计算机网络技术 CH3-5ed 数据链路层
计算机网络五层协议
计算机网络五层协议计算机网络是现代社会中不可或缺的基础设施，网络协议是网络通信的基础规范。
计算机网络五层协议模型是OSI（Open System Interconnection）模型，将计算机网络通信分为5层，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。
下面将详细介绍这五层协议。
物理层是计算机网络的最底层，主要负责物理电路的传输，包括网线、光纤、无线电波等。
物理层将数字信号转换成连续的模拟信号进行传输，保证了数据的物理可达性和连通性。
数据链路层负责将物理层提供的物理层的传输信道转换成逻辑上的传输信道，为网络提供可靠的数据传输和错误检测功能。
数据链路层通过帧的方式管理数据的传输，对数据进行分组、传输和重新组装，实现了数据的可靠传输。
网络层是计算机网络的核心部分，实现了不同网络之间的数据传输和路由选择。
网络层通过IP（Internet Protocol）地址进行路由选择，并将数据包分组传输。
网络层存在大量的路由协议，包括RIP、OSPF、BGP等。
传输层负责计算机间的端到端通信，通过端口号和传输协议实现了数据的可靠传输。
传输层主要有两个协议，即TCP （Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）。
TCP协议提供可靠的连接，并保证了数据的正确性和完整性，UDP协议则保证了数据的及时传输，但不保证数据的可靠性。
应用层是计算机网络最顶层的部分，提供了各种网络应用和服务。
应用层包括HTTP（HyperText Transfer Protocol）、SMTP （Simple Mail Transfer Protocol）、FTP（File Transfer Protocol）等协议，通过这些协议实现了Web浏览、电子邮件和文件传输等功能。
同时，应用层也是用户与计算机网络之间的接口，用户通过应用层访问网络资源。
总结起来，计算机网络五层协议模型是对计算机网络通信过程的抽象和规范。
什么是计算机网络的数据链路层解析数据链路层的功能与协议
什么是计算机网络的数据链路层解析数据链路层的功能与协议计算机网络的数据链路层是网络体系结构的重要组成部分，它负责将网络层传来的数据分组进行可靠的传输，有效地解析和处理数据链路层的功能和协议对于整个网络通信的顺利进行至关重要。
数据链路层的功能：1. 传输数据：数据链路层通过物理传输介质（如以太网线、无线电波等）将数据从一个网络节点传输到另一个网络节点。
它负责将网络层的数据包转化为适合物理传输介质的格式，使数据能够在链路中传输。
2. 封装与解封装：数据链路层在数据传输前将网络层传来的数据包封装成帧。
帧是数据链路层传输的最小单位，包括数据和控制信息。
在接收端，数据链路层将接收到的帧进行解封装，提取出数据并传递给网络层。
3. 数据校验：为了保证数据的可靠传输，数据链路层会在帧中添加检验序列。
接收方在接收数据时会进行校验，以检查数据是否出现错误。
常用的数据校验方式包括循环冗余校验（CRC）和校验和等。
4. 帧同步：数据链路层通过帧同步协议，如起始帧标志和比特填充等方法，确定帧的起始和结束位置，确保接收方能够正确识别帧的边界并进行数据的接收。
5. 流量控制：当发送方发送数据速度过快时，接收方可能无法及时接收。
数据链路层通过流量控制协议，如帧确认和滑动窗口等，调节发送方的发送速度，防止接收方的缓冲区溢出。
6. 差错控制：在数据传输过程中，由于噪声、干扰等原因，数据可能会发生错误。
数据链路层通过差错控制协议，如重发请求和确认应答等，检测并纠正传输过程中的错误。
数据链路层的协议：1. 以太网（Ethernet）：以太网是一种常用的局域网技术，采用CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）协议，实现了数据的共享传输。
以太网利用MAC（媒体访问控制）地址来唯一标识网络设备，以确定数据的发送和接收。
2. PPP（点对点协议）：PPP是一种用于串行链路的数据链路层协议，常用于拨号上网和远程访问等场景。
PPP协议支持多种认证方式、压缩协议和错误检测机制，提供了可靠的数据传输。
数据链路层的概念
数据链路层的概念数据链路层是计算机网络中的一个关键层次，位于物理层和网络层之间。
它负责将数据转换为比特流，以便在物理介质上进行传输，并为网络层提供可靠的数据传输连接。
数据链路层确保相邻节点之间的数据传输的可靠性、有序性和透明性。
数据链路层的任务主要包括以下几个方面：1. 封装与解封装：在发送端，数据链路层将网络层传递的数据添加上头部和尾部，形成帧(frame)。
在接收端，数据链路层将帧解封装，提取出网络层需要的数据。
2. 物理地址的添加与识别：数据链路层使用物理地址（MAC地址）来识别网络中的不同节点，包括主机、路由器等。
发送端需要在帧中添加目标MAC地址，接收端通过比较目标MAC地址和自身MAC地址来判断是否接收此帧。
3. 流量控制与错误检测：数据链路层通过流量控制机制来确保发送端和接收端的数据传输速度相匹配，避免数据溢出或丢失。
同时，在数据帧中添加用于错误检测的冗余信息，如循环冗余校验（CRC）码，以保证数据的可靠性。
4. 帧同步：数据链路层将比特流按照特定规则划分成帧，并通过同步字节或特定的比特模式来标识帧的开始和结束，以实现帧的同步。
5. 差错控制与重传机制：数据链路层使用差错检测和纠正技术，如差错校验码、确认应答等，以检测和纠正传输过程中可能出现的比特错误。
如果发现错误帧，则重传丢失或损坏的帧。
6. 复用与分用：数据链路层可以将多个网络层数据包合并成一个帧进行传输，也可以将一个帧拆分成多个数据包。
这样可以提高网络资源的利用率，同时分解数据负载。
数据链路层的实现方式有多种，主要包括点对点方式和广播方式。
在点对点方式下，数据链路层在发送节点和接收节点之间建立一对一的连接。
