【文档说明】计算机网络概论第4章点到点信道的数据链路层课件.ppt，共(50)页，1.192 MB，由小橙橙上传

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第4章点对点信道的数据链路层教学目标：理解数据链路层的功能与作用；掌握几种常用的帧同步方式；理解差错控制的作用和原理；了解点对点协议PPP；理解数据链路层设备与组件的作用与特性。教学难点：差错控制教学时数：4学时第1页，共50页。第4章点到点信道的数据链

路层4.1数据链路层的基本概念4.2三个基本问题4.3点对点协议PPP4.4数据链路层的设备与组件第2页，共50页。4.1数据链路层的基本概念4.1.1数据链路层的简单模型4.1.2链路和数据链路第3页，共50页。4

.1.1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

第4页，共50页。4.1.1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仅从数据链路层观察帧的流动第5页，共50页。4.1.1数据链路层的简单模型网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层结点A结点BIP数据报IP数据报帧帧101…11101

…11装入取出第6页，共50页。数据链路层要解决的主要问题物理寻址如何识别不同的相邻节点或确定一个接收目标数据链路的建立、维持和释放如何为相邻结点之间的可靠数据传输提供必要的数据链路建立、维持和释放机制帧定界提供一种机制使得接收方能

识别帧的开始与结束透明传输不管从键盘上输入什么字符都可放在帧中传输差错控制如何实现可靠的数据传输如何将解决上述问题的机制或方法以协议的形式统一表达出来。第7页，共50页。4.1.2链路和数据链路•链路(link)就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，而中间没有

任何其他的交换结点。•一条链路只是一条通信路径的一个组成部分。•把实现通信协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路（逻辑链路）。•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。•从数据发送结点到接收

结点所经过的传输途径。第8页，共50页。何为相邻节点？相邻节点是指由同一物理链路直接连接的所有节点。点到点(pointtopoint)网络环境中的两个节点由同一物理线路连接的共享介质环境中的节点位于不同物理线路上，但由第一层网络设备（中继器或集线器）互连的节点

第9页，共50页。4.2三个基本问题4.2.1帧定界4.2.2透明传输4.2.3差错检测第10页，共50页。4.2.1帧定界IP数据报帧的数据部分帧首部帧尾部≤MTU帧开始帧结束数据链路层的帧长从这里开始发送•帧定

界(帧同步)就是确定帧的界限。第11页，共50页。帧定界•利用控制字符进行定界封装在帧中的数据部分SOH帧开始符帧结束符帧帧EOT•SOH：StartOfHeader•EOT：EndOfTransmission第12页，共50页。为什么要进行帧定界•异步传送方式：一次只传送一个字符，而不是一

次就收到一个完整的帧。•同步传送方式：发送方是连续地发送数据帧，在接收方如何判断一个帧的开始和结束的位置。•发送帧时出现故障，如何判断是否应该接收当前帧。封装在帧中的数据部分SOHEOT帧开始标志帧结束标志帧第13页，共50页。4.2.2透明传输•透明传输就是指无论在数

据帧中出现什么样的数据都能够正确地传输过去。第14页，共50页。字节插入法•每当在数据中出现字符“SOH”或“EOT”时就将其转换为另一个字符，而这个字符是不会被错误解释为控制字符的。数据中出现的控制字符经字节插入后发送时的

字符SOHESCxEOTESCyESCESCz“ESC”叫做转义符第15页，共50页。字节插入法解决透明传输问题SOHSOHSOHSOHESCSOHEOTESCESCzESCyESCzESCx原始数据EOTEOTE

OTEOT经过字节插入后发送的数据字节插入字节插入字节插入字节插入发送在前帧开始符帧结束符第16页，共50页。零比特填充法1101111110101100111111001111110帧开始标志帧结束标志数据部分会误认为是帧的结束第17页，共50页

。零比特的填充与删除数据中某一段比特组合恰好出现和标志字段一样的情况01001111110001010会被误认为是标志字段发送端在5个连1之后填入0比特再发送出去填入0比特010011111010001010在接收端将5个连1之后的0比特删除，恢复原样在此位置删除填入

的0比特010011111010001010第18页，共50页。4.2.3差错检测•差错—在接收端收到的数据和发送端发送的数据不一致的现象。•误码率•传输错误的比特占所传输的比特总数的比率：PE=NE/N•误码率和数据传输速率一起构成了数

