計算機網(wǎng)絡(luò)課件第4章：數(shù)據(jù)鏈路層

1、本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求：理解：數(shù)據(jù)傳輸過程中差錯產(chǎn)生的原因與理解：數(shù)據(jù)傳輸過程中差錯產(chǎn)生的原因與 性質(zhì)。性質(zhì)。掌握：誤碼率的定義與差錯控制方法。掌握：誤碼率的定義與差錯控制方法。掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念。掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念。了解：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類方法。了解：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類方法。掌握：典型的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議掌握：典型的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議HDLC與與 PPP協(xié)議。協(xié)議。計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層2本章知識點結(jié)構(gòu)本章知識點結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層34.1 差錯產(chǎn)生與差錯控制方法差錯產(chǎn)生與差錯控制方法4.1.1 設(shè)計數(shù)據(jù)

2、鏈路層的原因設(shè)計數(shù)據(jù)鏈路層的原因 物理線路由傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備組成。物理線路由傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備組成。 設(shè)計數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的是在有差錯的物理設(shè)計數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的是在有差錯的物理線路的基礎(chǔ)上，采取差錯檢測、差錯控制與流線路的基礎(chǔ)上，采取差錯檢測、差錯控制與流量控制等方法，將有差錯的物理線路改進(jìn)成無量控制等方法，將有差錯的物理線路改進(jìn)成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路，向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)差錯的數(shù)據(jù)鏈路，向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。傳輸服務(wù)。 從參考模型的角度來看，物理層以上的各層都從參考模型的角度來看，物理層以上的各層都有改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的責(zé)任，數(shù)據(jù)鏈路層是最有改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的責(zé)任，數(shù)據(jù)鏈路

3、層是最重要的一層。重要的一層。計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層44.1.2 差錯產(chǎn)生的原因和差錯類型差錯產(chǎn)生的原因和差錯類型計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層54.1.3 誤碼率的定義誤碼率的定義 誤碼率是指二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，誤碼率是指二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，它在數(shù)值上近似等于：它在數(shù)值上近似等于： Pe = Ne/N 其中：其中：N為傳輸?shù)亩M(jìn)制比特總數(shù)，為傳輸?shù)亩M(jìn)制比特總數(shù)，Ne為被傳錯的比特數(shù)。為被傳錯的比特數(shù)。 誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳

4、輸可靠性的參數(shù)。參數(shù)。 數(shù)據(jù)在物理線路中傳輸過程中一定會因為噪聲、干擾等原數(shù)據(jù)在物理線路中傳輸過程中一定會因為噪聲、干擾等原因出現(xiàn)錯誤，傳輸錯誤是正常且不可避免的，但是一定要因出現(xiàn)錯誤，傳輸錯誤是正常且不可避免的，但是一定要控制在一個允許的范圍內(nèi)?？刂圃谝粋€允許的范圍內(nèi)。計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層64.1.4 檢錯碼與糾錯碼檢錯碼與糾錯碼 糾錯碼為每個傳輸單元加上足夠多的冗余信糾錯碼為每個傳輸單元加上足夠多的冗余信息，以便接收端能夠發(fā)現(xiàn)，并能夠自動糾正息，以便接收端能夠發(fā)現(xiàn)，并能夠自動糾正傳輸差錯。傳輸差錯。 檢錯碼為每個傳輸單元加上一定的冗余信息檢錯碼為每個傳輸

5、單元加上一定的冗余信息，接收端可以根據(jù)這些冗余信息發(fā)現(xiàn)傳輸差，接收端可以根據(jù)這些冗余信息發(fā)現(xiàn)傳輸差錯，但是不能確定是哪一位或哪些位出錯，錯，但是不能確定是哪一位或哪些位出錯，并且自己不能夠自動糾正傳輸差錯。并且自己不能夠自動糾正傳輸差錯。計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層74.1.5 循環(huán)冗余編碼工作原理循環(huán)冗余編碼工作原理計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層84.1.6 差錯控制機制差錯控制機制計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層94.2 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念4.2.1 物理線路與數(shù)據(jù)鏈路物理線路與數(shù)據(jù)鏈路計算

