最新《计算机网络教学资料》第4章数据链路层
计算机网络 教学日历
教学日历（按章节划分）：
第五章：网络层
第七章：应用层
第九章：路由器配置和应用
第十章：网络安全技术
拓展学习（按学习活动划分）：
注：拓展学习以学生自学为主，提供讲义及学习资源，无教师视频课件。
授课方式：
（1）授课教师网络教学课件（拓展学习以学生自学为主，无教师视频课件）；
（2）电子版教学讲义，授课教师PPT讲义；
（3）纸质教材和参考书籍、参考网站；
（4）教学光盘、辅导光盘；
（5）课程教学flash动画演示、实验演示、虚拟实验工具等资源；
（6）课程相关经典案例分析与下载，各类网络案例和标准文档下载；
（7）名家讲堂，提供国内外网络名人介绍及视频资源在线观看和下载；
（8）常见问题集，常用工具下载等；
（9）课程设计优秀作业展示及下载；
（10）课程资源库，包括问答库、知识库、配置命令库、案例库、习题库等；
（11）在线答疑系统、论坛系统、学习小组系统、作业管理系统、短消息系统。
计算机网络课件第四章 数据链路层
2019/2/5
4
计算机网络技术与应用简明教程
清华大学出版社
4.1网络互连概述
4.1.1 网络互连的目的 • 扩大资源共享的范围 • 降低成本 • 提高安全性 • 提高可靠性
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计算机网络技术与应用简明教程
清华大学出版社
4.1.2 网络互连的层次及相关设备
• 中继器（Repeater）：工作在物理层在电缆之间 逐个复制二进制位bit。 • 桥接器（Bridge）：工作在链路层在LAN之间存 储和转发帧frame。 • 路由器（Router）：工作在网络层在不同的网络 之间存储和转发分组。 • 协议转换器（Gateway）：工作在三层以上，实 现不同协议的转换。
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计算机网络技术与应用简明教程
清华大学出版社
万维网服务器 100Mbps
以太网交换机 路由器 100Mbps
100Mbps 电子邮件服务器 集线器 集线器 集线器 10base- T
图4-4 用以太网交换机扩展局域网
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计算机网络技术与应用简明教程
清华大学出版社
计算机网络技术与应用简明教程
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第四章 网络互联技术
教学目标 教学重点 教学过程
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计算机网络技术与应用简明教程
清华大学出版社
教学目标
• • • • 掌握几种网络互连设备的功能和工作原理 掌握IP地址与子网掩码的概念 了解无分类编址CIDR 熟悉路由选择协议RIP、BGP的特点
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计算机网络技术与应用简明教程
清华大学出版社
交换机的数据传递工作原理： 当交换机从某一节点收到一个帧时（广播帧除外）， 将对地址表执行两个动作， （1）检查该帧的源MAC地址是否已在地址表中，如 果没有，则将该MAC地址加到地址表中，这样以后 就知道该MAC地址在哪一个节点； （2）是检查该帧的目的MAC地址是否已在地址表中， 如果该MAC地址已在地址表中，则将该帧发送到对 应的节点即可，如果该MAC地址不在地址表中，则 将该帧发送到所有其它节点（源节点除外），相当于 该帧是一个广播帧。
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
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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)
《计算机网络基础》课程标准
计算机网络基础课程标准（计算机应用专业适用 72学时）一、课程性质与任务计算机网络基础课程是中等职业学校网络技术专业的专业基础课程，是计算机网络技术专业的导入课程。
本课程的任务是：本课程以培养学生能独立自主完成以使学生掌握网线制作、网络设备操作与管理任务为目标，与其他学习领域一同构成学生在计算机网络行业中相关岗位就业所具备的知识和技能，是计算机网络技术专业学生的必修课之一。
该课程主要是为培养学生将来能面向综合布线、网络管理员等岗位的计算机网络基础理论知识和动手能力的培养。
