计算机网络第三章
《计算机网络》教案(第三章)
IPv 6
IPv6是下一代互联网协议，它的出现是为了解决IPv4地址空间不足的问题。 IPv6的背景、发展和特点使其成为未来互联网的重要组成部分。
路由和转发
路由是指确定数据包从发送端到接收端的路径的过程。路由器是网络中的关键设备，负责根据路 由表进行转发决策并将数据包转发到下一个节点。
网络地址转换(NAT)
NAT是一种在计算机网络中广泛使用的技术，它用于将私有IP地址转换为公网 IP地址，以实现局域网与公网之间的通信。NAT具有很多优点和应用场景。
计算机网络教案(第三章)
这是一份关于计算机网络第三章的教案，我们将深入探讨网络层的概述、IP协 议、路由和转发、网络地址转换(NAT)以及IPv6等内容。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
网络层概述
网络层位于计算机网络的中间层次，负责在网络中传输数据包，并提供一些 必要的服务和功能，如分组交换、路由和转发等。
IP协议
IP协议是计算机网络中的核心协议之一，它负责将数据分组打包并发送到目标 主机。IP数据报的格式和字段定义了数据在网络中的传输方式。
思科《计算机网络》第三章考试答案
思科《计算机⽹络》第三章考试答案Introduction to Networks (版本 6.00) - ITN 第 3 章考试答案1 主机计算机在 TCP/IP 模型的传输层解封消息时，会处理哪种 PDU？· 位· 帧· 数据包· 数据段2 请参见图⽰。
主机 A 正在尝试与服务器 B 联系。
哪两种说法正确描述了主机 A 在该流程中⽣成的地址？（请选择两项。
）· 以服务器 B 的 MAC 地址为⽬的 MAC 地址的帧。
· 以服务器 B 的 IP 地址为⽬的 IP 地址的数据包。
· 以路由器 B 的 IP 地址为⽬的地址的数据包。
· 以路由器 A 的 MAC 地址为⽬的 MAC 地址的帧。
· 以路由器 A 的 IP 地址为⽬的 IP 地址的数据包。
· 以交换机 A 的 MAC 地址为⽬的 MAC 地址的帧。
3 请参见图⽰。
如果 Host1 要传送⽂件到服务器，将会使⽤ TCP/IP 模型的哪些层？· 应⽤层、传输层、互联⽹层和⽹络接⼊层· 仅应⽤层、传输层、⽹络层、数据链路层和物理层· 仅应⽤层、互联⽹层和⽹络接⼊层· 仅应⽤层和互联⽹层· 应⽤层、会话层、传输层、⽹络层、数据链路层和物理层· 仅互联⽹层和⽹络接⼊层4将每个描述与其对应的术语配对。
（并⾮所有选项都会⽤到）。
此过程确定何时开始在⽹络上发送消息此过程将信息从⼀种格式转换成另⼀种可传输的格式（消息编码）此过程将⼀种消息格式放⼊另⼀消息格式内（消息封装）此过程将⼀种消息格式从另⼀种消息格式中解压出来此过程在通过⽹络发送之前将⼀个长消息分解成⼀个个⼩⽚段（消息⼤⼩）5 哪种类型的通信会向局域⽹上的所有设备发送消息？· 组播· 全播· ⼴播· 单播6 在封装期间，OSI 模型的哪⼀层会添加⼀个逻辑地址？· 传输层· 数据链路层· 物理层· ⽹络层7 哪个过程⽤于将⼀个消息放⼊另⼀消息内以从源传输到⽬的地？· 访问控制· 封装· 解码· 流量控制8 什么是专有协议？· 由私⼈组织开发且能在所有供应商硬件上运⾏的协议· 可供所有组织或供应商⾃由使⽤的协议· 称为 TCP/IP 协议簇的协议集合· 由控制协议定义和操作的组织开发的协议9 OSI 模型的哪三层与 TCP/IP 模型的应⽤层功能相当？（选择三项。
计算机网络(第3章)
码元 基本波形
编码
信号
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不同的编码方案
表示不同数字数据的码元的形式不同，产生出 不同的编码方案。 1.单极性遍码 2.双极性编码 3.曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码
26
1.单极性编码
所谓单极性编码，是指在每一码元时间间隔内，有电流发出表 示二进制“1”，无电流发出表示二进制“0”。 （1）如果整个码元时间内维持有效电平，则属于全宽码，称 为单极性不归零型编码（NRZ）； （2）如果逻辑“1”只在该码元时间维持一段时间就变成0电 平，称为单极性归零型编码（RZ）。
量、数据通信的基本方式、 多路复用技术、 数据交换 方式和差错校验和控制等技术。
信息 信源
信息 传输媒体与通信技术
信息 信宿
数据通信系统构成与功能示意图
4
3、数据通信系统的模型
数据通信系统的模型 1、一个数据通信系统可以划分为三大部分：源系统、传输系统
和目的系统；
2、源系统一般包括源点和发送器两部分；目的系统一般包括接 收器和终点两部分。
振幅
f1
f2 频率
振幅频谱图
18
10、基带信号和宽带信号
直接来自信源的、没有经过调制（进行频谱搬移和变 换）的原始电信号称为基带信号，即基本频率信号。
调制分为基带调制和带通调制。 1.仅对基带信号的波形进行交换，使它能够与信道特 性相适应，变换后的信号还是基带信号，称为基带调 制； 2.利用载波信号将基带信号搬移到较高频段进行传输， 调制后的信号称为带通信号（也称宽带信号），这类 调制称为带通调制。 3.基本的调制方法有调幅（AM）、调频（FM）和调 相（PM）。
清华大学的《计算机通信与网络教程》：从高到低的跳变是 1 从 低到高的跳变是 0 。
