【文档说明】北航计算机网络课件第4章讲义.ppt，共(145)页，1.003 MB，由小橙橙上传

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第四章数据链路层4.1线路规程4.2流量控制与差错控制4.3HDLC通信协议4.4数据链路层网络互连数据链路层提供两个相邻的网络结点之间的可靠通信。将不可靠的物理链路变为可靠的数据链路。数据链路层传输的信息单元是帧(Frame)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数据链路层的主要工作：线路规程、差错控制和流量控制。4.1线路规程线路规程是监视链路的建立，以及在给定时刻分配一个具体设备进行数据传送

的权利。线路规程可以两种方式实现：①询问/应答（ENQ/ACK）②轮询/选择（Poll/Select）4.1.1询问/确认模式①询问/确认模式的使用场合：当两个设备之间存在一条专用链路时，即点对点方式，

采用询问/确认模式。只要一条链路两头的设备级别相同，任意一个设备都可以启动一个会话过程。②询问/确认模式的工作方式启动方首先发送一个询问帧（ENQ）询问接收方是否可以接收数据，接收方如果已经准备好接收，回答一个确认帧（ACK

）。如果没有准备好接收，回答一个否认帧（NAK）。询问帧应答帧数据帧应答帧?数据帧应答帧传输结束帧A站点B站点建立数据传输终止询问/确认(ENQ/ACK)线路规程3种可能出现的情况:①没有应答；②回答是否定；③回

答是肯定；4.1.2轮询/选择模式轮询(Poll)/选择(Select)模式的使用场合在多点连接系统。在这种环境下，不仅仅要确定设备是否就绪，还要确定哪一个站点有权使用信道。①工作方式：主设备控制链路，主设备发命令，从设备响应。主设备从设备A从设备B从设备C②地址问题：

在链路上的每个设备都有一个地址来标识自己。③选择：主设备希望发送数据，用SEL告诉从设备准备接收数据。从设备用ACK同意接收，用NAK拒绝接收。主设备从设备A从设备B从设备C选择帧应答帧数据帧应答帧数据帧应答帧厖EOT帧建立传输终止多点选择④轮询：主设备

希望接收数据，逐个询问设备是否有数据发送。如果没有数据发送，必须回答否定应答帧(NAK)。如果有数据，直接用数据帧应答。主设备从设备A从设备B从设备C轮询帧否定应答帧数据帧应答帧厖EOT帧传输终止轮询帧

数据帧应答帧轮询帧否定应答帧有两种终止信息交互的方法：①从设备将所有的数据发送完毕，并以一个传输结束帧(EOT)结束传输。②主设备发出“时间到”消息。4.2流量控制与差错控制流量控制是一组过程，这组过程是用来告诉发送方在等待接收

方的确认信号之前最多可以传送多少数据。流量控制有两个要点：①数据流不能使接收方过载②接收方对数据进行确认差错控制主要指错误检测和重传方法。自动重复请求(ARQ)：数据帧在传输中出现错误，接收方就返回一个否定应答帧(NAK)，出错的帧就会被发送

方重新传送。这个过程叫ARQ。数据被重传的情况有三种：帧破坏、帧丢失和应答帧丢失。流量控制和差错控制是结合在一起实现的，有两种实现流量控制和差错控制的技术：停止等待协议滑动窗口协议4.2.1停止等待协议①停止等待协议的流量控制发送方每发送一帧后就等待应答。只有收到一个应答(A

CK)后，才发送下一个帧。直到发送方发送一个传输结束帧。优点：协议简单。缺点：效率低，在线路上只有一帧。如果设备之间的距离很长，在每帧之间等待ACK帧所花费的时间很长。数据帧应答帧数据帧应答帧数据帧应答帧传输结束帧A站点B站点停

止等待协议②完成一帧发送所需的最短时间：A站点B站点数据帧数据帧应答帧tItPtProctPtProctSWTWT=tI+2tp+2tproc+tS其中：tI：发送数据帧时间=帧长/数据传输率tS：

发送确认帧时间=确认帧长/数据传输率tp：信号传输延时=距离/0.7光速tproc：结点处理数据时间③停等协议的定量分析⑴无差错情况的信道利用率F：F=(tI+tp)/WT；(F=tI/WT)tI：发送数据的时

