网络原理 第4章：数据链路层
第四章 以太网数据链路层
肆 以太网数据链路层P 目标：了解数据链路层结构。
熟悉各以太网帧格式，CSMA/CD （载波监听多路访问/冲突检测）机制，熟悉PAUSE 帧格式，和流量控制原理了解半双工模式下以太网端口的工作方式。
根据IEEE 的定义，以太网的数据链路层又分为2个子层：逻辑链路控制子层（LLC ）和媒体访问控制子层（MAC ）。
划分2个子层的原因是：数据链路层实际是与物理层直接相关的，针对不同的物理层需要有与之相配合的数据链路层，例如针对以太网、令牌环需要不同的数据链路层，而这是不符合分层原则的；于是通过划分LLC 和MAC 2个子层，尽量提高链路层的独立性，方便技术实现。
其中MAC 子层与物理层直接相关，以太网的MAC 层和物理层都是在802.3 中定义的，LLC 子层则可以完全独立，在802.2中定义，可适用于以太网、令牌环、WLAN 等各种标准。
ͼ1 以太网数据链路层MAC 子层处理CSMA/CD 算法、数据出错校验、成帧等；LLC 子层定义了一些字段使上次协议能共享数据链路层。
在实际使用中，LLC 子层并非必需的。
1 以太网的帧格式有两种主要的以太网帧类型：由RFC894定义的传统以太网（EthernetII ）和802.3定义的以太网； 最常使用的封装格式是RFC 894定义的格式。
下图显示了两种不同形式的封装格式。
图中每个方框下面的数字是它们的字节长度。
EthernetII （RFC894）帧结构如下，该帧包含了5个域（前导码在此不作描应用层传输层网络层链路层物理层逻辑链路控制（LLC ）子层MAC 子层述），它们分别是：目的MAC地址、源MAC地址、类型、净荷（PAD）、FCS、 EthernetII（RFC894）帧结构1）目的MAC地址（ D A ）包含6个字节。
D A标识了帧的目的地站点。
D A可以是单播地址（单个目的地）或组播地址（组目的地）。
2）源MAC地址（ S A ）包含6个字节。
数据链路层名词解释
数据链路层名词解释
数据链路层是OSI模型中的第二层，它负责在物理层提供的物
理连接上传输数据。
数据链路层的主要任务包括两个方面，一是提
供可靠的数据传输，二是进行数据的差错检测和纠正。
在数据链路层中，数据被划分为帧（frame），每一帧包含了数
据以及必要的控制信息，比如同步信息、地址信息、差错检测码等。
这些控制信息帮助确保数据的可靠传输和接收。
数据链路层还负责
管理物理介质的访问，以便多个设备能够共享同一物理链路。
数据链路层的协议有很多，比较常见的包括以太网（Ethernet）、无线局域网（Wi-Fi）、点对点协议（PPP）等。
每
种协议都有自己的规范和特点，但它们都致力于在物理层提供的传
输介质上实现可靠的数据传输。
总的来说，数据链路层在网络通信中扮演着至关重要的角色，
它通过帧的方式将数据从一个设备传输到另一个设备，并且在传输
过程中保证数据的完整性和可靠性。
计算机网络原理 数据链路层的模型
计算机网络原理数据链路层的模型
图4-1 数据链路层模型
数据链路层的基本服务是把源主机网络层的数据以帧为单位透明、无差错地传输给目的地主机的网络层。
数据链路层完成这一服务是通过物理连接接来实现的，但具体的数据通路则要经过层间接口形成，即由网络层将数据传向数据链路层，再由数据链路层传向物理层，并由物理层发送到目的地主机；然后目的地主机接收后，以相反的顺序进行传送到目的地主机的网络层。
用户也可以将这一过程看作是两个数据链路层实体使用数据链路协议进行通信，如图4-1所示。
数据链路层为物理层加强传输原始比特流的功能，并为物理层提供了逻辑上无差错的数据链路。
同时使网络层表现为一条无差错的链路。
数据链路层的基本功能是为网络层提供透明的和可靠的数据传送服务。
透明性是指该层上传输的数据的内容、格式及编码没有限制，也没有必要解释信息结构的意义；可靠的传输使用户免去对丢失信息、干扰信息及顺序不正确等的担心。
注意在计算机网络中，“链路”和“数据链路”并不是同一概念。
所谓链路，是指一条没有任何中间节点的点到点的物理线路。
两个计算机进行数据通信的通路正是一条一条的链路加上中间节点串接而成的。
但要想在链路上传输数据，除了物理线路以外，还必须配有控制数据传输的规程。
链路连同实现这些规程的软、硬件一起就构成了数据链路，在数据链路上才能进行数据通信。
另外，当采用多路复用技术时，一条链路上可以有多条数据链路。
所以有时为了更明确一些，也将链路称为物理链路，而将数据链路叫做逻辑链路。
04741《计算机网络原理》大纲
第1章计算机网络概述1.1 计算机网络的发展1.2 计算机网络的基本概念1.3 计算机网络的分类1.4 计算机网络的标准化第2章计算机网络体系结构2.1 网络的分层体系结构2.2 OSI/RM开放系统互连参考模型2.3 TCP/IP参考模型2.4 OSI/RM与TCP/IP参考模型的比较第3章物理层3.1 物理层接口与协议3.2 传输介质3.3 数据通信技术3.4 数据编码3.5 数据交换路层第4章数据链路层4.1 数据链路层的功能4.2 差错控制4.3 基本数据链路协议4.4 链路控制规程4.5 因特网的数据链路层协议第5章网络层5.1 通信子网的操作方式和网络层提供的服务5.2 路由选择5.3 拥塞控制5.4 服务质量5.5 网络互连5.6 因特网的互连层协议第6章传输层6.1 传输层基本概念6.2 传输控制协议6.3 用户数据报传输协议第7章应用层7.1 域名系统7.2 电子邮件7.3 万维网7.4 其它服务第8章局域网技术8.1 介质访问控制子层8.2 IEEE802标准与局域网8.3 高速局域网8.4 无线局域网技术8.5 移动Ad Hoc网络8.6 局域网操作系统第9章实用网络技术9.1 分组交换技术9.2 异步传输模式9.3 第三层交换技术9.4 虚拟局域网技术9.5 虚拟专用网VPN9.6 计算机网络管理与安全计算机网络原理自学考试大纲出版前言一、课程性质与设置目的二、课程内容与考核目标第1章计算机网络概述第2章计算机网络体系结构第3章物理层第4章数据链路层第5章网络层第6章传输层第7章应用层第8章局域网技术第9章实用网络技术三、关于大纲的说明与考核实施要求附录题型举例后记。
