数据链路层的功能
第3章数据链路层-1
g1
g2
gr-1
R0
R1
Rr-1
信息输入端
图3.5 CRC码的编码电路
码字输出端 输出开关
3.2 差错检测与校正（续）
常用的检错码 ----循环冗余码
大于r+1的突发错误
• 若具体取r=16，则能检测出所有双错、奇数位错、突 发长度小于等于16的突发错以及1-2-15（约为99.997%） 的突发长度为17的突发错和1-2-16（约为99.998%）的
突发长度大于等于18的突发错
3.2 差错检测与校正（续）
常用的检错码 ----循环冗余码
除以G（x）的运算易于用移位寄存器和半 加器来实现
3.2 差错检测与校正（续）
传输差错的特性
➢ 噪声分类：
• 信道所固有的，持续存在的随机热噪声 • 由于外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声
➢ 噪声比较：
• 随机错通常较少 • 冲击噪声的幅度可以相当大 ，它是传输中产生差错
的重要原因
3.2 差错检测与校正（续）
传输差错的特性
➢ 衡量一个信道质量的重要参数是误码率：
*是要求同学了解的，这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求同学自己阅读教材。
3.1 数据链路层的功能
➢ 基本功能：
• 将物理层提供的原始的传送比特流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
• 最基本的服务就是将源机器网络层来的数据可靠地传输 到相邻节点的目标机网络层
• 要完成许多特定的功能 ☆ 主要有如何将比特组合成帧（frame）； ☆ 处理传输中出现的差错； ☆ 调节发送方的发送速率不至于使较慢的接收方不能 承受，以及数据链路层连接的建立、维持和释放， 称之为链路管理。
osi七层模型各层的功能
OSI 七层模型各层的功能。
OSI 七层模型各层的功能。
第七层：应用层数据用户接口，提供用户程序“接口”。
第六层：表示层数据数据的表现形式，特定功能的实现，如数据加密。
第五层：会话层数据允许不同机器上的用户之间建立会话关系，如WINDOWS第四层：传输层段实现网络不同主机上用户进程之间的数与不可靠的传输，传输层的错误检测，流量控制等。
第三层：网络层包提供逻辑地址（IP）、选路，数据从源端到目的端的传输第二层：数据链路层帧将上层数据封装成帧，用MAC 地址访问媒介，错误检测与修正。
第一层：物理层比特流设备之间比特流的传输，物理接口，电气特性等。
下面是对OSI 七层模型各层功能的详细解释：OSI 七层模型OSI 七层模型称为开放式系统互联参考模型OSI 七层模型是一种框架性的设计方法OSI 七层模型通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯，因此其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输物理层：O S I 模型的最低层或第一层，该层包括物理连网媒介，如电缆连线连接器。
物理层的协议产生并检测电压络接口卡，你就建立了计算机连网的基础。
换言之，你提供了一个物理层。
尽管物理层不提供纠错服务，但它能够设定数据传输速率并监测数据出错率。
网络物理问题，如电线断开，将影响物理层。
以便发送和接收携带数据的信号。
在你的桌面P C 上插入网数据链路层：O S I 模型的第二层，它控制网络层与物理层之间的通信。
它的主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递。
为了保证传输，从网络层接收到的数据被分割成特定的可被物理层传输的帧。
帧是用来移动数据的结构包，它不仅包括原始数据，还包括发送方和接收方的网络地址以及纠错和控制信息。
其中的地址确定了帧将发送到何处，而纠错和控制信息则确保帧无差错到达。
数据链路层的功能独立于网络和它的节点和所采用的物理层类型，它也不关心是否正在运行Wo r d 、E x c e l 或使用I n t e r n e t 。
《计算机网络技术及应用(第二版)》第4章__数据链路层
码多项式的运算： 二进制码多项式的加减运算：
二进制码多项式的加减运算实际上是逻辑上的 异或运算。 循环码的性质：在循环码中，n-k次码多项式 有一个而且仅有一个，称这个多项式为生成多 项式G（X）。在循环码中，所有的码多项式能 被生成多项式G（X）整除。
（1）编码方法
由信息码元和监督码元一起构成循环码，首先 把信息序列分为等长的k位序列段，每一个信 息段附加r位监督码元，构成长度为n=k+r的循 环码。循环码用（n,k）表示。它可以用一个n1次多项式来表示。n位循环码的格式如图4-2 所示：
