《2011年计算机网络考研辅导讲座(3、数据链路层--上)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2011年计算机网络考研辅导讲座(3、数据链路层--上)（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三讲 数据链路层(上)第三讲：数据链路层(上)2011年考研大纲考查范围:大纲考查范围（续）1. 网桥的概念和基本原理2. 局域网交换机及其工作原理知识点归纳数据链路/逻辑链路 = (物理)链路 + 通信规程（一）数据链路层的功能1）作用：将网络层交下来的数据报组装成幀，在两个相邻结点间的链路上传送以 幀为单位的数据。接收端进行差错检测，若有错，则丢弃差错幀。然后或者 通知对方重传、或者不处理交由上层解决。 2）目的：在相邻结点间提供透明、无错的数据传输。3）功能：组幀(同步、定界、透明传输)、差错控制、重传策略、流量控制、寻址 、链路管理等。知识点归纳（二） 组帧 把数据封装成帧 关键问题
2、：让接收者能够从接收的位流中区分出帧的边界(幀同步)，即帧的开始和结束。 幀同步方法：(1) 字节计数法:每帧以帧同步标志字节开始，后面紧跟幀长计数接收方收到幀，知道幀的长度，每接收一个数据字节，计数减1，直到为0，便是幀尾，幀后跟校验信息。 知识点归纳(2) 使用字符填充的首尾定界符法 （ 如BSC 协议）面向字符通信协议，以特定ASCII字符序列表帧首、帧尾及控制字段。帧头两个同步字符SYN SYN之后，数据字段以DLE STX 开始，DLE ETX 结束，中间数据用“DLE插入删除技术”来实现字符的透明传输。SYN SYN DLE STX透明数据ETX校验DLE知识点归纳(3) 使用比特
3、填充的首尾标志法（ 如HDLC 协议）以特殊的比特组合（如 01111110 同步 序列）标志帧的开始和结束 面向位的通信协议，用“0”比特插入删除技术”来实现字符的透明传输 。 例： 0110111111100011111010插入后： 011011111011000111110010恢复： 0110111111100011111010 (4) 编码违例法 采用违反编码规律的策略标志帧边界。优点：无须另外透明传输方法 如差分Manchester编码中每一位中间不是 便是 。而 、 则是违法编码，用其在令牌环网的帧中标志帧头、帧尾，接收方易识别，帧中数据字段也不需另外设计透明传输法。透明数据知
4、识点归纳（三） 差错控制检错码(码字只有检错的功能，接收方只能判断数据块有错，但不能确切知道错误的位置，从而也不能纠正错误)，如奇偶校验码、校验和码、CRC码。纠错码(码字具有一定的纠错功能，接收方不仅能检出错，还知道错在什么地方,这时只需将数据位取反即能获得正确的数据)，如海明码。检错码举例：奇偶校验码：例 异步数据通信时的偶校验，100100011(凑成偶数个1)。校验和码： 例1 路由器中网络层实体对IP信包头做的校验和：IP 数据报首部计算过程 ：知识点归纳例2传输层实体中对整个UDP数据包(或TCP报文)做的校验和，以UDP为例：10011001 00010011 153.19 00
5、001000 01101000 8.104 10101011 00000011 171.3 00001110 00001011 14.11 00000000 00010001 0 和 17 00000000 00001111 15 00000100 00111111 1087 00000000 00001101 13 00000000 00001111 15 00000000 00000000 0（检验和初值） 01010100 01000101 数据 01010011 01010100 数据 01001001 01001110 数据 01000111 00000000 数据和 0（填充）10
6、010110 11101011 求和得出的结果 01101001 00010100 检验和填入 153.19.8.104171.3.14.1112 字节 伪首部8 字节 UDP 首部7 字节 数据字段填充按二进制反码运算求和 将得出的结果求反码：全 0 17 151087 1315 校验和初值置全 0数据 数据 数据 数据数据 数据 数据 全 0知识点归纳循环冗余校验码(CRC): 例以太帧、无线帧、PPP帧尾的4字节CRC校验码。它们做CRC除法运算时用的生成多项式除数CRC-32为：CRC-32 = x32+x26+x23+x22+x16+x12+ x11+x10+x8+x7+ x5+ x
7、4+ x2+x+1在发送方做CRC除法运算，计算所得的余数为CRC校验码，它跟在数据后面一起 传输到接收方，接收方同样做CRC除法运算，若余数为0，则校验正确。若帧数据为100100，以4位生成多项式 x3+ x2+1 即位串 1101 为例：知识点归纳 纠错码举例*：海明码：例 单工通信时插入数据中的海明码(注意红字P1, P2, P4, P8)。解 设A的 ASCII 码为1000001, 由于海明码为 P1P2D3P4D5D6D7P8D9D10D11的形式，即此处 D3 D5D6D7 D9 D10 D11 = 1000001 , P1, P2, P4, P8为插入的海明码，则由式子 P1
8、 = D3+D5+D7+D9+D11，P2 = D3+D6+D7+D10+D11，P4 = D5+D6+D7， P8 = D9+D10+D11 可计算得：P1=0，P2=0，P4=0，P8=1 发送端形成的海明码为 00100001001若接收方接收错误，收到：00100001011 (D10错误)则检/纠错过程如下：计算校正因子S1、S2、S4、S8，方法如下：由式子 S1 = P1+D3+D5+D7+D9+D11 S2 = P2+D3+D6+D7+D10+D11S4 = P4+D5+D6+D7S8 = P8+D9+D10+D11若计算出的 S1 S2 S4 S8 0， 则无错；若 S1 S