根据中等职业教育的培养目标，使学生深入了解未来所要从事的行业以及企业岗位工作内容，为深入学习和掌握计算机网络基础理论知识和操作技能打下基础，通过工学结合、校企合作的任务驱动型项目教学活动，以较强的职业针对性，最终培养从事面向综合布线、网络管理员等职业的素质和技能，并具备从事相关岗位的职业能力和可持续发展能力。
二、课程教学目标1. 使学生进一步了解、掌握计算机网络基础知识，提高学生计算机网络技术等方面的技能，使学生初步具有利用计算机解决学习、工作、生活中常见问题的能力。
2. 使学生能够根据职业需求运用计算机，体验利用计算机技术获取信息、处理信息、分析信息、发布信息的过程，逐渐养成独立思考、主动探究的学习方法，培养严谨的科学态度和团队协作意识。
3. 使学生树立知识产权意识，了解并能够遵守社会公共道德规范和相关法律法规，自觉抵制不良信息，依法进行信息技术活动。
三、教学内容结构本课程的教学内容由基础模块、职业模块两个部分构成。
1. 基础模块（不含*号部分）是各专业学生必修的基础性内容和应该达到的基本要求；*号部分是为适应不同地区、不同对象的教学要求而设立的内容，学校可根据具体情况进行选择。
2. 职业模块为限定选修内容，是结合基础模块进行的计算机综合应用能力训练。
职业模块旨在提升学生在工作、生活中应用计算机的能力，教学中可根据需要选择内容。
计算机网络 《第4章 数据链路层》 讲解
校验码 编码器
发送装置
接收装置
校验码 译码器
信宿
传
输
存储器
信
道
反馈信号 控制器
反馈信号 控制器
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《计算机网络》第4章 数据链路层
反馈重发机制的分类
• 停止等待方式
发送端
1
2
2
3
ACK
NAK
ACK
接收端
1
2
2
3
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《计算机网络》第4章 数据链路层
连续工作方式 • 拉回方式
• 选择重发方式
重传 发送端 0 1 2 3 4 5 2 3 4 5 6
4.2 数据链路层的基本概念
4.2.1 物理线路与数据链路 • 线路 — 链路 • 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
4.2.2 数据链路控制
• 链路管理 • 帧同步 • 流量控制 • 差错控制 • 帧的透明传输 • 寻址
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。
数据传输，而不需要得到对方复合站的许可。
30
《计算机网络》第4章 数据链路层
数据链路的平衡配置方式
31
《计算机网络》第4章 数据链路层
4.4.3 HDLC的帧结构
标志字段F 地址字段A 控制字段C
(8位)
(8/16位) (8/16位)
信息字段I (长度可变)
帧校验字段FCS 标志字段F
(16/32位)
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 垂直奇（偶）校验（方阵码）
• 循环冗余编码CRC 目前应用最广的检错码编码方法之一
第4章数据链路层基础与应用PPT课件
2020/11/15
第4章 数据链路层基础与应用
7
4.2 差错控制技术
（1）检错法
① 检错法与检错码。 ②检错法的特点：通过“检错码”检错，通过“重传机制”纠正差错。
（2）纠错法（又称为正向纠错法）
① 纠错法与纠错码。 ② 纠错法的特点：使用纠大量的“附加位”。 ③ 适用场合适用于：第一，没有反向信道，无法发回ACK或NAK信息的 场合。第二，线路传输时间长，要求重发不经济的场合。
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4.2 差错控制技术
1. 什么是差错？
收到的数据与原来发送的数据不一致的现象称为“传 输差错”。
2. 差错的分类与差错出现的可能原因
（1）热噪声差错:是由传输介质的内部因素引起的差 错。 （2）冲击噪声差错：是由外部因素引起的差错。
3. 无差错传输通常采用的两种控制技术
在差错控制技术中，通常包括“差错的检查”和“差 错的纠正”两个主要内容。
第4章 数据链路层基础与应用
4
4.1 数据链路层的基本概念
（3）数据链路层的协议：IEEE 802、ATM、帧中继等。
5. 数据链路层的设备与部件
最常见的产品有网卡、网桥和第2层交换机。
2020/11/15
第4章 数据链路层基础与应用
