CH03 数据链路层资料PPT课件
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计算机网络CH3链路层ppt课件
计
第三章 数据链路层
算
– 例：卫星信道传输速率50kbps，往返传输延迟 500ms，若传1000bit的帧，若使用停等协议，则
机 传输一个帧所需时间为：
网 –发送时间 + 数据传输延迟 + 确认传输延迟〔确 络 认帧很短，可忽略发送时间）= 1000bit / 50kbps
与 + 250ms + 250ms = 520ms
与 对表示1/0，高-高/低-低电平对不表示数据，
应 可以用来做定界符。
用
留意：在很多数据链路协议中，使用字符计 数法和一种其它方法的组合。
计 算 三、 差错控制
第三章 数据链路层
机 一般方法：接收方给发送方一个反馈〔呼应）。
网 出错情况 络 与 帧〔包括发送帧和响应帧〕出错；
应 帧〔包括发送帧和响应帧〕丧失
计
第三章 数据链路层
算 • 四个多项式已成为国际标准
机 • CRC-12
= x12 + x11 + x3 + x2 + x + 1
网 • CRC-16
= x16 + x15 + x2 + 1
络 • CRC-CCITT
= x16 + x12 + x5 + 1
与 • CRC-32
应 • 硬件实现CRC校验
用 DLE STX M y
n ame
is
J o n e DLEETX
10 02 4D 79 20 6E 61 6D 65 20 69 73 20 4A 6F 6E 65 10 03
接收方一旦丢失了帧信息，只要查找DLE STX就可重新 确定帧边界
《计算机网络》课件---CH3 数据链路层
两种情况的对比(传输均无差错)
不需要流量控制
A B
需要流量控制
A B
送主机 B 送主机 B 送主机 B 时 间 送主机 B
送主机 B
送主机 B
课件制作人:谢希仁
3.2.3 实用的停止等待协议
四种情况
A B A B 出错 送 主 机 送 主 机 (a) 正常情况 tout 重 传 送 主 机 (b) 数据帧出错 重 传 送 主 机 (c) 数据帧丢失
用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算, 这相当于在 M 后面添加 n 个 0. 得到的 (k + n) bit 的数除以事先选定好的 长度为 (n + 1) bit 的数 P P,得出商是 Q 而余数是 R,余数 R 比除数 P 至少要少 1 个比特.
课件制作人:谢希仁
冗余码的计算举例
课件制作人:谢希仁
停止等待协议的要点
只有收到序号正确的确认帧 ACKn 后,才更新 发送状态变量 V(S)一次,并发送新的数据帧. 接收端接收到数据帧时,就要将发送序号 N(S) 与本地的接收状态变量 V(R) 相比较.
若二者相等就表明是新的数据帧,就收下,并发送 确认. 否则为重复帧,就必须丢弃.但这时仍须向发送端 发送确认帧 ACKn,而接收状态变量 V(R) 和确认序 号 n 都不变.
仅从数据链路层观察帧的流动
课件制作人:谢希仁
3.2 停止等待协议
3.2.1 完全理想化的数据传输
发送方 主 机 A AP1 接收方 AP2 主 机 B 高层
缓存
帧
帧 数据链路
缓存
数据链路层
课件制作人:谢希仁
完全理想化的数据传输 所基于的两个假定
假定 1: 链路是理想的传输信道,所传 送的任何数据既不会出差错也不会丢失. 假定 2: 不管发方以多快的速率发送数 2 据,收方总是来得及收下,并及时上交 主机.
