计算机第06次ch3-5ed数据链路层

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1、计算机网络,第3章 数据链路层 一,计算机学院,计算机网络,2,课程回顾,1、xDSL的几种类型 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用户线 HDSL (High speed DSL)：高速数字用户线 SDSL (Single-line DSL)：1 对线的数字用户线 VDSL (Very high speed DSL)：甚高速数字用户线 DSL ：ISDN 用户线。 RADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自适应 DSL，是 ADSL 的一个子集，可自动调节线路速率）。,计算机学院,计算机网络,3,课程回顾,2、几种接

2、入方式 PSTN拨号接入 ISDN接入 DDN接入 xDSL接入 VDSL: 更高速的宽带接入 Cable Modem接入 LAN接入 光纤接入网 PLC电力线通信,计算机学院,计算机网络,4,课程回顾,3、T1速率和E1速率 4、物理层包括的内容 掌握物理层的四个特性； 掌握消息、数据、信号以及模拟和数字的概念； 理解并掌握码元的概念； 从通信的双方信息交互的方式看，有三种基本方式；,计算机学院,计算机网络,5,课程回顾,掌握信道的极限容量：奈氏准则、信噪比、香农公式； 传输媒体：导向传输媒体和非导向传输媒体； 理解并掌握信道复用技术； 掌握ADSL的相关内容；,计算机学院,计算机网络,6,

3、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,计算机学院,计算机网络,7,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,计算机学院,计算机网络,8,第 3 章 数据链路层（续）,3.5 扩展

4、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,计算机学院,计算机网络,9,课程目标,掌握以下内容： 1、数字信道使用的信道的类型。 2、帧、链路、数据链路的概念。 3、数据链路层的三个基本问题。 4、透明传输的实现方法，差错检测方法。 5、零比特填充。 理解以下内容： 1、数据链路层在数据传输过程中的作用。 2、PPP协议的相关内容。,计算机学院,计算机网络,10,复习：三

5、种体系结构的对比,数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,应用层,运输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7 6 5 4 3 2 1,OSI 的体系结构,应用层,网络接口层,网际层 IP,(各种应用层协议如 TELNET, FTP, SMTP 等),运输层(TCP 或 UDP),TCP/IP 的体系结构,五层协议体系结构,计算机学院,计算机网络,11,数据传输过程：主机1向主机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应 用 程 序 数 据,10100110100101 比 特 流 110101110

6、101,注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次,应 用 程 序 数 据,计算机学院,计算机网络,12,数据传输过程：主机1向主机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,10100110100101 比 特 流 110101110101,计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路层,计算机学院,计算机网络,13,数据传输过程：主机1向主机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部后 把帧的数据部分交给网络层,H2,T2,计算机学院,计算机网络,14,H3,数据传输过程：主机

7、1向主机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给运输层,计算机学院,计算机网络,15,H4,数据传输过程：主机1向主机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,运输层剥去报文首部后 把报文的数据部分交给应用层,计算机学院,计算机网络,16,应 用 程 序 数 据,H5,应 用 程 序 数 据,数据传输过程：主机1向主机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应用层剥去应用层 PDU 首部后 把应用程序数据交给应用

8、进程,计算机学院,计算机网络,17,数据传输过程：主机1向主机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,计算机学院,计算机网络,18,数据链路层,数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。 数据链路层最基本的服务是将源端网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标端的网络层。 数据链路层的功能： 如何将数据组合成数据块（在数据链路层中将这种数据块称为帧，帧是数据链路层的传送单位）； 如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率使之与接收方匹配；,计算机学院,

9、计算机网络,19,数据链路层的功能,数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介乎于物理层和网络层之间。 数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源机网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。,计算机学院,计算机网络,20,数据链路层的功能,1、帧同步功能。 为了向网络层提供服务，数据链路层必须使用物理层提供的服务。 物理层是以比特流进行传输的，这种比特流并不保证在数据传输过程中没有错误，接收到的位数量可能与发送的位数量不同，而且它们还可能有不同的值，这时数据链路层为了能实现数据有效的差错控制，就采用了一种“帧”的数据块进行传输。 要采用帧格式传输，就必须有