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4.2 差错控制技术
2020/11/15
第4章 数据链路层基础与应用
2. 数据链路层使用的两种通信信道类型
位于OSI模型或TCP/IP模型的低层。在应用中，会遇到两种信 道类型：广播通信信道和点-点通信信道；使用不同信道的网 络，数据链路层的处理就会不同。
（1）广播式的通信信道
① 确定使用广播信道的通信对象； ② 解决多结点争用公用通信信道的问题。
计算机网络-吴功宜(第三版)课后习题解答(第1-4章)
计算机网络-清华版_吴功宜(第三版)课后习题解答(第1-4章)第一章计算机网络概论 P421.请参考本章对现代Internet结构的描述，解释“三网融合〞开展的技术背景。
答：基于Web的电子商务、电子政务、远程医疗、远程教育，以与基于对等结构的P2P网络、3G/4G与移动Internet的应用，使得Internet 以超常规的速度开展。
“三网融合〞实质上是计算机网络、电信通信网与电视传输网技术的融合、业务的融合。
2.请参考本章对Internet应用技术开展的描述，解释“物联网〞开展技术背景。
答：物联网是在Internet技术的根底上，利用射频标签、无线传感与光学传感等感知技术自动获取物理世界的各种信息，构建覆盖世界上人与人、人与物、物与物的智能信息系统，促进了物理世界与信息世界的融合。
3.请参考本章对于城域网技术特点的描述，解释“宽带城域网〞开展技术背景。
答：宽带城域网是以IP为根底，通过计算机网络、播送电视网、电信网的三网融合，形成覆盖城市区域的网络通信平台，以语音、数据、图像、视频传输与大规模的用户接入提供高速与保证质量的效劳。
4.请参考本章对WPAN技术的描述，举出5个应用无线个人区域网络技术的例子。
答：家庭网络、平安监控、汽车自动化、消费类家用电器、儿童玩具、医用设备控制、工业控制、无线定位。
5..请参考本章对于Internet核心交换、边缘局部划分方法的描述，举出身边5种端系统设备。
答：PDA、智能手机、智能家电、无线传感器节点、RFID节点、视频监控设备。
7.长度8B与536B的应用层数据通过传输层时加上了20B的TCP报头,通过网络层时加上60B的IP分组头，通过数据链路层时加上了18B的Ethernet帧头和帧尾。
分别计算两种情况下的数据传输效率。
〔知识点在：P33〕解：长度为8B的应用层数据的数据传输效率：8/(8+20+60+18)×100%=8/106×100%=7.55%长度为536B的应用层数据的数据传输效率：536/(536+20+60+18)×100%=536/634×100%=84.54%8.计算发送延时与传播延时。
【大学课件】本科网络课程讲义：数据链路层(PPT,50页)
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海明编码
海明在1950年提出一种编码来纠正单比特错的 编码。该编码是将码字内的位从左到右依次编 号，编号为2的幂的位是校验位（如第1，2，4， 8…），其余为信息位。
每个校验位的取值应使得包括自己在内的一些 集合服从规定的奇偶性。
集合的选取如下：
6=2+4，7=1+2+4
2 （3，6，7，10，11） 校验位1不满足偶
9=1+8，10=2+8 11=1+2+8
4 （5，6，7） 8 （9，10，11）
校验，而其他校 验位都满足，则 第1位出错，… 18
4.2.2检错码
在实际通信中使用纠错码好还是检错码好呢？
例题：假设一个信道误码率是10-6，且出错是 孤立产生的（即只有单比特错），数据块长度 为1000比特，如果采用纠错编码，需要10个校 验位（210>1011），传送1M数据需要10000个 校验位；如果采用检错编码，每个数据块只需 一个奇偶校验位，传送1M数据只需1000个校 验位和一个重传的数据1001位，共需要2001比 特。
由于需要反馈，且帧的发送和反馈是严格交替 进行的，所以一般采用半双工信道。
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有噪音信道所涉及的问题
进一步考虑实际的会出错的信道，帧既可能损坏（接收端可通过校验检查 出错误），也可能完全丢失。
发送端仍通过接收端的反馈来决定怎么做。但由于帧会丢失，发送端可能 收不到反馈的确认帧，因此发送端必须引入超时机制（time out），即增加 一个定时计数器，在一定时间后对没有确认的帧进行重发，也称作ARQ （Automatic Retransmit reQuest）。
谢希仁计算机网络第五版(第4章)课后习题答案