据通信指标。第19页，共50页。4.2.3差错检测•差错控制•是指能够自动检测出比特流在通信信道传输过程中产生的错误或者发现错误并进行纠正的方法。•可采用纠错码或检错码两种方案。第20页，共50页。CRC检错技术•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。•CRC检错技术思想•假设待传送的数据为M（共k位），在数据M的后面添加供检错用的n位冗余码一起发送（一共发送k+n位）。•接收方把收到的帧除以同样的数P，得出余数R，若R=0，则传输过程中

没有差错；否则，传输过程中出现误码。第21页，共50页。CRC检错技术举例•假设待传送的数据M=101001（共kbit），收发双方事先协商的除数P=1101（或称：生成多项式为G(x)=x3+x2+1）。•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（n为生成多项式的次数）。•将k+n位的数以模2除法去除以数P，得出余数R。第22页，共50页。冗余码的计算举例说明•M=101001，P=1101，n=3，模2除法运算的结果是：商Q=110101，余数R=001•将余数R作为冗余码添加

在数据M的后面发送出去，即发送的数据是101001001第23页，共50页。检测出差错•接收方对收到的数据除以P，只要得出的余数R不为0，就表示检测到了差错。•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。•一旦检测出差错，就丢弃这个出现差错的帧。•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。CRC是一种检错技术第24页，共50页。帧检验序列FCS•在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列FCS(FrameCheckSequence)。•循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不等同。•CRC

是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码。•FCS可以用CRC这种方法得出，但CRC并非用来获得FCS的唯一方法。第25页，共50页。CRC检错技术•CRC差错检测技术只能做到无差错接受，并不能认为

能是链路层的传输可靠。•可靠传输应当是无差错、无丢失、无重复且按序接收。•链路层做到无差错传输，而由传输层协议TCP来进行可靠传送可以使整个通信效率大大提高。第26页，共50页。4.3点对点协议PPP4.3.1PPP协议的特点4.3.2PPP协

议的帧格式4.3.3PPP协议的工作状态第27页，共50页。4.3.1PPP协议的特点•现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议PPP(Point-to-PointProtocol)。•用户接入因特网时，一般都是使用PPP协议。第28页，共50页。用户拨号入网的示意图路由器调制解调器调制解

调器因特网服务提供者(ISP)用户家庭拨号电话线使用PPP协议的TCP/IP连接使用TCP/IP的客户进程路由选择进程至因特网…PC机第29页，共50页。1、PPP协议应满足的需求（1）简单（2）封装成帧（3）透明性

（4）支持多种网络层协议（5）支持多种类型链路第30页，共50页。1、PPP协议应满足的需求（6）差错检测(errordetection)（7）连接的活跃度（8）最大传送单元（9）网络层地址协商（10）数据压缩协商但一般不必纠错第31页，共50页。2、PPP协议不需要的功能（1）纠错(er

rorcorrection)（2）流量控制（3）序号（4）多点线路（5）半双工或单工链路PPP协议是不可靠传输协议第32页，共50页。3、PPP协议的组成•PPP协议有三个组成部分•一个将IP数据报封装到串行链路的方法。•一个用来建立、配置、测试数据链路连接的链路控制协议LC

P(LinkControlProtocol)。•一套网络控制协议NCP(NetworkControlProtocol)。第33页，共50页。4.3.2PPP协议的帧格式•PPP有一个2个字节的协议字段。•当协议字段为0x0021时，PPP帧

的信息字段就是IP数据报。•若为0xC021,则信息字段是PPP链路控制数据。•若为0x8021，则表示这是网络控制数据。IP数据报1211字节12不超过1500字节PPP帧先发送7EFF03FACFCSF7

E协议信息部分首部尾部标志字段F为0x7E（即二进制的01111110）地址字段A置为0xFF，实际上并不起作用控制字段C通常置为0x03采用CRC的帧校验序列标志字段F为0x7E（即二进制的01111110）第34页

，共50页。字节填充•当PPP用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法。•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)。•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)。•若信息字段中出现ASCII码的控制字符（