（2）举例分析
例4.2 如信息码元为1101，生成多项式 G（X）= X+ X+1，编一个（7，4）循 环码。 A（X）=1101 向左移3位的1101000 除 1011的余数为1，则余数多项式R（X） =001。 在做除法过程中，被除数减除数是做逻 辑运算。
例4.3 某一个数据通信系统采用CRC校验方式， 其中：生成多项式G(X)= X4+X+1, 发送端要 发送的信息序列为10110，求：（1）校验码及 校验码多项式；（2）发送端经过循环冗余编 码后要发送的比特序列； 解：生成多项式为G(X)= X4+X+1，生成多项 式的比特序列是：10011，为4阶，所以将发送 端要发送的信息序列10110左移四位，得到 XRD（X）为：101100000
4.2.3差错控制方式
差错控制编码一类是检错码（如奇偶校验）、另一类 是纠错码。根据检错码和纠错码的结构的不同形成了 不同的差错控制方式 （1）利用检错码 （2）利用纠错码 在数据通信过程中,利用差错控制编码进行系统传输的 差错控制的基本工作方式分成四类：自动请求重发 （ARQ ，Automatic Repeat Request），前向纠错 (FEC，Forword ErrorCorrection)，混合纠错（HEC， Hybrid Error correction），信息反馈（IRQ， Information Repeat Request）
数据链路层的主要功能
数据链路层的主要功能数据链路层是OSI模型中的第二层，主要负责将网络层传输的数据分割成适合物理层传输的帧，并确保帧在物理介质上可靠地传输。
数据链路层的主要功能包括以下几个方面。
1. 封装：数据链路层将网络层接收到的数据包封装成帧。
帧由帧起始标识、地址、控制、信息字段、帧检查序列和帧结束标识等组成。
封装过程包括添加帧起始标识和帧结束标识、插入地址和控制字段、添加帧检验序列等。
2. 帧同步：数据链路层通过帧同步来实现数据的分割和标识。
通过在帧的数据部分中插入控制字符和帧标识字符，接收方能够根据这些字符来确定帧的边界，确保正确的接收。
3. 数据链路管理：数据链路层在物理链路上进行数据传输和管理。
它负责处理发送和接收过程中的错误、帧丢失等问题。
对于发送方，数据链路层通过错误检测和纠正技术来确保数据的完整性，例如使用循环冗余校验（CRC）。
对于接收方，数据链路层通过接收错误检测和纠正技术来处理传输中可能发生的错误。
4. 流量控制：数据链路层通过流量控制来管理发送和接收数据的速率。
它通过发送方和接收方之间的通信来控制和调整数据的发送速率，以避免发送方过快而导致接收方无法处理的情况。
流量控制可以通过令牌桶算法、滑动窗口协议等来实现。
5. 差错控制：数据链路层通过差错控制来确保数据的可靠传输。
差错控制技术包括奇偶校验、循环冗余校验（CRC）、前向纠错码等。
这些技术能够检测和纠正数据传输中的错误，提高数据的可靠性。
6. 访问控制：数据链路层通过访问控制来解决多个设备共享同一物理链路资源的问题。
它定义了一些协议和算法来管理和控制设备对物理链路的访问。
常见的访问控制技术有载波监听多路访问（CSMA）和以太网的载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）等。
综上所述，数据链路层的主要功能是将网络层传输的数据封装成可靠的帧，并通过帧同步、数据链路管理、流量控制、差错控制和访问控制等技术来确保数据的可靠传输和共享。
它在物理层和网络层之间起着桥梁的作用，是实现网络通信的重要组成部分。
第3章 数据链路层
协议思想：协调、控制接收方、发送方的速度。
发送方 接收方
DATA0
协 议 算 法
ACK
发出一帧； 等待； 直到收到ACK 才发送下一帧
DATA1 ACK DATA2 ACK
等待； 将收到的数据帧 上交主机； 发送应答信息； 转到第一步
两种情况的对比（传输均无差错）
不需要流量控制
A B
需要流量控制
A B
停止等待协议的要点
实用的 CRC 检验器都是用硬件完成的。 CRC 检验器能够自动丢弃检测到的出错 帧。因此所谓的“丢弃出错帧”，对上 层软件或用户来说都是感觉不到的。 发送端对出错的数据帧进行重传是自动 进行的，因而这种差错控制体制常简称 为 ARQ (Automatic Repeat reQuest)， 直译是自动重传请求，但意思是自动请 求重传。
是否接收到正确的数据帧？如何告诉发送方？ 能及时处理接收到的数据帧吗？
？传输过程： 会出错吗？会丢失数据帧吗？ ！解决这些问题，是链路层的主要任务。 ！针对这些问题所制定的通信规程就是数据链路层的通信协议。
3.3.1 完全理想化的数据传输
发送方 主 机 A AP1 接收方 AP2 主 机 B 高层
帧的编号问题