《计算机网络（第7版）谢希仁著》第三章数据链路层要点及习题总结
《计算机⽹络（第7版）谢希仁著》第三章数据链路层要点及习题总结1.数据链路层的三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测2.点对点信道的数据链路层 （1）链路和数据链路 链路（物理链路）：链路（link）就是从⼀个结点到相邻结点的⼀段物理线路（有线或⽆线〉，⽽中间没有任何其他的交换结点 数据链路（逻辑链路）：为当需要在⼀条线路上传送数据时，除了必须有⼀条物理线路外，还必须有⼀些必要的通信协议来控制这些数据的传输，换⽽⾔之，数据链路=链路+通信协议 （2）早期的数据通信协议叫通信规程 （3）数据链路层的协议数据单元-------帧 （4）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，这样就构成了⼀个帧。
⼀个帧的帧长等于帧的数据部分长度加上帧⾸部和帧尾部的长度。
⾸部和尾部的⼀个重要作⽤就是进⾏帧定界（即确定帧的界限），为了提⾼帧的传输效率，应当使帧的数据部分长度尽可能地⼤于⾸部和尾部的长度。
但是，每⼀种链路层协议都规定了所能传送的帧的数据部分长度上限⼀⼀最⼤传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit），当数据是由可打印的 ASCII 码组成的⽂本⽂件时，帧定界可以使⽤特殊的帧定界符（如SOH和EOT）。
SOH：Start Of Header EOT：End Of Transmission （5）透明传输：所传输的数据中的任何 8 ⽐特的组合⼀定不允许和⽤作帧定界的控制字符的⽐特编码⼀样，⽆论什么样的⽐特组合的数据，都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层。
发送端的数据链路层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”（其⼗六进制编码是 1B，⼆进制是 00011011 ）。
⽽在接收端的数据链路层在把数据送往⽹络层之前删除这个插⼊的转义字符。
这种⽅法称为字节填充或字符填充。
如果转义字符也出现在数据当中，那么解决⽅法仍然是在转义字符的前⾯插⼊⼀个转义字符。
408考研计算机网络——第三章 数据链路层
408考研计算机网络——第三章数据链路层第3章数据链路层结点：主机、路由器链路：网络中两个结点之间的物理通道，传输介质有双绞线、光纤和微波。
分为有线、无线链路数据链路：网络中两个结点之间的逻辑通道，把实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路帧：链路层的协议数据单元，封装网络层数据报功能：为网络层提供服务、链路管理、组帧、流量控制、差错控制3.1 数据链路层的功能数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。
其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路·为网络层提供服务无确认无连接服务有确认无连接服务有确认面向连接服务·链路管理即连接的建立、维持、释放（用于面向连接的服务)·组帧（帧定界、帧同步、透明传输）封装成帧：在一段数据的前后部分添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。
接收端在收到物理层上交的比特流后，根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束首部和尾部包含许多的控制信息，他们的一个重要作用：帧定界（确定帧的界限）帧同步：接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始和终止。
最大传送单元MTU：帧的数据部分的长度上限透明传输：当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，采取适当的措施，使收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。
保证数据链路层的传输是透明的组帧的四种方法：字符计数法、字符（节）填充法、零比特填充法、违规编码法·流量控制限制发送方的数据流量，使其发送速率不超过接收方的接受能力✳对于数据链路层：控制的是相邻两结点之间数据链路上的流量对于传输层：控制源端到目的端之间的流量·差错控制位错：循环冗余校验CRC差错控制：自动重传请求ARQ帧错：定时器、编号机制*三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测3.2 组帧·字符计数法帧首部使用一个计数字段（第一个字节，八位）来标明帧内字符数。
《计算机网络》课件 第3章-广域网、局域网与城域网技术
物理链路、虚通路与虚通道的关系
物理链路（Physical Link） 虚通路（VP，Virtual Path） 虚通道（VC，Virtual Channel）
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支持远程教学的ATM网
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3.2 局域网的技术特点
