计算机网络技术12
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➢ 数据链路层为物理链路上提供可靠的数据传输。 ➢ 局域网的数据链路层协议有以太网、令牌总线、令牌
环网等。 ➢ 广域网数据链路层协议有PPP、HDLC等。
数据链路层功能
7
应用层
6
表 示层
5
会 话层
4
传输层
3
网络 层
2
数据链路层
1
物理 层
数据链路层
Computer Network Technology
差错控制功能
（2）go-back-n ARQ
基于滑动窗口流量控制技术，发送方可以连续发送若干个数据帧。若没有错误发生，接收 方发回一个RR响应，若检测到有错误的帧，则发送一个负响应REJ，丢弃这一帧及其后接收 到的所有帧，直到重新接收到正确的帧，因此发送方要在收到REJ后重新发送出错帧及其后的 所有帧。
帧同步功能
数据链路层
Computer Network Technology
比特填充的首尾定界符法
用一组特定的比特序列，如：01111110来标志一帧的开头和结束。 为了不使信息位中出现的该特定模式被误判为帧的首尾标志，可以采用 “0”比特填充法来解决。 “0”比特填充法：在传送的数据信息中每遇到5个连续的1在其后加“0”
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Technology
链路管理功能
链路管理功能主要用于面向连接的服务。在链路两端的节点进行通信 前，必须确认对方已处于就绪状态，并交换一些必要的信息对帧的序号初 始化，然后才能建立连接，在传输过程中还要维持该连接。如果出现差错， 需要重新初始化，重新自动建立连接，传输完毕要释放连接。数据链路层 连接的建立、维持和释放称作链路管理。
帧同步功能
数据链路层
Computer Network Technology
总结
目前，使用较普遍的是后两种方法。在字节计数法中，“字节计 数”字段十分重要，它一旦出错，就会失去帧尾的位置，特别是其错误 值变大时不但会影响本帧，而且会影响随后的帧，造成灾难性的后果， 所以必须采取措施来保证它不会出错。比特填充的方法优于字符填充的 方法。违例编码法不需要任何填充技术，但它只适于采用了冗余编码的 特殊编码方法。
例如：10110111111001111100在网络中传送时表示为： 01111110 1011011111010011111000 01111110
接收端在收到数据后再将5个连续的1后面的0去掉，还原出数据。
帧同步功能
数据链路层
Computer Network Technology
违法编码法
在物理层采用特定的比特编码方法时采用。比如说，采用曼彻斯 特编码方法时，将数据比特1编码成高--低电平对，而将数据比特0编码 成低--高电平对。高--高或低--低电平对在数据比特的编码中都是违法的， 可以借用这些违法编码的序列来定界帧的开始和结束。
流量控制技术
数据链路层
Computer Network Technology
滑动窗口流量控制技术
如果允许发送方在停止并等待确认前发送多个数据分组，则可以加速数据的传 输，提高网络吞吐量。
滑动窗口协议的基本原理就是在任意时刻，发送方都维持了一个连续的允许发 送的帧的序号，称为发送窗口；同时，接收方也维持了一个连续的允许接收的帧的 序号，称为接收窗口。发送窗口和接收窗口的序号的上下界不一定要一样，甚至大 小也可以不同。不同的滑动窗口协议窗口大小一般不同。发送方窗口内的序列号代 表了那些已经被发送但是还没有被确认的帧，或者是那些可以被发送的帧。
定时间内没收到确认则重发这一帧。 • 响应丢失。接收方正确收到数据帧并返回响应，但在传输过程中响应帧遭到破
坏导致发送方在规定时间内没有收到响应，发送方重发这帧数据，接收方收到 后，根据帧编号判断该帧数据已经接收，则重发这帧数据的响应给发送方。
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Technology
帧同步功能
数据链路层
Computer Network Technology
字节计数法
用一个特殊字段来表示一帧的开始，再用一个字符计数字段标明帧 内字符数。接收端根据帧开始的位置和这个计数值确定该帧的结束位置 和下一帧的开始位置。
帧同步功能
数据链路层
Computer Network Technology
滑动窗口原理—接收方
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Technology
差错控制功能
常见差错： ➢ 帧出错 ➢ 帧丢失
发送方
Internet
接收方
• 接收方收到错误帧丢弃 • 计时器设定时间内没收到响应
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Technology
数据链路层
Computer Network Technology
Thank you