任何一个编号系统的序号所占用的比特数一定 是有限的。因此，经过一段时间后，发送序号 就会重复。 序号占用的比特数越少，数据传输的额外开销 就越小。 对于停止等待协议，由于每发送一个数据帧就 停止等待，因此用一个比特来编号就够了。
一个比特可表示 0 和 1 两种不同的序号。
帧的发送序号
时间
重传时间
重传时间的作用是：数据帧发送完毕后若经过了这样长的时 间还没有收到确认帧，就重传这个数据帧。 为方便起见，我们设重传时间为
数据链路层的主要功能
个站连接到以太网上， 3-28、有10个站连接到以太网上，试计算以下三 28、 个站连接到以太网上 种情况下每一个站所能得到的带宽？ 种情况下每一个站所能得到的带宽？ 个站都连接到1个 （1）10个站都连接到 个10Mbps以太网集线器 ） 个站都连接到 以太网集线器 个站都连接到1个 （2）10个站都连接到 个100Mbps以太网集线器 ） 个站都连接到 以太网集线器 个站都连接到1个 （3）10个站都连接到 个10Mbps以太网交换机 ） 个站都连接到 以太网交换机 参考答案： 参考答案： 个站共享10Mbps （1）10个站共享 ） 个站共享 个站共享100Mbps （2）10个站共享 ） 个站共享 （3）每个站独占 ）每个站独占10Mbps
（1）若数据传输过程中数据位的最后一个 1 变成了 0，问接 ） ， 收端能否发现？ 收端能否发现？ （2）若数据传输过程中数据位的最后两个 1 都变成了 0，问 ） ， 接收端能否发现？ ） （1）能 ）
的以太网在物理媒体上 3-16、数据速率为10Mbps的以太网在物理媒体上 16、数据速率为 的以太网在 的码元传输速率是多少波特？ 的码元传输速率是多少波特？
3-06 用户到 ISP 的链路使用 PPP 协议
已向因特网管理机构 申请到一批 IP 地址 用 户 接入网 ISP 至因特网
PPP 协议
3-06 PPP 协议不具备的功能
• 纠错 • 流量控制 • 序号
数据通信与计算机网络第五版（习题答案）——第三章数据链路层
数据通信与计算机网络第五版第三章数据链路层3-1 数据链路（即逻辑链路）与链路（即物理链路）有何区别？“电路接通了”与“数据链路接通了”的区别何在？解答：所谓链路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。
在进行数据通信时，两个计算机之间的通信路径往往要经过许多段这样的链路。
可见链路只是一条路径的组成部分。
数据链路则是另一个概念。
这是因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（这将在后面几节讨论）。
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。
这样的数据链路就不再是简单的物理链路而是个逻辑链路了。
“电路接通了”仅仅是物理线路接通了通信双方可以在上面发送和接收0/1比特了，而“数据链路接通了”表明在该物理线路接通的基础上通信双方的数据链路层协议实体已达成了一致并做好了在该链路上发送和接收数据帧的准备（可能互相要协商某些数据链路层参数）。
3-2 数据链路层包括哪些主要功能？试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。
解答：数据链路层的链路控制的主要功能包括：封装成帧、透明传输和差错检测，可选功能包括可靠传输、流量控制等。
在数据链路层实现可靠传输的优点是通过点到点的差错检测和重传能及时纠正相邻结点间传输数据的差错。
若在数据链路层不实现可靠传输由高层如运输层通过端到端的差错检测和重传来纠正这些差错会产生很大的重传时延。
但是在数据链路层实现可靠传输并不能保证端到端数据传输的可靠，如由于网络拥塞导致路由器丢弃分组等。
因此，即使数据链路层是可靠的，在高层如运输层仍然有必要实现端到端可靠传输。
如果相邻结点间传输数据的差错率非常低，则在数据链路层重复实现可靠传输就会给各结点增加过多不必要的负担。
3-3 网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？解答：网络适配器的作用就是实现数据链路层和物理层的功能。
适配器接收和发送各种帧时不使用计算机的CPU 。
简述数据链路层功能
简述数据链路层功能
数据链路层是OSI参考模型中的第二层，在计算机网络中起着重要的作用。
数据链路层的主要功能包括以下几点：
1. 封装数据帧：数据链路层将从上层传来的数据添加首部和尾部，封装成数据帧。
数据帧包括了目的地址、源地址、控制信息、数据等内容，用于在物理层进行传输。
2. 控制帧同步：数据链路层通过控制帧同步，保证了数据帧的正确传输。
控制帧同步包括了帧起始符、帧结束符、帧同步字段等内容。