间;tp：信号的传输延时；信道利用率：信道被占用的时间和总时间之比。例题带宽为1Mbps,往返延时45ms,数据帧为1000字节，采用停等协议。求：实际的数据传输率和信道利用率？解：实际的数据传输率：8×1000÷

(8×1000÷106+45×10-3)=150kbps信道利用率=150kbps÷106=15%或:TI÷TW=15%⑵无差错情况的有效数据传输率S=D1/WT；D1是有效数据位数；WT是发送一帧的时间

；有效数据传输率：单位时间内传输的有效数据位数。例1：C=传输速率（10Mbps或10bit/us）S=信号速度（200m/us）D=发送方与接收方的距离（200m）tproc=生成一帧的时间（1us）Lf=一帧的比特数

（200Bit）N=一帧的数据比特数（160Bit）LS=一确认帧的比特数（40Bit）A站点B站点数据帧数据帧应答帧tItPtProctPtProctSWT计算：WT=tI+2tP+2tProc+tS

tI=Lf/C=200/10=20(us);tS=LS/C=40/10=4(us);tP=D/S=200/200=1(us);WT=20+2×1+2×1+4=28;信道的利用率:P=20/28=75%有效数据传送速率:160/28=5.7Mbps⑶有差错时正确传送一帧

的平均时间无差错情况下，发送一帧的最小时间间隔为WT,记为tW。当出错率为p时,正确发送一帧的平均时间间隔tV为(根据概率统计学)：tV=tW/(1-p);p是出错率tV是发送一帧的平均时间;⑷系统的最大吞吐量最大吞吐量λmax（每秒成功

发送的帧数）：λmax=1/tV=(1-p)/tW极限吞吐量M=1/tI(tI是发送数据的时间)⑸系统的传输效率系统的传输效率ρ=最大吞吐量λmax/极限吞吐量ρ=[(1-p)/tw]/[1/tI];令a≡tw/tI>1;则:ρ=(1-p)/a说明ρ的大小与a的关系是反比;a越

小效率越高;④停止等待协议中的差错控制为了实现差错控制，停止等待协议采用ARQ技术，ARQ处理错误的三种情况：帧破坏：(校验码）数据帧丢失：(超时)应答帧丢失：(超时)数据帧1应答帧0数据帧0应答帧1…数据帧1否定应答帧A站点B站点数据帧1应答帧0a)帧破坏数据帧1应答帧0数

据帧0应答帧1…数据帧1A站点B站点数据帧1应答帧0b)帧丢失丢失超时数据帧1应答帧0数据帧0应答帧1…数据帧1应答帧0A站点B站点数据帧1应答帧0c)应答帧丢失丢失超时停等协议中的差错控制要求：发送站要保留数据帧的备份；数据帧和应答帧必须交替的标识为0和1。如果接收方收

到了两个相邻的数据帧且标号相同，说明接收方收到了一个重复帧。应当丢弃一个重复帧。否定应答帧(NAK),通知发送方重新发送最近的一帧。定时器，判断数据帧在传输中丢失。4.2.2滑动窗口协议①滑动窗口协议中的流量控制

发送方在收到应答消息前可以发送多个帧。接收方使用一个ACK帧来对多个帧的接收进行确认。具体可以接受多少帧视窗口大小而定.帧编号：在滑动窗口协议中，数据帧以模n方式编号，也就是说，编号从0到n-1。窗口的大小是n

-1。接收方发送的应答帧(ACK)编号是接收方希望收到的下一帧的编号。窗口是发送方和接收方存放数据帧的缓冲区：发送方窗口用于存放已经发送但未收到应答的数据帧和在收到应答帧之前可以发送的数据帧。在接受方，只要

窗口未填满就可以在未发送应答帧的情况下继续接收数据帧。接收方窗口用于存放已经被接收但未给应答的数据帧。54321076543210543210765432105432107654321054321076543210543210765

4321054321076543210初始时，未发送任何帧，分界和窗口的左边界重叠，窗口中的帧都是未发送但是可以发送的帧已发送但是未收到应答的帧未发送但是可以发送的帧发送了四帧，分界右移四帧窗口右边是不可以

发送的帧已发送并且收到应答的帧未发送，分界位置不变。但在窗口中的相对位置发生了变化。收到编号为3的应答帧，窗口整个右移3帧5432107654321054321076543210发送了5帧，分界右移5帧未收到应答帧，窗口不移动(a)(b)(c)(d

