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1、第 3 章 数据链路层p3.1 3.1 使用点对点信道的数据链路层使用点对点信道的数据链路层p3.2 3.2 点对点协议点对点协议 PPPPPPp3.3 3.3 使用广播信道的数据链路层使用广播信道的数据链路层p3.4 3.4 使用广播信道的以太网使用广播信道的以太网p3.5 3.5 扩展的以太网扩展的以太网p3.6 3.6 高速以太网高速以太网p3.7 3.7 其他类型的高速局域网接口其他类型的高速局域网接口数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：点对点信道点对点信道。这种信道使用一对一的点对点。这种信道使用一对一的点对点通信方式。通信方式。广播信道广
2、播信道。这种信道使用一对多的广播通信。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。协议来协调这些主机的数据发送。数据链路层的简单模型局域网广域网主机 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局域网广域网主机 H1主机 H2路由
3、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仅从数据链路层观察帧的流动3.1 3.1 使用点对点信道的数据链路层使用点对点信道的数据链路层链路链路(link)(link)是一条无源的点到点的物理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。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。一条链路只是一条通路的一个组成部分。数据链路数据链路(data link)(data link)除了物理线路外
4、，还必除了物理线路外，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，就构成现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。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。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。的功能。IP IP 数据报数据报1010 01101010 0110帧帧取出取出数据数据链路层链路层网络层网络层链路链路结点结点 A A结点结点 B B物理层物理
5、层数据数据链路层链路层结点结点 A A结点结点 B B帧帧(a)(a)(b)(b)发送发送帧帧接收接收链路链路IP IP 数据报数据报1010 01101010 0110帧帧装入装入数据链路层传送的是帧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一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是输的数据单位是帧帧。早期的数据通信协议曾叫作早期的数据通信协议曾叫作通信规程通信规程(procedure)(procedure)。因此在数据链路层，规程。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。和协议是同义语。结点结点帧帧三个
6、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，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EOT2.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
7、1B)。SOHSOHSOHSOHEOTEOTSOHSOHESCESCESCESC EOTEOTESCESC SOHSOHESCESC ESCESCESCESC SOHSOH原始数据原始数据EOTEOTEOTEOT经过字节填充后发送的数据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字节填充字节填充字节填充字节填充发送发送在前在前帧开始符帧开始符帧结束符帧结束符用字节填充法解决透明传输的问题 SOHSOH一、流量控制一、流量控制主机至主机的流量控制主机至主机的流量控制主机至主机的流量控制主机至主机的流量控制链路与链路的流量控制链路与链路的流量控制链路与链路的流量控制链路与链路的流量控制
8、子网与子网的流量控制子网与子网的流量控制子网与子网的流量控制子网与子网的流量控制1 1、停等流量控制（、停等流量控制（、停等流量控制（、停等流量控制（Stop and Wait Flow ControlStop and Wait Flow Control）（1）理想情况下：）理想情况下：无论发送方以多快的速无论发送方以多快的速无论发送方以多快的速无论发送方以多快的速度发送数据，接收方总度发送数据，接收方总度发送数据，接收方总度发送数据，接收方总能正确地处理和接收。能正确地处理和接收。能正确地处理和接收。能正确地处理和接收。发收3.流量控制与差错检测(2)实际应用情况下：实际应用情况下：需要考虑