这种技术一方面因连续发送数据帧而提高了效率，但另一方面，在重传时又必须把原来已 正确传输的数据帧进行重传（仅因之前的一个数据帧出错），这种做法又使传输效率降低。由 此可见，若传输信道的传输质量很差因而误码率较大时，它不一定优于停--等协议。
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Technology
两种流量控制技术——
➢ 停—等流量控制技术 ➢ 滑动窗口流量控制技术
数据链路层
Computer Network Technology
流量控制技术
数据链路层
Computer Network Technology
停—等流量控制技术
停—等流量控制技术原理是发送端发送一帧数据后就停止发送，等待接收端返 回该帧的确认才能发送下一帧。这种流量控制技术仅适用于传输少量大的帧的情况。
实际往往需要把这些大的数据块分成多个小块，通过发送多个帧来完成大的数 据的传输。否则，将带来如下问题： 帧越大，所需的接收缓冲器就越大。 一个帧的传输时间越长，就越容易出错，出错后需重发整个帧。 一个站占用介质时间越长，其他站的发送延迟就越长。
由于同时只能有一个帧在链路上传输，链路利用率低，因此这种方式不再合适。
数据链路层简介
1
数据链路层功能
2
数据链路层
Computer Network Technology
数据链路层
Computer Network Technology
数据链路层简介
数据链路层简介
数据链路层
Computer Network Technology
➢ 数据链路层是OSI参考模型的第二层，在物理层基础 上向网络层提供服务。
差错控制功能
（3）selective-reject ARQ
基于滑动窗口流量控制技术。当接收方发现某帧出错后，其后送来的正确的帧虽然 不能立即递交给接收方的高层，但可以收下来，存放在一个缓冲区中，同时要求发送方 重新传送出错的那一帧。一旦收到重新传来的帧后，就可以将已存于缓冲区中的其余帧 一并按正确的顺序递交高层。显然，选择重发减少了浪费，效率更高，但要求接收方有 足够大的缓冲区空间，而且还要有一定的逻辑功能，能够把重传的帧插入到正确的位置。 对于发送方来说，也需要较复杂的逻辑功能使得帧可以不按顺序号发送。
差错控制功能
差错控制主要采用自动重发请求（ARQ）技术。ARQ主要有3种标准，即停—等 ARQ、退回n（go-back-n）ARQ和选择重发（selective-reject）ARQ。
（1）停—等ARQ 基于停—等流量控制技术，发送一帧确认一帧。传输过程的两种错误： • 发送错误。接收方用检错技术检查出帧有错并丢弃，发送方启动定时器，在规
➢ 帧同步功能
➢ 流量控制功能 ➢ 差错控制功能 ➢ 链路管理功能
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Leabharlann echnology帧同步功能
概念：帧同步是指能够从接收到的比特流中明确地区分出数据帧的 起始与终止的地方。
常见帧同步的方法有： ➢ 字节计数法 ➢ 字符填充的首尾定界符法 ➢ 比特填充的首尾定界符法 ➢ 违法编码法
数据链路层功能
流量控制功能
在没有发生传输错误的情况下， 数据帧按帧序号发送，接收端按顺序 接收，只是有不同程度的延迟。右图 即为正常情况下的帧传输模型。
数据链路层
Computer Network Technology
1 2 3 4 5 6
发送时间
1 2
3 4
t
5
6
接收时间
数据链路层功能
流量控制功能
帧序号取决于帧序号字段的位数，假设该字段为3位，则帧序号为0~7共8个，7 以后再从0开始。
流量控制技术
数据链路层
Computer Network Technology
滑动窗口流量控制技术
下面看一个例子：假设帧编号为0~7，发送窗口和接收窗口最大为6
已发送并确认的帧
发送窗口
… … 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Technology
流量控制功能
流量控制的作用是控制相邻两节点之间数据链路上的信息流量，使发送端 发送数据的能力不大于接收端接收数据的能力，使接收端在接收前有足够的缓 冲存储空间接收每一个字符或帧。也就是确保发送实体不会使接收实体发生数 据溢出。
帧发出后窗口向内收缩
接收响应后窗口向外扩展
滑动窗口原理--发送方
流量控制技术
滑动窗口流量控制技术
数据链路层
Computer Network Technology
已接收并返回响应的帧
接收窗口
… … 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0
接收帧后窗口向内收缩
发出响应后窗口向外扩展
字符填充的首尾定界符法
在每一帧的开头使用ASCII字符DLESTX，在帧末尾使用ASCII字符 DLEETX。但是，如果在帧的数据部分也出现了DLESTX和DLEETX，则接 收端会错误判断帧边界。为了不影响接收端对帧边界的正确判断，可以采用 填充转义字符DLE的方法。如果发送端在帧的数据部分遇到DLE，就在其前 面再插入一个DLE，从而使数据部分的DLE成对出现。若在接收端遇到两个 连续的DLE，则认为是数据部分，并删除一个DLE。