第4 章网络层4-01网络层向上提供的服务有哪两种？试比较其优缺点。
答案：虚电路服务和数据报服务。
虚电路的优点：虚电路服务是面向连接的，网络能够保证分组总是按照发送顺序到达目的站，且不丢失、不重复，提供可靠的端到端数据传输；目的站地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号，使分组的控制信息部分的比特数减少，减少了额外开销；端到端的差错处理和流量控制可以由分组交换网负责，也可以由用户机负责。
虚电路服务适用于通信信息量大、速率要求高、传输可靠性要求高的场合。
虚电路的缺点：虚电路服务必须建立连接；属于同一条虚电路的分组总是按照同一路由进行转发；当结点发生故障时，所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作。
数据报的优点：数据报服务不需要建立连接；每个分组独立选择路由进行转发，当某个结点发生故障时，后续的分组可以另选路由，因而提高了通信的可靠性。
数据报服务的灵活性好，适用于传输可靠性要求不高、通信子网负载不均衡、需要选择最佳路径的场合。
数据报的缺点：数据报服务是面向无连接的，到达目的站时不一定按发送顺序，传输中的分组可能丢失和重复，提供面向无连接的、不可靠的数据传输；每个分组都要有目的站的全地址；当网络发生故障是，出故障的结点可能会丢失数据，一些路由可能会发生变化；端到端的差错处理和流量控制只由主机负责。
4-02网络互连有何实际意义？进行网络互连时，有哪些共同的问题需要解决？答案：网络互连暗含了相互连接的计算机进行通信，也就是说从功能上和逻辑上看，这些相互连接的计算机网络组成了一个大型的计算机网络。
网络互连可以使处于不同地理位置的计算机进行通信，方便了信息交流，促成了当今的信息世界。
存在问题有：不同的寻址方案；不同的最大分组长度；不同的网络介入机制；不同的超时控制；不同的差错恢复方法；不同的状态报告方法；不同的路由选择技术；不同的用户接入控制；不同的服务（面向连接服务和无连接服务）；不同的管理与控制方式；等等。
计算机网络第4章
帧中继网络
– 体系结构 – 用户数据传输 – 呼叫控制
3 Chapter 4 Frame Relay
分组交换网络
基本技术与20世纪70年代网络采用的技术基 本上是相同的
实现长途数据通信少数有效的技术之一 帧中继和ATM是分组交换方式的变种 被直接应用到了因特网上 优点:
第二部分 高速网络
简要论述一些高速网络技术（包括 广域网技术和局域网技术），这些技术 是构成当代信息网络的基础。
第4章：帧中继 第5章：异步转移模式 第6章：高速局域网
1 Chapter 4 Frame Relay
第4章
帧中继
2 Chapter 4 Frame Relay
内容介绍
分组交换网络
19 Chapter 4 Frame Relay
帧中继网络的背景(续)
设计目的是消除X.25加于端用户系统和分组 交换网上的很多额外开销 – 逻辑连接的复用和交换发生在第2层而非第 3层，因此省去了整个一层的处理 – 没有逐跳的流量控制和差错控制 – 呼叫控制信令在一个单独的逻辑链接上与 用户数据分开传送(带外信令)
可以实现数据率的转换 在通信量变得很大时，分组仍然被接收，
但是它交付时延会增加(电路交换网中 一些呼叫会被阻塞) 可以使用优先级
9 Chapter 4 Frame Relay
与电路交换相比的缺点
一个分组通过每个分组交换网结点时会 产生额外的时延(传输、处理和排队时 延)
抖动: 分组时延的变化，某些实时应用 不希望存在抖动
28 Chapter 4 Frame Relay
帧中继呼叫控制
数据传输包括以下几个阶段:
– 在两个端点之间建立一个逻辑连接，并且 给这个连接分配一个唯一的DLCI
计算机网络第8版课件-第4章-网络层
多播地址
C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节
E 类地址 1 1 1 1
保留为今后使用
计算机网络 (第 8 版)
重复和失序（不按序到达终点），也不保证分组传送的时限。 由主机中的运输层负责可靠的通信。
计算机网络 (第 8 版)
数据报服务
应用层 运输层
H1
网络层
数据链路层
物理层
IP 数据报
丢失
H2
应用层
运输层
网络层
数据链路层
物理层
H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送
计算机网络 (第 8 版)
虚电路服务与数据报服务的对比
10000000 00001010 00000010 00000011 128.10.2.3