9、主机的流控问题和差错的处理需要考虑主机的流控问题和差错的处理发收ACK正确正确发收NAK错误错误重发重发发收重发重发超时超时重发重发正确正确发收重发重发正确正确ACK超时超时重发重发正确正确重复帧重复帧(1)(2)(3)(4)如何处如何处如何处如何处理？理？理？理？2 2、滑动窗口流量控制（、滑动窗口流量控制（、滑动窗口流量控制（、滑动窗口流量控制（Sliding Window Flow Sliding Window Flow ControlControl）假设采用假设采用假设采用假设采用3bit3bit帧序号，且：帧序号，且：帧序号，且：帧序号，且：WWT T+W+WR R 2 2n nBu
10、ffer/WindowACK012345670发发发发1WT=5012345670收收收收1WR=12 2、滑动窗口流量控制（、滑动窗口流量控制（、滑动窗口流量控制（、滑动窗口流量控制（Sliding Window Flow Sliding Window Flow ControlControl）假设采用假设采用假设采用假设采用3bit3bit帧序号，且：帧序号，且：帧序号，且：帧序号，且：WWT T+W+WR R 2 2n nBuffer/WindowACK012345601发发发发2WT=5012345601收收收收2WR=11、奇偶校验码奇偶校验码 奇偶校验编码只需在信息码后附加一个校验元
11、奇偶校验编码只需在信息码后附加一个校验元奇偶校验编码只需在信息码后附加一个校验元奇偶校验编码只需在信息码后附加一个校验元(或称或称或称或称监督元监督元监督元监督元)，使得码组中的，使得码组中的，使得码组中的，使得码组中的“1 1”数目为偶数或奇数即可。数目为偶数或奇数即可。数目为偶数或奇数即可。数目为偶数或奇数即可。1 1偶偶偶偶校验：保证校验码中校验：保证校验码中校验：保证校验码中校验：保证校验码中“1”1”的个数为偶数的个数为偶数的个数为偶数的个数为偶数 00110010 0奇校验：保证校验码中奇校验：保证校验码中奇校验：保证校验码中奇校验：保证校验码中“1”1”的个数为奇数的个数为奇数的
12、个数为奇数的个数为奇数 0011001注意：注意：注意：注意：通常用在数据码长不大的情况下，通常用在数据码长不大的情况下，通常用在数据码长不大的情况下，通常用在数据码长不大的情况下，能检查出传输能检查出传输能检查出传输能检查出传输中码组的所有奇数个错误，但不能发现偶数个错误。中码组的所有奇数个错误，但不能发现偶数个错误。中码组的所有奇数个错误，但不能发现偶数个错误。中码组的所有奇数个错误，但不能发现偶数个错误。二、差错控制二、差错控制2 2、水平一致校验码水平一致校验码水平一致校验码水平一致校验码 水平一致校验码将信息码元先以适当长度划分成小水平一致校验码将信息码元先以适当长度划分成小水平一致
13、校验码将信息码元先以适当长度划分成小水平一致校验码将信息码元先以适当长度划分成小组，各小组按行排列，对各行的信息元进行奇偶校验，组，各小组按行排列，对各行的信息元进行奇偶校验，组，各小组按行排列，对各行的信息元进行奇偶校验，组，各小组按行排列，对各行的信息元进行奇偶校验，得到的校验元附在每行的后面。得到的校验元附在每行的后面。得到的校验元附在每行的后面。得到的校验元附在每行的后面。注意：通常能查出不大于列长个比特的错误。注意：通常能查出不大于列长个比特的错误。注意：通常能查出不大于列长个比特的错误。注意：通常能查出不大于列长个比特的错误。1 0 1 0 1 11 0 1 0 1 10 1 1
14、0 0 00 1 1 0 0 01 0 0 0 0 11 0 0 0 0 11 1 0 1 1 01 1 0 1 1 00 0 1 0 0 10 0 1 0 0 1通常使用偶校验：通常使用偶校验：通常使用偶校验：通常使用偶校验：3 3、水平垂直一致校验码水平垂直一致校验码水平垂直一致校验码水平垂直一致校验码-方阵码方阵码方阵码方阵码1 0 1 0 1 11 0 1 0 1 10 1 1 0 0 00 1 1 0 0 01 0 0 0 0 11 0 0 0 0 11 1 0 1 1 01 1 0 1 1 00 0 1 0 0 10 0 1 0 0 11 0 1 1 0 11 0 1 1 0 1注
15、意：注意：注意：注意：能查出所有奇数个能查出所有奇数个能查出所有奇数个能查出所有奇数个比特的错误。比特的错误。比特的错误。比特的错误。能查出部分偶数个能查出部分偶数个能查出部分偶数个能查出部分偶数个比特的错误。比特的错误。比特的错误。比特的错误。具有一定的纠错能具有一定的纠错能具有一定的纠错能具有一定的纠错能力。力。力。力。将数据码中将数据码中将数据码中将数据码中“1 1 1 1”的个数以确定的冗余比特数表示，的个数以确定的冗余比特数表示，的个数以确定的冗余比特数表示，的个数以确定的冗余比特数表示，并与数据码一起构成校验码。并与数据码一起构成校验码。并与数据码一起构成校验码。并与数据码一起构成