《计算机网络教学资料》第4章数据链路层
❖ 循环冗余码 CRC码又称为多项式码。 任何一个由二进制数位串组成的代码都可由 一个只含有0和1两个系数的多项式建立一一 对应的关系。
110001，表示成多项式 x5 + x4 + 1
25
循环冗余码 (CRC)
❖ 循环冗余码（CRC码，多项式编码） ➢ 110001，表示成多项式 x5 + x4 + 1
110101 111011 110101 111010 110101 111110 110101 101100 110101 110010 110101 01110 ← R 余数
30
发送方 接收方
举例： 1 0 0 0 0Q(1x) G(x) 1 1 0 0111 0 0 1 1 0 f0(x0.)xk0
01011010010 信 源 01011010010 信 源
➢ 随机性错误 前后出错位没有一定的关系
➢ 突发性错误 前后出错位有一定的相关性
(a) 理想状态
噪音干扰
(b) 实际环境
信 宿 01011010010 信 宿 01010010110
出错
14
2.差错控制的方式
❖ 反馈纠错 ❖ 前向纠错 ❖ 混合纠错 ❖ 反馈检验
在数据通信和计算机网络中，几乎都采用ARQ差错控制 技术。在采用无线电信道的通信系统中，由于信道误 码率较高，大多采用HEC方式的差错控制技术。
18
4.反馈检验 反馈校验方式又称回程校验。
接收端把收到的数据序列原封不动地转发回发送端，发端 将原发送的数据序列与返送回的数据序列比较。如果发现错 误，则发送端进行重发，直到发端没有发现错误为止。
11001 10000 11001
1 0 0 1R(x)
第四章数据链路层
例题[例题4-1] 对于10比特要传输的数据，如果采用海明码（Hamming code）校验，需要增加的冗余信息为比特A 3B 4C 5D 6［例题4-2］通过提高信噪比可以降低其影响的差错是A随机差错 B 突发差错 C 数据丢失差错 D 干扰差错［例题4-3］两台计算机通过计算机网络传输一个文件，有两种可行的确认策略。
第一种策略是由发送端将文件分割成分组，接受端逐个地确认分组；但就整体而言，文件没有得到确认。
第二种策略是接收端不确认单个分组，而是当文件全部接收到后，对整个文件予以接受确认。
是比较这两种方式的优缺点，以及它们各自适应的场合。
10，每个帧的长度为10kb，试问：［例题4-4］已知某通信信道的误码率为5-（a）若差错为单比特错，则在该信道上传送的帧的平均出错率是多少？4.3 基础知识一、填空题1.数据链路层的最基本功能是向该层用户提供_____、______的数据传输基本服务。
2.差错控制技术主要包括前向纠错机制FEC和_______。
3.BSC和HDLC都是数据链路层封装帧的协议，BSC是面向______的协议。
HDLC是面向的协议；若使用BSC协议，字符串“A DLE STX B C DLE DLE DLE ETB”在透明传输时的字符输出串是______；若使用HDLC协议，11001011111001011111101在透明传输时的二进制输出串是______。
4.差错控制编码可以分为______和______。
其中,______是自动发现差错的编码；______ 是指不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。
衡量编码性能好坏的一个重要参数是______，是码字中信息比特所占的比例。
5. ______是通信系统中衡量系统传输______的指标，可定义为二进制比特在通信系统传输时被传错的概率。
在计算机网络通信系统中，要求误码率低于______。
6.所谓差错就是在数据通信中，数据通过通信信道后接收的数据与发送的数据存在______ 的现象。
数据传输过程中差错产生的原因与性质
第4章 数据
差错检测与校正：基本概念 链路层
▪ 差错控制：ARQ和FEC
▪ ARQ：Automatic Request for Repeat
▪ 接收方检测错误，通知发送方重传 ▪ 双向信道，发送方缓存发送的数据
▪ FEC：Forward Error Correction
▪ 接收方不仅可以检测错误，而且知道错误的位置， 从而改正错误
▪ CRC-32
G（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+ x10
+x8+x7+x5+x4 + x2+x+1
第4章 数据
CRC的工作原理（2） 链路层
▪ 将K(x)乘以 G(x)的最高幂次作为被除式， G(x)作多项式除式
XrK(x)=G(x)*商+R(x)（相应系数相除） 。除法采用“加法不进位， 减法不借位”的规则，即相当于异或操作
第4章 数据 链路层
▪ 垂直奇偶校验
▪ 编码效率： ▪ 能力：
R p p 1
▪ 检测出每列（段）中所有奇数（1、3…）个错 ▪ 突发错误的漏检率为50%!! ▪ 在发送和接收的过程中进行编解码