9、8 不全为 0, 则有错，错误位置在 S S8 S4 S2 S1 处，由上法计算得： S1=0，S2=1，S4=0，S8=1 S2= S8= 1 检测有错，错误位置在 S1010 处，即D10处，因此将D10取反即可，纠错完毕* - 选学，参考 知识点归纳差错控制：前向纠错法（FEC）、反馈差错控制法(自动重发请求ARQ)前向纠错法(FEC)：自动纠错，发送端使用纠错码，接收端检出并纠正错，但监督码比较复杂、效 率低，一般用于没有反馈信道的单工通信中。自动重发请求(ARQ)：使发送方确认接收方是否正确收到了由它发送的数据信息。发送方发送数据帧 时附加一定的冗余检错码一并发送，接收方则根据检错码
10、对数据帧进行差错检测， 若发现错误，就返回请求重发的应答，发送方收到请求重发的应答后，便重新传送 该数据帧。这种差错控制方法就称为自动重发请求法(Automatic Repeat reQuest)，简 称ARQ法。知识点归纳其中，ARQ法有几种实现方案，停等法和连续ARQ是最基本的两种方案。 停等法(Stop and Wait) ：该方案规定发送方每发送一帧后就要停下来等待接收方的确认返回，仅当接收 方确认正确接收后再继续发送下一帧 。停等法方案的实现过程如下：发送方每次仅将当前信息帧作为待确认帧保留在缓冲存储器中；当发送方开始发送信息帧时，随即启动计时器；当接收方收到无差错信息帧后，即向发送
11、方返回一个确认帧；当接收方检测到一个含有差错的信息帧时，便舍弃该帧；若发送方在规定时间内收到确认帧，即将计时器清零，继而开始下一帧的发送 ；若发送方在规定时间内未收到确认帧，即计时器超时，则应重发存于缓冲器中 的待确认信息帧。从以上过程可以看出，停等法方案的收、发送方仅需设置一个帧的缓冲存储空 间，便可有效地实现数据重发并确保接收方接收的数据不会重份。停等法方案最主 要的优点就是所需的缓冲存储空间最小，因此在链路端使用简单终端的环境中被广 泛采用。为防止重复帧造成问题，帧编号0、1循环使用。知识点归纳 连续ARQ法：连续ARQ方案是指发送方可以连续发送一系列信息帧，即不用等前一帧被确认 便可发
12、送下一帧。这就需要在发送方设置一个较大的缓冲存储空间 ( 称作重发表 ) ，用以存放若干待确认的信息帧。当发送方得到对某信息帧的确认帧后便可从重发 表中将该信息帧删除。所以，连续ARQ方案的链路传输效率大大提高，但相应地需 要更大的缓冲存储空间。连续ARQ方案的实现过程如下：发送方连续发送信息帧而不必等待确认帧返回，每发一帧启动一个计时器；发送方在重发表中保存所发送的每个帧的备份，重发表按先进先出(FIFO)队 列规则操作； 接收方对每一个正确收到的信息帧返回一个确认帧（可以累积确认）；每一 个确认帧包含对某一个信息帧的确认序号，随相应的确认帧返回； 当发送方收到相应信息帧的确认后，将相应的计
13、时器清零，从重发表中删除 该信息帧的备份； 若发送方在规定时间内未收到确认帧，即发送该帧时对应的计时器超时，便 重发该未被确认的信息帧。整个过程中，发送方某个时刻管理超时控制的计时器数目应等于缓冲器中当时 已发但未获确认的帧数目。上面连续ARQ过程中如果出现传输差错，如何进一步处理还可以有两种策略，即 出错全部重发（ GO-BACK-N，GBN）策略和选择重发（ SELECT REPEAT ，SR） 策略。GO-BACK-N（GBN）即出错全部重发策略的基本原理是，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； 或者当发送方发送了N个帧后，若发现
14、该N帧的前一个帧在计时器超时后仍未返回其 确认信息，则该帧被判为出错或丢失，此时发送方就不得不重新发送出错帧及其后的 N帧。这就是GO-BACK-N(退回N)法名称的由来。因为，对接收方来说，由于这一帧 出错，就不能以正常的序号向它的高层递交数据，对其后发送来的N帧也都不能接收 因而丢弃它们。GO-BACK-N可能将已正确传送到目的方的帧再重传一遍，这显然是 一种浪费。SELECT REPEAT (SR) 即选择重发策略的基本原理：另一种效率更高的策略是 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
15、送出错的那 一帧。一旦收到重新传来的帧后，就可以与原已存于缓冲区中的其余帧一起按正确的 顺序递交高层。知识点归纳（四） 流量控制与可靠传输机制掌握流量控制、可靠传输（差错控制+重传机制）与滑动窗口机制的基本原理和方法，重 点解析单帧滑动窗口即停止-等待协议，多帧滑动窗口与后退N帧协议（GBN），多帧滑动窗口 与选择重传协议（SR），并进行实例化描述。流量控制涉及链路上字符或帧的发送速率的控制, 以使接收方在接收前有足够的缓冲存储空 间来接收每一个字符或帧。例如，在面向字符的“计算机终端”链路中，若远程计算机为许多 台终端服务，它就有可能因不能在高峰时按预定速率传输全部字符而暂时过载。同样，在面向 帧的自动重发请求系统中，当待确认帧数量增加时，有可能超出缓冲器存储空间，也会造成过 载。有两种常用的流量控制方案：XON/XOFF方案和滑动窗口机制。 XON/XOFF方案（如“计算机终端”链路的异步数据通信软件中）XON/XOFF方案中使用一对控制字符来实现流量控制，其中XON采用ASCII字符集中的控 制字符DC1(ASCII码11H)，XO