6、機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層104.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能 鏈路管理鏈路管理 幀同步幀同步 流量控制流量控制 差錯控制差錯控制 透明傳輸透明傳輸 尋址尋址計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層114.2.3 數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù) 數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)主要表現(xiàn)在：正數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)主要表現(xiàn)在：正確傳輸網(wǎng)絡(luò)層的用戶數(shù)據(jù)；屏蔽物理層所采用傳確傳輸網(wǎng)絡(luò)層的用戶數(shù)據(jù)；屏蔽物理層所采用傳輸技術(shù)的差異。輸技術(shù)的差異。 由于數(shù)據(jù)鏈路層的存在，網(wǎng)絡(luò)層不需要知道物理由于數(shù)據(jù)鏈路層的存在，網(wǎng)絡(luò)

7、層不需要知道物理層具體采用了哪種傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備的，是采層具體采用了哪種傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備的，是采用模擬通信方法，還是采用數(shù)字通信方法。用模擬通信方法，還是采用數(shù)字通信方法。 只要接口關(guān)系與功能不變，物理層所采用的傳輸只要接口關(guān)系與功能不變，物理層所采用的傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備的變化對網(wǎng)絡(luò)層不會產(chǎn)生影響。介質(zhì)與通信設(shè)備的變化對網(wǎng)絡(luò)層不會產(chǎn)生影響。計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層124.2.4 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議可以分為兩類：面向字符型與面向比數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議可以分為兩類：面向字符型與面向比特型。特型。 面向字符型的協(xié)議利用已定義好的一種

8、標(biāo)準(zhǔn)字編碼來面向字符型的協(xié)議利用已定義好的一種標(biāo)準(zhǔn)字編碼來執(zhí)行通信控制功能執(zhí)行通信控制功能.典型的面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議典型的面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是二進(jìn)制同步通信（是二進(jìn)制同步通信（BSC）協(xié)議。）協(xié)議。 面向字符型協(xié)議有三個明顯缺點：一是不同類型計算面向字符型協(xié)議有三個明顯缺點：一是不同類型計算機的控制字符可能不同；二是不能實現(xiàn)機的控制字符可能不同；二是不能實現(xiàn)“透明傳輸透明傳輸”；三是協(xié)議效率低。；三是協(xié)議效率低。 典型的面向比特型協(xié)議有典型的面向比特型協(xié)議有HDLC與與PPP協(xié)議。協(xié)議。計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層134.3 面向比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議面向

9、比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議HDLC協(xié)議協(xié)議4.3.1 HDLC協(xié)議產(chǎn)生的背景協(xié)議產(chǎn)生的背景 1974年年IBM公司提出了面向比特型的公司提出了面向比特型的SDLC協(xié)議。協(xié)議。 ISO將將SDLC修改后的高級數(shù)據(jù)鏈路控制（修改后的高級數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）協(xié)議作為國際標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議作為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 3309）。）。 目前很多流行的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，如目前很多流行的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，如Ethernet幀幀結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)與PPP協(xié)議，都是在協(xié)議，都是在HDLC基礎(chǔ)上修改，或基礎(chǔ)上修改，或者是取其子集形成的。者是取其子集形成的。計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層144.3.2 數(shù)據(jù)鏈路的配置

10、方式和數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)鏈路的配置方式和數(shù)據(jù)傳送方式 基本配置方式：非平衡配置與平衡配置?；九渲梅绞剑悍瞧胶馀渲门c平衡配置。 非平衡配置結(jié)構(gòu)分為：點非平衡配置結(jié)構(gòu)分為：點點連接和點點連接和點多點連接。多點連接。 非平衡配置可以有兩種數(shù)據(jù)傳送方式：正常響應(yīng)模式非平衡配置可以有兩種數(shù)據(jù)傳送方式：正常響應(yīng)模式（NRM）與異步響應(yīng)模式（）與異步響應(yīng)模式（ARM）。）。計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層154.3.3 HDLC幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu) 標(biāo)志字段標(biāo)志字段F為特定的為特定的“01111110”比特序列。比特序列。 HDLC幀數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)存在存在“透明傳輸透明傳輸”問題。問題。 為了避

11、免出現(xiàn)這種錯誤，為了避免出現(xiàn)這種錯誤，HDLC協(xié)議規(guī)定采用協(xié)議規(guī)定采用“0比特比特插入插入/ /刪除方法刪除方法”計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層160比特插入比特插入/刪除方法刪除方法計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層17HDLC控制字段結(jié)構(gòu)控制字段結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層184種監(jiān)控幀的功能種監(jiān)控幀的功能b2 b3幀名功 能0 0RR確認(rèn)序號為N（R）1及其以前的各幀已經(jīng)正確接收1 0RNR 確認(rèn)序號為N（R）1及其以前的各幀已經(jīng)正確接收，暫停接收下一幀0 1REJ確認(rèn)序號為N（R）1及其以前的各幀已經(jīng)正確接