10000000 10000000 11111111 00000000 128.128.255.0
计算机网络 (第 8 版)
IP 地址采用 2 级结构
2 级结构 2 个字段：网络号和主机号
IP 地址 ::= { <网络号>, <主机号>}
网络层的几个重要概念 网际协议 IP
IP 层转发分组的过程 网际控制报文协议 ICMP
IPv6 互联网的路由选择协议
IP 多播 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT
多协议标记交换 MPLS 软件定义网络 SDN 简介
计算机网络 (第 8 版)
4.1 网络层的几 个重要概念
4.1.1 4.1.2
另一种观点：网络提供数据报服务 互联网采用的设计思路： 网络层要设计得尽量简单，向其上层只提供简单灵活的、无连接的、
尽最大努力交付的数据报服务。 网络在发送分组时不需要先建立连接。 每一个分组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不
计算机网络谢希仁课件第04章
第 4 章 数 据 链 路 层
计 算 机 网 络
第 4 章 数 据 链 路 层
教
程
计 算 机 网 络
第 4 章 数 据 链 路 层
4.3.3 信道利用率与最佳帧长
数据帧长的选择与信道质量的好坏有很大的关系。
教
程
计 算 机
4.4 选择重传ARQ协议
第 4 章 为进一步提高信道的利用率，可设法只重传出现 数 据 链 路 层
第 4 章
教
程
数 图4-3(a)画的是数据在传输过程中不出差错的情况。 据 链 当发现差错时，结点B就向主机A发送一个否认帧 路 NAK，以表示主机A应当重传出现差错的那个数据帧。 层 图4-3(b)画出了主机A重传数据帧。
计 算 机 网 络
有时链路上的干扰很严重，或由于其他一些原因，
结点B收不到结点A发来的数据帧。这种情况称为帧丢
失，如图4-3(c)所示。于是就出现了死锁现象。 要解决死锁问题，可在结点A发送完一个数据帧时，
第 4 章 数 据 链 路 层
就启动一个超时计时器(timeout timer)。若到了超时计
时器所设置的重传时间tout而仍收不到结点B的任何确 认帧，则结点A就重传前面所发送的这一数据帧，如 图4-3(c)和图4-3(d)所示。一般可将重传时间选为略大 于“从发完数据帧到收到确认帧所需的平均时间”。
4.2.6
停止等待协议中的几个重要时
间关系
第 4 章 数 据 链 路 层
络
示。
教
程
计 算 机 网 络
第 4 章 数 据 链 路 层
教
程
计 算 机 网 络
4.3 连续ARQ协议
4.3.1 连续ARQ协议的工作原理
《计算机网络》课程教案
《计算机网络》课程教案计算机网络课程教案课程目标通过本课程的研究，学生将会掌握以下知识和技能：- 理解计算机网络基础概念和原理，包括网络拓扑结构、传输协议、网络安全等。
- 掌握 OSI七层模型，复用/分用技术等。
- 理解网络编程，设计简单的网络应用程序。
- 知道最新网络技术和发展趋势。
教学大纲第一章计算机网络概述- 计算机网络的发展、功能、分类与重要性。
- 计算机网络的体系结构、拓扑结构、通信方式和分类。
- OSI/RM和TCP/IP网络模型。
第二章物理层- 物理层概述，物理层提供的服务。
- 传输介质，数字传输系统，模拟传输系统。
- 调制与解调、编码与解码、数据传输的基本原理。
- 信道复用技术，传输介质的高级技术。
第三章数据链路层- 数据链路层概述，数据链路层提供的服务。
- 帧的概念，MAC协议，CSMA/CD协议和轮流协议。
- 环路拓扑结构，ATM网络，令牌环网技术。
- 数据链路层的流量控制与错误控制。
第四章网络层- 网络层概述，网络层提供的服务。
- 网络层的组网方法，IP协议，路由选择算法和协议。
- 网络地址层次结构，子网化，NAT技术。
- 网络层的差错控制和流量控制。
第五章运输层- 运输层概述，运输层提供的服务，运输层实体间的逻辑通信结构。
- TCP的基本概念、工作流程、可靠连接实现、流量控制，滑动窗口协议原理。
- UDP的基本概念和工作原理。
- 运输层拥塞控制与质量服务（QoS）。
第六章应用层- 应用层概述，应用程序的体系结构，客户/服务器程序的体系结构。
- 基于TCP/IP协议的应用层协议。
- 分布式系统技术，数据库技术和Web技术。
- 构建网络应用程序模型和实践。
教学方法本课程采用多种教学方法，包括：- 理论讲授：通过教师的讲授和自学，研究网络基础概念和原理。
- 实验教学：通过实践操作，巩固理论知识，提高学生的实践能力。