环网等。 ➢ 广域网数据链路层协议有PPP、HDLC等。
数据链路层功能
7
应用层
6
表 示层
5
会 话层
4
传输层
3
网络 层
2
数据链路层
1
物理 层
数据链路层
Computer Network Technology
差错控制功能
（2）go-back-n ARQ
基于滑动窗口流量控制技术，发送方可以连续发送若干个数据帧。若没有错误发生，接收 方发回一个RR响应，若检测到有错误的帧，则发送一个负响应REJ，丢弃这一帧及其后接收 到的所有帧，直到重新接收到正确的帧，因此发送方要在收到REJ后重新发送出错帧及其后的 所有帧。
帧同步功能
数据链路层
Computer Network Technology
比特填充的首尾定界符法
用一组特定的比特序列，如：01111110来标志一帧的开头和结束。 为了不使信息位中出现的该特定模式被误判为帧的首尾标志，可以采用 “0”比特填充法来解决。 “0”比特填充法：在传送的数据信息中每遇到5个连续的1在其后加“0”
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Technology
链路管理功能
链路管理功能主要用于面向连接的服务。在链路两端的节点进行通信 前，必须确认对方已处于就绪状态，并交换一些必要的信息对帧的序号初 始化，然后才能建立连接，在传输过程中还要维持该连接。如果出现差错， 需要重新初始化，重新自动建立连接，传输完毕要释放连接。数据链路层 连接的建立、维持和释放称作链路管理。
帧同步功能
数据链路层
Computer Network Technology
总结
目前，使用较普遍的是后两种方法。在字节计数法中，“字节计 数”字段十分重要，它一旦出错，就会失去帧尾的位置，特别是其错误 值变大时不但会影响本帧，而且会影响随后的帧，造成灾难性的后果， 所以必须采取措施来保证它不会出错。比特填充的方法优于字符填充的 方法。违例编码法不需要任何填充技术，但它只适于采用了冗余编码的 特殊编码方法。
例如：10110111111001111100在网络中传送时表示为： 01111110 1011011111010011111000 01111110
接收端在收到数据后再将5个连续的1后面的0去掉，还原出数据。
帧同步功能
数据链路层
Computer Network Technology
违法编码法
在物理层采用特定的比特编码方法时采用。比如说，采用曼彻斯 特编码方法时，将数据比特1编码成高--低电平对，而将数据比特0编码 成低--高电平对。高--高或低--低电平对在数据比特的编码中都是违法的， 可以借用这些违法编码的序列来定界帧的开始和结束。
流量控制技术
数据链路层
Computer Network Technology
滑动窗口流量控制技术
如果允许发送方在停止并等待确认前发送多个数据分组，则可以加速数据的传 输，提高网络吞吐量。
滑动窗口协议的基本原理就是在任意时刻，发送方都维持了一个连续的允许发 送的帧的序号，称为发送窗口；同时，接收方也维持了一个连续的允许接收的帧的 序号，称为接收窗口。发送窗口和接收窗口的序号的上下界不一定要一样，甚至大 小也可以不同。不同的滑动窗口协议窗口大小一般不同。发送方窗口内的序列号代 表了那些已经被发送但是还没有被确认的帧，或者是那些可以被发送的帧。
定时间内没收到确认则重发这一帧。 • 响应丢失。接收方正确收到数据帧并返回响应，但在传输过程中响应帧遭到破
坏导致发送方在规定时间内没有收到响应，发送方重发这帧数据，接收方收到 后，根据帧编号判断该帧数据已经接收，则重发这帧数据的响应给发送方。
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Technology
帧同步功能
数据链路层
Computer Network Technology
字节计数法
用一个特殊字段来表示一帧的开始，再用一个字符计数字段标明帧 内字符数。接收端根据帧开始的位置和这个计数值确定该帧的结束位置 和下一帧的开始位置。
帧同步功能
数据链路层
Computer Network Technology
滑动窗口原理—接收方
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Technology
差错控制功能
常见差错： ➢ 帧出错 ➢ 帧丢失
发送方
Internet
接收方
• 接收方收到错误帧丢弃 • 计时器设定时间内没收到响应
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Technology
数据链路层
Computer Network Technology
Thank you
这种技术一方面因连续发送数据帧而提高了效率，但另一方面，在重传时又必须把原来已 正确传输的数据帧进行重传（仅因之前的一个数据帧出错），这种做法又使传输效率降低。由 此可见，若传输信道的传输质量很差因而误码率较大时，它不一定优于停--等协议。