▪ 水平奇偶校验：降低突发错误的漏检率
▪ 对各个信息段的相应位横向进行编码
第4章 数据 链路层
▪ 水平奇偶校验
K(x)=x6+x4+1
▪ 选定除式G(x) ， 被选作除式的多项式称为生成多项式，以
下三个多项式已成为国际标准
▪ CRC-12： G(x)=x12 +x11 +x3 + x2 + x + 1 ▪ CRC-16： G(x)=x16 +x15 + x2 + 1
网络原理试题与答案11
第一章计算机网络概述一、选择题。
1.下列接入方式不属于宽带网络接入方式的是（A）A.双绞线接入B.钢线接入C.光纤接入D.无线接入2.下列有关多媒体网络中不同类型的数据对传输要求的叙述中不正确的是（B）A.语音数据的传输对实时性要求较强，而对通信宽带要求不高B.视频通信对实时性要求不高，而对通信宽带要求高C.视频压缩后的关键帧出错将导致一段数据流无法恢复、解压、回放D. 视频压缩后的非关键帧出错，在一定程度是可以容忍的3.目前电话双绞线上网的主流速率为56Kbps，其物理极限是（D）A.58KbpsB.60KbpsC.62KbpsD.64Kbps4.下列不是广域网的通信子网的是（D）A.公用分组交换网B.卫星通信网C.无线分组交换网D.数字数据网5.在计算机网络中，负责信息处理的是（C）A.网络软件B.网络操作系统C.资源子网D.通信子网6.不采用广播信道通信子网的基本拓扑结构的是（D）A.总线形B.树形C.环形D.星形7.以下哪个选项不属于IETF的工作领域（D）A. Internet服务管理B.运行要求C.安全性D.制定通信标准8.一次只能由一个设备传输信号，通常采用分布式控制策略来确定那个站定可以发送的拓扑结构是（B）A. 星形B. 总线形树形C.环形D. 树形9.在广播式网络中，哪类地址不属于发送的报文分组的目的地址（B）A. 单播地址B. 双播地址C.多播地址D. 广播地址二、填空题。
1.下一代网络NGN是基于_________的核心网络。
2.__________网标志着目前所称的计算机网络的兴起。
3.__________的提出，开创了一个具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化的计算机网络新时代。
4.___________技术的发展为全球信息高速公路的建设提供了技术支持。
5.高速网络技术的发展表现在_________、异步传输模式ATM、高速局域网、交换局域网与虚拟网。
6.当前我国实际运行并具有影响的三大网络是：__________、广播电视网络和计算机网络。
计算机网络(第六版)谢希仁著课后习题答案
计算机网络(第六版)谢希仁著课后习题答案第一章概述1-02 简述分组交换的要点。
答：（1）报文分组，加首部（2）经路由器储存转发（3）在目的地合并1-03 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。
答：（1）电路交换：端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障，对连续传送大量数据效率高。
（2）报文交换：无须预约传输带宽，动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高，通信迅速。
（3）分组交换：具有报文交换之高效、迅速的要点，且各分组小，路由灵活，网络生存性能好。
1-05 因特网的发展大致分为哪几个阶段？请指出这几个阶段的主要特点。
答：从单个网络APPANET向互联网发展；TCP/IP协议的初步成型建成三级结构的Internet；分为主干网、地区网和校园网；形成多层次ISP结构的Internet；ISP首次出现。
1-07小写和大写开头的英文名字 internet 和Internet在意思上有何重要区别？答：（1） internet（互联网或互连网）：通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络，协议无特指（2）Internet（因特网）：专用名词，特指采用 TCP/IP 协议的互联网络区别：后者实际上是前者的双向应用1-10 试在下列条件下比较电路交换和分组交换。
要传送的报文共x（bit）。
从源点到终点共经过k段链路，每段链路的传播时延为d（s），数据率为b(b/s)。
在电路交换时电路的建立时间为s(s)。
在分组交换时分组长度为p(bit)，且各结点的排队等待时间可忽略不计。
问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？（提示：画一下草图观察k段链路共有几个结点。
）答：线路交换时延：kd+x/b+s, 分组交换时延：kd+(x/p)*(p/b)+ (k-1)*(p/b)其中(k-1)*(p/b)表示K段传输中，有(k-1)次的储存转发延迟，当s>(k-1)*(p/b)时，电路交换的时延比分组交换的时延大，当x>>p,相反。
网络原理 第4章：数据链路层
比较： • 纠错码能自动纠正错误，但实现困难， 在一般通信场合不易采用。 • 检错码需通过重传机制达到纠错目的， 但工作原理简单，实现容易。
10
常用的检错码
• 奇偶校验码 垂直奇（偶）校验 水平奇（偶）校验水平 水平垂直奇（偶）校验（方阵码） 特点：方法简单，但检错能力差，只用于通信 要求较低的环境。 • 循环冗余编码CRC 目前应用最广的检错码编码方法之一
差错产生的过程如图：
