SLIP协议时，通信的双方都必须知道对方的IP地址，因为SLIP协议没有为它们提供相互交换地址信息的方法； 没有设置协议类型字段，不具备同时处理多种网络层协议的能力； 没有校验和字段，差错控制功能由高层的协议承担； SLIP协议并不是Internet的协议标准，因此不同版本的之间就会存在着差别，使得互连变得困难。2023/2/3123计算机网络4.6Internet中的数据链路层

4.6.3PPP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协议在拨号电话线路上和路由器─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。2023/2/3124计算机网络PPP协议的功能 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）用于建立、配置、管理和测试数据链路连接。

网络控制协议NCP（NetworkControlProtocol）用以建立和配置不同的网络层协议。 建立通信时：PPP链路的每个端结点首先要发送LCP数据帧，配置和测试数据链路。然后发送NCP数据帧，以选择和配置网络协议。

PPP协议帧可以分为：PPP信息帧、LCP帧和NCP帧。2023/2/3125计算机网络4.6Internet中的数据链路层

1.PPP信息帧格式

PPP信息帧格式与HDLC帧格式类似，由帧头、信息字段和帧尾3部分组成。 （1）标志（flag）字段 长度为1字节，用于比特流的同步。标志为：011111102023/2/3126计算机网络4.6Internet中的数据链路层 （2）地址（address）字段 长度为1字节，值为“FF”（11111111），表示网中所有的站都接收该帧。 （3）控制（control）字段 长度为1字节，值为“03”（00000011）。 （4）协议（protocol）字段 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—DEC2023/2/3127计算机网络4.6Internet中的数据链路层

（5）数据字段 数据字段长度可变，包含要传送的数据。 （6）帧校验字段（FCS）

长度为2个字节，用于保证数