12、收，N（R）以后的各幀接收出錯1 1SRE 確認(rèn)序號為N（R）1及其以前的各幀已經(jīng)正確接收，序號為N（R）的幀接收出錯計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層194種監(jiān)控幀的功能種監(jiān)控幀的功能無編號幀格式與鏈路控制功能無編號幀格式與鏈路控制功能計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層204.3.4 HDLC協(xié)議工作原理協(xié)議工作原理 信息幀的簡化表示方法信息幀的簡化表示方法 信息幀的例子信息幀的例子 無編號幀的表示方法無編號幀的表示方法 SNRM幀與幀與UA幀幀的表示方法的表示方法計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層21正常響應(yīng)模式的工作過程分

13、析正常響應(yīng)模式的工作過程分析計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層224.3.5 數(shù)據(jù)鏈路層與物理層的關(guān)系數(shù)據(jù)鏈路層與物理層的關(guān)系計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層234.4 數(shù)據(jù)鏈路層滑動窗口協(xié)議與幀傳輸數(shù)據(jù)鏈路層滑動窗口協(xié)議與幀傳輸 效率分析效率分析4.4.1 數(shù)據(jù)鏈路層滑動窗口協(xié)議的分類數(shù)據(jù)鏈路層滑動窗口協(xié)議的分類計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層244.4.2 單幀停止等待協(xié)議單幀停止等待協(xié)議計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層25單幀停止等待協(xié)議效率的分析單幀停止等待協(xié)議效率的分析計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)

14、第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層264.4.3多幀連續(xù)發(fā)送協(xié)議多幀連續(xù)發(fā)送協(xié)議計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層27滑動窗口控制機制的基本工作原理滑動窗口控制機制的基本工作原理計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層28選擇重發(fā)糾錯滑動窗口控制過程選擇重發(fā)糾錯滑動窗口控制過程計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層294.5 PPP協(xié)議協(xié)議4.5.1 PPP協(xié)議的主要特點協(xié)議的主要特點計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層30PPP協(xié)議的主要特點協(xié)議的主要特點： 在物理層支持點在物理層支持點點線路連接點線路連接、全雙工通

15、信全雙工通信，支持異支持異步通信或同步通信。步通信或同步通信。 在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)PPP數(shù)據(jù)幀的組幀、傳輸與拆幀，數(shù)據(jù)幀的組幀、傳輸與拆幀，CRC校驗；不使用幀序號，不提供流量控制功能。校驗；不使用幀序號，不提供流量控制功能。 通過鏈路控制協(xié)議（通過鏈路控制協(xié)議（LCP）來建立、配置、管理和測）來建立、配置、管理和測試數(shù)據(jù)鏈路連接；通過網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（試數(shù)據(jù)鏈路連接；通過網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）來建立）來建立和配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。和配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。 可以用于用戶計算機通過可以用于用戶計算機通過Modem與電話線路與電話線路、ADSL Modem與電話線路，以及與電話線路，以及

16、HFC傳輸網(wǎng)中傳輸網(wǎng)中Cable Modem與同軸電纜接入，也可以用于光纖接入。與同軸電纜接入，也可以用于光纖接入。 在網(wǎng)絡(luò)層支持在網(wǎng)絡(luò)層支持IP協(xié)議協(xié)議與與NetWare IPX等多種協(xié)議。等多種協(xié)議。 廣泛應(yīng)用于主機廣泛應(yīng)用于主機路由器、路由器路由器、路由器路由器的連接。路由器的連接。計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層314.5.2 PPP協(xié)議幀結(jié)構(gòu)協(xié)議幀結(jié)構(gòu)協(xié)議（協(xié)議（protocol）字段值）字段值： 0 x0021表示表示PPP幀的信息字段是幀的信息字段是IP分組數(shù)據(jù)。分組數(shù)據(jù)。 0 xC021表示信息字段是表示信息字段是PPP協(xié)議的協(xié)議的LCP數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀。 0 x8021表示信息字段是表示信息字段是PPP幀的幀的NCP數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀。計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層32PPP協(xié)議協(xié)議工作工作流流程程計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層33 PPP鏈路控制幀的格式鏈路控制幀的格式 PPP網(wǎng)絡(luò)控制幀的格式網(wǎng)絡(luò)控制幀的格式計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層34認(rèn)證過程認(rèn)證過程計算機網(wǎng)絡(luò)第計算機網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層35人有了知識，就會具備各種分析能力，人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