计算机网络基础项目化教程（第2版）课件 单元4 数据通信基础

单元4数据通信基础《计算机网络基础》课程Computernetworktechnology单元4数据通信基础-内容列表《计算机网络基础》课程4.1数据链路层功能4.2MAC编址与数据帧封装4.3高级数据链路控制协议4.4点对点协议数据链路层功能《计算机网络基础》课程Computernetworktechnology数据链路层《计算机网络基础》课程数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介于物理层和网络层之间。作用数据链路层负责建立和管理节点间的数据链路，提供可靠的数据传输服务。数据链路层接收来自物理层的比特流，将其组装成帧并传递给网络层；同时，它也接收来自网络层的数据包，将其拆分成帧并传递给物理层进行传输。定义数据链路层功能《计算机网络基础》课程帧同步数据链路层负责实现帧同步，确保接收方能够正确地识别每一个数据帧的起始和结束。流量控制数据链路层通过流量控制机制，防止发送方过快地发送数据而导致接收方无法及时处理，从而避免数据丢失或损坏。差错控制数据链路层通过采用各种差错控制技术（如CRC校验等），确保数据传输的准确性和可靠性。访问控制在多个节点共享同一物理信道的情况下，数据链路层通过访问控制机制（如CSMA/CD等）协调各节点的数据传输，避免发生冲突和碰撞。帧同步《计算机网络基础》课程帧同步是指接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始和终止，以确保数据的完整性和准确性。在帧头部使用一个计数字段来标明帧内字符数，以此确定帧的界限。字符计数法字节填充法使用一些特定的字符来定界一帧的开始和结束，转义字符用于填充可能出现的特殊字符，以避免与帧定界符混淆。比如，采用特定模式01111110，则如果信息为中的任何连续出现6个“1”，发送方自动在其后插入一个“0”，而接收方则做该过程的逆操作，即每接收到连续6个“1”，则自动删除其跟在后面的“0”，以恢复原始数据。0102字段01111110字段A字段B字段•••数据帧校验序列01111110帧起始帧结束差错控制原因《计算机网络基础》课程差错分类根据差错的性质和产生原因，可以将其分为随机差错和突发差错两类。随机差错是随机独立地发生的，而突发差错则是连续多个比特位发生错误。传输过程中的噪声干扰由于信道中存在各种噪声，如热噪声、交叉干扰等，这些噪声可能导致传输的数据发生错误。信号衰减与失真随着传输距离的增加，信号可能会逐渐衰减并产生失真，从而导致接收端无法正确识别数据。设备故障或缺陷网络设备和传输介质可能存在故障或缺陷，如接口松动、线路老化等，这些问题也可能导致数据传输错误。差错控制方法《计算机网络基础》课程自动重传请求（ARQ）01当接收端检测到错误时，会向发送端发送一个重传请求，要求发送端重新发送出错的数据帧。这种方法适用于对实时性要求不高的场合。前向纠错（FEC）02在发送端对数据进行编码，添加冗余信息，以便接收端能够利用这些冗余信息来纠正错误。这种方法适用于对实时性要求较高的场合，但会增加数据传输的开销。混合纠错（HEC）03结合了ARQ和FEC的优点，当错误在可纠正范围内时，使用FEC进行纠正；当错误无法纠正时，则使用ARQ进行重传。这种方法能够在保证数据传输可靠性的同时，降低重传的开销。流量控制方法《计算机网络基础》课程010203流量控制原理为了防止发送端向接收端发送过多的数据而导致接收端缓冲区溢出或处理不过来，需要对发送端的数据流量进行控制。流量控制是一种通信控制机制，用于防止较快的发送者向较慢的接收者发送过多的数据，以使接收者来得及处理。停止等待协议这是最简单的流量控制协议。发送方发送一帧数据后，必须等待接收方的应答信号后才能发送下一帧。如果接收方没有收到数据或发现数据错误，则会发送一个否定应答信号（NAK），要求发送方重发数据。滑动窗口协议在这种协议中，发送方和接收方都维护一个窗口，窗口内的帧可以连续发送和接收。接收方确认接收到的帧后，窗口会向前滑动，从而允许发送方发送更多的帧。这种协议可以提高数据传输的效率，但实现起来比停止等待协议复杂。介质访问控制方法《计算机网络基础》课程码分多路复用（CDM）每个节点使用不同的编码方式进行通信，通过编码区分不同节点的信号。频分多路复用（FDM）将信道带宽划分为多个互不重叠的频段，每个节点分配一个固定频段进行通信。时分多路复用（TDM）将时间划分为等长的帧，每帧再分为若干时隙，为每个节点分配一个或多个固定时隙进行通信。随机访问介质访问控制节点在需要发送数据时随机占用信道，如ALOHA协议、CSMA协议等。这种方法可能导致冲突和不确定性，但实现简单。轮询访问介质访问控制主节点依次询问每个从节点是否有数据需要发送，从节点在获得询问后才能发送数据。这种方法避免了冲突，但主节点故障可能导致整个系统瘫痪。令牌传递介质访问控制节点之间传递一个令牌，只有获得令牌的节点才能发送数据。这种方法避免了冲突，且每个节点都有平等的机会发送数据，但需要维护令牌传递的顺序和正确性。1.静态划分介质访问控制2.动态划分介质访问控制MAC编址与数据帧封装《计算机网络基础》课程ComputernetworktechnologyMAC地址《计算机网络基础》课程MAC地址（MediaAccessControlAddress）也称为物理地址或硬件地址，是用于在网络中唯一标识一个网络接口的地址。MAC地址通常由6个字节（48位）的二进制数字组成，可以表示为12个16进制数，形式为：XX:XX:XX:XX:XX:XX前三个字节（24位）称为组织唯一标识符（OUI），由IEEE分配给各个网络设备制造商，用于标识厂商身份。后三个字节（24位）由厂商自行分配，用于标识具体的网络接口或设备。001A3FF14CC600-1A-3F-F1-4C-C6MAC地址《计算机网络基础》课程MAC地址的作用是在数据链路层实现数据的传输，包括源MAC地址和目标MAC地址，确保数据能够准确到达目标设备。网络设备在通信时会通过ARP协议等机制获取目标设备的MAC地址，实现数据的传输。通过命令（命令行）：ipconfig/all查看本地网卡具体详细信息。通过图形界面：控制面板/网络和internet查看网络连接详细信息。数据帧封装《计算机网络基础》课程数据帧封装是将上层数据按照特定格式进行组装，添加必要的控制信息，形成适合在物理层传输的数据单元。封装的目的包括：确保数据的完整性和准确性、提供传输过程中的流量控制、实现不同网络层协议之间的数据交换等。帧开始标志地址类型控制数据错误检测帧结束标志帧头数据包帧尾帧头：包含控制信息（如地址信息），位于数据帧的开头位置。数据：包含第三层报头、传输层报头、应用层数据等数据信息。帧尾：包含添加到帧结尾的控制信息，用于检查错误。数据帧封装高级数据链路控制协议《计算机网络基础》课程Computernetworktechnology高级数据链路控制协议《计算机网络基础》课程HDLC（High-LevelDataLinkControl）是一种面向比特的数据链路层协议。HDLC采用零比特填充法来实现数据的透明传输。它具有帧同步、差错控制、流量控制等功能，适用于点对点和多点链路。HDLC支持多种类型的帧，包括信息帧、监控帧和无编号帧等，以满足不同的数据传输需求。高级数据链路控制协议《计算机网络基础》课程

