第5章 数据链路层

2.HDLC帧结构 (1) 标志字段
数据链路层要解决帧同步问题。帧同步是指 如何从接收到的比特流中正确判断一个帧开 始和结束的位置。 HDLC规定在一个帧开头的第一个字节和结 尾的最后一个字节的特殊标记。 标志字段就是帧的开始与结束的标记，它的 值是“011111110”这个特定的比特序列 “0”比特插入/删除方法规定是用来防止传 输帧的比特序列中出现与标志字段相同的比 特序列 26
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 链路管理，即数据链路的建立、维护和释放 帧的封装拆装和同步。 流量控制 差错控制 顺序控制 将数据和控制信息分开 透明传输 寻址等
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5.1 数据链路层的服务与功能
5.1.3 数据链路层的分层结构 IEEE 802系列标准中，数据链路层分为 逻辑链接控制（Logical Link Control， LLC ）子层， LLC 子层的主要工作是 控制信号交换、数据流量控制（ Data Flow Control），解释上层通信协议传 来的命令并且产生响应，以及克服数据 在传送的过程中所可能发生的种种问题 媒 体 访 问 控 制 （ Medium Access Control ， MAC ） 子 层 。 MAC 子 层 是 制定如何使用传输媒体的通信协议
发送端 0 1 2 3 4 5 6 3 4 5 6 7
接收端 ACK0 发送端 0
0
1
2
3
4
5
6
3
4
5
6
7
ACK1 ACK2 1 2 3
NAK
ACK3 ACK4 (a)拉回方式 5 6 3 7 8 9 10
4
接收端 ACK0
0
1
2
3
4
5
6
3
7
8
9
10
ACK1 NAK ACK5 ACK3 ACK2 ACK4 ACK6 ACK7 丢弃 (b)选择重发方式
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5.2 差错控制
5.2.2 差错产生的原因和差错类型 进行差错控制是分析差错产生的原因和 类型，研究检查是否出现差错以及如何 纠正差错 差错的产生过程
数据通过通信信道的过程 是数据传输过程中噪声的影响
通信信道的噪声分为两类：热噪声和冲 击噪声 冲击噪声是由外界电磁干扰引起的，它 是引起传输差错的主要原因
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5.3 数据链路层协议实例
(2) 平衡配置 数据链路的平衡配置方式如下图
复合 站发 出命 令或 响应
复合 站发 出命 令或 响应
复合站
复合站
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5.3 数据链路层协议实例
2. HDLC帧结构 数据链路层的数据传输以帧为单位，帧 也可以理解为数据链路协议数据单元。 HDLC的帧结构具有固定的格式 HDLC帧结构如下图。
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5.2 差错控制
2. 自动请求重发分类
自动请求重发纠错实现方式有两种： 停止等待方式 连续工作方式 停止等待方式工作原理如下图
发送端 1
A CK
2
NAK
2
A CK
3
接收端
1
2
2
3
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5.2 差错控制
2. 自动请求重发分类
连续工作方式分二类：拉回方式和选择重发方式 拉回方式和选择重发方式工作原理如下图
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G f x
5.2 差错控制
1. CRC检测工作原理 CRC工作原理是
将要发送的数据比特序列当作一个多项式f(x) 的系数 在发送端用收发双方预先约定的生成多项式 G(x)去除，求得一个余数多项式。 将余数多项目加到数据多项式后发送到接收 端。 在接收端用同样的生成多项式G(x)去除接收 数据多项式f’(x)，得到计算余数多项式。 如果计算余数多项式与接收余数多项式相同， 表示传输无差错；否则，表示传输有差错， 由发送方重发数据，直到正确为止。
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5.3 数据链路层协议实例
5.3.1 HDLC 数据链路层的作用是使原始的有差错的物 理线路成为无差错的数据链路。 数据链路层协议有两类：
面向字符型 面向比特型
面向字符集协议有两个主要缺点
使用不同字符集的两台计算机很难利用字符型 协议进行通信 控制字符的编码不能在用户数据中出现。 17
5.3 数据链路层协议实例
3. 信息帧 (1)发送序号与接收序号
如果控制字段的第1位的值是“0”，则该帧为信 息帧 N(S)表示当前发送的信息帧的序号 N(R)表示该站已正确接收序号为N(R)-1的帧及 以前各帧，通知发送站应发送序号为N(R)的帧
(2)探询/终止位
5.2.4 循环冗余校验 现在计算机网络中广泛应用的差错 检 测 技 术 是 循 环 冗 余 检 测 (Cyclic Redundancy Check, CRC)编码。 CRC 编 码 也 称 为 多 项 式 编 码 (Polynomial Code) ，因为要发送的 比特串可以被看作系统是0或1的一个 多项式。
