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第第三三章章 点到点信道的数据链路层点到点信道的数据链路层本本本本章章章章主主主主要要要要内内内内容容容容数据链路层基本概念数据链路层基本概念数据链路层协议数据链路层协议3.1 数据链路层的基本概念局域网广域网主机 H1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R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动3.1.1 数据链路层的简单模型3.1.2 链路和数据链路 l链路链路(link)(link)即物理链路，是从一个结点到相邻结即物理链路，是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，中间没有任何其他的交换结点的一段物理线路，中间没有任何其他的交换结点。点。l一条链路只是一条路径的一个组成部分。一条链路只是一条路径的一个组成部分。l数据链路数据链路(data link)(data link)即逻辑链路，除了物理线即逻辑链路，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，。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。就构成了数据链路。3.2 三个基本问题(1)(1)帧定界帧定界(2)(2)透明传输透明传输(3)(3)差错检测差错检测 3.2.1 帧定界l帧定界帧定界(framing)(framing)就是确定帧的界限。就是确定帧的界限。帧结束帧首部IP 数据报帧的数据部分帧尾部 MTU数据链路层的帧长从这里开始发送帧开始用控制字符进行帧定界的方法举例 SOH装在帧中的数据部分帧帧开始符帧结束符发送在前EOT3.2.2 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SOHSOHSOHSOHEOTESCESCXESCyESCzESCx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发送在前帧开始符帧结束符用字节填充法解决透明传输的问题 3.2.3 差错检测检错检错检错检错 奇偶校验奇偶校验奇偶校验奇偶校验循环冗余校验（循环冗余校验（循环冗余校验（循环冗余校验（CRCCRCCRCCRC）奇奇/偶校验的规则是在原数据位后附加一个偶校验的规则是在原数据位后附加一个校验位，将其值置为校验位，将其值置为“0”“0”或或“1”“1”，使附加该，使附加该位后的整个数据码中位后的整个数据码中“1”“1”的个数成为奇数或偶的个数成为奇数或偶数。数。使用奇数个使用奇数个“1”“1”进行校验的方案被称为奇进行校验的方案被称为奇校验；对应于偶数个校验；对应于偶数个“1”“1”的校验方案被称为偶的校验方案被称为偶校验。校验。奇/偶校验循环冗余检验设设f f（x x）为为k k阶信息码多项式，阶信息码多项式，G G（x x）为为r r阶生成码阶生成码多项式；多项式；发送方用模发送方用模2 2除法进行除法进行x xr rf f（x x）/G/G（x x），得到余式），得到余式R R（x x），），R R（x x）为）为r r阶阶冗余码多项式；用模冗余码多项式；用模2 2减法进行减法进行x xr rf f（x x）-R-R（x x），得到待传送的），得到待传送的CRCCRC码多项式码多项式。接收方用接收方用G(x)G(x)除多项式，除多项式，若余数若余数 R R 0 0，则传输有，则传输有错。错。若得出的余数若得出的余数 R=0 R=0，则判定这个帧没有差错。，则判定这个帧没有差错。例如，已知要传送的信息为例如，已知要传送的信息为10100011011010001101，G(X)=XG(X)=X5 5+X+X4 4+X+X2 2+1+1，计算冗余码的过程和结果如下：，计算冗余码的过程和结果如下：传送序列传送序列T(x)=1010001101T(x)=10100011010111001110注意 l仅仅用用循循环环冗冗余余检检验验 CRC CRC 差差错错检检测测技技术术只只能能做做到到无无差差错错接接受受(accept)(accept)。无无差差错错接接受受是是指指：凡凡是是接接受受的的帧帧（即即不不包包括括丢丢弃弃的的帧帧），我我们们都都能能以以非非常常接接近近于于 1 1 的的概概率率认认为为这这些些帧帧在在传传输输过过程程中中没没有有产产生生差差错错。也就是说：有差错的帧就丢弃而不接受。也就是说：有差错的帧就丢弃而不接受。l要要做做到到“可可靠靠传传输输”（即即发发送送什什么么就就收收到到什什么么）就就必须再加上确认和重传机制。必须再加上确认和重传机制。l思考：习题3-7（求冗余码）数据帧出错数据帧出错确认帧出错确认帧出错ACKACKn n 表示已表示已经正确收到经正确收到了第了第n n号帧的号帧的前一个帧前一个帧，并期待收到并期待收到下一帧（第下一帧（第n n号帧）号帧）正常情况正常情况ACK1ACK1ACK0ACK03.3 停止等待协议 发送结点发送结点：(1)(1)从主机取一个数据帧，送交发送缓存。从主机取一个数据帧，送交发送缓存。(2)V(S)0(2)V(S)0。