局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、 校园等有限范围内的计算机连网的需求； 局域网提供高数据传输速率（10～100Mbps）、低误 码率的数据传输环境，数据传输速率高达1Gbps的高 速局域网正在发展中； 决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、传输介 质与介质访问控制方法； 从介质访问控制方法的角度来看，局域网可分为共享 介质式局域网与交换式局域网两类。
3.4.2 环型拓扑结构 结点使用点-点线路连接，构成闭合的物理环型结构； 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输； 多个结点共享一条环通路； 环建立、维护、结点的插入与撤出。
令牌环的工作原理
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计算机网络_第3章习题解答
第三章习题解答3.1简述数据链路层的功能。
答：数据链路层是在物理层提供的比特流传送服务的基础上，通过一系列的控制和管理，构成透明的、相对无差错的数据链路，向网络层提供可靠、有效的数据帧传送的服务。
其主要功能包括：链路管理，帧定界，流量控制，差错控制，数据和控制信息的识别，透明传输，寻址。
3.2 试解释以下名词：数据电路，数据链路，主站，从站，复合站。
答：数据电路是一条点到点的，由传输信道及其两端的DCE构成的物理电路段，中间没有交换节点。
数据电路又称为物理链路，或简称为链路。
数据链路是在数据电路的基础上增加传输控制的功能构成的。
一般来说，通信的收发双方只有建立了一条数据链路，通信才能够有效地进行。
在链路中，所连接的节点称为“站”。
发送命令或信息的站称为“主站”，在通信过程中一般起控制作用；接收数据或命令并做出响应的站称为“从站”，在通信过程中处于受控地位。
同时具有主站和从站功能的，能够发出命令和响应信息的站称为复合站。
3.3 数据链路层流量控制的作用和主要功能是什么？答：流量控制简称“流控”，是协调链路两端的发送站、接收站之间的数据流量，以保证双方的数据发送和接收达到平衡的一种技术。
在计算机网络中，由于接收方往往需要对接收的信息进行识别和处理，需要较多的时间，通常发送方的发送速率要大于接收方的接收能力。
当接收方的接收处理能力小于发送方的发送能力时，必须限制发送方的发送速率，否则会造成数据的丢失。
流量控制就是一种反馈机制，接收方随时向发送方报告自己的接收情况，限制发送方的发送速率。
保证接收方能够正常、有序地接收数据。
3.4 在停止-等待协议中，确认帧是否需要序号？为什么？答：在停止-等待协议中，由于每次只确认一个已经发送的帧，确认帧可以不需要序号。
但在一些特殊情况下会出现问题。
如果发送方在超时重发一个帧后又收到了迟到的确认，就不能确定该应答是对哪一个帧的确认，并可能导致随后的传送过程重新差错。
3.5 解释为什么要从停止-等待协议发展到连续ARQ协议。
计算机网络课件-第三章网络互连
图3-4 网关连接
思考：请对几种互连方式从互连设备、互
连层次、应用场合、功能、优点、缺点进
行对比。
互连。
（3）网络层互连：用于局域网域局域网的互连、 局域网与广域网、广域网与广域网的互连，互连 设备是路由器（Router），实现网络层及网络层 以下各层的协议转换。 （4）网络层以上的互连：互连设备是网关 （Gateway），负责网络层以上各层的协议转换。
3、网络互连设备
1．中继器 2．网桥 3．路由器 4．协议转换器（网关）
3.1.2 网络互连的种类和方式
1、网络互连的种类：
局域网和局域网的互连
局域网和广域网的互连
局域网—广域网—局域网的互连 广域网和广域网的互连
2、网络互连的方式
根据网络进行网络互连所在的层次，常用的互连设备有
以下几类：
（1）物理层互连：可以连接两个同质的网络，如两个以 太网，物理层互连设备为中继器（Repeater），中继 器可把两个数据链路层以及以上各层完全相同的网络 连接起来。实际上是把多个网段连接在一起，形成一 个范围延伸了的局域网。 （2）数据链路层互连：用于两个局域网的互连，当两个 局域网的MAC层不同时，可以使用网桥（Bridge）实现
图3-3 用路由器连接网络
路由器的数据交换
A
数据包 传送到：目的主机（网络地址） Router 1（物理地址） 数据包 Router 1 传送到：目的主机（网络地址） Router 2（物理地址）
Router 2
Router 3
传送到：目的主机（网络地址） Router 3（物理地址）
第3章 主要内容
• 3.1 网络互连 的概念 • 3.2 互连设备
本章学习目标
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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。
结点
帧
帧
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。
3.1.2 三个基本问题
(1) 封装成帧 (2) 透明传输 (3) 差错控制
数据链路层的简单模型
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