16、校验码。如：数据码如：数据码如：数据码如：数据码“10011100111001110011”中有三个中有三个中有三个中有三个“1 1 1 1”，则校验码为：，则校验码为：，则校验码为：，则校验码为：10011100111001110011011011011011 4 4、群计数码群计数码群计数码群计数码5 5、循环冗余校验码（循环冗余校验码（循环冗余校验码（循环冗余校验码（C C C Cyclic yclic yclic yclic R R R Redundancy edundancy edundancy edundancy C C C Codeodeodeode）（1 1 1 1）（）（）（
17、）（n,kn,kn,kn,k）码：码：码：码：即：数据码为：即：数据码为：即：数据码为：即：数据码为：k k k k位，冗余码为位，冗余码为位，冗余码为位，冗余码为(n-k(n-k(n-k(n-k）位，位，位，位，则：其合法编码有则：其合法编码有则：其合法编码有则：其合法编码有2 2 2 2k k k k个。个。个。个。例如：例如：例如：例如：(7,3)(7,3)(7,3)(7,3)码的合法编码有八个：码的合法编码有八个：码的合法编码有八个：码的合法编码有八个：000 000 00000000 100 100 11101110 001 001 11011101 011 011 10101010
18、 111 111 01000100 110 110 10011001 101 101 00110011 010 010 01110111（2 2 2 2）线性码）线性码）线性码）线性码:(n-k)(n-k)(n-k)(n-k)位校验码是合法数据码中各位经模位校验码是合法数据码中各位经模位校验码是合法数据码中各位经模位校验码是合法数据码中各位经模2 2 2 2 运算得到的。运算得到的。运算得到的。运算得到的。（3 3 3 3）循环码：）循环码：）循环码：）循环码：对于对于对于对于(n-k(n-k(n-k(n-k）线性码，任一合法码字中的线性码，任一合法码字中的线性码，任一合法码字中的线性码，任一
19、合法码字中的一位循环右移后，仍是该集合的合法码字。一位循环右移后，仍是该集合的合法码字。一位循环右移后，仍是该集合的合法码字。一位循环右移后，仍是该集合的合法码字。如果：如果：如果：如果：C=CC=CC=CC=Cn-1n-1n-1n-1C C C Cn-2n-2n-2n-2.C.C.C.C1 1 1 1C C C C0 0 0 0 是合法的是合法的是合法的是合法的则则则则 ：C C C C=C=C=C=Cn-2n-2n-2n-2.C.C.C.C1 1 1 1C C C C0 0 0 0C C C Cn-1n-1n-1n-1 也是合法的也是合法的也是合法的也是合法的（4 4 4 4）码子多项式：
20、）码子多项式：）码子多项式：）码子多项式：让数据码字的每一位对应于多项式让数据码字的每一位对应于多项式让数据码字的每一位对应于多项式让数据码字的每一位对应于多项式中每一位的系数中每一位的系数中每一位的系数中每一位的系数。如：数据码字：如：数据码字：如：数据码字：如：数据码字：1010101101010110101011010101则：码字多项式：则：码字多项式：则：码字多项式：则：码字多项式：x x x x6 6 6 6+x+x+x+x4 4 4 4+x+x+x+x2 2 2 2+1+1+1+1（5 5 5 5）CRCCRCCRCCRC编码方法编码方法编码方法编码方法设：设：设：设：要发送的信
21、息码字多项式为：要发送的信息码字多项式为：要发送的信息码字多项式为：要发送的信息码字多项式为：M(x)M(x)M(x)M(x)双方协议规定的生成多项式为：双方协议规定的生成多项式为：双方协议规定的生成多项式为：双方协议规定的生成多项式为：G(x)G(x)G(x)G(x)通信系统中，常见的生成多项式标准有：通信系统中，常见的生成多项式标准有：通信系统中，常见的生成多项式标准有：通信系统中，常见的生成多项式标准有：CRCCRC12=12=x x1212+x x1111+x x3 3+x x2 2+x x1 1+1+1CRCCRC16=16=x x1616+x x1515+x x2 2+1+1CRC
22、-32=xCRC-32=x3232+x+x2626+x+x2323+x+x2222+x+x1616+x+x1212+x+x1111+x+x1010+x+x8 8+x+x7 7+x+x5 5+x+x4 4+x+x2 2+1+1CRCCRCCCITT =xCCITT =x1616+x+x1212+x+x5 5+1+1编码步骤：编码步骤：编码步骤：编码步骤：(1)(1)(1)(1)用生成多项式的最高位乘以用生成多项式的最高位乘以用生成多项式的最高位乘以用生成多项式的最高位乘以M(x)M(x)M(x)M(x)：x x x xn-kn-kn-kn-kM(xM(xM(xM(x)(2)(2)(2)(2)用用