)发送方发送窗口543210765432105432107654321054321076543210543210765432105432107654321054321076543210初始时，未接收任何帧，分界和窗口的左边界重叠，窗口中的帧都是可以被接收的帧

已被接收但是未发送应答的帧可以被接收的帧接受了四帧，分界右移四帧窗口右边是不可以被接收的帧已被应答的帧未收到新的帧，分界位置不变。但在窗口中的相对位置发生了变化。发送编号为3的应答帧，窗口整个右移3帧

5432107654321054321076543210收到了5个新的帧，分界右移5帧未发送应答帧，窗口不移动(a)(b)(c)(d)接收方接收窗口②滑动窗口协议中的差错控制滑动窗口协议中，有两种实现自动重复请求(ARQ)技术:回退N

自动重复请求(Go-back-N)选择拒绝自动重复请求(Select-Rej)滑动窗口协议要求：发送站要保留数据帧的备份；除确认帧外，接收方可以发送否认帧，告诉发送方重新发送一个损坏的帧；定时器，判断数据帧在传输中丢失；③回退n自动重复请求在滑动窗口的回退n自动重复请

求中，如果一帧丢失或损坏了，从最近一次得到应答的数据帧开始，未被应答的所有帧都进行重传。差错情况有三种：帧破坏数据帧丢失确认帧丢失A站点B站点数据帧0数据帧0数据帧1数据帧2数据帧3数据帧4数据帧5数据帧3数据帧

4数据帧5数据帧1数据帧2NAK3数据帧3有错ACK3数据帧4未正确收到3号帧，不接收后面的帧，丢弃数据帧5数据帧3数据帧4数据帧5厖⑴帧破坏⑵数据帧丢失A站点B站点数据帧0数据帧0数据帧1数据帧2数据帧3数据帧4数据帧2数据

帧3数据帧4数据帧1NAK2数据帧3数据帧4未正确收到2号帧，不接收后面的帧，丢弃数据帧2数据帧3数据帧4厖丢失⑶确认帧丢失A站点B站点数据帧0数据帧0数据帧1数据帧2数据帧1数据帧2厖丢失ACK3超时数据帧0数据帧0数据帧1数据帧

2数据帧1数据帧2ACK3⑷窗口的大小与编号范围的关系在回退N协议中，如果帧的编号范围是0～n-1，则窗口的尺寸为n-1站点A站点Bt1t2t3t4发送数据帧0—7按顺序收到数据帧0—7，发送ACK0ACK0丢失接收数据帧0—7，接收到的帧编号正是所希

望收到的编号，把它们认为是新帧。但它们是重复帧。超时，重新发送数据帧0—7如果窗口尺寸等于n时，协议失败窗口尺寸等于n-1时，协议成功站点A站点Bt1t2t3t4发送数据帧0—6按顺序收到数据帧0—6，发送ACK7ACK7丢失接收数据帧0—6，接收到的帧编号不是所希望收到的编号，它们

是重复帧。超时，重新发送数据帧0—6④选择拒绝自动重复请求在选择拒绝自动重复请求协议中，只有特定的丢失或损坏帧被重发。接收方收到的数据帧可以是不按顺序到达的。选择拒绝与回退n有4个不同点：①接收设备必须具有排序功能。接收方在发送了NAK帧之后，必须存储所收到的所有帧，直到损坏的帧被重新收到

为止。②发送设备必须具有查找机制，以便发现和选择需要重传的帧。③所有的重传帧被排序和所有重复帧被辨别出来并删除之前，所收到的所有帧都必须保存。④ACK帧的编号指的是被正确接收的帧编号，不是指期望接收的帧

编号，而NAK帧的编号指的是错误或丢失的帧。A站点B站点数据帧0数据帧0数据帧1数据帧2数据帧3数据帧4数据帧5数据帧1数据帧2ACK5有错NAK2数据帧3数据帧4数据帧5数据帧2数据帧2重发⑴帧破坏A站点B站点数据帧0数据帧0数据帧1数据帧2数据帧3数据帧4

数据帧5数据帧1ACK5NAK2数据帧3数据帧4数据帧5数据帧2数据帧2重发丢失⑵数据帧丢失⑶确认帧丢失当发送窗口满时，或传输完毕时，启动定时时钟。如果在预定时间段内没有应答到来，发送方将尚未应答的所有帧都重传一遍。这和回退n协议是一样的。⑷窗口的大小与编号范围的