实验包括网络拓扑结构设计和搭建、网络安全实验、网络应用程序开发等。
网络 第四章数据链路层汇总PPT课件
4.2 停止等待协议
• 理想的链路：
• 链路很可靠，数据帧不会出错与丢失；
• 不管发送方以多快的速率发送，接收方都能 来得及接收而保证不丢失数据帧。
• 此时不需要链路层协议。 主机
节点A
主机
节点B
链帧帧路层
链路层
停止等待协议
不可靠的链路导致可能出现的情况：
• 数据帧出错（噪声干扰） • 数据帧不能到达（链路错误） • 接收溢出（结点差异） • 数据帧重复（链路阻塞）
• ⑻if (data_r=ACK) vs=1-vs ,goto ⑵ {正确}
• ⑼if (data_r=NAK) goto ⑷ {出错重传}
• ⑽if (time_out( )=1) goto ⑷ {超时重传}
停止等待协议接收算法
• ⑴vr←0 {接收序号初始化} • ⑵data_r=recive( ) • ⑶if (data_r=null) goto ⑵ {等待接收} • ⑷if CRC(data_r) send(NAK),data_r=null,
• 链路管理 链路的建立、维持与释放。
• 帧同步 保证接收方能从比特流中分离出数据帧
• 流量控制 协调发送方与接收方同步工作
• 差错控制 接收方能检验出有错误的帧，并采取相 应措施。
数据链路层功能
• 透明传输 数据链路层并不关心所传数据内容，按 一定规则能从帧中区分数据与控制信息。
• 寻址 在多点连接时保证帧被准确送达目的节 点。
数据链路层差错控制
解决“数据帧出错”方法：
• 可对欲发送的帧进行差错编码，接收方 通过差错校验，可判断出接收的数据帧 是否发生错误。如果接收错误，就向发 送方发送一出错标识帧，称为否认帧 NAK，通知发送方重新传送原数据帧。
计算机网络课件：第4章 数据链路层
2021年4月
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数据链路层类似数字管道
•在两个对等的数据链路层之间的连线称为数 字管道，其上传输的数据单位是帧。
结点
帧
帧
结点
2021年4月
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4.1.1 组帧(成帧技术)
帧(frame)是数据链路层的信息传输单位，由于计算 机网络的数据交换方式是分组交换，所以帧是分组在 数据链路层的具体体现，它包括按协议规定划分好的 数据部分、发送和接收站点的地址以及处理控制部分。
帧同步（定界）指接收方能从接收到的比特流中准 确地区分出一帧的开始和结束位置。
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循环冗余编码
下面用一个例子来说明CRC检错方法。 （1）发送数据比特序列为110011（6比特）。 （2）生成多项式比特序列为11001（5比特，）。 （3）将发送数据比特序列乘以24，那么产生的乘积应
为1100110000。 （4）将乘积用生成多项式比特序列去除，则得到：
G(x)
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4.1.1 组帧(成帧技术)
违规编码法不需要任何填充技术便能实现透 明性，但它只适用于采用冗余编码的环境。
由于字节计数法中计数字段的脆弱性和字符 填充实现上的复杂性和不兼容性，目前较普遍 使用的帧同步法是带填充位的首尾标志法和物 理层编码违例法。
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4.1.2 差错控制
网络层和数据链路层之间的通信使用了标准的OSI服务 原语：请求(request)，指示(indication)，响应 (response),证实(confirm)。
计算机网络-第4章习题
第4章习题答案一、填空题:1、若利用划分子网的方法将一个B类IP地址划分为12个子网，则至少需要从主机号中借___4____个比特来做子网号。
2、在TCP/IP协议族中，实现从IP地址到MAC地址的子协议是__ARP___ 。
3、对一个A类网进行子网划分，如果需要30个子网，则子网掩码是__255.248.0.0__________________，如果要划分成31个子网，则子网掩码是__255.252.0.0______________。
(除去全0和全1的子网)4、若一个A类网络的子网掩码为255.240.0.0，则它由__14______个子网组成。