23、用用(1)(1)(1)(1)的结果除以的结果除以的结果除以的结果除以G(x)G(x)G(x)G(x)(3)(3)(3)(3)所得余数所得余数所得余数所得余数R(x)R(x)R(x)R(x)即为即为即为即为CRCCRCCRCCRC的冗余码。的冗余码。的冗余码。的冗余码。即有：即有：即有：即有：x x x xn-kn-kn-kn-kM(xM(xM(xM(x)G(x)G(x)G(x)G(x)=Q(x)=Q(x)余数为：余数为：余数为：余数为：R(x)R(x)x x x xn-kn-kn-kn-kM(xM(xM(xM(x)=Q(x)G(x)+R(x)=Q(x)G(x)+R(x)=Q(x)G(x)+R(
24、x)=Q(x)G(x)+R(x)有：有：有：有：x x x xn-kn-kn-kn-kM(x)+R(xM(x)+R(xM(x)+R(xM(x)+R(x)=Q(x)G(x)=Q(x)G(x)=Q(x)G(x)=Q(x)G(x)CRCCRC校验码：编校验码：编校验码：编校验码：编码后的数据流码后的数据流码后的数据流码后的数据流（6 6 6 6）CRCCRCCRCCRC译码方法译码方法译码方法译码方法设：设：设：设：收到的信息码字多项式为：收到的信息码字多项式为：收到的信息码字多项式为：收到的信息码字多项式为：H(x)H(x)H(x)H(x)双方协议规定的生成多项式为：双方协议规定的生成多项式为：双
25、方协议规定的生成多项式为：双方协议规定的生成多项式为：G(x)G(x)G(x)G(x)则：则：则：则：H(x)H(x)G(x)G(x)能能能能除尽，传输正确除尽，传输正确除尽，传输正确除尽，传输正确否否否否 则，传输错误则，传输错误则，传输错误则，传输错误若传输正确，则若传输正确，则若传输正确，则若传输正确，则H(x)=Q(x)G(x)H(x)=Q(x)G(x)Q(x)G(x)Q(x)G(x)G(x)G(x)显然是可以除尽的，反之，除不尽显然是可以除尽的，反之，除不尽显然是可以除尽的，反之，除不尽显然是可以除尽的，反之，除不尽vv 差错检测性能：差错检测性能：差错检测性能：差错检测性能：可检测
26、出所有奇数位错；可检测出所有奇数位错；可检测出所有奇数位错；可检测出所有奇数位错；可检测出所有双比特的错；可检测出所有双比特的错；可检测出所有双比特的错；可检测出所有双比特的错；可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错。可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错。可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错。可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错。根据题意有：根据题意有：根据题意有：根据题意有：x x x xn-kn-kn-kn-kM(xM(xM(xM(x)=x)=x)=x)=x4 4 4 4(x(x(x(x2 2 2 2+x)=x+x)=x+x)=x+x)=x6 6 6 6+x+x+x+x5 5
27、 5 5x x x x4 4 4 4+x+x+x+x3 3 3 3+x+x+x+x2 2 2 2+1+1+1+1x x x x6 6 6 6+x+x+x+x5 5 5 5x4+x3+x2+1x x x x2 2 2 2 +1+1+1+1x x x x6 6 6 6+x+x+x+x5 5 5 5+x+x+x+x4 4 4 4+x+x+x+x2 2 2 2X X X X4 4 4 4 +x+x+x+x2 2 2 2x x x x3 3 3 3 +1+1+1+1则：冗余码则：冗余码R(x)为：为：10011 1 0 0 0 0 01 1 1 0 1111011 0 11 0 1 0 01 1 1 0
28、 11 0 0 1例如：对于例如：对于(7,3)码，若数据码字为码，若数据码字为110，G(x)是是x4+x3+x2+1 求其冗余校验码。求其冗余校验码。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。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
29、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。应当注意应当注意 仅仅用用循循环环冗冗余余检检验验 CRC 差差错错检检测测技技术术只只能能做做到无差错到无差错接受接受(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 的的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。也也就就是是说说：“凡凡是是接接收收端端数数据据链链路
