1、计算机网络（第 5 版）,第 3 章 数据链路层,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 PPP3.2.1 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,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,第 3 章 数据链路层（续）,3.5 扩展的以太网3.5.1 在物理
2、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,数据链路层的主要功能,(1)链路管理 (2)帧定界 (3)流量控制 (4)差错控制 (5)将数据和控制信息区分开 (6)透明传输 (7)寻址,数据链路层的信道类型,点对点信道：一对一的点对点通信方式。 广播信道：一对多的广播通信方式。,广播信道过程比较复杂。 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。,局域网,广域网,主机 H
3、1,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,数据链路层的简单模型,3.1 使用点对点信道的数据链路层,链路(link)：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，是通路的一个组成部分 数据链路(data link)： 物理线路通信协议来控制数据的传输。把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路 数据
4、链路层的协议数据单元帧 帧数据部分的长度上限MTU,3.1.1 数据链路和帧,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,发送,接收,IP 数据报,1010 0110,帧,装入,数据链路层传送的是帧,主要通信步骤 = (1)封装成帧 (2)发送到对等层 (3)对等层接收: 若帧无差错则提取上交。若有差错则丢弃。,3.1.2 三个基本问题,(1) 封装成帧 (2) 透明传输 (3) 差错控制,1. 封装成帧,封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，构成一个帧。 首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。,帧结束,帧首
5、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,例 用控制字符SOH、EOT进行帧定界,帧,SOH 帧开始符 EOT 帧结束符 FCS 帧检验序列,发送在前,SOH,帧的数据部分,EOT,帧首部,帧尾部,FCS,2. 透明传输,透明传输问题解决办法,字节填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)发送时SOH、EOT、转义字符前面插入转义字符，接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。,透明传输问题: 以SOH、EOT定界为例。考虑数据部分出现了EOT的情形。,用字节填充法解决透明传输的问题,字节
6、填充(字符填充),SOH 转变为 ESC SOHEOT 转变为 ESC EOTESC 转变为 ESC ESC,3. 差错检测,在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变成 0 而 0 也可能变成 1。 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)。 误码率与信噪比有很大的关系。 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。,循环冗余检验的原理,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原理,设待发送的数据为M, 选定一个除数P (n+1位) 采用模2运算计算2nM/P，得
7、到余数R 发送端: 发送2nM+R 接收端: 用收到的数据除以P, 若余数为0，则无差错,否则有差错,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,注 模2运算: 加法不进位，减法也是加法。,冗余码的计算举例,待发数据 M = 101001 选定除数 P = 1101,P有4位 n=4-1=3 被除数: 2nM = 101001000 2nM/P的余数R=001,发送的数据2nM + R=101001001,课堂练习：教材105页, 习题308,作业：教材105页,习题307,CRC16：P(x)=x16+x15+x2+1 写成二进制数为 11000000
8、000000101 CRC32：P(x)=X32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1 CRC-CCITT：P(x)=x16+x12+x5+1 写成二进制数为 10001000000100001,除数P的选择,CRC中，除数又叫做生成多项式P(x),它的最高位和最低位须 为1。P(x)经过严格挑选,使余数为0的概率接近为1。广泛使用的生成多项式有：,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 (Frame Check Sequence)。 FCS常采用CRC。,注意：FCS和CRC并不等同。 FCS是添加在数据后面
9、的冗余码。 CRC是一种检错方法。 FCS可以采用CRC ,也可以不采用CRC。,接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验 (1)收到的帧数据除以生成多项式P (2)若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错，就接受(accept)。 (3)若余数 R 0，则判定这个帧有差错，就丢弃。,3.2 点对点协议 PPP,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-Point Protocol)。 用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用 PPP 协议。,3.2.1 PPP 协议的特点,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
10、行链路的方法。 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。,标志字段 F = 0x7E 地址字段 A = 0xFF。 控制字段 C = 0x03。 协议字段=0x0021 ，IP 数据报。 协议字段= 0xC021, 链路控制数据。 协议字段= 0x8021，网络控制数据。,IP 数据报,1,2,1,1,1,2,不超过 1500 字节,PPP 帧,先发送,7E,FF,03,F,A,C,FCS,F,7E,协议,信 息 部 分,首部,尾部,PPP 协议的帧格式,1 同步传输链路，HDLC比特填
11、充(现已很少使用) 2 异步传输链路，特殊字符填充法。 3 SONET/SDH 链路, 零比特填充方法,透明传输问题,例 设待发送的16进制数据为：88 09 6E 7E 1B A8求字符填充后的数据。,答 88 7D29 6E 7D5E 7D3B A8,析 88 09 6E 7E 1B A8,例 SONET 链路为什么要使用零比特填充,设备之间无链路,链路静止,链路建立,鉴别,网络层协议,链路打开,链路终止,物理链路,LCP 链路,已鉴别的 LCP 链路,已鉴别的 LCP 链路 和 NCP 链路,物理层连接建立,LCP 配置协商,鉴别成功或无需鉴别,NCP 配置协商,链路故障或 关闭请求,LCP 链路 终止,鉴别失败,LCP 配置 协商失败,3.2.3 PPP 协议的工作状态,