关系如果帧的编号范围是0到n-1(即模n编号),则发送窗口尺寸和接收窗口尺寸之和应小于或等于n。如果要求发送窗口和接收窗口大小相等，则窗口尺寸应该小于或等于n/2。发送窗口尺寸太大，协议失败站点A站点Bt1t2t3t4发送数据帧0—4收到数

据帧0—3，发送ACK3，移动窗口，接收数据帧4，发ACK4，再移动窗口，可接收数据帧5、6、7、0帧ACK3和ACK4丢失接收数据帧0，认为是新帧。但它是重复帧。超时，重新发送数据帧0—4站点A站点Bt1t2t3t4

发送数据帧0—3收到数据帧0—3，发送ACK3，移动窗口，可接收4、5、6、7、0帧ACK3丢失接收数据帧0，认为是新帧。但它是重复帧。超时，重新发送数据帧0—3接收窗口尺寸太大，协议失败⑤窗口大小的选择窗口如果选得太大，会要求有足够大的缓存空间；如果选得太小，由

于传播和发送延迟，第一个应答帧返回到发送方之前，发送方发送窗口中的帧已经全部发送出去，但是没有得到应答，发送方必须等待，从而影响了传输速度和传输效率。假设一个帧的发送时间为tI，传播时间为tP，则窗口的大小n应该满足如下条件ntI>2(tI+tP)

应为：ntI>tI+2tP+ts,近似：ntI>tI+2tPA站点B站点数据帧数据帧应答帧tItPtProctPtProctSWT例：在卫星通信中，设帧的长度为1200bit，信道速率为4.8kbit/s，传播延迟为tP=250ms，在全双工的数据通信中

，窗口至少应为:tI=1200÷(4.8×103)=0.25s=250ms，所以：n>(250+2×250)÷250，即n>3⑥滑动窗口协议中的回退N的效率正确传送一帧所需的平均时间为：tV=tI+ptW/(1-p)系统最大吞吐量:λmax=1

/tV=(1-p)/(tI(1+p(a-1)))系统的传输效率:ρ=(1-p)/(1+p(a-1))(其中a=tW/tI)例1：若数据帧的差错率为p=0.01,a=4,求两种协议的系统效率？停止等待协议：ρ=

(1-p)/a=0.99/4=0.25滑动窗口协议，ρ=(1-p)/(1+(a-1)p)=0.99/(1+3*0.01)=0.96。可见，在此情况下，即使p高达0.01,滑动窗口协议也比停止等待协议好得多。例2：广域网上，设p=0.01，速率为9.6kbps数据帧长为12

00bit，tI=125ms。应答帧长为120bit，tS=12.5ms。传播延迟tP=1ms，求系统效率？解:a=(tI+2tP+tS)/tI=139.5/125=1.12停止等待协议:ρ=(1-p)/a=0.99/1.12=0.89滑动

窗口协议：ρ=(1-p)/(1+(a-1)p)=0.989两者相差不明显3种协议方法总结停止等待协议:发送窗口=1，接收窗口=1;滑动窗口中的回退N:发送窗口>1，接收窗口=1;滑动窗口中的选择拒绝:发送窗口>1，接收窗口>1;012312

345NAK1012312341-3帧丢弃重发回退N接收窗口为1的示意4.3HDLC通信协议在面向比特的协议中，帧被看作一系列比特。面向比特协议的控制信息可以是一个或多个比特，面向比特的协议可以用较短的比

特位表示较丰富的控制信息。面向比特的协议的另一个重要的优点是它不受任何编码系统的制约。字符协议举例SOH装在帧中的数据部分帧帧开始符帧结束符发送在前EOT利用控制字符进行帧定界的方法透明传输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问题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。接收端删除插入的转义字符。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。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帧开始符帧结束符SOH1979年

，ISO提出了面向比特的高级数据链路控制(HDLC)协议。4.3.1HDLC支持的站点类型、链路配置和通信方式①站点类型：HDLC协议中站点由主站点、从站点和复合站点三种类型。②链路配置：HDLC协议有非平衡式、对称式和平衡式三种配置方式。主站从站A从站B从站C命令响应响应响应非

平衡式设备A设备BA充当主设备命令响应B充当主设备命令响应对称式复合站B命令/响应命令/响应平衡式复合站A③通信方式：HDLC协议中的通信方式就是在一次交互中所涉及到的两个设备之间的关系。这种方式描述了由谁控制链路。HDLC支持3种不同的工作方式：正常应答方式(NRM)、异步应答方式(

