数据链路层

1. 数据链路层

2. 本章教学要求

3. 4.1 差错产生与差错控制方法 4.1.1 设计数据链路层的原因 • 在原始物理传输线路上传输数据信号是有差错的； • 设计数据链路层的主要目的：将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路； 方法：差错检测 差错控制 流量控制 • 作用：为相邻节点提高数据传输质量，向网络层提供高质量的服务，传输数据单元为帧。

4. 4.1.2 差错产生的原因和差错类型 传输差错 —— 通过通信信道后接收的数据与发送数据不一致的现象，简称为差错; 差错产生过程： 噪声对数据传输的影响 物理线路 信 宿 信 源 数 据 噪 声 数据+噪声

5. 差错产生过程：

6. 通信信道的噪声分为两类： 热噪声 冲击 噪声 是由传输介质导体的电子热运动产生的 是由外界电磁干扰引起的 特点：时刻存在、幅度较小、强度与频率无关。 特点：幅度比较大，是引起传输差错的主要原因 由热噪声引起的差错是随机差错 由冲击噪声引起的差错是突发差错

7. 4.1.3 误码率的定义 误码率定义 —— 是指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率。 它在数值上近似等于： Pe = Ne/N 其中，N为传输的二进制比特总数； Ne为被传错的比特数。

8. 讨 论 • 误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数； • 对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求； • 对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制比特，要折合成二进制比特来计算； • 差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时，只有被测量的传输二进制比特数越大，才会越接近于真正的误码率值。

9. 4.1.4 检错码与纠错码 差错控制 ——检查是否出现差错以及如何纠正差错； 差错控制目的——减少物理线路的传输错误； 差错控制的两种策略： • （1）纠错码：每个传输的分组带上足够的冗余信息； 接收端能发现并自动纠正传输差错。（实现困难） （2）检错码：分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息；接收端能发现出错，但不能确定哪一比特是错的，并且自己不能纠正传输差错。 靠重传机制达到纠错目的。（工作原理简单，实现容易）

10. 常用的检错码

11. 4.1.6 差错控制机制 反馈重发机制 —— 在数据链路层，大多数情况都是采用检错码。为了向发送方报告数据的接收情况，接收方使用应答来进行信息反馈。

12. 反馈重发策略 ①重发：当发送方接收到否定的回答，表明数据发送错误，则需重发错误帧； ②超时重发：如果数据帧或应答帧在传输过程中丢失，则发送方收不到应答，即超过接收应答的规定时间，此时也需重发帧； ③帧重复：若数据帧被正确接收，而应答帧被丢失，这种情况接收方会收到两个相同的帧，这种现象称为帧重复。解决办法，对帧进行编号，接收到相同编号的帧放弃。

13. 4.2 数据链路层的基本概念4.2.1 物理线路与数据链路 • 传输介质 + 通信设备 = 物理线路 • 物理线路 + 链路协议 = 数据链路

14. 4.2.2 数据链路层的主要功能 ⑴数据链路层协议 — 为实现数据链路控制功能而制定的规程或协议。 ⑵数据链路层功能 • 链路管理：数据链路的建立、维护、释放。 • 帧同步：从收到的比特流中准确地区分帧的边界。 • 流量控制：收发双方速度保持协调。 • 差错控制：差错检查和差错纠正。 • 帧的透明传输：接收方能正确区分控制信息还是数据。 • 寻址 ：能正确传输到目的节点。

15. 4.2.3 数据链路层向网络层提供的服务 • 数据链路层是OSI参考模型的第2层； • 设立数据链路层的主要目的是将原始的、有差错的物理线路变为对网络层无差错的数据链路； • 为了实现这个目的，数据链路层必须实现链路管理、帧传输、流量控制、差错控制等功能； • 数据链路层为网络层提供的服务主要表现在：正确传输网络层的用户数据，为网络层屏蔽物理层采用的传输技术的差异性。

