【正文】 2021/11/11 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 5 版） 第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層 2021/11/11 第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層 使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路和幀 三個(gè)基本問題 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PPP PPP 協(xié)議的特點(diǎn) PPP 協(xié)議的幀格式 PPP 協(xié)議的工作狀態(tài) 2021/11/11 第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)） 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層 CSMA/CD 協(xié)議 使用廣播信道的以太網(wǎng) 使用集線器的星形拓?fù)? 以太網(wǎng)的信道利用率 以太網(wǎng)的 MAC 層 2021/11/11 第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)） 擴(kuò)展的以太網(wǎng) 在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng) 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng) 高速以太網(wǎng) 100BASET 以太網(wǎng) 吉比特以太網(wǎng) 10 吉比特以太網(wǎng) 使用高速以太網(wǎng)進(jìn)行寬帶接入 其他類型的高速局域網(wǎng)接口 2021/11/11 數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型： ? 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道 。這種信道使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。 ? 廣播信道 。這種信道使用一對(duì)多的廣播通信方式，因此過程比較復(fù)雜。廣播信道上連接的主機(jī)很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送。 2021/11/11 數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)單模型 局域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 主機(jī) H1 主機(jī) H2 路由器 R1 路由器 R2 路由器 R3 電話網(wǎng) 局域網(wǎng) 主機(jī) H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路層 應(yīng)用層 運(yùn)輸層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 應(yīng)用層 運(yùn)輸層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 R1 R2 R3 H1 H2 從層次上來看數(shù)據(jù)的流動(dòng) 2021/11/11 數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)單模型( 續(xù)） 局域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 主機(jī) H1 主機(jī) H2 路由器 R1 路由器 R2 路由器 R3 電話網(wǎng) 局域網(wǎng) 主機(jī) H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路層 應(yīng)用層 運(yùn)輸層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 應(yīng)用層 運(yùn)輸層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 R1 R2 R3 H1 H2 僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動(dòng) 2021/11/11 使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路和幀 ? 鏈路 (link)是一條無源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。 ? 一條鏈路只是一條通路的一個(gè)組成部分。 ? 數(shù)據(jù)鏈路 (data link) 除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。 ? 現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。 ? 一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。 IP 數(shù)據(jù)報(bào) 1010… …0110 幀 取出 數(shù)據(jù) 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 鏈路 結(jié)點(diǎn) A 結(jié)點(diǎn) B 物理層 數(shù)據(jù) 鏈路層 結(jié)點(diǎn) A 結(jié)點(diǎn) B 幀 (a) (b) 發(fā)送 幀 接收 鏈路 IP 數(shù)據(jù)報(bào) 1010… …0110 幀 裝入 數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是 幀 2021/11/11 數(shù)據(jù)鏈路層像個(gè)數(shù)字管道 ? 常常在兩個(gè)對(duì)等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個(gè)數(shù)字管道，而在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是 幀 。 ? 早期的數(shù)據(jù)通信協(xié)議曾叫作 通信規(guī)程(procedure)。因此在數(shù)據(jù)鏈路層，規(guī)程和協(xié)議是同義語。 結(jié)點(diǎn) 結(jié)點(diǎn) 幀 幀 2021/11/11 三個(gè)基本問題 (1) 封裝成幀 (2) 透明傳輸 (3) 差錯(cuò)控制 2021/11/11 1. 封裝成幀 ? 封裝成幀 (framing)就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個(gè)幀。確定幀的界限。 ? 