3. 差错控制和流量控制：数据链路层通过差错控制和流量控制，保证了数据的正确性和可靠性。
差错控制包括了纠错和检错，可以检测和纠正因信道干扰等原因所引起的误码。
流量控制则是通过发送和接收端的协调，保证了数据的平稳传输。
4. 寻址和访问控制：数据链路层通过MAC地址实现了寻址和访问控制。
MAC地址是唯一标识网络设备的硬件地址，通过MAC地址可以确定数据帧的接收方和发送方。
总的来说，数据链路层是实现网络中数据传输的基础，通过封装数据帧、控制帧同步、差错控制、流量控制、寻址和访问控制等功能，保证了数据在物理层的正确传输。
- 1 -。
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PC2
MAC：M2
PC3
MAC：M3
PC4
MAC：M4
目的MAC地址 发送端口号
M1
E0/3
M2
E0/5
M3
E0/7
M4
E0/16
MAC地址学习
• 最初交换机的MAC地址表为空
目的MAC地址 发送端口号
E0/3
E0/7
E0/5
E0/16
PC1
MAC：M1
PC2
MAC：M2
PC3
MAC：M3
00e0.fc01.2345 Rom Ram
• MAC地址有48位，华为产品前3个字节 是0x00E0FC。
802.3 帧
64到1518字节
字节 7
16 62
2 or 3
4
PRE SFD DA SA LEN LLC 控制信息 DATA PAD CRC
LLC 帧
PRE: 先导字节, 7个10101010 SFD: 帧开始标志, 10101011 DA: 目的 MAC地址 SA: 源MAC地址 LEN: LLC帧长度 DATA: 数据字段 PAD: 填充字段 CRC: 校验字段
• IEEE802标准涵盖了物理层和数据链路层
WAN数据链路层标准
• WAN服务通常由电信运营商提供 • WAN数据链路层标准包括：
– HDLC – PPP – X.25 – Frame Relay
课程内容
数据链路层简介 局域网介绍 数据链路层设备 以太网交换机工作原理
LAN数据链路层
• 分为两个子层：
DTE
DTE
PSE
PSE
DCE
PSN
DTE
• DTE 数据终端设备（Data Terminal） • DCE 数据电路终端设备（Data Circuit-terminating
Equipment） • PSE 分组交换设备（Packet Switching Equipment） • PSN 分组交换网（Packet Switching Network）
网络层 数据链路层
物理层
路由器
主机B 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层
数据链路层 物理层
广域网的数据传输方式
PPP
点到点型
HDLC
广域网
电路交换
ISDN
分组交换
X.25 帧中继
广域网数据传输方式
点到点方式 分组交换方式
课程内容
广域网介绍 HDLC协议 PPP协议 X.25协议 帧中继协议
帧中继的特点
• 帧中继协议以帧的形式传递数据信息 • 帧中继传送数据基于虚电路 • 采用物理层和链路层两级结构 • 在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但不
提供发现错误后的重传操作 • 预约的最大帧长度至少要达到1600字节/帧，适合封装局
域网的数据单元 • 提供一套合理的带宽管理和防止拥塞的机制 • 帧中继采用面向连接的交换技术
X.25
DCE
DTE
•X.25 协议是数据终端设备（DTE）和数据电路终 接设备（DCE）之间的接口规程。
•其主要功能是描述如何在 DTE 和 DCE 之间建立 虚电路、传输分组、建立链路、传输数据、拆除 链路、拆除虚电路，同时进行差错控制、流量控 制、情况统计等。
X.25网络模型
PSE
DCE
DCE
PPP协议简介 接入服务器
PSTN/ ISDN
PPP协议的封装
PPP
• PPP协议是在SLIP的基础上发展起来的 • PPP协议提供点到点链路传输 • 物理层可以是同步电路或异步电路
PPP协议组成
NCP提供对多种 网络协议的支持
TCP/IP NOVELL IPX
PPP协议的封装
LCP用于创建和维护链路
X.25的虚电路
• 统计时分复用 • SVC（交换虚电路）和PVC（永久虚电路） • 一个接口最多可以配置4095条虚电路
课程内容
广域网介绍 HDLC协议 PPP协议 X.25协议 帧中继协议
帧中继协议栈
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
帧中继 物理层
帧中继协议是在X.25分组交换技术的基础上发展起来的一种快速分组交换技术
B
C
A向B发送时， C向D不能发送， 否则产生冲突
