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1、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 3.2 点对点协议 PPP 3.3 使用广播信道的数据链路层 3.4 使用广播信道的以太网 3.5 扩展的以太网 3.6 高速以太网 3.7 其他类型的高速局域网接口第 3 章 数据链路层Function of data-link layer：to transfer frame from one node to adjacent node over a single link.数据链路层的功能：在局域网的结点之间传送帧。课件制作人：谢希仁第 3 章 数据链路层数据链路层信道主要有以下两种类型：n点对点信道使用一对一的点
2、对点通信方式。n广播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来协调这 些主机的数据发 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R1R2R3H1H2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
3、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 3.3 使用广播信道的数据链路层 3.4 使用广播信道的以太网 3.5 扩展的以太网 3.6 高速以太网 3.7 其他类型的高速局域网接口课件制作人：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链路(link)（物理链路）一条无源的点到点的物理
4、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数据链路(data link) （逻辑链路）物理链路+通信协议。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。 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)(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
5、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。 结点结点帧帧课件制作人：谢希仁3.1.2 三个基本问题 (1) 帧封装 (2) 透明传输 (3) 差错控制 课件制作人：谢希仁1.帧封装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如果数据是ASCII码，帧
6、开始符SOH(Start Of Header, 0x01)和帧结束符EOT(End Of Transmission, 0x04)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：数据部分的”SOH”和”EOT”也能被顺利传输。课件制作人：谢希仁解决透明传输问题字节填充(byte stuffing)或字符填充 (character stuffing)n发送端：在 “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接收端：删除插入的转义字符。n转义字符：前面插入一
7、个转义字符。课件制作人：谢希仁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课件制作人：谢希仁3. 差错检测 1）概念n在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会 变成 0 ， 0 也可能变成 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
8、：谢希仁2）循环冗余检验CRC (a) 算法n循环冗余检验 CRC (Cyclic Redundancy Control)n在数据后加n位冗余码n公式：(M*2n)/P M-数据；n-冗余码长度；P-除数（长度=n+1)；n计算：模2计算不进位、不借位加、减法课件制作人：谢希仁(b) CRC举例nM = 101001，n=3, p=1101n用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算 ，这相当于在 M 后面添加 n 个 0。课件制作人：谢希仁110101 Q (商)P (除数) 1101 101001000 2nM (被除数)11011110 1101011100001110110101
9、10000011001101001 R (余数)，作为 FCS (b) CRC举例课件制作人：谢希仁(b) CRC举例n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。课件制作人：谢希仁(c) 接收端CRC 处理 n接收端对接收到的数据+CRC除P:R=(M.CRC)/P= =(2n*M+CRC)/Pn若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错，就 接受(accept)。n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
10、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(d) 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近似地说：“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。 (d) 应当注意n生成多项式P(x)若：P=1101B,记：P(x)=1*X3+1*X2+0*X
11、1+1*X0=X3+X2+1n常用P(x):课件制作人：谢希仁3) 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。 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 3.2 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
12、作状态 3.3 使用广播信道的数据链路层 3.4 使用广播信道的以太网 3.5 扩展的以太网 3.6 高速以太网 3.7 其他类型的高速局域网接口课件制作人：谢希仁3.2 点对点协议 PPP 3.2.1 PPP 协议的特点 n点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。n用户使用拨号电话线接入因特网时，一 般都是使用 PPP 协议。 课件制作人：谢希仁用户到 ISP 的链路使用 PPP 协议 用户至因特网已向因特网管理机构 申请到一批 IP 地址ISP接入网PPP 协议课件制作人：谢希仁1. PPP 协议应满足的需求 n简单这是首要的要求n封装成帧 n透明性 n多种
13、网络层协议 n多种类型链路 n差错检测 n检测连接状态 n最大传送单元 n网络层地址协商 n数据压缩协商 课件制作人：谢希仁2. PPP 协议不需要的功能n纠错 n流量控制 n序号 n多点线路 n半双工或单工链路 课件制作人：谢希仁3. PPP 协议的组成 n1992 年制订了 PPP 协议。经过 1993 年 和 1994 年的修订，现在的 PPP 协议已 成为因特网的正式标准RFC 1661。 nPPP 协议有三个组成部分 n帧封装n链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)n网络控制协议 NCP (Network Control Protocol) 课件制作人：
14、谢希仁3.2.2 PPP 协议的帧格式1.帧格式n标志字段 F : 0x7E （01111110B）。n地址字段 A : 固定置为 0xFF。n控制字段 C ：通常置为 0x03。nFCS: 采用CRC。 IP 数据报1211字节12不超过 1500 字节 PPP 帧7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部课件制作人：谢希仁1.帧格式n协议字段：n占2字节n表明上层使用协议n=0x0021 时，上层使用协议IP。n=0xC021, 上层使用协议LCP 。n= 0x8021，上层使用协议NCP。 先发送IP 数据报1211字节12不超过 1500 字节 PPP 帧7EFF03FA
15、CFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部课件制作人：谢希仁2. 透明传输问题 -字符填充 n当 PPP 用在同步传输链路时，协议规定 采用硬件来完成比特填充。 n当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特 殊的字符填充法。 课件制作人：谢希仁2. 透明传输问题 -字符填充 n当 PPP 用在异步传输时，使用字符填充法。n转义符定义为0x7D。n将信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成为 2 字节序列(0x7D, 0x5E)。（b5取反） n若信息字段中出现一个 0x7D 的字节, 则将其转 变成为 2 字节序列(0x7D, 0x5D)。n若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值
16、小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一 个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。 课件制作人：谢希仁3. 零比特填充 nPPP 协议用在 SONET/SDH 链路时，是 使用同步传输，这时 PPP 协议采用零比 特填充方法。n在发送端，只要发现所发送数据中有 5 个连续 1，则立即填入一个 0。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 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