首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行 幀定界 。 幀結(jié)束 幀首部 IP 數(shù)據(jù)報(bào) 幀的數(shù)據(jù)部分 幀尾部 ? MTU 數(shù)據(jù)鏈路層的幀長(zhǎng) 開始 發(fā)送 幀開始 2021/11/11 用控制字符進(jìn)行幀定界的方法舉例 SOH 裝在幀中的數(shù)據(jù)部分 幀 幀開始符 幀結(jié)束符 發(fā)送在前 EOT 2021/11/11 2. 透明傳輸 SOH EOT 出現(xiàn)了“ EOT” 被接收端當(dāng)作無效幀而丟棄 被接收端 誤認(rèn)為是一個(gè)幀 數(shù)據(jù)部分 EOT 完整的幀 發(fā)送 在前 2021/11/11 解決透明傳輸問題 ? 發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“ SOH”或“ EOT”的前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“ ESC”(其十六進(jìn)制編碼是 1B)。 ? 字節(jié)填充 (byte stuffing)或 字符填充 (character stuffing)——接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。 ? 如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，那么應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收端收到連續(xù)的兩個(gè)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就刪除其中前面的一個(gè)。 2021/11/11 SOH SOH EOT SOH ESC ESC EOT ESC SOH ESC ESC ESC SOH 原始數(shù)據(jù) EOT EOT 經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù) 字節(jié)填充 字節(jié)填充 字節(jié)填充 字節(jié)填充 發(fā)送 在前 幀開始符 幀結(jié)束符 用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴} SOH 2021/11/11 3. 差錯(cuò)檢測(cè) ? 在傳輸過程中可能會(huì)產(chǎn)生 比特差錯(cuò) ： 1 可能會(huì)變成 0 而 0 也可能變成 1。 ? 在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為 誤碼率 BER (Bit Error Rate)。 ? 誤碼率與信噪比有很大的關(guān)系。 ? 為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須采用各種差錯(cuò)檢測(cè)措施。 2021/11/11 循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理 ? 在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了 循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 的檢錯(cuò)技術(shù)。 ? 在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組 k 個(gè)比特。 ? 假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù) M = 101001（現(xiàn)在 k = 6）。我們?cè)? M 的后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的 n 位 冗余碼 一起發(fā)送。 2021/11/11 冗余碼的計(jì)算 ? 用二進(jìn)制的模 2 運(yùn)算進(jìn)行 2n 乘 M 的運(yùn)算，這相當(dāng)于在 M 后面添加 n 個(gè) 0。 ? 得到的 (k + n) 位的數(shù)除以事先選定好的長(zhǎng)度為 (n + 1) 位的 除數(shù) P，得出 商 是 Q 而 余數(shù) 是 R，余數(shù) R 比除數(shù) P 少 1 位，即 R 是 n 位。 2021/11/11 冗余碼的計(jì)算舉例 ? 現(xiàn)在 k = 6, M = 101001。 ? 設(shè) n = 3, 除數(shù) P = 1101， ? 被除數(shù)是 2nM = 101001000。 ? 模 2 運(yùn)算的結(jié)果是： 商 Q = 110101， 余數(shù) R = 001。 ? 把余數(shù) R 作為 冗余碼 添加在數(shù)據(jù) M 的后面發(fā)送出去。發(fā)送的數(shù)據(jù)是： 2nM + R 即： 101001001，共 (k + n) 位。 2021/11/11 110101 ← Q (商 ) P (除數(shù) ) → 1101 101001000 ← 2nM (被除數(shù) ) 1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 ← R (余數(shù) )，作為 FCS 循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說明 2021/11/11 幀檢驗(yàn)序列 FCS ? 在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為 幀檢驗(yàn)序列 FCS (Frame Check Sequence)。 ? 循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 和幀檢驗(yàn)序列 FCS并不等同。 ? CRC 是一種常用的 檢錯(cuò)方法 ，而 FCS 是添加在數(shù)據(jù)后面的 冗余碼 。 ? FCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 并非用來獲得 FCS 的唯一方法。 2021/11/11 接收端對(duì)收到的每一幀進(jìn)行 CRC 檢驗(yàn) ? (1) 若得出的余數(shù) R = 0， 則判定這個(gè)幀沒有差錯(cuò) ， 就 接受 (accept)。 ? (2) 若余數(shù) R ? 0， 則判定這個(gè)幀有差錯(cuò) ， 就 丟棄 。 ? 但這種檢測(cè)方法并不能確定究竟是哪一個(gè)或哪幾個(gè)比特出現(xiàn)了差錯(cuò) 。 ? 只要經(jīng)過嚴(yán)格的挑選 ， 并使用位數(shù)足夠多的除數(shù) P， 那么出現(xiàn)檢測(cè)不到的差錯(cuò)的概率就很小很小 。 2021/11/11 應(yīng)當(dāng)注意 ? 僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 差錯(cuò)