D
HUB级连
• Hub限制的网络的可扩展性
HUB
HUB
A向B发送时，
HUB
同 一
E向D不能发送
冲
突
域
A
B
C
D
E
F
不能发送
以太网交换机数据帧的转发
• 以太网交换机冲突域局限于交换机一
个端口上
一个冲突域
一个冲突域
一个冲突域
10M 10M交换机B
100M交换机A
• Inverse ARP 自动发现目的路由器的网络地址， 从而简化了帧中继的配置
HCLC简介
• 面向比特的规程HDLC：高级数据链路 控制
• 有三种常用操作方式：
– 正常响应方式NRM – 异步响应方式ARM – 异步平衡方式ABM
HDLC帧格式
标志
地址
控制
信息
帧校验 标志
• 面向比特 • 透明传输－零比特填充法 • 运行于同步串行线路
课程内容
广域网介绍 HDLC协议 PPP协议 X.25协议 帧中继协议
用户名找到为该用户指定的虚拟接口模板 •协商参数包括：MRRU、SSNHF、终端描述符 •用于绑定的标志有两个：用户名和终端描述符
PPPoE简介
• PPPoE提供以太网用户宽带远程接入 • PPPoE可实现对以太网用户的控制、
认证和计费等功能 • PPPoE运行在网络层和以太网数据链
路层之间
课程内容
10M 10M
100M
pc12
100M 100M HUB
10M 10M
10M
Pc1
Pc2
Pc10
一个冲突域
100M
Pc11 一个冲突域
课程内容
数据链路层简介 局域网介绍 数据链路层设备 以太网交换机工作原理
MAC地址表
• 交换机内部都有一张MAC地址表
E0/3 E0/5
E0/7 E0/16
PC1
用于网络发现的Inverse ARP
DLCI 48 172.16.11.2 Router B
DCE FR DCE
DLCI 66 172.16.11.3
Router A
Switch 通知 DLCI 48 Switch 通知 DLCI 66
Router B 向DCLI 66 通知 IP 172.16.11.2 Router A向DLCI 48通知 IP 172.16.11.3
CHAP 验证
被验证方
主验证方
主机名＋随机报文 主机名＋加密后报文
通过 / 拒绝
•CHAP是三次握手验证协议，不发送口令，主验 证方首先发起验证请求，安全性比PAP高。
MultiLink PPP简介
ppp ppp
Bundle interface
ppp ppp
•在LCP阶段协商是否使用MP •然后对PPP进行验证，得到对方的用户名，根据
学习目标
学习完本课程，您应该能够：
• 描述HDLC工作原理 • 描述PPP工作原理 • 描述帧中继工作原理
课程内容
广域网介绍 HDLC协议 PPP协议 X.25协议 帧中继协议
主机A 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
广域网数据链路层
网络层 数据链路层
物理层
WAN
路由器
• PPP协议主要由链路控制协议（LCP）、网络控制协议 族（NCPs）和用于网络安全方面的验证协议族（PAP 和CHAP）组成。
PPP协议栈
网络 层 数据链路层
物理 层
IP IPX 其他网络协议
IPCP IPXCP 其他 NCP 网络控制协议 验证；其他选项 LCP
物理介质（同步 / 异步）
PPP协商流程
• DLCI：数据链路连接标识 • DLCI只具有本地意义 • 帧中继UNI接口最多可支持1024条虚电路
帧中继DLCI的分配
DLCI 48
Network Address 172.16.11.3
172.16.11.2
172.16.11.3
Token Ring
Frame Relay switch
• 从帧中继网络服务商处得到分配的DLCIs • 每个DLCI只有本地意义 • 映射对端的网络地址到DLCIs
帧中继网络
• DTE和DCE间的接口成为用户－网络接口（UNI） • 网络和网络间接口称为NNI • 帧中继虚电路用数据链路连接标识DLCI来区分 • LMI用于建立和维护DTE和DCE之间的连接
LAN
DCE
FR
DTE
DTE
DCE
LAN
数据链路连接标识DLCI
DLCI 22
DLCI 32
Frame Relay switch
帧同步功能
• 帧同步是指能够从接收到的比特流中明确地区分出数据帧的起 始与终止的地方
• 常见帧同步的方法有： • 字节计数法 • 字符填充的首尾定界符法 • 比特填充的首尾定界符法 • 违法编码法
差错控制
• 常见差错控制的方法有：
– 检错重发 （CRC） – 超时重发 （Timeout）
E-mail已经发出
• LLC：Logical Link Control
• MAC：Media Access Control
MAC与802.2 标准