(除去全0和全1的子网)5、若一台计算机的IP地址为128.1.147.6，子网掩码为255.255.240.0，则此计算机所在子网的网络号为___128.1.144.0___________。
6、IP地址长度在Ipv4中为_32__比特,而在Ipv6中则为_128_ 比特。
7、Internet的IP地址由__网络号____标识符和__主机号_______标识符两部分组成。
8、按IP地址分类，地址：160.201.68.108属于_B___类地址。
9、进行子网划分后，路由表中每条记录都包括目的网络地址、_子网掩码_____和下一跳地址三项。
10、C类IP地址最高三个比特位,从高到低依次是_110___B类IP地址最高二个比特位,从高到低依次是_10___11、为IP分组选择转发路径的过程被称为_路由选择_______，是网络层的主要任务。
12、路由器是工作在__网络__________层的网络互联设备，使用它互联的两个局域网的___物理_________层、___数据链路_________层和___网络_________层的协议可以是不同的，但___网络层_________以上的高层必须使用相同的协议。
二、单项选择1、160.101.3.56是（B）IP地址。
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4.2.4差错控制编码
原理：
编码：在向信道发送数据前，先按照某种关系将信息位加 上一定的冗余位（r位），构成一个码字再发送。
校验：接收端收到码字后查看信息位和冗余位，并检查它 们之间的关系，以发现传输过程是否有差错发生。
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2.差错控制的方式
2、前向纠错 前向纠错方法(FEC)是由发送数据端发出能纠错的编码， 接收端收到这些编码后便进行检测，当检测出差错后自动纠正 差错。
信
纠错码
发
前向信道
接
送
收
纠错码
信
源
编码器
器
器
编码器
宿
噪音源
图 FEC方法原理图
优点：不需要反馈信道，也不存在由于反复重发而延误时间 ，实时性好。
❖ 生成多项式P(x)
➢ 发方、收方事前商定； n次(n+1位)
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4.2.1 帧定界
❖ 帧定界(framing)就是确定帧的界限。
帧开始 帧首部
从这里开始发送
IP 数据报 帧的数据部分
MTU 数据链路层的帧长
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帧结束 帧尾部
用控制字符进行帧定界的方法举例
帧开始符
SOH
发送在前
装在帧中的数据部分 帧
帧结束符
EOT
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4.2.2 透明传输
出现了“EOT” 完整的帧 数据部分
❖ 如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字 符前面插入一个转义字符。当接收端收到连续的 两个转义字符时，就删除其中前面的一个。
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用字节填充法解决透明传输的问题
帧开始符
SOH
ESC
原始数据
EOT
ESC
帧结束符
SOH
EOT
字节填充
字节填充
字节填充
字节填充
SOH
发送 在前
ESC z
ESC y
ESC z
信源 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
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2.差错控制的方式
❖ 反馈纠错 ❖ 前向纠错 ❖ 混合纠错 ❖ 反馈检验
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2.差错控制的方式
1、反馈重发检错方法
ESC x
EOT
经过字节填充后发送的数据
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4.2.3 差错控制
1、差错的产生
在数据通信过程中，由于信号的衰减、噪音的干扰，通信线 路上的数据信号与干扰信号叠加在一起，会造成接收端接收 到发生差错的数据。我们把通过通信信道后接收的数据与发 送数据不一致的现象称为传输差错，通常简称为差错。
01011010010 01011010010
检错码：能自动发现差错的编码。 纠错码：不仅能发现差错，且能自动纠错。