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Technology
两种流量控制技术——
➢ 停—等流量控制技术 ➢ 滑动窗口流量控制技术
数据链路层
Computer Network Technology
流量控制技术
数据链路层
Computer Network Technology
停—等流量控制技术
停—等流量控制技术原理是发送端发送一帧数据后就停止发送，等待接收端返 回该帧的确认才能发送下一帧。这种流量控制技术仅适用于传输少量大的帧的情况。
实际往往需要把这些大的数据块分成多个小块，通过发送多个帧来完成大的数 据的传输。否则，将带来如下问题： 帧越大，所需的接收缓冲器就越大。 一个帧的传输时间越长，就越容易出错，出错后需重发整个帧。 一个站占用介质时间越长，其他站的发送延迟就越长。
由于同时只能有一个帧在链路上传输，链路利用率低，因此这种方式不再合适。
数据链路层简介
1
数据链路层功能
2
数据链路层
Computer Network Technology
数据链路层
Computer Network Technology
数据链路层简介
数据链路层简介
数据链路层
Computer Network Technology
➢ 数据链路层是OSI参考模型的第二层，在物理层基础 上向网络层提供服务。
差错控制功能
（3）selective-reject ARQ
基于滑动窗口流量控制技术。当接收方发现某帧出错后，其后送来的正确的帧虽然 不能立即递交给接收方的高层，但可以收下来，存放在一个缓冲区中，同时要求发送方 重新传送出错的那一帧。一旦收到重新传来的帧后，就可以将已存于缓冲区中的其余帧 一并按正确的顺序递交高层。显然，选择重发减少了浪费，效率更高，但要求接收方有 足够大的缓冲区空间，而且还要有一定的逻辑功能，能够把重传的帧插入到正确的位置。 对于发送方来说，也需要较复杂的逻辑功能使得帧可以不按顺序号发送。
差错控制功能
差错控制主要采用自动重发请求（ARQ）技术。ARQ主要有3种标准，即停—等 ARQ、退回n（go-back-n）ARQ和选择重发（selective-reject）ARQ。
（1）停—等ARQ 基于停—等流量控制技术，发送一帧确认一帧。传输过程的两种错误： • 发送错误。接收方用检错技术检查出帧有错并丢弃，发送方启动定时器，在规
➢ 帧同步功能
➢ 流量控制功能 ➢ 差错控制功能 ➢ 链路管理功能
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Leabharlann echnology帧同步功能
概念：帧同步是指能够从接收到的比特流中明确地区分出数据帧的 起始与终止的地方。
常见帧同步的方法有： ➢ 字节计数法 ➢ 字符填充的首尾定界符法 ➢ 比特填充的首尾定界符法 ➢ 违法编码法
数据链路层功能
流量控制功能
在没有发生传输错误的情况下， 数据帧按帧序号发送，接收端按顺序 接收，只是有不同程度的延迟。右图 即为正常情况下的帧传输模型。
数据链路层
Computer Network Technology
1 2 3 4 5 6
发送时间
1 2
3 4
t
5
6
接收时间
数据链路层功能
流量控制功能
帧序号取决于帧序号字段的位数，假设该字段为3位，则帧序号为0~7共8个，7 以后再从0开始。
流量控制技术
数据链路层
Computer Network Technology
滑动窗口流量控制技术
下面看一个例子：假设帧编号为0~7，发送窗口和接收窗口最大为6
已发送并确认的帧
发送窗口
… … 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0
数据链路层功能
数据链路层
Computer Network Technology
流量控制功能
流量控制的作用是控制相邻两节点之间数据链路上的信息流量，使发送端 发送数据的能力不大于接收端接收数据的能力，使接收端在接收前有足够的缓 冲存储空间接收每一个字符或帧。也就是确保发送实体不会使接收实体发生数 据溢出。
帧发出后窗口向内收缩
接收响应后窗口向外扩展
滑动窗口原理--发送方
流量控制技术
滑动窗口流量控制技术
数据链路层
Computer Network Technology
已接收并返回响应的帧
接收窗口
… … 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0
接收帧后窗口向内收缩
发出响应后窗口向外扩展
字符填充的首尾定界符法
在每一帧的开头使用ASCII字符DLESTX，在帧末尾使用ASCII字符 DLEETX。但是，如果在帧的数据部分也出现了DLESTX和DLEETX，则接 收端会错误判断帧边界。为了不影响接收端对帧边界的正确判断，可以采用 填充转义字符DLE的方法。如果发送端在帧的数据部分遇到DLE，就在其前 面再插入一个DLE，从而使数据部分的DLE成对出现。若在接收端遇到两个 连续的DLE，则认为是数据部分，并删除一个DLE。