ARM)和异步平衡方式(ABM)4.3.2HDLC帧格式HDLC协议为了支持上述配置下的3种通信方式，定义了三种类型的帧：信息帧（I-帧）监管帧（S-帧）无编号帧（U-帧）标志帧校验序列数据信息控制地址标志标志帧校验序列数据信息控制地址标志标志帧校验序列管理信

息控制地址标志标志帧校验序列管理信息控制地址标志标志帧校验序列控制地址标志标志帧校验序列控制地址标志I-帧S-帧U-帧标志01111110地址控制信息FCS标志01111110123456780N(S)P/F

N(R)I帧,信息帧10SS类别码P/FN(R)S帧,监控帧11MM类别码P/FMMM类别码U帧,无编号帧①标志字段标志字段为一个字节（8位）,其比特模式为01111110；表示一个帧的开始和结束，并且为接收方提供同步手段。位填充法发送方发

送一个含有五个以上连续1的数据时，它总是在第五个1后面插入一个冗余的0。不管第六个比特是0还是1。接收方接收时作相反的动作(去掉5个1后面的零)010011111010001010010011111100

01010010011111010001010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比特零比特填充例如:要发送的序列是011

11101111110，发送时变成0111110011111010。②地址字段该字段是指从站地址，或者是以从站方式运行的复合站地址。如果帧是由主站发送的，则地址表示接收该帧的从站地址。如果帧是由从站发送的

，则地址表示发送该帧的从站地址。地址字段的扩展根据网络的规模，地址字段可以有1个或几个字节的长度，如果地址字段只有一个字节，该字节最后一比特总是1。如果地址字段有多个字节，除最后一个字节外其他所有字节都要以0结尾，最后一个字节要以1结尾。XXXXXXX0XXXXXXX1③

控制字段控制字段是用来进行流量管理的。根据控制字段的内容，可以知道一个帧的类型。如果控制字段的第一个比特是0，该帧就是一个信息帧。如果控制字段的前两个比特是10，该帧就是一个监管帧。如果控制字段的前两个比特是11，该帧就是一个无编号帧。⑴I-

帧的控制字段P/F0P/F0N(S)N(R)控制字段的第一位为0，它是I帧的标志。第2、3、4位是N(S)位，是当前发送帧的编号。第5位是P/F位，P/F(这里是F)表示是否还有要发送的帧，如果P/F=0,表示还有要发送的帧；如果P/F=1,表示没有

要发送的帧，发送结束。第6、7、8位是N(R)位，N(R)是期望收到的帧编号。⑵S-帧的控制字段P/F01P/F01CODEN(R)00,接受就绪帧(RR)01,接受未就绪帧(RNR)10,拒绝帧(REJ)11,选择拒绝帧(SREJ)当不能在一个I

-帧上捎带确认信息时,例如它没有数据信息可发时,就要用S-帧来对收到的数据帧进行应答。N(R)就是期望收到的帧的编号,它是一个应答域。同I-帧中的N(R)一样,如果最近一帧是正确的,N(R)域将是序列中下一

帧的序号；如果最近一帧是错误的,N(R)域是这个损坏帧的序号。⑶U-帧的控制字段P/F11P/F11CODECODE五位编码U-帧中的P/F位一般都应置1。其实，无论是I-帧、U-帧、还是S-帧，P/F位置1的数据帧和命令帧都是要立即进行响应的帧。④信息字段S-帧中没有信息字段。I

-帧的信息字段是用户数据信息。U-帧中的信息字段是链路管理信息。把发送信息和控制信息结合到一帧中的技术称为捎带确认。⑤帧校验序列字段帧校验序列是HDLC协议的错误检测字段。它含有一个两字节或一个四字节的循环冗余校验(CRC)

码。4.3.3监控帧的使用方式S-帧尽管没有信息字段，但是每一帧都给接收方带去了某种信息。这些信息的含义需要通过S-帧的类型和传输上下文来获得。①接收就绪(RR)帧：接收就绪帧有四种使用方式,各有不同意义：应答（ACK）:接收站本身没有数据信息发送时,用一个接收就绪帧作为应答帧来对所接收

的数据帧进行应答。(P/F=0)查询：当主站点询问从站点是否有数据发送时,他向从站点发送一个P/F位置1的RR帧.(POLL)对查询的否定应答:从站点用一个P/F位置1的RR帧回答主站点的查询,通知主站点

