实验二：数 据 链 路 层 实 验 - 天津电子信息职业技术学院

实验二：数据链路层实验1、实验目的z掌握数据链路层协议机制，理解数据链路层的主要功能（如链路管理、帧同步、流量控制、差错控制、寻址等）在程序中如何体现的，以及协议三要素（语法、语义、同步）是如何反映到数据链路层软件的设计中的；z掌握对协议数据单元的分析方法；z掌握数据链路层的主要功能及通信特点；z学习实现网络协议的初步技能；2、实验内容基本内容：（1）熟悉OSILITE.EXE的操作：z通过“监控”菜单打开各层的监控窗口；z通过“手动”菜单打开各层的手动操作窗口；z在不同窗口之间切换；z使用Alt+E清除当前监控窗口内容；z使用Alt+S发送当前手动操作窗口内容；z通过菜单项“文件”Æ“保存桌面”保存所有打开窗口；z通过菜单项“文件”Æ“装载桌面”恢复所有打开窗口；（2）观察、分析帧类型和基本时序关系：z在直接连接的两台计算机之间确定发送方和接收方，在发送计算机上打开针对特定数据链路层实体的手工操作窗口和监控窗口，在接收方计算机上打开针对特定数据链路层实体的监控窗口，要注意端口的匹配；z操作发送方计算机，在两台计算机之间传送帧；观察并对比两台计算机上接收帧的情况，分析不同帧之间的时序关系；（3）观察、分析协议的排错机制：z在直接连接的两台计算机之间确定发送方和接收方，在发送计算机上打开针对特定数据链路层实体的手工操作窗口和监控窗口以及针对相应物理层实体的监控窗口，在接收方计算机上打开针对特定数据链路层实体的监控窗口以及针对相应物理层实体的监控窗口，要注意端口的匹配；z在发送方计算机上，通过菜单项“文件”Æ“误码仿真”，设置较高的误码仿真率；z操作发送方计算机，在两台计算机之间传送帧；对比接收方计算机上物理层实体和数据链路层实体的接收情况，分析数据帧出错情况；观察并对比两台计算机上接收帧的情况，分析数据帧出错时的恢复机制；z在发送方计算机上，通过菜单项“文件”Æ“误码仿真”，修改发送方计算机的仿真误码率为0；在接收方计算机上，设置较高的仿真误码率；z操作发送方计算机，在两台计算机之间传送帧；对比发送方计算机上物理层实体和数据链路层实体的接收情况，分析应答帧出错情况；对比两台计算机上接收帧的情况，分析数据帧出错时的恢复机制；3、实验要求基本要求：在实验报告中应包括以下内容：z记录实验基本情况，包括选用计算机、连接的端口、确定的发送方和接收方等；z记录未设置误码仿真率时的帧的传送情况；分析并记录有哪种类型的帧，以及相互应答的关系；z记录不同误码仿真设置时帧的传送情况和相应物理层实体接收情况；在记录中寻找以下类型的错误：数据帧错、数据帧丢失、确认帧丢失；根据实验情况说明这些错误如何被恢复；z思考并回答：在数据帧错时，程序中有没有处理“否认帧”？说明如何得到你的结论，并分析程序如何对数据帧错进行处理以及这种处理方式的利弊。

扩展要求：z记录实验中连续多个数据帧发送全过程中在发送方与接收方计算机物理层和网络层监控窗口中显示的帧并分析每一帧的含义；z 结合实验说明两台计算机之间建立连接的过程，以具体的实例加以说明；4、实验步骤及分析：z 按照上一个物理层实验中计算机的拓扑连接方法完成三台计算机之间的连接，在完成连接的过程中注意三台计算机相互连接时使用的端口； z 打开网络实验软件OSILITE.EXEz 通过“监控”菜单打开物理层和数据链路层的监控窗口；通过“手动”菜单打开数据链路层的手动操作窗口；在主机A 、C 上要打开手动操作数据链路层实体1、监控物理层实体1、监控数据链路层实体1，在主机B 上要打开手动操作数据链路层实体1、2、监控物理层实体1、2。

两个网络层与两个数据链路层实体的手动及监控窗口分别对应计算机的两个串行通信口。

实验中的主机A 、C 由于只用到了COM1，所以只须打开与COM1相关的监控和手动窗口，而主机B 的COM1和COM2分别用于连z 接主机A 、C ，所以主机B 要打开与COM1和COM2相关的监控和手动窗口。

z 熟悉窗口的操作，包括清除和发送窗口中的内容；在清除监控窗口的内容时，只要选中要清除的窗口按Alt+E 组合键即可。

z 在连接的三台计算机之间，分别在主机A 、主机B 、主机C 的数据链路层两个手动操作窗口发送以该主机名开头的字符数据（如：从主机A 发送的字符串应该是字母“A ” 为开头像“A12345”，这样便于分清每一台主机接收到的数据帧是从另外哪一台主机发送的。