即数值小于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。第35页，共50页。零比特填充•当PPP用在同步传输时，就使用零比特填充法进行填充。第36页，共50页。4.3.3PPP协议的工作状态•当用户拨号接入ISP时，路由器的调制解调器对拨号做出

确认，并建立一条物理连接。•PC机向路由器发送一系列的LCP分组。•进行网络层配置，NCP给新接入的PC机分配一个临时的IP地址，使PC机成为因特网上的一个主机。•通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。接着，LCP释放

数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。第37页，共50页。4.3.4PPP协议的工作状态建立失败失败NCP配置鉴别成功通信结束载波停止检测到载波双方协商一些选项鉴别网络打开终止静止第38页，共50页。4.4数据链路层的设备与组件数据链路层的设备与组件是指那些

同时具有物理层和数据链路层功能的设备或组件。数据链路层的组件有网卡数据链路层的主要设备包括网桥和交换机。第39页，共50页。网卡局域网中提供各种网络设备与网络通信介质相连的接口，全名是网络接口卡（NIC，NetworkInterfaceCard），也叫

网络适配器。主要实现数据的发送与接收、帧的封装与拆封、编码与解码、介质访问控制和数据缓存等功能。第40页，共50页。用于台式PC机的以太网网卡用于笔记本电脑的网卡用于台式PC机无线局域网网卡第41页，共50页。网卡分类按照网络技术的不同

可分为以太网卡、令牌环网卡、FDDI网卡、802.11卡等，以太网卡最常见；按照传输速率，单以太网卡就提供了10Mbps、100Mbps、1000Mbps和10G等多种速率。按照总线类型，网卡可分为ISA总线网卡(已淘汰)、EISA总线网卡

、PCI总线网卡等。按照所支持的传输介质，网卡可分为双绞线网卡、粗缆网卡、细缆网卡、光纤网卡和无线网卡。第42页，共50页。网卡地址网卡地址，又被称为：MAC地址、物理地址或硬件地址。网卡地址由48bit长度的二进制数组成。其中，前24bit表示生产厂商，后24bit为生产厂

商所分配的产品序列号。第43页，共50页。网桥Bridge，也叫桥接器。工作在数据链路层的一种网络互连设备，其可以实现两个或多个LAN的互联；主要功能包括：物理上扩展网络基于第二层地址的数据过滤功能逻辑划分网络的功

能数据推进功能帧格式转换功能第44页，共50页。网桥的工作原理示意站的MAC地址网桥的端口00-90-27-99-11-cc100-90-27-99-15-05100-90-27-99-32-4d200-90-27-99-66-b22网桥的交换表（站的MAC地址/网桥端口映射

表）端口2端口1网桥00-90-27-99-11-cc00-90-27-99-15-0500-90-27-99-66-b200-90-27-99-32-4d第45页，共50页。交换机Switch，也是工作在数据链路层的一种网络互连设备。

由网桥发展而来，是一种多端口的网桥，其通过在其内部配备大容量的交换式背板实现了高速数据交换。根据涉及的第二层技术，分为以太网交换机、FDDI交换机、帧中继交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。第46页，共

50页。交换机工作示意图LAN1LAN2LAN3LAN4A001CD201B56LAN1/PORT120017D201B96LAN2/PORT2…………79E17D2019B6LAN4/PORT12第47页，共50页。交换机与网桥的比较相同性：均为OS

I第二层的网络互连设备。交换机作为多端口网桥，具备了网桥所拥有的全部功能，如物理上扩展网络、逻辑上划分网络等。v区别：作为对网桥的改进设备，交换机：1)可以提供高密度的连接端口；2)采用的基于交换背板的虚电路连接方式，可为每个交换机端口提供更高的专用带宽；3)数据转发基于硬件实现，较网桥采用软

件实现数据的存储转发具有更高的交换性能。第48页，共50页。交换机作为多端口网桥的交换机可以取代多个网桥的作用，且具有更高的带宽第49页，共50页。想一想•要发送的数据比特序列为1011001，CRC校验生成多项式为G(x)=x4

+x3+1,试计算CRC校验码。•若接收方收到的二进制比特序列为10110011010，接收方采用的生成多项式为G(x)=x4+x3+1，则该二进制比特序列在传输中是否出现了差错，若没有差错，发送数据的比特序列和CRC校验码的比特序列分别为什么？第50页，共50页。