10、相应的帧同步技术，这就是数据链路层的“成帧”（也称为“帧同步”）功能。,计算机学院,计算机网络,21,数据链路层的功能,采用帧传输方式的好处是，在发现有数据传送错误时，只需将有差错的帧重传，而不需要将全部数据的比特流进行重传，这在传送效率上将大大提高。但同时也带来了两方面的问题： （1）如何识别帧的开始与结束； （2）在夹杂着重传的数据帧中，接收方在接收到重传的数据帧时是识别成新的数据帧，还是识别成已传帧的重传帧呢？ 这就要靠数据链路层的各种“帧同步”技术来识别了。,计算机学院,计算机网络,22,数据链路层的功能,“帧同步”技术既可使接收方能从以上并不是完全有序的比特流中准确地区分出每一帧的开

11、始和结束，同时还可识别重传帧。,计算机学院,计算机网络,23,数据链路层的功能,2、差错控制 在数据通信过程中，可能会因物理链路性能和网络通信环境等因素，难免会出现一些传送错误，为了确保数据通信的准确，又必须使得这些错误发生的几率尽可能低。这一功能也是在数据链路层实现的，就是它的“差错控制”功能。 在数字或数据通信系统中，通常利用抗干扰编码进行差错控制。一般分为4类：前向纠错（FEC）、反馈检测（ARQ）、混合纠错（HEC）和信息反馈（IRQ）。 对差错编码（如奇偶校验码，CRC）的检查，可以判定一帧在传输过程中是否发生了错误。,计算机学院,计算机网络,24,数据链路层的功能,3、流量控制 在

12、双方的数据通信中，如何控制数据通信的流量同样非常重要。它既可以确保数据通信的有序进行，还可避免通信过程中不会出现因为接收方来不及接收而造成的数据丢失。这就是数据链路层的“流量控制”功能。 数据的发送与接收必须遵循一定的传送速率规则，可以使得接收方能及时地接收发送方发送的数据。并且当接收方来不及接收时，就必须及时控制发送方数据的发送速率，使两方面的速率基本匹配。,计算机学院,计算机网络,25,数据链路层的功能,4、链路管理 数据链路层的“链路管理”功能包括数据链路的建立、链路的维持和释放三个主要方面。 当网络中的两个结点要进行通信时，数据的发送方必须确知接收方是否已处在准备接收的状态。为此通信双

13、方必须先要交换一些必要的信息，以建立一条基本的数据链路。在传输数据时要维持数据链路，而在通信完毕时要释放数据链路。,计算机学院,计算机网络,26,数据链路层的功能,5、MAC寻址 这是数据链路层中的MAC子层主要功能。 这里所说的“寻址”与下一章将要介绍的“IP地址寻址”是完全不一样的，因为此处所寻找地址是计算机网卡的MAC地址，也称“物理地址”、“硬件地址”，而不是IP地址。在以太网中，采用媒体访问控制（Media Access Control, MAC）地址进行寻址，MAC地址被烧入每个以太网网卡中。 这在多点连接的情况下非常必要，因为在这种多点连接的网络通信中，必须保证每一帧都能准确地送

14、到正确的地址，接收方也应当知道发送方是哪一个站。,计算机学院,计算机网络,27,数据链路层的功能,6、区分数据与控制信息 由于数据和控制信息都是在同一信道中传输，在许多情况下，数据和控制信息处于同一帧中，因此一定要有相应的措施使接收方能够将他们区分开来，以便向上传送仅是真正需要的数据信息。,计算机学院,计算机网络,28,数据链路层的功能,7、透明传输 这里所说的“透明传输”是指可以让无论是哪种比特组合的数据，都可以在数据链路上进行有效传输。 这就需要在所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时，能采取相应的技术措施，使接收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。只有这样，才能保证数据链

15、路层的传输是透明的。,计算机学院,计算机网络,29,数据链路层,数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。 数据链路层使用的信道主要有以下两种类型： 点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。例如：PPP协议 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来协调这些主机的数据发送。 例如：以太网,计算机学院,计算机网络,30,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,从层次上来看

16、数据的流动,计算机学院,计算机网络,31,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,R1,R2,R3,H1,H2,仅从数据链路层观察帧的流动,计算机学院,计算机网络,32,3.1 使用点对点信道的数据链路层 3.1.1 数据链路和帧,链路(link)是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。 一条链路只是一条通路的一个组成部分。 数据链路(data link