16. 帧终止字符 帧起始字符 帧内容 4.2.4 数据链路层协议的分类 • 是数据链路层出现的最早的协议； • 缺点： • 不同类型计算机的控制字符可能不同； • 不能实现“透明传输”； • 协议效率低； 面向字符型的同步传输帧格式如下: 面向字符型 面向比特型 这种方法使用特殊的“ASCII字符对”作为帧的起始与终止定界符，由于帧同步信息、帧内容、帧终止信息都是以字符形式表示，所以称为“面向字符型的同步传输”。

17. 任意长度的比特串 01111110 01111110 帧终止字符 帧起始字符 帧内容 4.2.4 数据链路层协议的分类 面向字符型 面向比特型 使用一个特殊的比特数据作为帧的起始与终止定界符，由于帧起始信息、帧内容、帧终止信息都是以比特形式表示，所以称为“面向比特位的同步传输”。 由于面向比特位的同步传输的基本单位是比特，因而可以用来传输任意长度的二进制比特串，通用性强。

18. 传输起止定界符处理 为了防止在传输过程中，帧内容与帧起止标志具有相同的比特，发送方边发送边检查数据，每连续发送5个1后，自动在其后插入一个0；而接收端则逆操作。 如下图所示： 发送前数据：0110111111100011111010 发送时数据： 01111110 011011111011000111110010 01111110 接收后数据：0110111111100011111010 帧终止字符 帧起始字符

19. 4.3 面向比特型数据链路层协议 典型的面向比特型协议有： HDLC（high-level data link control）协议与点-点协议PPP（point-to-point Protocol） 面向字符型数据链路层协议的缺点： • 报文格式不一样； • 传输透明性不好； • 等待发送方式，传输效率低。 产生 背景 面向比特型协议的设计目标： • 以比特作为传输控制信息的基本单元； • 数据帧与控制帧格式相同； • 传输透明性好； • 连续发送，传输效率高。

20. 4.3.2 数据链路的配置和数据传送方式 非平衡配置的特点： 一组主机根据在通信过程中的地位分为主站与从站。 • 主站：控制数据链路的工作过程。主站发出命令 • 从站：接受命令，发出响应，配合主站工作

21. 从站 从站 主站 主站 从站 从站 主站发出命令 从站发出响应 主站发出命令 从站发出响应

23. 平衡配置方式 • 链路两端的两个站都是复合站； • 复合站同时具有主站与从站的功能； • 每个复合站都可以发出命令与响应； • 平衡配置结构中只有异步平衡模式； • 异步平衡模式的每个复合站都可以平等地发起数据传输，而不需要得到对方复合站的许可。 复合站 复合站 复合站发出命令/或进行响应 复合站发出命令/或进行响应

24. 4.3.3 HDLC的帧结构 帧开始 帧结束 • 标志字段F • 帧同步：如果从接收到的比特流中正确判断一个帧开始和结束的位置。 • 标志字段F为特定的“01111110”比特序列。 • HDLC帧数据存在“透明传输”问题。 • 为了避免出现这种错误，HDLC协议规定采用“0比特插入/删除方法”

25. 零比特插入/删除工作过程

26. 地址字段A • 地址字段长度8位，最多可标识256个站地址； • 非平衡方式传输数据时，地址地段总填入从站地址； • 平衡方式传输数据时，地址字段填入应答站地址； • 若地址地段全是1，表示为广播地址，则要求网络中所有站都要接收该帧。

27. 帧类型及控制字段的意义 • 控制字段C 根据控制字段最前面两个比特的取值，HDLC帧可以分为三类。

28. 信息字段I • 信息字段允许任意的二进制比特序列组合； • 信息字段仅出现在信息帧（I帧）与无编号帧（U帧）中。 • 帧校验字段FCS • HDLC采用CRC校验方式。

29. 帧类型

30. 4.3.4 HDLC协议工作原理 以正常响应模式（NRM）的数据链路工作过程为例， 进一步说明数据链路层协议HDLC的工作原理； 数据链路工作过程分为三个阶段： 建立数据链路、帧传输、释放数据链路