与PPP协议相比，HDLC协议更加灵活，支持多种类型的帧和多种链路配置方式，但实现复杂度也相对较高。与FrameRelay协议相比，HDLC协议具有更强的差错控制和流量控制能力，适用于对数据传输可靠性要求较高的场景。与其他数据链路层协议相比，HDLC协议具有广泛的应用范围和良好的互操作性，是一种成熟、稳定的数据链路层协议。HDLC帧结构《计算机网络基础》课程信息帧（I帧）、监控帧（S帧）和无编号帧（U帧）三种。HDLC帧类型标志字段、地址字段、控制字段、信息字段和帧校验序列字段。组成要素标志F地址A控制C信息I帧校验序列FCS标志F标志字段（F）。标志字段为01111110的比特模式，用以标志帧的起始和前一帧的结束。信息帧（I）监控帧（S）无编号帧（U）第1位是“0”为I帧第1、2位是“10”为S帧第1、2位是“11”为U帧地址字段（A）。地址字段表示链路上站的地址。控制字段（C）。控制字段用来表示帧类型、帧编号以及命令、响应等。信息字段（I）。信息字段内包含了用户的数据信息和来自上层的各种控制信息，其长度未作严格限制，目前用的比较多的是1000-2000bit。点对点协议《计算机网络基础》课程Computernetworktechnology点对点协议《计算机网络基础》课程点对点协议（Point-to-Point

Protocol，简称PPP）是一种在点对点链路上封装多协议数据包的链路层协议。定义功能特点PPP协议提供了一种标准的方法，将各种网络协议封装在点对点链接中进行传输。PPP协议具有可靠性高、支持多种网络协议、可扩展性强等特点。030201点对点协议特点《计算机网络基础》课程点对点通信中，数据直接在两个通信节点之间进行传输，无需经过中间节点。直接通信由于数据直接在通信双方之间传输，因此点对点通信具有较高的传输效率。高效性点对点通信可以根据实际需求进行定制和优化，更加灵活。灵活性点对点协议比较《计算机网络基础》课程PPP协议SLIP协议L2TP协议PPTP协议PPP协议是一种广泛应用的点对点协议，具有较高的可靠性和稳定性，支持多种网络协议。SLIP协议是一种简单的点对点协议，适用于低速串行通信，但功能相对较弱。L2TP协议是一种基于PPP协议的点对点隧道协议，支持多协议封装和传输，适用于远程接入和VPN等场景。PPTP协议是一种较早的点对点隧道协议，虽然实现简单，但安全性较低，逐渐被更安全的协议所替代。PPP帧结构《计算机网络基础》课程PPP帧格式是以HDLC帧格式为基础，做了很少的改动。PPP帧结构标志地址控制协议数据帧校验序列标志：表示帧开始或结束位置的一个字节。标志字段包括二进制序列0111