典型的例子是PPP（Point-to-Point Protocol）协议。
在广播方式下，数据链路层向网络中的所有节点广播数据，典型的例子是以太网。
不同的实现方式适用于不同的网络拓扑结构和需求。
总之，数据链路层是计算机网络中非常重要的一层，它负责处理物理层提供的比特流，并为网络层提供可靠的数据传输服务。
计算机网络数据链路层基础知识介绍数据链路层的功能和常见协议
计算机网络数据链路层基础知识介绍数据链路层的功能和常见协议计算机网络是现代社会中必不可少的一部分，它连接了世界各个角落。
而数据链路层作为网络通信的重要一层，承担着数据传输的任务。
本文将介绍数据链路层的功能以及常见的协议。
一、数据链路层的功能数据链路层是网络体系结构中的第二层，位于物理层之上。
其主要功能是将物理层提供的比特流组成有意义的数据帧，并通过物理媒介进行传输。
具体来说，数据链路层的主要功能有以下几个方面：1. 封装成帧：数据链路层将从网络层接收到的数据报封装成数据帧。
数据帧是数据链路层传输的基本单位，它包括了数据以及控制信息。
2. 帧定界：为了在物理媒介上正确传输数据帧，数据链路层在帧的开始和结束位置加入特定的定界标记，以进行同步。
3. 数据链路的访问控制：当多个网络设备共享同一个物理媒介时，数据链路层需要解决帧冲突和访问冲突的问题。
常见的访问控制方式有载波监听多路访问（CSMA）和令牌传递。
4. 差错检测与纠正：数据链路层使用CRC（循环冗余校验）等技术进行差错检测，以及ARQ（自动重传请求）等技术进行差错纠正。
5. 流量控制：数据链路层通过发送方和接收方之间的协商来控制数据的传输速率，避免数据丢失或混乱。
二、常见的数据链路层协议1. 以太网（Ethernet）：以太网是目前应用最广泛的有线局域网技术。
它使用CSMA/CD访问控制方式，支持最大传输速率为10 Gbps。
以太网采用MAC（媒体访问控制）地址进行寻址。
2. PPP（Point-to-Point Protocol）：PPP是一种用于串联两个节点的数据链路层协议。
它支持多种物理媒介，可以在异构网络中使用。
PPP提供了认证、加密和压缩等功能。
3. HDLC（High-Level Data Link Control）：HDLC是一种面向比特同步的数据链路层协议。
它采用标志字节进行帧定界，并支持差错检测和流量控制。
HDLC常用于广域网中的数据链路层传输。
计算机网络技术的数据链路层设计
计算机网络技术的数据链路层设计数据链路层是计算机网络中的重要组成部分，它负责实现物理层传输提供的可靠传输，确保信息的无误和完整。
在计算机网络技术的发展中，数据链路层的设计与实现至关重要。
本文将从数据链路层的定义、特性和设计原则等方面进行探讨。
一、数据链路层的定义数据链路层是网络协议栈中的第二层，位于物理层之上。
它主要负责网络节点之间的数据通信，将原始数据转换为帧传输，并提供帧同步、流量控制、差错检测和纠错等功能。
数据链路层在实际应用中具有重要的意义，通过定义和管理帧，确保数据的可靠传输。
二、数据链路层的特性1. 帧同步：数据链路层需要实现帧同步，确保发送和接收端的数据传输步调一致，避免数据丢失或错位。
2. 流量控制：数据链路层需要控制数据的传输速率，避免发送速度过快导致接收端无法处理。
3. 差错检测：数据链路层需要对传输过程中发生的错误进行检测，以保证传输的数据的完整性，常用的差错检测方法包括奇偶校验、循环冗余检验等。
4. 纠错功能：数据链路层需要能够纠正发送和接收过程中产生的错误，提高数据的可靠性。
三、数据链路层的设计原则1. 可靠性：数据链路层需要确保数据的可靠传输，采用差错检测和纠错等机制，降低数据传输过程中发生错误的概率。
2. 高效性：数据链路层需要尽可能地减少数据的传输延迟，提高网络的传输效率。
3. 灵活性：数据链路层的设计应该具有良好的灵活性，能够适应不同的网络环境和需求。
4. 可扩展性：数据链路层的设计应该具备可扩展性，能够应对网络规模的扩大以及新的需求的加入。
四、数据链路层的实现技术1. MAC地址：数据链路层使用MAC地址来唯一标识网络设备，MAC地址由48位二进制数组成。
2. 帧格式：数据链路层通过定义帧格式来实现数据的封装和传输，常见的帧格式如以太网帧格式、PPP帧格式等。
3. 帧同步：数据链路层通过发送和接收端的帧同步机制来保证数据的正确传输。
4. 流量控制：数据链路层可以采用滑动窗口协议等方式来实现流量控制，保证发送和接收端的速率一致。
计算机网络五层协议
计算机网络五层协议计算机网络五层协议是指OSI（Open System Interconnection）参考模型中的五层协议体系结构，它包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。
这五层协议分别负责不同的功能，通过协同工作来实现计算机之间的通信和数据传输。
首先，物理层是计算机网络的最底层，它负责传输比特流，将数字数据转换为电信号，通过物理介质传输到目的地。
物理层的主要设备包括网卡、集线器、中继器等，它们能够将数据转换为电信号并在网络中传输。
其次，数据链路层负责在物理介质上传输数据帧，通过物理地址来寻址和传输数据。
数据链路层的主要设备包括交换机、网桥等，它们能够通过MAC地址来实现局域网内的数据传输。
接下来是网络层，它负责在不同网络之间传输数据包，通过IP地址来寻址和路由数据。
网络层的主要设备包括路由器，它能够实现不同网络之间的数据传输和转发。
然后是传输层，它负责端到端的数据传输，通过端口号来寻址和传输数据。
传输层的主要协议包括TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol），它们能够实现可靠的数据传输和无连接的数据传输。
最后是应用层，它负责为用户提供各种网络应用服务，通过应用层协议来实现不同的网络应用。