从站点没有数据发送。如果从站点有数据发送，从站点用I-帧来响应查询。(POLL.NAK)对选择的肯定应答:如果从站点收到了主站点的选择帧,并且从站点准备好从主站接收数据,它用一个P/F位置1的RR帧回答主站点的选择。(SEL.ACK)②接收未就绪(RNR)帧一个接收未就绪帧有三种

使用方式：应答(ACK):接收方向发送方返回的RNR帧有两个意思。第一个意思是应答,表示接收方收到了编号在N(R)以前的所有帧。第二个意思是要求发送方暂停发送，直到发送方收到一个RR帧为止。(P/F=0)

选择:当主站点想要向某个从站点发送数据时,它通过发送一个P/F位置1的RNR帧来通知从站点。(SEL)对选择的否定应答:当选择的从设备不能接收数据时,它回答一个P/F置1的RNR帧。(SEL.NAK)③拒绝(REJ)帧在回退N自动重复请求中，当接收方没有要发送的数据用来捎带应答信息时

，返回的一个否定应答帧。在REJ帧中，N(R)域指明了损坏帧的序号，损坏帧及其以后所有帧必须重发。④选择拒绝(SREJ)帧在选择拒绝自动重复请求中，当接收方收到一个损坏帧时，它用一个选择拒绝帧告诉发送方哪一帧被损

坏。N(R)指明了被损坏帧的编号。被损坏的帧需要重发。4.3.4无编号帧的种类及意义无编号帧是用来在互连设备之间交换会话管理信息和控制信息的。无编号帧的控制字段中有5位编码位，这5个编码位可用来表示32种不同类型的无

编号帧。编码名称性质意义00001SNRM命令设置正常响应模式。11011SNRME命令设置扩展正常响应模式。11000SARM命令设置异步响应模式。11010SARME命令设置扩展异步响应模式。11100SABM命令设置异步平衡模式。

11110SABME命令设置扩展异步平衡模式。00100UP命令无序号轮询。从指定站发来的关于对状态信息的轮询。00000UI命令/响应无序号信息。通常用来发送状态信息，一般是在UP或SIM信号后发送。00110UA响应无序号确认。通常用来确认刚才发送的命令，如设置模式和断开

连接。00010RD响应请求断开连接。00010DISC命令断开连接。初始化两个站之间的断连。当另外一个站用一个UA响应时，断连结束。11000DM响应断开连接方式。告诉主站，从站处于断连状态。10000RIM响应请求初始化模式。从站请求主站发送一个SIM。10000SIM命令设置初始化

模式。命令其它的站初始化它们的数据链路控制功能。11001RSET命令重启动。11101XID命令/响应交换标示。允许两个站交换它们的标示和状态信息。10001FRMR响应帧拒绝。通常被用于一个U-帧出现了同步错误。4.3.5HDLC协议通信实例①

查询/响应主设备从设备A从设备B从设备C主设备从设备A从设备B从设备C[B,RR,N(R)=0,P/F=1][B,I,N(R)=0,N(S)=0,P/F=0][B,I,N(R)=0,N(S)=1,P/F=1][B,RNR,N(R)=2,P/F=0]②

选择/应答主设备从设备A从设备B从设备C主设备从设备A从设备B从设备C[B,RNR,N(R)=0,P/F=1][B,RR,N(R)=0,P/F=1][B,I,N(R)=0,N(S)=0,P/F=1][B,RR,N(R)=1,P

/F=1]A站点B站点[B,SABM,P/F=1][A,UA,P/F=1][B,I,N(S)=0,N(R)=0,P/F=0][B,I,N(S)=1,N(R)=0,P/F=1][A,I,N(S)=0,N(R)=2,P/F=0][A,I,N(S)=1,N(

R)=2,P/F=0][A,I,N(S)=2,N(R)=2,P/F=1][B,RR,N(R)=3][A,DISC,P/F=1][B,UA,P/F=1]建立连接数据交换断开连接③对等设备间通信4.4数据链路层网络互连网桥是数据链路层上的互连设备。从互连网络的结构上看，网桥属于DCE级的端到端的连接

；从协议的层次上看，网桥同时作用在OSI的物理层和数据链路层。4.4.1网桥网桥在数据链路层上进行数据帧的存贮和转发。网桥常用于局域网的互连。①网桥的路由功能网桥具有根据帧的目的地址决定是否接受该帧的功能，也就是