数据信号 与噪声信号 叠加后的波形 采样时间 接收数据 原始数据 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0
出错的2位 (b)差错产生过程示意图
5
《计算机网络》第4章 数据链路层
物理线路的噪声分类： (1)热噪声: 由传输介质导体的电子热运动产生。 特点：时刻存在，幅度较小，强度与频率无关， 频谱很宽。 是一种随机噪声，由其引起的差错是随机差错。 (2)冲击噪声： 由外界电磁干扰引起。 •特点：幅度较大，是引起传输差错的主要原因。 •其引起的传输差错是一种突发差错。
实际发送: f(x)
.
x + R(x)
R'(x)= R(x) 接收正确 R'(x)≠ R(x) 接收错误
数据字段 校验字段 f(x)
.
x
k
+ R(x) 发送
12
《计算机网络》第4章 数据链路层
CRC校验的工作原理： • 任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅 为‘0’和‘1’取值的多项式一一对应。 • 例如：发送数据比特序列为10111，其对应的多项式为 f(x)=x4+x2+x+1. • 生成多项式为事先约定好的，如：G(x)=x4+x3+1；则对 应G(x)的二进制代码为: 11001 • f(x)﹒xk，k为生成多项式的最高幂值，即生成多项式 用二进制表示的位数-1。上例k=4=5-1。表示将发送数 据比特序列左移k位，用来存放余数。 • f(x)﹒xk/G(x),得到余数R(x) • 将f(x)﹒xk+R(x)作为整体，发送到接收端。 • 接收端用接收到的数据f′(x)采用相同的算法，去除 G(x),得到余数R′（x）。如果R′（x）等于 R(x)，表示 发送没有出错。 13
谢希仁《计算机网络教程》第五版答案
谢希仁《计算机网络教程》第1章概述传播时延＝信道长度/电磁波在信道上的传播速度发送时延＝数据块长度/信道带宽总时延＝传播时延＋发送时延＋排队时延101计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段各有何特点？102试简述分组交换的要点。
103试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。
104为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革？105试讨论在广播式网络中对网络层的处理方法。
讨论是否需要这一层？106计算机网络可从哪几个方面进行分类？107试在下列条件下比较电路交换和分组交换。
要传送的报文共x（bit）。
从源站到目的站共经过k段链路，每段链路的传播时延为d（s），数据率为b（b/s）。
在电路交换时电路的建立时间为S（s）。
在分组交换时分组长度为p（bit），且各结点的排队等待时间可忽略不计。
问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？108在上题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和（p+h）（bit），其中p为分组的数据部分的长度，而此为每个分组所带的控制信息固定长度，与p的大小无关。
通信的两端共经过ｋ段链路。
链路的数据率为b（b/s），但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。
若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度Ｐ应取为多大？109计算机网络中的主干网和本地接入同各有何特点？110试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：111计算机网络由哪几部分组成？第2章协议与体系结构201网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？202试举出对网络协议的分层处理方法的优缺点。
203试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活。
204 试述具有五层协议的原理网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
205试举出日常生活中有关“透明”这种名词的例子。
206 试将TCP/IP和OSI的体系结构进行比较。
讨论其异同之处。
207 解释以下名词：协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户/服务器方式。
计算机网络基础钱峰第二版答案
计算机网络基础钱峰第二版答案计算机网络是现代社会信息化进程中不可或缺的一部分，对于理解计算机网络的基础知识和原理，进行网络设计与实施至关重要。
本文将介绍《计算机网络基础钱峰第二版》的答案，帮助读者更好地掌握和应用相关知识。
第一章概述本章主要介绍计算机网络的基本概念和分类，包括计算机网络的定义、组成和功能等。
此外，还介绍了网络的分类以及计算机网络的发展历程。
第二章物理层物理层是计算机网络的最底层，它负责将比特流转化为适合在传输介质中传输的信号。
本章的答案内容主要包括数据通信基础、传输媒体、调制解调器等内容。
第三章数据链路层数据链路层主要负责处理节点之间的数据传输，确保可靠的传输。
本章的答案内容包括数据链路层的基本概念、错误检测与纠正、介质访问控制等内容。
第四章网络层网络层主要负责网络互连，实现数据包的路由和转发。