31. （1）信息帧的简化表示方法 例，一个信息帧表示：

32. 无编号帧的表示方法 • SNRM帧与UA帧结构的表示方法

33. 正常响应模式的数据链路工作过程分析： 置正常响应 模式—— 发出探询请求建立数据链路连接 无编号确认 —— 建立数据链路连接 发送序号1的信息帧 发送序号2的信息帧，同时询问从站是否有帧要发送 若从站有3个帧需要发送，它可以连续发送，并在设置第3帧应答位F=1，表示从站数据发送结束。 拆链命令—— 探询释放链路 无编号确认 —— 同意释放链路

34. 4.3.5 数据链路层与物理层的关系 A B

35. 4.5 点-点协议PPP • PPP协议简单、适用范围广； • PPP协议不仅在拨号电话线，并且在路由器─路由器之间的专用线上广泛应用。是在大多数家庭个人计算机和ISP之间使用的协议; • PPP协议只支持点-点线路连接，不支持点-多点连接； • 只支持全双工通信，不支持单工与半双工通信； • 支持异步通信或同步通信； • PPP协议通过链路控制协议LCP来建立、配置、管理和测试数据链路连接。 • 通过网络控制协议NCP来建立和配置不同的网络层协议。

36. PPP信息帧格式 • 标志（flag）字段： • 长度1个字节，取值“01111110”，用16进制数7E表示； • 地址（address）字段： • 由于是点-点链路，因此地址字段规定取值“11111111”（FF） • 控制（control）字段： • 长度1个字节，取值“00000011”（03）

37. 协议（protocol）字段： • 长度2个字节，它标识出网络层协议数据域的类型； • 对应三种类型帧的协议字段值分别为： • 0x0021—表示PPP帧的信息字段是IP分组数据。 • 0xC021—表示信息字段是PPP协议的LCP数据帧。 • 0x8021—表示信息字段是PPP帧的NCP数据帧。 • 信息字段： • 长度可变，最长1500B • 帧校验（FCS）字段 • 一般2个字节，也可4个字节

38. PPP协议工作过程 1、链路静止与链路连接状态 2、LCP链路建立 （建立、配置、管理和测试数据链路连接） 3、NCP帧与网络层协议协商阶段 （建立和配置不同的网络层协议） 4、帧传输阶段 5、链路释放阶段

39. 常用的网络命令

40. 常用的网络命令 • Ping命令 • Arp命令 • netstat命令 • ipconfig命令 • Route命令 • Nbtstat命令 • ftp命令 掌握常用网络命令的使用方法，能对网络进行简单的分析、测试

41. ping命令 1 • 用于确定本地主机是否能与另一台主机交换（发送与接收）数据包。 • 根据返回的信息，判断参数是否设置正确以及运行是否正常。 • Ping是一个测试程序，如果Ping运行正确，大体上就可以排除网络访问层、网卡、MODEM的输入输出线路、电缆和路由器等存在的故障，从而减小了问题的范围。 • 若测试成功，将显示：Reply from …… • 若测试失败，将显示：Request timed out.

42. 格 式 ping [-t] [-a] [-n count] [-l length] [-f] [-i ttl] [-v tos] [-r count] [-s count] [-w timeout] destination-list 指定ping的主机

43. 参 数

44. arp命令 2 作 用 用于显示和修改“地址解析协议(ARP)”缓存中的内容。 参 数

45. ftp命令 3 作 用 将文件传送到正在运行FTP服务的远程计算机或从正在运行FTP服务的远程计算机下载文件。ftp可以交互使用。 格 式 ftp [-v] [-n] [-i] [-d] [-g] [-s:filename] [-a] [-w:windowsize] [computer]

46. 参 数

47. 举 例

48. Ipconfig命令 4 作 用 用于显示当前的TCP/IP配置的设置值。 格 式 ipconfig [ /all | /renew | /release ] 参 数

49. nbtstat命令 5 作 用 用于提供关于NetBIOS的统计数据。 参 数

50. netstat命令 6 作 用 参 数 监视到远程主机的连接以及该连接的协议统计。