编码效率R：码字中信息位(k位）所占的比例。 R=k/n=k/(k+r)
是衡量编码性能好坏的一个重要参数 编码效率越高，则信道中用来传送信息码元的有效利
用率越高。
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4.2.4 检错码与纠错码
❖ 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。
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。
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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。
❖ 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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常用的检错码
❖ 奇偶校验码 垂直奇（偶）校验 水平奇（偶）校验
水平垂直奇（偶）校验（方阵码） ❖ 循环冗余编码CRC
目前应用最广的检错码编码方法之一
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循环冗余检验的原理
▪ 循环冗余码 一般说来，纠错码的编码效率总不及检错码的
编码效率，因而在通信中用得较多的还是检 错码和ARQ方式。奇偶校验码作为一种检 错码虽然简单，但是漏检率太高。 ▪ 在计算机网络和数据通信中，用得最广泛 的检错码是一种漏检率低也便于实现的循环 冗余码CRC(Cyclic Redundancy Code)。
SOH
EOT
EOT
被接收端 误认为是一个帧
发送在前
被接收端当作无效帧而丢弃
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解决透明传输问题
❖ 发送端的数据链路层在数据中出现控制字符 “SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符 “ESC”(其十六进制编码是 1B)。
❖字节填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)——接收端的数据链路层在将数据送往 网络层之前删除插入的转义字符。
反馈重发检错方法又称自动请求重发（ARQ）方法,它是由 发送端发出能够检测错误的编码，接收端依据检错码的编码规 则进行判断。检测出差错后通过反馈信道告诉发送端重新发送 数据，直到无差错为止。发送端信源源自校验码 编辑器发送装置
传
输
存储器
信
反馈信号
道
控制器
接收端
接收装置
校验码 编辑器
信宿
反馈信号 控制器
图 反馈重发纠错的实现机制
缺点：附加的监督码较多，传输效率低，纠错设备比检错设 备复杂。
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2.差错控制的方式
3、混合纠错 它是反馈纠错和前向纠错两种方式的结合。发送 端的码字不仅有检错能力，而且还具有一定的纠 错能力。接收端收到码字后，译码器首先检验错 误情况，如果在码的纠错能力以内，则自动纠错 ；如果超过了码的纠错能力，接收端通过反馈信 道命令发送端重发来纠正错误。
《计算机网络教学资料》第 4章数据链路层
数据链路层
数据链路层使用的信道主要有以下两种类型： ❖ 点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通
信方式。 ❖ 广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方
式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主 机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来 协调这些主机的数据发
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❖ 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
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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