本章的答案内容包括网络层的基本概念、路由算法、IP协议等内容。
第五章传输层传输层主要负责提供端到端的可靠数据传输服务。
本章的答案内容包括传输层的基本概念、可靠传输协议、UDP协议等内容。
第六章应用层应用层为用户提供网络应用服务。
本章的答案内容包括应用层的基本概念、常用应用层协议（HTTP、SMTP、FTP等）、网络安全等内容。
第七章网络管理与安全本章主要介绍网络管理和网络安全的基本概念和方法。
答案内容包括网络管理的基本任务、网络安全的基本原理、防火墙技术等。
第八章无线网络与移动计算无线网络与移动计算是计算机网络的重要发展方向。
本章的答案内容包括无线通信的基本原理、移动计算的基本概念、移动IP等内容。
第九章多媒体网络多媒体网络是实现音频、视频等多种媒体数据传输的网络。
本章的答案内容包括多媒体数据的特点、流媒体技术、多媒体网络的QoS保障等内容。
第十章下一代互联网下一代互联网是对当前互联网的发展和改进。
本章的答案内容包括下一代互联网的需求、IPv6协议、云计算等内容。
结语通过对《计算机网络基础钱峰第二版》的答案进行介绍，希望读者能更好地掌握计算机网络的基础知识和原理，为网络设计和实施提供指导和帮助。
第4章---数据链路层ppt课件(全)
例如：110110的码多项式
循环码的定义：如果分组码中各码字中的码元 循环左移位（或右移位）所形成的码字仍然是 码组中的一个码字（除全零码外），则这种码 称为循环码。例如n长循环码中的一个码为 [C]=Cn-1Cn-2……C1C0 ，
（3）在串行通信中通常使用的三种生成多项式G （X）来产生校验码。
（4）编码特点
由于码的循环性，它的编解码的设备比 较简单。
纠错能力强，特别适合检测突发性的错 误，除了正好数据块的比特值是按除数 变化外，循环冗余校验（CRC）将检测出 所有的错误。
所以在计算机通信中得到广泛的应用。
差错控制方式
新加入的码元愈多，冗余度愈大，纠错能力欲 强，但效率越低。
分组码：将信息码分组，并为每个组附加若干 监督的编码，称为“分组码”。在分组码中， 监督码元仅监督本码组中的信息码元。
分组码一般可用符号（n,k）表示，n是码组中 的总位数，k是每组码二进制信息码元的数目。
n-k = r是监督码元的数目。
(3) 流量控制 发方发送数据的速率必须使得收方来得 及接收。当收方来不及接收时，就必须及时控制发方 发送数据的速率。这种功能称为流量控制（flow conctrol）。采用接收方的接收能力来控制发送方的发 送能力这是计算机网络流量控制中采用的一般方法。
(4) 差错控制 在计算机通信中，一般都要求有极低的 比特差错率。为此，广泛采用了编码技术，编码技术 有两大类。一类是前向纠错，也就是收方收到有差错 的数据帧时，能够自动将差错改正过来。这种方法的 开销较大，不大适合于计算机通信。另一类是差错检 测，也就是收方可以检测出收到的数据帧有差错（但 并不知道出错的确切位置）。当检测出有差错的数据 帧就立即将它丢弃，但接下去有两种选择：一种方法 是不进行任何处理（要处理也是有高层进行），另一 种方法则是由数据链路层负责重传丢弃的帧。
《计算机网络》课后习题答案(1-7)
第1章概述（P22）1、计算机网络的发展可划分为几个阶段?每个阶段各有何特点?答：计算机网络的发展可分为以下四个阶段。
（1）面向终端的计算机通信网：其特点是计算机是网络的中心和控制者，终端围绕中心计算机分布在各处，呈分层星型结构，各终端通过通信线路共享主机的硬件和软件资源，计算机的主要任务还是进行批处理，在20世纪60年代出现分时系统后，则具有交互式处理和成批处理能力。
（2）以分组交换网为中心的多主机互连的计算机网络系统：分组交换网由通信子网和资源子网组成，以通信子网为中心，不仅共享通信子网的资源，还可共享资源子网的硬件和软件资源。
网络的共享采用排队方式，即由结点的分组交换机负责分组的存储转发和路由选择，给两个进行通信的用户段续（或动态）分配传输带宽，这样就可以大大提高通信线路的利用率，非常适合突发式的计算机数据。
（3）具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络：为了使不同体系结构的计算机网络都能互联，国际标准化组织ISO提出了一个能使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架—开放系统互连基本参考模型OSI.。
这样，只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循同一标准的其他任何系统进行通信。
（4）高速计算机网络：其特点是采用高速网络技术，综合业务数字网的实现，多媒体和智能型网络的兴起。
2、试简述分组交换的特点答：分组交换实质上是在“存储-转发”基础上发展起来的。
它兼有电路交换和报文交换的优点。
分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据——分组。
每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。
把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。
到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。
分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。