具有路由的功能。局域网L1局域网L4局域网L2局域网L5局域网L3局域网L6ABCEDF网桥B1网桥B2网桥B3网桥B4②网桥的错误检测和帧格式转换功能由于网桥工作在数据链路层，因此可以将数据链路层不一致的

帧转换。网络层LLC层MAC层物理层高层PKTPKTPKT802.3PKT802.3高层PKTPKTPKT802.3PKT802.3高层PKTPKTPKT802.4PKT802.4高层PKTPKTPK

T802.4PKT802.4PKT802.3PKT802.3PKT802.3PKT802.3PKT802.4PKT802.4PKT802.4PKT802.4PKTPKTPKT802.3PKT802.3PKT802.4PKT802.4主机A主机B网桥CSMA/CDLAN令牌总线L

AN③网桥的隔离通信功能网桥和中继器的不同之处是，网桥具有隔离通信的功能。AAtoDDGF网桥ADGF网桥AtoGA(a)(b)4.4.2网桥路由算法①固定路由网桥每个网桥中都有一张表，这张表中记录了到某个特定站点的帧应该转发到那个哪个局域网中去的信息，这个表称为路由

表。在固定路由网桥中，路由表的生成是由手工配置的，一旦配置完成，路由表不会变动。局域网L1局域网L4局域网L2局域网L5局域网L3局域网L6ABCEDF网桥B1网桥B2网桥B3网桥B4--FL2F--EL2E--DL2D--CL2C-

-BL2BL1A--A下一局域网目标下一局域网目标源局域网L2源局域网L1--FL2F--EL2E--DL2D--CL2C--BL2BL1A--A下一局域网目标下一局域网目标源局域网L2源局域网L1L5F--F--

EL5EL2D--DL2C--CL2B--BL2A--A下一局域网目标下一局域网目标源局域网L5源局域网L2L5F--F--EL5EL2D--DL2C--CL2B--BL2A--A下一局域网目标下一局域网目标源局域网L5源局域网L2--FL3FL2E--E--DL3D--CL3CL2B

--BL2A--A下一局域网目标下一局域网目标源局域网L3源局域网L2--FL3FL2E--E--DL3D--CL3CL2B--BL2A--A下一局域网目标下一局域网目标源局域网L3源局域网L2L6L3--L3L3L3下一局域网FEDCBA目标源局域网L4--FL6FL3E--EL4DL4D

L3C--CL3B--BL3A--A下一局域网目标下一局域网目标源局域网L6源局域网L3L6L3--L3L3L3下一局域网FEDCBA目标源局域网L4--FL6FL3E--EL4DL4DL3C--CL3B--BL3A--A下一局域网目标下一局域网目标源局域网L6源局

域网L3(a)网桥B1(b)网桥B2(c)网桥B3(d)网桥B4②透明网桥能够根据网络信息自动生成和修改它们自己的路由表的网桥称为透明网桥（TransparentBridge）。这种自动修改和生成路由表的能力称为路由学习

（RouteLearning）或地址学习（AddressLearning）。⑴路由表的自动修改:任何时候当它接收到一个帧时，它检查帧的源地址。然后就知道发送这个帧的站点可以通过这个帧刚到达的局域网来访问。⑵路由表的初始化当网桥收

到一个发往某站点的帧，而在路由表中没有该站点的路由信息时，网桥使用一个扩散算法。也就是网桥向它所连接的所有局域网发送这个帧.⑶帧循环问题当一个互连局域网有回路时，就可能会产生帧的循环传递问题。这种过程继续下去，将导致帧的爆炸，最终会阻塞整个系统，使通信停止。局域网

L1局域网L2AB网桥B1网桥B2生成树算法（SpanningTree）对于带有回路的互连局域网，必须停用某些网桥来淘汰循环。不允许某些网桥转发帧，把它们当作别的网桥失效时的备份。网桥执行一种称为生成树的算法来完成这项工作。算法规则⑴先确定

根网桥⑵确定每个网络连接的网桥⑶查找网桥到根的最短费用⑷确定路径生成树算法首先选择一个网桥作为根网桥。根网桥是具有最低地址的那个网桥，根网桥是生成树的根结点。根网桥的选择是通过发送网桥协议数据

