【正文】 計算機網(wǎng)絡（ 四 ） —— 關于數(shù)據(jù)鏈路層（ ） 信息科學與技術學院 學習 目標 ! ? 了解：數(shù)據(jù)鏈路層的設計問題 ? 掌握：數(shù)據(jù)鏈路層差錯控制方法、循環(huán)冗余碼編碼原理 ? 掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的功能 ? 掌握：基本數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議 ? 掌握：停等協(xié)議、滑動窗口協(xié)議的工作原理 ? 掌握：面向比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實例 — HDLC。 ? 了解： Inter中的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。 前言：數(shù)據(jù)鏈路層的設計問題 ? 為什么需要數(shù)據(jù)鏈路層？ ? 物理層未解決的問題： ? 位流傳輸過程中不可避免會出現(xiàn)差錯 （電磁干擾，線路問題） ? 數(shù)據(jù)收發(fā)之間的速率匹配問題 （不同設備處理速度不同） 最主要的作用是通過一些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 (即鏈路控制規(guī)程 ),在不太可靠的物理鏈路上實現(xiàn) 可靠的數(shù)據(jù)傳輸 . 前言：數(shù)據(jù)鏈路層的設計問題 1. 向網(wǎng)絡層提供的服務 主機 A 主機 B AL TL NL DL PL AL TL NL DL PL 幀 幀 幀 幀 幀 幀 幀 幀 幀 幀 幀 幀 幀 幀 幀 幀 幀 幀 ?無確認的無連接服務 ?有確認的無連接服務 ?面向連接的服務 前言：數(shù)據(jù)鏈路層的設計問題 2. 成幀 ? 涉及的問題 ? 協(xié)議 數(shù)據(jù)單元 ?將上層 (網(wǎng)絡層 )交下來的數(shù)據(jù)包按照所采用協(xié)議決定的格式，封裝成一定形式的幀； ?考慮接收雙方的同步問題（即定界）； ?計算幀的校驗和并放入幀中一起傳送給接收方； 幀：在數(shù)據(jù)鏈路上交換數(shù)據(jù)的單位。 標 志 字 段 指明幀的開始和結束 地址字段 控制字段 正文字段 校驗字段 前言：數(shù)據(jù)鏈路層的設計問題 2. 成幀 ? 字符計數(shù)法 ? 字符填充的首尾定界法 ? 位填充的首尾定界法 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 0 1 2 3 4 5 6 8 7 8 9 0 1 2 3 5 1 2 3 4 7 6 7 8 9 8 0 1 2 3 4 5 6 8 7 8 9 0 1 2 3 計數(shù)值傳輸出錯時導致收發(fā)雙方不同步 . 同步字 符法 標志法 填充技術 前言： 數(shù)據(jù)鏈路層的設計問題 2. 成幀 ? 物理層編碼違例法 ? 綜合法 “ 0” “ 1” 違例 或 ?用 計數(shù)值確定幀尾 ?檢查 幀定界符是否出現(xiàn)在應該出現(xiàn)的地方 ?計算校驗和 前言： 數(shù)據(jù)鏈路層的設計問題 3. 流量控制 ? 流量控制 ? 流量控制的特點 網(wǎng)絡層實體控制從數(shù)據(jù)鏈路層接收數(shù)據(jù)的速率，據(jù)此，數(shù)據(jù)鏈路層要控制從同等實體接收 PDU的速率。 限制發(fā)送方發(fā)送速度的一種機制。使發(fā)送速率不能超過接收方能處理的速率。 ?流量控制必須是動態(tài)的 ?必須有某種反饋機制 流量速度不僅與發(fā)方速度相關而且與網(wǎng)絡的當前擁擠程度有關 使發(fā)方了解收方的當前處理能力 前言： 數(shù)據(jù)鏈路層的設計問題 4. 差錯控制 ? 順序到達 指保證所有的幀最終都按正確的發(fā)送次序到達目的。 檢錯和糾錯 檢出傳輸中出現(xiàn)的差錯；可能的話確定出錯位置從而糾正錯誤。 ?確認方式 ?計時器法 計時器值的設定要保證一幀到達對方并作處理后，相應的確認幀返回。 ?ACK肯定確認 ?NAK否定確認 計時結合序號才能保證每一幀的正確次序。 前言： 數(shù)據(jù)鏈路層的設計問題 5. 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的作用 數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議 2 3 數(shù)據(jù)鏈路進程 路由選擇進程 路由器 A 幀 分組 /包 2 3 2 2 路由器 B 傳輸線 2 3 2 2 DL協(xié)議的作用就是使不可靠的通信線路變得一定程度的好。 物理層 : 物理鏈路 比特流傳輸 有差錯的物理鏈路 數(shù)據(jù)鏈路層 : 數(shù)據(jù)鏈路 幀傳輸 無差錯的數(shù)據(jù)鏈路 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)服務單元 幀 C o m p u t e r電 話 交 換 網(wǎng)M o d e m M o d e mC o m p u t e r物 理 線 路數(shù) 據(jù) 鏈 路一、數(shù)據(jù)鏈路層概述 ? 數(shù)據(jù)鏈路層于物理層之上 ,屬于低層。物理層傳輸?shù)氖潜忍亓鳎瑔挝皇潜忍亍? ? 數(shù)據(jù)鏈路層傳輸單位是幀，一幀一幀地處理。其工作是從物理層獲取比特流，進行封裝成幀、并對幀進行如透明傳輸、差錯控制等處理，從而遞交給上一層（網(wǎng)絡層），同時也對網(wǎng)絡層下傳的數(shù)據(jù)進行處理，進而傳給物理層。 