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1、课件制作人：谢希仁 计算机网络（第 5 版） 第 3 章 数据链路层 课件制作人：谢希仁 第 3 章 数据链路层 3.1 使用点对点信道的数据链路层 3.1.1 数据链路和帧 3.1.2 三个基本问题 3.2 点对点协议 PPP 3.2.1 PPP 协议的特点 3.2.2 PPP 协议的帧格式 3.2.3 PPP 协议的工作状态 课件制作人：谢希仁 第 3 章 数据链路层（续） 3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1 局域网的数据链路层 3.3.2 CSMA/CD 协议 3.4 使用广播信道的以太网 3.4.1 使用集线器的星形拓扑 3.4.2 以太网的信道利用率 3.4.3 以太网的
2、MAC 层 课件制作人：谢希仁 第 3 章 数据链路层（续） 3.5 扩展的以太网 3.5.1 在物理层扩展以太网 3.5.2 在数据链路层扩展以太网 3.6 高速以太网 3.6.1 100BASE-T 以太网 3.6.2 吉比特以太网 3.6.3 10 吉比特以太网 3.6.4 使用高速以太网进行宽带接入 3.7 其他类型的高速局域网接口 课件制作人：谢希仁 数据链路层 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。这种信道使用一对一的点 对点通信方式。 n广播信道。这种信道使用一对多的广播 通信方式，因此过程比较复杂。广播信 道上连接的主机很多，因此必须使用专 用的共享信道协议
3、来协调这些主机的数 据发送。 课件制作人：谢希仁 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 R1R2R3 H1H2 从层次上来看数据的流动 课件制作人：谢希仁 数据链路层的简单模型 ( 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
4、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 R1R2R3 H1H2 仅从数据链路层观察帧的流动 课件制作人：谢希仁 3.1 使用点对点信道的数据链路层 3.1.1 数据链路和帧 n（物理）链路(link)是一条无源的点到相 邻结点的物理线路段，中间没有任何其 他的交换结点。 n一条链路只是一条通路的一个组成部分。 n数据（逻辑）链路(data link) 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
5、网卡）来实现 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)3层简化模型 (b)只考虑数据链路层 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 课件制作人：谢希仁 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 一个数字管道，而在这条数字管道上传 输的数据单位是帧。 n早期的数据通信协议曾叫作通信规程 (procedure)。因此在数据链路层，规程 和协议是同义语。
6、 结点结点 帧帧 课件制作人：谢希仁 3.1.2 三个基本问题 (1) 封装成帧 (2) 透明传输 (3) 差错控制 课件制作人：谢希仁 1. 封装成帧 n封装成帧(framing)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。确定 帧的界限。 n首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。 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 最大传送单元MTU(Max Transmision Unit) 课件制作人：谢希仁 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 EOT SOH: St
7、art Of Header 十六进制 01 二进制 00000001 EOT: End Of Transmission 十六进制 04 二进制 00000100 课件制作人：谢希仁 2. 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 透明传输：不管从键盘输入什么字符都可以放在数据帧中传输过去 课件制作人：谢希仁 解决透明传输问题 n发送端的数据链路层在数据中出现控制字符 “SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符 “ESC”(其十六进制编码是 1B)。 n称为字节填充(byte stuffing)或字符填充
8、(character stuffing) n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。 n如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字 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。 课件制作人：谢希仁 SOH SOHEOTSOHESC ESCEOTESCSOHESCESCESCSOH 原始数据 EOT EOT 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 SOH 课件制作人：谢希仁 3. 差错检测 n在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会 变成 0 而 0 也
9、可能变成 1。 n在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特 总数的比率称为误码率 BER (Bit Error Rate)。 n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 输数据时，必须采用各种差错检测措施。 课件制作人：谢希仁 循环冗余检验的原理 n在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循 环冗余检验 CRC 的检错技术。 n在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比特。 n假设待传送的一组数据 M = 101001（现在 k = 6）。我们在 M 的后面再添加供差错检 测用的 n 位冗余码一起发送。 课件制作人：谢希仁 冗余码的计算 n用二进制的模 2 运算进
10、行 2n 乘 M 的运算， 这相当于在 M 后面添加 n 个 0。 n得到的 (k + n) 位的数除以事先选定好的 长度为 (n + 1) 位的除数 P，得出商是 Q n而余数是 R，余数 R 比除数 P 少1 位， 即 R 是 n 位。 课件制作人：谢希仁 冗余码的计算举例 n现在 k = 6, M = 101001。 n设 n = 3, 除数 P = 1101， n被除数是 2nM = 101001000。 n模 2 运算的结果是：商 Q = 110101， 余数 R = 001。 n把余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发 送出去。发送的数据是：2nM + R 即：1010010
11、01，共 (k + n) 位。 课件制作人：谢希仁 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 模2运算：加法不进位，减法不借位 异或操作 发送的数据是： 101001001，共 (k + n) 位。 课件制作人：谢希仁 帧检验序列 FCS n在数据后面添加上的冗余码称为帧检验 序列 FCS (Frame Check Sequence)。 n循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FC
12、S 并不等同。 nCRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添 加在数据后面的冗余码。 nFCS 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的唯一方法。 课件制作人：谢希仁 接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验 n(1) 若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差 错，就接受(accept)。 n(2) 若余数 R 0，则判定这个帧有差错，就丢 弃。 n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。 n只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除 数 P，那么出现检测不到的差错的概率就很小 很小。 课件制作人：谢希仁 应当注意 n仅用循环冗余检验 CRC
13、 差错检测技术只能做 到无差错接受(accept)。无比特差错 n“无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不 包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于 1 的 概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。 n也就是说：“凡是接收端数据链路层接受的帧 都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接 受）。 n要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么） 就必须再加上确认和重传机制。 课件制作人：谢希仁 可靠传输 n传输差错： n比特差错 n发送#1-#2-#3 n帧丢失:收到#1-#3 n帧重复:收到#1-#2-#2-#3 n帧失序:收到#1-#3-#2 n因此，须在CRC检错的基础上增加帧编 号、确认和重传机制。 课件制作人：谢希仁 改正差错的任务由上层协议完成 n目前，由于通信链路质量大为改善，引 起差错的概率大大降低。 n因此，多数数据链路层协议都不使用确 认和重传机制，即不要求其向网络层提 供可靠传输服务。 n改正差错的任务由上层协议TCP（5.4节） 等完成，提高通信效率。
