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1、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 PPP3.2.1 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 MAC 层第 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
2、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主要知识点数据链路层的基本问题差错检测-CRC检验点对点协议PPP共享信道分配与CSMA/CD协议网络互连设备：集线器、网桥、交换机、路由器以太网的MAC层各种类型的以太网课 题：数据链路层目的要求：掌握数据链路和帧的概念、数据链路层的 三个基本问题 教学重点：透明传输方法、循环冗余检验(CRC) 教学难点： CRC检验教学课时：2教学方法：讲授、练习本次课涉及的学术前沿：教学内容与步骤：数据链路层的简单模型局域网广域网主机
3、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从层次上来看数据的流动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IP 数据报1010 0110帧取出数据 链路层网络层
4、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。 结点结点帧帧数据链路层n链路：一条无源的点到点的物理线路。n数据链路：链路+规程（控制数据传输）n数据链路层的作用：通过一些数据链路层协议（即链路控制规程）在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据 传输。数据链路层主要功能n链路管理：数据链路的建
5、立、维持和释放。n帧同步：接收方能从收到的比特流中区分一帧的开始 和结束的地方。n差错控制：接收方收到有差错的数据帧时，能检错重 传或纠错。n流量控制：发送方发送数据的传输率必须使得接收方 来得及接收。n透明传输：不管所传输的数据是什么样的比特组合， 收方都能正确接收，并能将数据和控制信息分开。n寻址：保证每一帧都能发送到目的地。数据链路层使用的信道类型n点对点信道：使用一对一的点对点通信方式。n广播信道：使用一对多的广播通信方式。过程比较复杂，必须使用专用的共享信道 协议来协调多台主机的数据发送。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链路(link)：点到点的物理线
6、路。n数据链路(data link) ：链路+通信协议。n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。 3.1.2 三个基本问题 1 封装成帧2 透明传输3 差错控制 1. 封装成帧n封装成帧(framing)：在一段数据的前后分别添加首部和尾部，构成一个帧。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
7、符发送在前EOTSOH 00000001 (01H)EOT 00000100 (04H)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 在前解决透明传输的方法n字符计数法n字符填充法n位填充字符计数法字符填充法n字符填充：byte stuffingn发送端，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”(1BH)。n接收端，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。
8、SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH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 SOH零比特（位）填充法 n在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则立即 填入一个 0。接收端对帧中的比特流进行扫 描。每当发现 5 个连续1时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除。0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0
9、 1 0信息字段中出现了和 标志字段 F 完全一样 的 8 比特组合发送端在 5 个连 1 之后 填入 0 比特再发送出去在接收端把 5 个连 1 之后的 0 比特删除会被误认为是标志字段 F 发送端填入 0 比特接收端删除填入的 0 比特零比特填充在HDLC协议中，比特序列01111101111110101经过位插入后的序列是（ ）。 A、011111011111010101 B、011111001111010101 C 、01111100111110101 D、0111110111110101练 习B3. 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 也可能变成
10、 1。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和差错纠正 措施。 n常用的差错检测方法：CRC检验；常用的差错纠正方法：汉明编码循环冗余检验的原理 n循环冗余检验： Cyclic Redundancy Check, CRC 。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。 冗余码的计算 n若生成多项式为n阶多项式，则其对应的（n+1） 位二进制为除数P。n用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算，即在 数据M 后添加
11、 n 个 0。n用 (k + n) 位的数除以 (n + 1) 位的除数 P，得出商 是 Q 而余数是 R， R 取 n 位。 冗余码的计算举例 n现在 k = 6, M = 101001。n设G（x） = x3+x2+1, 则除数 P = 1101.n被除数 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：101001001，共 (k + n) 位。 110101 Q (商)P (除数) 1101 101001000 2nM (被除数)1101
12、1110 110101110000111011010110000011001101001 R (余数)，作为 FCS 循环冗余检验的原理说明 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 FCS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。 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
13、(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。应当注意 n仅用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到 无差错接受(accept)。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。 生成多项式nCRC-4 X4+X+1nCRC-8 X8+X5+X4+1nCRC-12 X12+X1
14、1+X3+X+1nCRC-16 X16+X15+X2+1nCRC-16-CCITT X16+X12+X5+1nCRC32 X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1 要发送的数据为1101011011，采用CRC的生成 多项式是G(x)=x4+x2+1。试求应添加在数据后 面的余数。 在数据传输过程中，若接收方收到发送方送来的 信息为10110011011，生成多项式为 G(x)=x4+x3+1，接收方收到的数据是否正确？ 若想发送的一段信息为10110011，则在线路上 传输的码字是怎样的？ 不正确1011001101001111误码
15、控制基本原理The bits that are powers of 2 (1, 2, 4, 8, 16, etc.) are check bits.The rest (3, 5, 6, 7, 9, etc.) are filled up with the m data bits. Each check bit forces the parity of some collection of bits, including itself, to be even (or odd). Hamming codeCorrect single errors!练 习nAn 8-bit byte with bi
16、nary value 10101111 is to be encoded using an even-parity Hamming code. What is the binary value after encoding? 101001001111思考题一个8位二进制的信息10101111使用奇校验的海明编码，试问编码后的二进制数据是什么？011101011111 主要知识点数据链路层的基本问题差错检测-CRC检验点对点协议PPP共享信道分配与CSMA/CD协议网络互连设备：集线器、网桥、交换机、路由器以太网的MAC层各种类型的以太网第 3 章 数据链路层课 题：数据链路层目的要求：掌握PPP协议、CSMA/CD协议和传统以太网标准。教学重点： CSMA/CD协议、