數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀 IP 數(shù)據(jù)報 1010… …0110 幀 取出 數(shù)據(jù) 鏈路層 網(wǎng)絡層 鏈路 結點 A 結點 B 物理層 數(shù)據(jù) 鏈路層 結點 A 結點 B 幀 (a) (b) 發(fā)送 幀 接收 鏈路 IP 數(shù)據(jù)報 1010… …0110 幀 裝入 一、數(shù)據(jù)鏈路層概述 分組與幀的關系圖示 Relationship between packets and frames 一、數(shù)據(jù)鏈路層概述 數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型 局域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 主機 H1 主機 H2 路由器 R1 路由器 R2 路由器 R3 電話網(wǎng) 局域網(wǎng) 主機 H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路層 應用層 運輸層 網(wǎng)絡層 物理層 鏈路層 應用層 運輸層 網(wǎng)絡層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡層 物理層 R1 R2 R3 H1 H2 從層次上來看數(shù)據(jù)的流動 一、數(shù)據(jù)鏈路層概述 數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型 局域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 主機 H1 主機 H2 路由器 R1 路由器 R2 路由器 R3 電話網(wǎng) 局域網(wǎng) 主機 H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路層 應用層 運輸層 網(wǎng)絡層 物理層 鏈路層 應用層 運輸層 網(wǎng)絡層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡層 物理層 R1 R2 R3 H1 H2 僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動 一、數(shù)據(jù)鏈路層概述 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議在路由器中的位置 數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議 2 3 數(shù)據(jù)鏈路進程 路由選擇進程 路由器 A 幀 分組 /包 2 3 2 2 路由器 B 傳輸線 2 3 2 2 DL協(xié)議的作用就是使不可靠的通信線路變得一定程度的好。 一、數(shù)據(jù)鏈路層概述 ? 鏈路 (link)：是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結點。 ? 一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。 ? 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。若把實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構成了數(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。 ? 結點（ node）：網(wǎng)絡中的主機（ host）和路由器（ router）稱為結點。 一、數(shù)據(jù)鏈路層概述 ? 鏈路（ link）：通信路徑上連接相鄰結點的通信信道稱為鏈路。 ? 數(shù)據(jù)鏈路（ data link)：鏈路 +實現(xiàn)通信協(xié)議的硬件和軟件。 ? 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議：定義了一條鏈路的兩個結點間交換的數(shù)據(jù)單元格式，以及結點發(fā)送和接收數(shù)據(jù)單元的動作。 ? 端到端（ end to end）與點到點（ point to point）： ? 從源結點（ source node）到目的結點（ destination node）的通信稱為端到端通信，通信路徑（ path）可能由多個鏈路組成。 ? 在相鄰結點間的一條鏈路上的通信稱為點到點通信。 ? 數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程：為使數(shù)據(jù)能迅速、正確、有效地從發(fā)送點到達接收點所采用的控制方式。 ? 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。 ? 虛擬數(shù)據(jù)通路，實際數(shù)據(jù)通路 一、數(shù)據(jù)鏈路層概述 一、數(shù)據(jù)鏈路層概述 ? 數(shù)據(jù)鏈路層像個數(shù)字管道 ? 常常在兩個對等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個數(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。 結點 結點 幀 幀 一、數(shù)據(jù)鏈路層概述 ? 數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型： ? 點對點信道 :這種信道使用一對一的點對點通信方式。 （例如 PPP、 SLIP） ? 廣播信道 :這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復雜。廣播信道上連接的主機很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)這些主機的數(shù)據(jù)發(fā)送 。 （例如以太網(wǎng)） 一