30、路层层接接受受的的帧帧都都没没有有传传输输差差错错”（有有差差错错的的帧帧就就丢丢弃弃而而不不接接受）。受）。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）就必须再加上就必须再加上确认确认和和重传重传机制。机制。通常的差错处理技术有：通常的差错处理技术有：通常的差错处理技术有：通常的差错处理技术有：差错检测技术；差错检测技术；差错检测技术；差错检测技术；确认帧技术；确认帧技术；确认帧技术；确认帧技术；否认帧技术；否认帧技术；否认帧技术；否认帧技术；差错重发技术；差错重发技术；差错重发技术；差错重发技术；超时重发技术。超时重发技术。超时重发技术。超时重发技术。目前已
31、有的目前已有的目前已有的目前已有的ARQARQ标准有：标准有：标准有：标准有：Stop-and-Wait ARQ Stop-and-Wait ARQ Go-back-Go-back-N N Frame ARQ Frame ARQ Selective Reject ARQ Selective Reject ARQ 三、差错处理与控制三、差错处理与控制连续连续ARQ停等停等ARQAutomation RepeatreQuest-ARQ1、Stop-and-Wait ARQ 发发收收0ACK01正确正确错误错误NAK111ACK11正确正确超时重发超时重发超时重发超时重发正确正确重复帧处理重复帧处理
32、1232、Go-back-N Frame ARQ-典型用于以太网典型用于以太网 012312345发发发发6WT=7012312345收收收收6WR=1丢弃丢弃等待等待1号帧号帧交交上上层处层处理理(1)接收的数据帧通过差错检测发现帧错误接收的数据帧通过差错检测发现帧错误一般地，当差错检测发现第一般地，当差错检测发现第I帧错误，则接收方给出否认帧帧错误，则接收方给出否认帧信息，发送方退回第信息，发送方退回第I帧，重发第帧，重发第I帧及帧及I帧的后续帧。帧的后续帧。(2)当传输的数据帧丢失当传输的数据帧丢失012341234发发发发5WT=7012341234收收收收5WR=1丢弃丢弃等待等待1
33、号帧号帧交交上层上层处理处理超时间隔超时间隔超时重发超时重发(3)当接收方发出的确认帧丢失当接收方发出的确认帧丢失012341234发发发发5WT=7012341234收收收收5WR=1丢弃重复帧丢弃重复帧交交上层上层处理处理超时间隔超时间隔超时重发超时重发退后退后退后退后N N帧帧帧帧ARQARQ的链路利用率是否一定比停等的链路利用率是否一定比停等的链路利用率是否一定比停等的链路利用率是否一定比停等ARQARQ高？高？高？高？3、Selective Reject ARQ-典型用于移动通信典型用于移动通信 012314567发发发发0WT 1012314567收收收收0WR 1暂存暂存缓存缓存
34、等待等待1号帧号帧一起交上一起交上层处理层处理ACK3(1)接收的数据帧通过差错检测发现帧错误接收的数据帧通过差错检测发现帧错误(2)当传输的数据帧丢失当传输的数据帧丢失012341567发发发发0WT 1012341567收收收收0WR 1暂存暂存等待等待1号帧号帧超时间隔超时间隔超时超时重发重发一起交上一起交上层处理层处理(3)当接收方发出的确认帧丢失当接收方发出的确认帧丢失012341567发发发发0WT=7012341567收收收收0WR=1丢弃重丢弃重复帧复帧超时间隔超时间隔超时超时重发重发3.2 点对点协议点对点协议 PPP 3.2.1 PPP 协议的特点协议的特点 现在全世界使用
35、得最多的数据链路层协现在全世界使用得最多的数据链路层协议是议是点对点协议点对点协议 PPP(Point-to-Point Protocol)。用户使用拨号电话线接入因特网时，一用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用般都是使用 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1.PPP 协议应满足的需求 简单简单这是这是首要的要求首要的要求封装成帧封装成帧 透明性透明性 多种网络层协议多种网络层协议 多种类型链路多种类型链路 差错检测差错检测 检测连接状态检测连接状态 最大传送单元最大传送单元 网络层
36、地址协商网络层地址协商 数据压缩协商数据压缩协商 2.PPP 协议不需要的功能纠错纠错 流量控制流量控制 序号序号 多点线路多点线路 半双工或单工链路半双工或单工链路 3.PPP 协议的组成 1992 年制订了年制订了 PPP 协议。经过协议。经过 1993 年年和和 1994 年的修订，现在的年的修订，现在的 PPP 协议已成协议已成为因特网的正式标准为因特网的正式标准RFC 1661。PPP 协议有三个组成部分协议有三个组成部分 一个将一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。数据报封装到串行链路的方法。链路控制协议链路控制协议 LCP(Link Control Protocol)。网络控