主机 H2
局域网
H1
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
从层次上来看数据的流动
R1 网络层 链路层 物理层
R2 网络层 链路层 物理层
R3 网络层 链路层 物理层
H2
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
“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。
3.2 点对点协议 PPP
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 MAC 层
第 3 章 数据链路层（续）
3.5 扩展的以太网 3.5.1 在物理层扩展以太网 3.5.2 在数据链路层扩展以太网
数据链路层的简单模型( 续）
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
主机 H2
局域网
H1
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
仅从数据链路层观察帧的流动
R1 网络层 链路层 物理层
R2 网络层 链路层 物理层
R3 网络层 链路层 物理层
H2
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
3.6 高速以太网 3.6.1 几种高速以太网 3.6.2 使用高速以太网进行宽带接入
数据链路层
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 据发送。
透明传输——数据链路层协议允许所传 送的数据可具有任意形式的比特组合。
数据部分恰好出现与EOT一样的代码
解决办法
1、采用转义字符 2、比特插入
转义字符
当数据中出现字符“SOH”或“EOT”时将其转换为 另一字符，而这个字符不会被解释为控制字符的。 这种方法称为字节插入。如：
数据出现的控制字符 SOH EOT ESC
计算机网络
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 PPP 3.2.1 PPP 协议的主要特点 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）
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。
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。
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)。
经字节插入后发送时的字符 ESC x ESC y ESC z
上述控制字符称为转义字符。 思考：为什么ESC也要进行转换
举例
当数据中出现SOH和EOT时增加转义字符。
3. 差错检测
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)。
为了保证数据传输。
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。
循环冗余检验CRC的原理
接收方
（n 位）
数据
FCS
除法器
数据
得出余数 发送在前
余数 （n 位）
若余数为 0 则接受； 否则丢弃。
（n 位）
FCS
发送方
（n 位）
数据
00…0
除法器 得出余数
FCS （n 位）
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)。
1. 封装成帧
每一种链路层协议都规定了帧的数据部分 的长度上限——最大传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit)。
帧开始
IP 数据报
帧结束
帧首部 从这里开始发送
帧的数据部分
MTU 数据链路层的帧长
帧尾部
帧的基本组成
帧定界（开始与结束） 地址字段（用于寻址） 帧类型（或长度/控制）字段 数据 帧校验字段（差错控制）
网络层
数据 链路层
结点 A
IP 数据报 装入
帧
物理层
1010… …0110
结点 B IP 数据报
取出 帧
1010… …0110
数据 链路层
结点 A
发送 帧
链路 (a)
链路 (b)
接收 帧
结点 B
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。
帧的开始 地址 帧类型或长度 数据
帧校验 帧的结束
上图只是帧的一般组成，不同的数据链路层协议 所规定的帧格式可能会与其存在微小的区别。
帧开始符 S SO OH H
发送在前
装 装在 在帧 帧中 中的 的数 数据 据部 部分 分 帧
帧结束符 E EO OT T
用控制字符进行帧定界的方法举例
2. 透明传输
数据链路层功能
数据链路层最主要的功能可归结为以下几点。 （1）结点A的数据链路层把网络层交下来的IP数
据报封装成帧。 （2）结点A把封装好的帧发送给结点B的数据链
路层。 （3）若结点B的数据链路层收到的帧无差错，则
从收到的帧中提取出IP数据报上交给上面的网络 层；否则丢弃这个帧。
数据链路层传送的是帧