3、试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。
计算机网络原理——数据链路层
– 发送方发送一块数据后， 就停止发送动作，开始计时， 等待接收方的反馈结果。 – 接收方对收到的数据进行校验，并根据校验的结果向 发送方作出肯定确认或否定确认。 – 当发送方收到“正确”的确认(ACK)之后，继续发送 后继数据块； – 如果发送方收到“否定”确认(NAK) ，或者计时器超 时，重新传送本数据块。
数据链路层
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4.1.3 流量控制功能
• 目的：防止接收方发生数据溢出而控制发 送方发送数据的速率 • 主要方法：停—等流控、滑动窗口流控来自数据链路层12
4.1.4 链路管理功能
• 主要功能：帧序号的初始化、建立连接、 维护连接、重置连接、释放连接等
数据链路层
13
4.2 差错控制
• • • • 4.2.1 差错检测 目的：发现和纠正接收到的数据的差错 产生差错的原因：噪声 突发长度：从突发错误发生的第一码元到 有错的最后一个码元间所有的码元数，称 该突发错的突发长度。
节 点
帧
帧
节 点
数据链路层
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帧的一般结构
对于不同的通信环境或不同的通信协议， “帧”的格 式亦不尽相同。
F 帧 标志 A 地址 字段 C 控制 字段 D 数据字段 FCS 校验 字段 F 帧 标志
“帧”分为面向字符型和面向比特型两类。前者由ASCII字 符构成（IBM BSC协议）；后者由任意比特构成，更为灵 活和高效（HDLC）。
数据链路层
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数据通信中的实际情况
发送的数据
0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0
信号
噪音
信号+噪音
阈值
采样时钟 接收的数据
0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0
一、简述数据链路层的主要设备及工作原理
数据链路层是OSI模型中的第二层，主要负责数据在物理介质上的传输和管理，其设备主要包括网卡、交换机和网桥等。
数据链路层的工作原理是通过建立逻辑连接、网络帧的封装和解封装、流量控制、错误检测和纠正等方式来保证数据的可靠传输。
1. 网卡网卡是计算机与局域网或广域网相连的接口设备，负责将计算机内部的数据转换成适合在网络上传输的格式，并将其发送到网络上。
网卡在数据链路层中起到了物理层与数据链路层之间的桥梁作用，能够收发数据帧，并且能够根据数据链路层的要求进行数据封装和解封装。
2. 交换机交换机是用于在局域网中传输数据的设备，能够根据MAC位置区域进行数据包的转发，将数据包从一个端口转发到另一个端口。
交换机在数据链路层中实现了逻辑连接的建立和维护，可以根据MAC位置区域来确定数据包的转发路径，同时还能够实现数据包的流量控制和错误检测。
3. 网桥网桥是用于连接两个局域网的设备，用于将两个相连的网络进行逻辑上的“桥接”，使之成为一个逻辑上的网络。
网桥在数据链路层中起到了网桥的作用，能够实现两个局域网之间的数据帧的透明转发，同时还能够进行流量控制和错误检测。
数据链路层设备的工作原理主要包括：1. 建立逻辑连接数据链路层设备通过建立逻辑连接来确保数据的可靠传输。
例如交换机会根据MAC位置区域建立转发表，以便确定数据包的转发路径。
网桥则会根据MAC位置区域进行数据包的转发。
2. 数据帧的封装和解封装数据链路层设备会将网络层的IP数据报封装成数据帧，添加MAC位置区域等信息，以便在物理介质上的传输。
接收端的数据链路层设备会将接收到的数据帧进行解封装，将数据传递给网络层。
3. 流量控制数据链路层设备能够实现数据的流量控制，以防止数据的丢失和阻塞。
例如交换机通过缓存和转发的方式来控制数据包的流量，以保证网络的正常运行。
4. 错误检测和纠正数据链路层设备会通过校验和、CRC校验等方式来检测数据传输过程中的错误，并在出现错误时进行相应的纠正或重传。
计算机网络原理 Internet数据链路层协议
计算机网络原理Internet数据链路层协议Internet是由大量的网络设备以及连接这些机器的通信设施构成的。
在单个建筑物内，通常使用局域网来实现互连；但是绝大多数的广域设施则是通过点到点的租用线路构建起来的。
这里我们将讨论Internet中点到点线路上所使用的数据链路协议。
在实践中，点到点的通信主要被用于两种情形。
第一，数以千计的组织有一个或者多个LAN，每个LAN都有一定数量的主机（个人计算机、用户工作站、服务器等），以及一个路由器（或者网桥，其功能相似）。
通常，这些路由器通过一个骨干LAN相互连接起来。
典型情况下，所有与外界的连接都经过一个或者两个路由器，这个路由器或者这两个路由器通过点到点的租用线路连接到远程的路由器。
正是这些路由器和它们的租用线路构成了通信子网，而Internet也正是在这些通信子网上建立起来的。
点到点线路在Internet上扮演重要角色的第二种情形是：上百万的个人用户要在家里利用调制解调器和拨号电话线连接到Internet。
通常的过程是这样的：用户的家庭PC机呼叫某一个Internet服务供应商的路由器，然后就好像一台全功能的Internet主机那样工作。
这种操作方法与“在PC机和路由器之间的连接也随之被终止。