(发送状态变量的初始化发送状态变量的初始化)(3)N(S)V(S)(3)N(S)V(S)。(发送序号发送序号N(S)N(S)(4)(4)将发送缓存中的数据帧发送出去。将发送缓存中的数据帧发送出去。(5)(5)设置超时计时器。设置超时计时器。(6)(6)等待。等待。等待以下等待以下(7)(7)和和(8)(8)中最先出现中最先出现的一个的一个(7)(7)收到确认帧收到确认帧 ACK ACKn n，若若 n n=1-V(S)=1-V(S)，则：从主机取一个新，则：从主机取一个新的数据帧，放入发送缓存；的数据帧，放入发送缓存；V(S)1 V(S)1 V(S)V(S)，转到，转到(3)(3)。否则，丢弃这个确认帧，转到否则，丢弃这个确认帧，转到(6)(6)。(8)(8)若超时计时器时间到，则转到若超时计时器时间到，则转到(4)(4)。停止等待协议的算法ACK1ACK1ACK0ACK0接收结点：接收结点：(1)V(R)0(1)V(R)0。(接收状态变量的初始化，值为预接收状态变量的初始化，值为预接收数据帧序号接收数据帧序号)(2)(2)等待。等待。(3)(3)收到一个数据帧；收到一个数据帧；若若 N(S)=V(R)N(S)=V(R)，则执行，则执行(4)(4)；否则丢弃此数据帧，然后转到否则丢弃此数据帧，然后转到(6)(6)。(4)(4)将收到的数据帧中的数据部分送交上层软件将收到的数据帧中的数据部分送交上层软件 （也就是数据链路层模型中的主机）。（也就是数据链路层模型中的主机）。(5)V(R)1(5)V(R)1 V(R)V(R)。(6)(6)n nV(R)V(R)；发送确认帧发送确认帧 ACK ACKn n，转到，转到(2)(2)。ACK1ACK1ACK0ACK0(2)(1)(1)在发送端在发送端,在发送数据之前在发送数据之前,都必须将发送状态变都必须将发送状态变 量量V(S)V(S)的值写到数据帧的发送序号的值写到数据帧的发送序号N(S)N(S)上。上。(2)(2)发送端在发送完数据帧时发送端在发送完数据帧时,必须在其发送缓中暂时必须在其发送缓中暂时 保留这个数据帧的副本。保留这个数据帧的副本。(3)(3)在接收端只接受序号正确的数据帧在接收端只接受序号正确的数据帧,并发送确认。并发送确认。l 在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。如果收帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。如果收到接收端发来的确认帧，那么还可以继续发送数到接收端发来的确认帧，那么还可以继续发送数据帧。据帧。要点：要点：3.4 连续ARQ协议0 1 2 3 4 5 2 3 4 5 6DATAACK1ACK2ACK2ACK2ACK2ACK3ACK4tftout重传重传送主机送主机丢弃丢弃送主机送主机出错出错(丢丢弃，等弃，等待超时待超时重传重传)时间时间AB连续连续ARQARQ协议的工作原理协议的工作原理3.5 3.5 选择重传选择重传ARQARQ协议协议选择重传ARQ协议的工作原理 发送方接收方帧1 234567869NAK10出错只重传帧63.6 点对点协议 PPP 3.6.1 点对点协议的特点l现在使用得最多的数据链路层协议是点对点协现在使用得最多的数据链路层协议是点对点协议议 PPP(Point-to-Point Protocol)PPP(Point-to-Point Protocol)。l用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用使用 PPP PPP 协议。协议。用户到 ISP 的链路使用 PPP 协议 用户至因特网已向因特网管理机构申请到一批 IP 地址ISP接入网PPP 协议PPP 协议应满足的需求 l简单简单l封装成帧封装成帧 l透明性透明性 l多种网络层协议多种网络层协议 l多种类型链路多种类型链路 l差错检测差错检测 l检测活跃度（即检测连接状态）检测活跃度（即检测连接状态）l最大传送单元（最大传送单元（MTUMTU）l网络层地址协商网络层地址协商 PPP 协议不需要的功能l纠错纠错 l流量控制流量控制 l序号序号 l多点线路多点线路 l半双工或单工链路半双工或单工链路 3.6.2 PPP 协议的帧格式l标志字段标志字段 F=0 x7E F=0 x7E（符号（符号“0 x”“0 x”表示后面的字符表示后面的字符是用十六进制表示。十六进制的是用十六进制表示。十六进制的 7E 7E 的二进制表示的二进制表示是是 01111110 01111110）。）。l地址字段地址字段A A规定为规定为0 xFF0 xFF。地址字段实际上并不起作。地址字段实际上并不起作用。用。l控制字段控制字段C C规定为规定为0 x030 x03。先发送IP 数据报1211字节12不超过 1500 字节PPP 帧7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部lPPP PPP 有一个有一个 2 2 个字节的协议字段。个字节的协议字段。l当协议字段为当协议字段为 0 x0021 0 x0021 时，时，PPP PPP 帧的信息字帧的信息字段就是段就是IP IP 数据报。数据报。l若为若为 0 xC021,0 xC021,则信息字段是则信息字段是 PPP PPP 链路控制链路控制数据。