应用层的主要协议包括HTTP（HyperText Transfer Protocol）、FTP（File Transfer Protocol）、SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）等，它们能够实现Web浏览、文件传输、电子邮件等网络应用。
总的来说，计算机网络五层协议通过分层的方式将网络通信和数据传输的功能进行了划分，使得不同层次的协议能够相互配合、独立发展。
这种分层的设计使得网络协议更加清晰、灵活和易于扩展，为计算机网络的发展和应用提供了坚实的基础。
计算机第06次CH3-5ed数据链路层
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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；
主机 1 AP1 5 4 3 2 1
计算机学院
运输层剥去报文首部后 把报文的数据部分交给应用层
H5 应 用 程 序 数 据
H4 H5 应 用 程 序 数 据
主机 2 AP2 5
4 3 2 1
整理ppt
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数据传输过程：主机1向主机2发送数据
主机 1 AP1 5 4 3 2 1
计算机学院
应用程序数据
计算机学院
整理ppt
2
课程回顾
2、几种接入方式 ① PSTN拨号接入 ② ISDN接入 ③ DDN接入 ④ xDSL接入 ⑤ VDSL: 更高速的宽带接入 ⑥ Cable Modem接入 ⑦ LAN接入 ⑧ 光纤接入网 ⑨ PLC电力线通信
计算机学院
整理ppt
3
课程回顾
3、T1速率和E1速率 4、物理层包括的内容 ① 掌握物理层的四个特性； ② 掌握消息、数据、信号以及模拟和数字的概念； ③ 理解并掌握码元的概念； ④ 从通信的双方信息交互的方式看，有三种基本方
4 3 2 1
计算机学院
整理ppt
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数据传输过程：主机1向主机2发送数据
主机 1 AP1 5 4 3 2 1
网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给运输层
CH35ed数据链路层.ppt
第 3 章 数据链路层
课件制作人：谢晓巍
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
课件制作人：谢晓巍
循环冗余检验的原理说明
110101 ← Q (商) P (除数) → 1101 101001000 ← 2nM (被除数)
1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 ← R (余数)，作为 FCS
课件制作人：谢晓巍
3.1.2 三个基本问题
(1) 封装成帧 (2) 透明传输 (3) 差错控制
课件制作人：谢晓巍
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，然后就构成了一个帧。确定 帧的界限。
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
帧开始
IP 数据报
帧结束
开始 发送 帧首部
3.5 扩展的以太网 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
课件制作人：谢晓巍
数据链路层
主机 H1 向 H2 发送数据
主机 H1
路由器 R1
电话网
局域网
路由器 R2
广域网
路由器 R3
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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。
课件制作人：谢希仁
用字节填充法解决透明传输的问题
帧开始符
SOH EOT
原始数据
SOH ESC SOH
帧结束符
EOT
字节填充
SOH ESC EOT
字节填充
ESC SOH
字节填充
主机 H1 电话网 H1 应用层
路由器 R1
局域网路由器 R2广域网路由器 R3 局域网
主机 H2
从层次上来看数据的流动
R1
网络层 链路层
H2 应用层
运输层
网络层 链路层
R2
网络层 链路层
R3
网络层 链路层
运输层
网络层 链路层 物理层
物理层
物理层
物理层
物理层
课件制作人：谢希仁
数据链路层的简单模型 ( 续）
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。 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
课件制作人：谢希仁
数据链路层的简单模型
主机 H1 向 H2 发送数据
冗余码的计算举例
现在 k = 6, M = 101001。 设 n = 3, 除数 P = 1101， 被除数是 2nM = 101001000。 模 2 运算的结果是：商 Q = 110101， 余数 R = 001。 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
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。 在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比特。 假设待传送的一组数据 M = 101001（现在 k = 6）。我们在 M 的后面再添加供差错检 测用的 n 位冗余码一起发送。
主机 H1 向 H2 发送数据
主机 H1 电话网 H1 应用层
路由器 R1
局域网
路由器 R2
广域网
路由器 R3 局域网
主机 H2
仅从数据链路层观察帧的流动
R1
网络层 链路层
H2 应用层
运输层
网络层 链路层
R2
网络层 链路层
R3
网络层 链路层
运输层
网络层 链路层