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5.1 数据链路层的服务与功能
5.1.1 数据链路层的基本服务 数据链路层的基本服务是将源端机器 的网络层数据传输到目的端机器网络 层。 数据链路层可以提供的服务类型主要 有三种 ① 无确认无连接服务 ② 有确认无连接服务 ③ 面向连接的服务
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5.1 数据链路层的服务与功能
5.1.2 数据链路层的主要功能 数据链路层的基本功能是向网络层提供透明 的和可靠的数据传送服务 数据链路层的主要功能
5.3 数据链路层协议实例
2.HDLC帧结构 (2) 地址字段 地址字段的长度是8位的整数倍 当地址字段的首位是“1”时表示地址字 段为8位。 当首位为“0”时，表示地址字段长度为 16位。 HDLC可以标识多于256个地址。 如果地址字段为全“1”时，表示广播地 址，这就意味着网中所有站都要接收该帧。
5.3 数据链路层协议实例
2.HDLC帧结构 (3) 控制字段 三中类型帧的控制字段结构如下图
b0 信息帧(I) 监控帧(S) 无编号帧(U) 0 1 1 0 1 b1 b2 N(S) 监控 未分配 b3 b4 P/F P/F P/F b5 b6 N(R) N(R) N(R) b7
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5.3 数据链路层协议实例
5.3 数据链路层协议实例
5.3.1 HDLC 1. 数据链路配置方式 在具体讨论 HDLC ，先要了解数 据链路配置方式和数据传输方式 数据链路有两种基本配置方式 非平衡配置 平衡配置
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5.3 数据链路层协议实例
(1) 非平衡配置 ① 主站与从站结构
非平衡配置的特点是一组结点根据在通 信过程中的地位分主站与从站，由主站 来控制数据链路的工作过程。 主站发出命令，从站接受命令，发出响 应，配合主站工作。非平衡配置方式。 非平衡配置又可分为两种类型： 点对点方式 多点方式
5.3 数据链路层协议实例
(2)平衡配置
平衡配置的特点是链路两端的两个站 是复合站。复合站同时具有主站与从站 的功能，因此每个复合站都可以发出命 令与响应。 平衡配置结构只有一种工作模式—异 步平衡模式(Asynchronous Balance Mode, ABM)。每个复合站都可以平等 地发起数据传输，而不需要得到对方复 合站的许可。
标志字段 地址字段 控制字段 8位 8/16位 8位 信息字段 帧校验字段 标志字段 16位 8位
可变长度
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5.3 数据链路层协议实例
2. HDLC帧结构 帧结构包括字段 (1) 标志字段 (2) (3) (4) (5) 地址字段 控制字段 信息字段 帧校验字段
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5.3 数据链路层协议实例
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5.3 数据链路层协议实例
因特网数据链路层协议主要有两种：串行线路IP协
议(Serial Line IP, SLIP)和点对点协议(Point-to-Point Protocol，PPP)。 SLIP是一种简单、有效的协议。 PPP协议是SLIP协议新的版本，它提供更快、 更有效的通信 PPP协议是一种因特网标准 PPP协议提供的功能包括 (1)基于高层数据链路控制协议(High-level Data Link Control, HDLC)的数据帧封装机 制、 (2)建立、配置、管理、测试数据链路连接和 建立、配置不同的网络层协议。
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5.3 数据链路层协议实例
2.HDLC帧结构
(3) 控制字段
控制字段的长度是8位。 它是HDLC帧中最复杂的字段，很多 重要的功能靠控制字段来实现。 根据其最前面的两个比特的取值，将 HDLC帧划分为3类
信息帧，简称为I(Information)帧 监控帧，简称为S(Supervisory)帧 无编号帧，简称为U(Unnumbered)帧 28
2.HDLC帧结构
(4) 信息字段
由于采用了“0”比特插入/删除方法，因此 信息字段允许任意的二进制比特序列的组合。 信息字段仅出现在I帧与U帧中，它是网络层 的用户数据。
(5) 帧校验字段
HDLC采用了CRC校验方式，生成多项式采 用CRC-CCITT。 CRC校验的范围是地址字段、控制字段和信 息字段。 30
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5.2 差错控制
5.2.3 差错控制策略 差错检测与校正（简称差错控制）是指 在通信信道传输比特流过程中产生的差 错，能够自动检测出错误并进行纠正。 差错控制的主要目的是减少通信信道的 传输错误，现在不能做到检测和校正所 有的差错 差错控制有如下两种策略
纠错 检错 8
5.2 差错控制
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5.2 差错控制
5.2.4 循环冗余校验
2. CRC校验过程 CRC检测的工作过程（如下图）
数据 00...0 r位 数据 CRC校验码 r位
G(x)