数据。l若为若为 0 x8021 0 x8021，则表示这是网络控制数据。，则表示这是网络控制数据。先发送IP 数据报1211字节12不超过 1500 字节PPP 帧7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部透明传输问题 l当当 PPP PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法。字符填充法。l当当 PPP PPP 用在同步传输时，协议规定采用硬件用在同步传输时，协议规定采用硬件来完成比特填充。来完成比特填充。字符填充 l将信息字段中出现的每一个将信息字段中出现的每一个 0 x7E 0 x7E 字节转变成为字节转变成为2 2 字节序列字节序列(0 x7D,0 x5E)(0 x7D,0 x5E)。l若信息字段中出现一个若信息字段中出现一个 0 x7D 0 x7D 的字节的字节,则将其转变则将其转变成为成为 2 2 字节序列字节序列(0 x7D,0 x5D)(0 x7D,0 x5D)。l若信息字段中出现若信息字段中出现 ASCII ASCII 码的控制字符（即数值小码的控制字符（即数值小于于 0 x20 0 x20 的字符），则在该字符前面要加入一个的字符），则在该字符前面要加入一个 0 x7D 0 x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。字节，同时将该字符的编码加以改变。零比特填充 l在发送端，只要发现有在发送端，只要发现有5 5个连续个连续1 1，则立即填入一，则立即填入一个个0 0。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 5个连续个连续1 1时，就把这时，就把这5 5个连续个连续1 1后的一个后的一个0 0删除。删除。0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0信息字段中出现了和信息字段中出现了和标志字段标志字段 F（7E）完全一样完全一样的的 8 比特组合比特组合发送端在发送端在 5 个连个连 1 之后之后填入填入 0 比特再发送出去比特再发送出去在接收端把在接收端把 5 个连个连 1之后的之后的 0 比特删除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l思考：习题3-9、3-10NCP 配置鉴别成功建立失败失败通信结束载波停止检测到 载波双方协商一些选项鉴别网络打开终止静止 3.6.3 PPP协议的工作状态 使用使用PPPPPP协议的状态图协议的状态图3.7 HDLC3.7 HDLC协议协议 HDLC HDLC是一个在同步网上传输数据、面向是一个在同步网上传输数据、面向位的数据链路层协议，它是由国际标准化组位的数据链路层协议，它是由国际标准化组织（织（ISOISO）制定的。）制定的。HDLC HDLC是面向比特的协议，支持全双工通是面向比特的协议，支持全双工通信，采用位填充的成帧技术，以滑动窗口协信，采用位填充的成帧技术，以滑动窗口协议进行流量控制。议进行流量控制。3.7.1 HDLC3.7.1 HDLC帧结构帧结构长度（位）长度（位）8 8标志标志 F F 地址地址 A A控制控制 C C数据数据 Data Data帧校验序列帧校验序列 FCS FCS 标志标志 F F8 88 8可变可变8 81616信息帧信息帧监控帧监控帧无序号帧无序号帧比特序号比特序号0 00 01 11 11 1M MS SN N（S S）N N（R R）N N（R R）N N（R R）P/FP/FP/FP/FP/FP/F1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8第第3-4比特比特帧帧 名名功功 能能0 01 00 11 1RR接收准备就绪接收准备就绪RNR接收未就绪接收未就绪REJ拒绝拒绝SREJ选择拒绝选择拒绝准备收下一帧准备收下一帧确认序号为确认序号为N(R)-1及其以前的各帧及其以前的各帧暂停收下一帧暂停收下一帧确认序号为确认序号为N(R)-1及其以前的各帧及其以前的各帧从从N(R)起的所有帧都被否认起的所有帧都被否认但确认序号为但确认序号为N(R)-1及其以前的各帧及其以前的各帧只否认序号为只否认序号为N(R)的帧的帧但确认序号为但确认序号为N(R)-1及其以前的各帧及其以前的各帧四种监控帧的名称和功能四种监控帧的名称和功能3.7.2 HDLC3.7.2 HDLC用于实现面向连接的可靠传输用于实现面向连接的可靠传输有确认的面向连接有确认的面向连接HDLCHDLC连接建立、数据传输和连接拆除连接建立、数据传输和连接拆除1 1P/FMAMA发送无序号帧请求建立连接：B1 1P/FMMB发送无序号帧确认建立连接：0P/F00A发送编号为0的信息帧：0P/F01A发送编号为1的信息帧：0P/F20B发送编号为0的信息帧，并对A的第1帧进行确认：A发送无序号帧请求断开连接：1 1P/FMM1 1P/FMMB发送无序号帧确认断开连接：p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
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