单元BPDU—这样的特殊帧来完成的。每个网桥协议数据单元包含一个网桥的ID，帧首次被发送时的端口ID和接收该帧的端口的累计费用。当一个网桥接收到一个BPDU时，它将源网桥的ID和自己的ID比较，若自己的ID大，自

己就不是根网桥。他记录下源网桥的ID和源网桥到达自己这儿路经费用，将路经费用加上接收端口的费用，然后通过所有的其它端口转发这个BPDU。局域网L1局域网L2AB网桥B1网桥B2局域网L3网桥B3网桥B6网桥B4网桥B5局域网L4代价=4代价=2代价=6代价=4代价=2代价=3代价=6代价=5代价

=4代价=1代价=6代价=5局域网L1局域网L2AB网桥B1网桥B2局域网L3网桥B3网桥B6网桥B4网桥B5局域网L4代价=4代价=2代价=6代价=4代价=2代价=3代价=6代价=5代价=4代价=1代价=6代价=5B4L4B2L3B3L2B5B6B1L1564632526441B4

L4B2L3B3L2B5B6B1L1564632526441ab局域网L1局域网L2AB网桥B1网桥B2局域网L3网桥B3网桥B6网桥B4网桥B5局域网L4代价=4代价=2代价=6代价=4代价=2代价=3B4L4B2L3B3L2

B5B6B1L1463224ab根网桥根端口费用B2B2L26B3B3L22B4B4L38,(6+2)B5B5L33,(1+2)B6B6L16网桥的根端口及到根网桥的费用最后，为每个局域网确定一个指定网桥，对于局域网L1来说，L1直接到达根网桥，对于局域网L2来说，L2直接到达根

网桥，对于局域网L3来说，B3到达根网桥的费用为2，B4到达根网桥的费用为8，B5到达根网桥的费用为3，所以L3的指定网桥为B3，对于局域网L4来说，B2到达根网桥的费用为6，B4到达根网桥的费用为8，B6到达根网桥的费用

为6，所以L4的指定网桥为B2。总结1.选择一个网桥作为根网桥;2.找出其他网桥到根网桥的最短费用;3.为每个局域网指定一个网桥并连接起来;4.将指定网桥的根端口和对应的局域网连接起来，就组成了一个生成树。非指定网桥可作为备用网桥。B1L1L2B2L3L4B3B4L5B510101

01055555510生成树算法B1L1L2B2L3L4B3B4L5B51010101055555510生成树算法Switch-A主机-AE0/1Switch-C主机-CE0/1Switch-BE0/1E0/2E0/2E0/2主机-BConsol

eConsoleConsole在每个交换机上启动STP协议：[Switch-A]stpenable③源路由网桥:最后一种在互连局域网上转发帧的方法是让发送帧的源站点决定转发路由，而不是由网桥来决定。发送站点的网络软件确

定到目的站点的路由，并将它存储在帧中，这个路由由路由指示（RouteDesignator）的序列组成，每个路由指示由一个局域网和一个网桥ID组成.厖最后一个路由指示厖第二个路由指示第一个路由指示控制厖目的地址厖厖最后一个路由指示厖第二个路由指

示第一个路由指示控制厖目的地址厖路由字段控制=路由字段长度、路由类型、路由方向；路由指示=局域网号、网桥号当一个网桥看见一个帧时，它就确定是否有一个路由指示，若有，该路由指示包含该网桥的ID和传输该帧的局域网的ID，网桥接收该

帧并将它转发到下一个路由指示指定的局域网上。例如:假定A发送一个帧给B，并指定一个路由为L1:B5L3:B4L4。连接到L1的两个网桥B5和B6都见到了这个帧，但是在路由指示序列中，B5跟随着L1，所以只有B5接收这个帧，然后B5将这个帧转发给L3。4.4.2

第二层交换机交换机从某一结点收到一个以太网帧后，立即在其内存中的地址表（端口号－MAC地址）进行查找，以确认该目的MAC的网卡连接在哪一个结点上，然后将该帧转发至该结点。每个端口有自己的带宽，各端口之间并行工

作，这就大大提高了网络吞吐量。端口管理软件RAMPORT-1PORT-2112MAC1MAC2MAC3MAC4地址端口MAC11MAC21MAC32MAC42地址-端口表交换机的原理发送数据包节点所有节点等待接收数据包接收数据包节点

发送数据包节点集线器工作方式交换机工作方式