）观察由一台主机发送数据后，在另外两台主机的两个数据链路层监控窗口显示的接收情况；观察在两台主机之间连续发送多个数据后，两台主机的数据链路层监控窗口中出现的帧的类型和结构；分析两台主机在发送数据的过程中彼此接收到的帧，结合监控窗口中显示的帧，简述两台主机交换数据的过程；z 详细说明：在主机A 与B 之间发送数据，在发送方主机A 的手动操作数据链路层实体1窗口键入“A12345”，然后单击发送按钮进行发送。

然后在接收方主机B 的监控数据链路层实体1就会显示收到由主机A 发送来的帧，按照数据链路层协议的内容，具体的传送过程为：（1）发送数据之前首先要在两台主机之间建立连接，因此主机A数据链路层实体首先向主机B的数据链路层实体发送一个连接请求帧，在监控窗口中显示为{01111110，2，11000000，…. ，10111100}。

其中“01111110”为数据链路层帧结构中的标志字段用于界定一个帧的开始；“2”为长度字段用于表示这一帧之中包括控制字段、数据字段、帧校验序列的长度，因为CONN帧的数据数据字段为空所以长度字段为2；“11000000”是控制字段，其中的每一位二进制数都有其特定的含义，并以此来完成数据链路层的控制。

控制字段的开头一至两位用于表示帧的类型，“11”表示这是一个无编号帧，后面的“000000”根据无编号帧的约定表明这是一个请求连接帧。

控制字段之后是数据字段，对于无编号帧和监控帧（控制字段以“10”开头）数据字段是空的。

只有数据帧（控制字段以“0”开头）的数据字段包含有用户发送的数据。

最后是帧校验序列，实验中的帧校验是通过水平奇偶校验实现的，校验的范围是从帧长度字段至数据字段。

（2）主机B在收到请求连接帧已后，响应请求向主机A发送一个无编号确认帧UA。

在主机A监控数据链路层实体1将会显示出｛01111110，2，11000011，….10111111｝，其中“11000011”控制字段表示这是UA无编号确认帧。

（3）主机A在收到UA确认帧后完成了连接的建立并开始传送数据，将带有字符数据“A12345”的数据帧发送给主机B，在主机B的监控数据链路层实体1窗口中将会显示出这一个数据帧。

具体的显示结果是{01111110，8，00000000，“A12345”，00100110}，其中的帧长度包括了控制字段、数据字段、帧校验序列共8个字节，所以是8。

控制字段开头的“0”表示这是一个数据帧，其后的三位“000”是发送序号，表示这是第0号数据帧，最后的三位“000”是接收序号，表示主机A 希望接收主机B 的数据帧的发送序号。

通常这一数值用于确认已接收的数据帧。

（4） 主机B 在接收到这一数据帧后需要向主机A 发出确认信息，但是主机没有需要发给主机A 的数据帧，所以不能将确认信息捎带给主机A ，于是主机B 就向主机A 发出一个监督帧RR 接受就绪帧{01111110，2，10000001，….，11111101}确认接收到的数据帧。

z 在主机A 上，通过菜单项“文件”Æ“误码仿真”，设置主机A 的误码仿真率为1000或其他小于5000的数值；然后在主机A 的手动操作数据链路层实体1向主机B 发送以字母A 开头的字符数据如“A12345”；对比设置误码仿真率前后，接收方和发送方计算机上物理层实体和数据链路层实体的接收情况，分析数据帧出错情况；观察并对比两台计算机上接收帧的情况，分析数据帧出错时的恢复机制；本网络实验环境在数据链路层的差错控制使用回退式的自动请求重发机制，所以在传送中出错的帧将被放弃，由发送方重发该帧，直到帧校验通过。

由于本实验中采用的检错方式为水平奇偶校验，所以如果同时出现两位出错的情况下将无法检测出来。

因此在刚才的实验中结果，既由主机A 发送的字符“A12345”在主机B 接收到的可能是“A12345”也可能是其他在二进制代码上与“A12345”出现两位代码不同的任何字符。

z 在主机B 上，通过菜单项“文件”Æ“误码仿真”，设置主机B 的误码仿真率为2000或更高的小于5000的任一数值，并将主机A的误码仿真率恢复设置为0；在主机B 的手工操作数据链路层实体1窗口向主机A 发送以字母B 开头的字符数据如“B12345”；对比接收方和发送方计算机上物理层实体和数据链路层实体的接收情况，分析数据帧出错情况；仿照刚才的实验观察并对比两台计算机上接收帧的情况，分析数据帧出错时的恢复机制；z 在主机A 与主机B 上，通过菜单项“文件”Æ“误码仿真”，将误码仿真率设置成其他的在0—5000之间的任何数值；在两台计算机之间传送帧；对比接收方和发送方计算机上物理层实体和数据链路层实体的接收情况，分析数据帧出错情况；观察并对比两台计算机上接收帧的情况，分析数据帧出错时的恢复机制；z 与上面的实验相同在主机B 与主机C 之间重复刚才的实验；观察传送的结果并分析接收到的数据与发送的数据的出错情况，体会本实验系统的差错检测方法的特点，分析有可能检测不到的错误种类；。