图4-7演示了家庭PC机呼叫Internet服务供应商的情形。
图中的调制解调器被显示在计算机的外部，这样可以强调它的角色的重要性，现代的计算机大都使用内置的调制解调器。
Internet供应的办公室图4-7 一台家庭个人计算机成为一台Internet机无论是从路由器到路由器的租用线路的连接，还是从主机到路由器的拨号连接，在线路上都需要某一种点到点的数据链路协议，来完成成帧、错误控制以及本章中我们学习过的其他的数据链路层功能。
在Internet中使用的数据链路协议称为PPP，现在我们来讨论该协议。
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传输介质
物理线路 数据链路
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《计算机网络》第4章 数据链路层
注意： （1）物理线路是传输介质与通信设备构成的，连接双 方的物理层，实现比特流的传输。 （2）没有采用差错控制机制的物理线路传输比特流是 会出错的。设计数据链路层目的就是发现和纠正传输 差错问题。数据链路是由实现协议的硬件、软件与物 理线路构成。 （3）物理线路比特流传输功能是由物理传输介质和通 信设备实现的，而数据链路功能是通过数据链路的协 议数据单元的帧头，按照数据链路层协议规定的协议 动作来实现的。
数据链路层基本概念
典型的数据链路层协议 HDLC协议 PPP协议
滑动窗口协议与帧传输效率分析
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《计算机网络》第4章 数据链路层
4.1 设计数据链路层的原因 4.1.1 差错产生与差错控制方法 •在物理线路上传输数字信号存在差错。 误码率：二进制比特在数据传输过程中被传错的概率。 普通电话线不采取差错控制时平均误码率高于计算机 网络要求的，不能满足要求。 •设计数据链路层的主要目的是在有差错的物理线路的 基础上，采取差错检测、差错控制与流量控制等方法 ，将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路，向 网络层提供高质量的数据传输服务。 •从参考模型的角度来看，物理层以上的各层都有改善 数据传输质量的责任，数据链路层是最重要的一层。
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标准CRC生成多项式G（x）
• CRC-12 G（x）= x12+x11+x3+x2+x+1
• CRC-16
• CRC-CCITT • CRC-32
G（x）= x16+x15+x2+1
G（x）= x16+x12+x5+1 G（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+ x10 +x8+x7+x5+x4 + x2+x+1
R(x)
1 0 0 1
发送数据 比特序列
CRC校验码 比特序列
带CRC校验码的 发送数据比特序列
•将乘积f(x ).xk用生成多项式G(x) 比特序列去除，按模二法（异或）：1 0 0 1 1
1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0
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《计算机网络》第4章 数据链路层
4.1.2 差错产生的原因和差错类型
信源 物理线路 数据 噪声 数据+噪声 (a)噪声对数据传输的影响 1 1 0 0 1 1
信宿
•传输差错：通过物理线路传输之后接收数据与发送数 据不一致的现象。 •差错是不可避免的。
噪声 传输数据 0 1 0 0 0 1 0 1 0
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• 链路管理 数据链路的建立、维持和释放 • 帧同步 数据链路层传输单位为帧，帧同步指接受方应能从收到 的比特流中正确地判断出一帧的开始位和结束位。 • 流量控制 链路出现拥塞或接受方来不及接收时，应控制发送方的 数据发送速率 • 差错控制 发现与纠正传输错误 • 帧的透明传输 不管传输数据是什么样的组合，都应当能在链路上传送 • 寻址 20 保证每一帧能传送到正确的目的结点
第4章 数据链路层
本章学习要求：
•理解：数据传输过程中差错产生的原因与性质。 •掌握：误码率的定义与差错控制方法。 •掌握：数据链路层的基本概念。 •了解：数据链路层协议的分类方法。 •掌握：典型的数据链路层协议—HDLC与PPP协议。
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《计算机网络》第4章 数据链路层
本章知识点结构
差错产生与差错控制方法
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CRC校验码的检错能力
• • • • • 能检查出全部单个错； 能检查出全部离散的二位错； 能检查出全部奇数个错； 能检查出全部长度小于或等于k位的突发错； 能以[1-（1/2）K-1]的概率检查出长度为（k+1）位的突 发错； • 如果k=16，则该CRC校验码能全部检查出小于或等于 16 位的所有的突发差错，并能以1-（1/2）16-1=99.997 ％的概率检查出长度为17位的突发错，漏检概率为 0.003%；
实际发送: f(x)
.