37、制协议网络控制协议 NCP(Network Control Protocol)。3.2.2 PPP 协议的帧格式标志字段标志字段 F=0 x7E（符号（符号“0 x”表示后表示后面的字符是用十六进制表示。十六进制面的字符是用十六进制表示。十六进制的的 7E 的二进制表示是的二进制表示是 01111110）。）。地址字段地址字段 A 只置为只置为 0 xFF。地址字段实际。地址字段实际上并不起作用。上并不起作用。控制字段控制字段 C 通常置为通常置为 0 x03。PPP 是面向字节的，所有的是面向字节的，所有的 PPP 帧的长帧的长度都是整数字节。度都是整数字节。PPP 协议的帧格式PPP 有一
38、个 2 个字节的协议字段。当协议字段为 0 x0021 时，PPP 帧的信息字段就是IP 数据报。若为 0 xC021,则信息字段是 PPP 链路控制数据。若为 0 x8021，则表示这是网络控制数据。IP 数据报1211字节12不超过 1500 字节PPP 帧先发送7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部透明传输问题 当当 PPP 用在同步传输链路时，协议规定用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和采用硬件来完成比特填充（和 HDLC 的的做法一样）。做法一样）。当当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特用在异步传输时，就使用一种特殊的殊的字符填充法字符填充法。
39、字符填充 将信息字段中出现的每一个 0 x7E 字节转变成为 2 字节序列(0 x7D,0 x5E)。若信息字段中出现一个 0 x7D 的字节,则将其转变成为 2 字节序列(0 x7D,0 x5D)。若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0 x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0 x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。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
40、 个连续1时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 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标志字段 F 完全一样的 8 比特组合发送端在 5 个连 1 之后填入 0 比特再发送出去在接收端把 5 个连 1之后的 0 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 比特零比特填充 不提供使用序号和确认的可靠传输 PPP 协议之所以不使用序号和确认机制是出于以下的考虑：在数据链路层
41、出现差错的概率不大时，使用比较简单的 PPP 协议较为合理。在因特网环境下，PPP 的信息字段放入的数据是 IP 数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的。帧检验序列 FCS 字段可保证无差错接受。3.2.3 PPP 协议的工作状态 当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧）。这些分组及其响应选择一些 PPP 参数，和进行网络层配置，NCP 给新接入的 PC机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机。通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来
42、分配出去的 IP 地址。接着，LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。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3.3 使用广播信道的数据链路层3.3.1 局域网的数据链路层 局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。局域网具有如下的一些主要优点：具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种
43、硬件和软件资源。便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。提高了系统的可靠性、可用性和残存性。局域网的拓扑 匹配电阻集线器干线耦合器总线网星形网树形网 环形网媒体共享技术静态划分信道频分复用时分复用波分复用码分复用 动态媒体接入控制（多点接入）随机接入受控接入，如多点线路探询(polling)，或轮询。以太网的两个标准 DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。IEEE 的 802.3 标准。DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。严格说来，“以太网”应