物理层
物理层
物理层
物理层
物理层
课件制作人：谢希仁
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
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。
课件制作人：谢希仁
用户到 ISP 的链路使用 PPP 协议
ESC ESC
字节填充
ESC SOH EOT
发送 在前
经过字节填充后发送的数据
课件制作人：谢希仁
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。
课件制作人：谢希仁
接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验
(1) 若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差 错，就接受(accept)。 (2) 若余数 R 0，则判定这个帧有差错，就丢 弃。 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。 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。
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)。 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。
课件制作人：谢希仁
应当注意
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)。 “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”。 也就是说：“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）。 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。
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) 除了物理线路外，还必须 有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现 这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了 数据链路。
计算机网络（第 5 版）
第 3 章 数据链路层
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 3.2.1 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
课件制作人：谢希仁
透明传输问题
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（和 HDLC 的 做法一样）。 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
字符填充
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。
链路 (a) 结点 A 数据 链路层 发送 帧 接收 帧 结点 B
链路
(b)
数据链路层像个数字管道
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。
帧 帧 结点
结点
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。
课件制作人：谢希仁
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
课件制作人：谢希仁
第 3 章 数据链路层（续）
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。 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。
课件制作人：谢希仁
数据链路层传送的是帧
结点 A 网络层 数据 链路层 物理层 帧
1010… …0110
结点 B IP 数据报 取出 帧
1010… …0110
IP 数据报 装入
课件制作人：谢希仁
零比特填充
PPP 协议用在 SONET/SDH 链路时，是 使用同步传输（一连串的比特连续传 送）。这时 PPP 协议采用零比特填充方 法来实现透明传输。 在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则 立即填入一个 0。接收端对帧中的比特 流进行扫描。每当发现 5 个连续1时，就 把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除，
3.5 扩展的以太网 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
课件制作人：谢希仁
数据链路层
课件制作人：谢希仁
帧开始 开始 发送 帧首部
帧结束 帧尾部
用控制字符进行帧定界的方法举例
帧开始符
SOH
帧结束符 装在帧中的数据部分
EOT
帧
发送在前
控制字符：SOH 01，EOT 04
课件制作人：谢希仁
2. 透明传输
出现了“EOT” 完整的帧 发送 在前 数据部分
SOH EOT EOT
被接收端 误认为是一个帧
课件制作人：谢希仁
PPP 协议的帧格式
先发送 IP 数据报 首部 尾部
F A C 7E FF 03
字节 1 1 1
协议
2
信
息
部
分
FCS
2
F 7E 1
不超过 1500 字节 PPP 帧
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。