x + R(x)
R'(x)= R(x) 接收正确 R'(x)≠ R(x) 接收错误
数据字段 校验字段 f(x)
.
x
k
+ R(x) 发送
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《计算机网络》第4章 数据链路层
CRC校验的工作原理： • 任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅 为‘0’和‘1’取值的多项式一一对应。 • 例如：发送数据比特序列为10111，其对应的多项式为 f(x)=x4+x2+x+1. • 生成多项式为事先约定好的，如：G(x)=x4+x3+1；则对 应G(x)的二进制代码为: 11001 • f(x)﹒xk，k为生成多项式的最高幂值，即生成多项式 用二进制表示的位数-1。上例k=4=5-1。表示将发送数 据比特序列左移k位，用来存放余数。 • f(x)﹒xk/G(x),得到余数R(x) • 将f(x)﹒xk+R(x)作为整体，发送到接收端。 • 接收端用接收到的数据f′(x)采用相同的算法，去除 G(x),得到余数R′（x）。如果R′（x）等于 R(x)，表示 发送没有出错。 13
信宿
ACK NAK
正确ACK 错误NAK
反馈信号 控制器
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《计算机网络》第4章 数据链路层
4.2 数据链路层的基本概念
4.2.1 物理线路与数据链路 • 物理线路：一般指点对点的线路段，中间无交换 结点 • 数据链路：实现协议或规程的硬件、软件与物理 线路共同构成
计算机 Modem Modem 计算机
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比较： • 纠错码能自动纠正错误，但实现困难， 在一般通信场合不易采用。 • 检错码需通过重传机制达到纠错目的， 但工作原理简单，实现容易。
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常用的检错码
• 奇偶校验码 垂直奇（偶）校验 水平奇（偶）校验水平 水平垂直奇（偶）校验（方阵码） 特点：方法简单，但检错能力差，只用于通信 要求较低的环境。 • 循环冗余编码CRC 目前应用最广的检错码编码方法之一
差错产生的过程如图：
数据信号 与噪声信号 叠加后的波形 采样时间 接收数据 原始数据 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0
出错的2位 (b)差错产生过程示意图
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《计算机网络》第4章 声: 由传输介质导体的电子热运动产生。 特点：时刻存在，幅度较小，强度与频率无关， 频谱很宽。 是一种随机噪声，由其引起的差错是随机差错。 (2)冲击噪声： 由外界电磁干扰引起。 •特点：幅度较大，是引起传输差错的主要原因。 •其引起的传输差错是一种突发差错。
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（2）非平衡配置的数据传送方式
正常响应模式（normal response mode，NRM） • 主站可以随时向从站传输数据帧； • 从站只有在主站向它发送命令帧进行探询（poll），从 站响应后才可以向主站发送数据帧。 异步响应模式（asynchronous response mode，ARM）
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《计算机网络》第4章 数据链路层
4.3.2 数据链路的配置和数据传送方式
主站 从站 数据链路的配置 • 非平衡配置 主站发出命令 从站发出响应 • 平衡配置 (a)点—点连接 1、非平衡配置 从站 （1）结构： • 主站：控制数据链路的工作过程。主站发出命令 从站 主站 • 从站：接受命令，发出响应，配合主站工作 结构分类： 从站 • 点-点方式 • 多点方式 主站发出命令 从站发出响应 (b)点—多点连接
•通信过程中产生的传输差错是由随机差错和突 发差错共同构成的。
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《计算机网络》第4章 数据链路层
4.1.3 误码率的定义
• 误码率定义：
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，Ne为被传错的比特数 N为传输的二进制比特总数
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应注意的几个问题：
• 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。
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《计算机网络》第4章 数据链路层
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4.2.4 数据链路层协议的分类 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。 数据链路层协议可以分为两类：面向字符型与面向比 特型。 面向字符型的协议利用已定义好的一种标准字编码的 一个子集来执行通信控制功能.典型的面向字符型数 据链路层协议是二进制同步通信（BSC）协议。 面向字符型协议有三个明显缺点：一是不同类型计算 机的控制字符可能不同；二是不能实现“透明传输” ；三是协议效率低。 典型的面向比特型协议有HDLC与PPP协议。
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4.1.4 检错码与纠错码
差错控制：如果在通信信道传输数据的过程中产生 差错，能够自动检测出错误并进行纠正的方法。 差错控制的两种策略： •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。
•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。
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4.1.6 差错控制机制 接收端通过检错码检查数据帧是否出错，一旦发现 错误，通常采用反馈重发（ARQ)方法来纠正。 •实现机制如图：