44、当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网 数据链路层的两个子层 为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制 LLC(Logical Link Control)子层媒体接入控制 MAC(Medium Access Control)子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的 局域网对 LLC 子层是透明的 局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 2LLC L
45、LC 子层看不见子层看不见下面的局域网下面的局域网以后一般不考虑 LLC 子层 由于 TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网，因此现在 802 委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。2.适配器的作用 网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡 NIC(Network Interface Card)，或“网卡”。适配器的重要功能：进行串行/并行转换。对数据进行缓存。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。实现以太
46、网协议。计算机通过适配器和局域网进行通信 硬件地址至局域网适配器（网卡）串行通信CPU 和存储器生成发送的数据处理收到的数据把帧发送到局域网从局域网接收帧计算机IP 地址并行通信最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。3.3.2 CSMA/CD 协议 B向 D发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 发送的数据以太网的广播方式发送 总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发送的数据信号。由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有 D 才接收
47、这个数据帧。其他所有的计算机（A,C 和 E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施 采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。以太网提供的服务 以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个
48、重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。以太网发送的数据都使用曼彻斯特(Manchester)编码 基带数字信号曼彻斯特编码 码元1111100000出现电平转换载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA/CD CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。总线上并没有什么“载波”。因此，“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其
49、他计算机发送的数据信号。碰撞检测“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。检测到碰撞后在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。电磁波在总线上的有限传播速率的影响 当某个站监听到总
50、线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的。A 向 B 发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到 B。B 若在 A 发送的信息到达 B 之前发送自己的帧(因为这时 B 的载波监听检测不到 A 所发送的信息)，则必然要在某个时间和 A 发送的帧发生碰撞。碰撞的结果是两个帧都变得无用。1 kmABt碰撞t=2 A 检测到发生碰撞 t=B 发送数据B 检测到发生碰撞 t=t=0单程端到端传播时延记为 传播时延对载波监听的影响 1 kmABt碰撞t=B 检测到信道空闲发送数据t=/2发生碰撞t=2 A 检测到发生碰撞 t=B 发送数据B 检测到发生碰撞 t=ABABAB t=0 A 检测到信道空闲发送数据