第4章---数据链路层ppt课件(全)
一个n位的二进制序列，它的码多项式为： Xn-1 到 X n次多项式的系数系列。
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。
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。
3计算机网络3-数据链路层PPT课件
常常在两个对等的数据链路层之间画出 一个数字管道，而在这条数字管道上传 输的数据单位是帧。
结点
帧
帧
结点
早期的数据通信协议曾叫作通信规程
(procedure)。因此在数据链路层，规程 和协议是同义语。
2021/3/12
8
3.1.2 三个基本问题
(1) 封装成帧 (2) 透明传输 (3) 差错控制 (4) 流量控制
一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功 能。
2021/3/12
6
数据链路层传送的是帧
网络层
数据 链路层
结点 A
IP 数据报 装入
帧
物理层
1010… …0110
结点 B IP 数据报
取出 帧
1010… …0110
数据 链路层
结点 A
发送 帧
链路 (a)
链路 (b)
接收 帧
结点 B
数据链路层像个数字管道
2021/3/12
9
1. 封装成帧
封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别 添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定 帧的界限。
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
帧开始
IP 数据报
帧结束
开始 发送 帧首部
2021/3/12
帧的数据部分
MTU 数据链路层的帧长
帧尾部
10
用控制字符进行帧定界的方法举例
主机 H1
路由器 R1
电话网
局域网
路由器 R2
广域网
路由器 R3
主机 H2
局域网
H1
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
仅从数据链路层观察帧的流动
R1 网络层 链路层 物理层
结点
帧
帧
结点
早期的数据通信协议曾叫作通信规程
(procedure)。因此在数据链路层，规程 和协议是同义语。
2021/3/12
8
3.1.2 三个基本问题
(1) 封装成帧 (2) 透明传输 (3) 差错控制 (4) 流量控制
一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功 能。
2021/3/12
6
数据链路层传送的是帧
网络层
数据 链路层
结点 A
IP 数据报 装入
帧
物理层
1010… …0110
结点 B IP 数据报
取出 帧
1010… …0110
数据 链路层
结点 A
发送 帧
链路 (a)
链路 (b)
接收 帧
结点 B
数据链路层像个数字管道
2021/3/12
9
1. 封装成帧
封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别 添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定 帧的界限。
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
帧开始
IP 数据报
帧结束
开始 发送 帧首部
2021/3/12
帧的数据部分
MTU 数据链路层的帧长
帧尾部
10
用控制字符进行帧定界的方法举例
主机 H1
路由器 R1
电话网
局域网
路由器 R2
广域网
路由器 R3
主机 H2
局域网
H1
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
仅从数据链路层观察帧的流动
R1 网络层 链路层 物理层
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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”。
课件制作人：方志雄
解决重复帧的问题
使每一个数据帧带上不同的发送序号。每发送 一个新的数据帧就把它的发送序号加 1。
若结点 B 收到发送序号相同的数据帧，就表明 出现了重复帧。这时应丢弃重复帧，因为已经 收到过同样的数据帧并且也交给了主机 B。
课件制作人：方志雄
具有最简单流量控制的 数据链路层协议算法（续）
在接收结点： (1) 等待。 (2) 若收到由发送结点发过来的数据帧， 则将其放入数据链路层的接收缓存。 (3) 将接收缓存中的数据帧上交主机。 (4) 向发送结点发一信息，表示数据帧已 经上交给主机。 (5) 转到(1)。
课件制作人：方志雄
计算机网络
第 3 章 数据链路层
课件制作人：方志雄
第 3 章 数据链路层
*3.1 数据链路层的基本概念 *3.2 停止等待协议
3.2.1 完全理想化的数据传输 3.2.2 具有最简单流量控制的数据链路层协议 3.2.3 实用的停止等待协议 3.2.4 循环冗余检验的原理 3.2.5 停止等待协议的算法 3.2.6 停止等待协议的定量分析
送
失
主
重
重！
机
传
传
丢
送
弃
主
机
(c) 数据帧丢失
(d) 确认帧丢失
课件制作人：方志雄
超时计时器的作用
结点A发送完一个数据帧时，就启动一个 超时计时器(timeout timer)。
计时器又称为定时器。
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。
课件制作人：方志雄
具有最简单流量控制的 数据链路层协议算法
在发送结点： (1) 从主机取一个数据帧。 (2) 将数据帧送到数据链路层的发送缓存。 (3) 将发送缓存中的数据帧发送出去。 (4) 等待。 (5) 若收到由接收结点发过来的信息(此信息 的格式与内容可由双方事先商定好)，则 从主机取一个新的数据帧，然后转到(2)。
两种情况的对比（传输均无差错）
不需要流量控制
A
B
需要流量控制
A
B
送主机 B
送主机 B
送主机 B
送主机 B
时
间
送主机 B
送主机 B
课件制作人：方志雄
3.2.3 实用的停止等待协议
A
B
送 主 机
送
时
主
间
机
(a) 正常情况
四种情况
A
B
A
B
A
B
出错
重 传
送 主 机 (b) 数据帧出错
丢
失
tout
！
tout 丢
课件制作人：方志雄
3.2 停止等待协议
3.2.1 完全理想化的数据传输
先研究一下数据链路层的模型。
课件制作人：方志雄
数据链路层的简单模型
主机 H1 向 H2 发送数据
主机 H1
路由器 R1
电话网
局域网
路由器 R2
广域网
路由器 R3
主机 H2
局域网
H1
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
从层次上来看数据的流动
R1 网络层 链路层 物理层
R2 网络层 链路层 物理层
R3 网络层 链路层 物理层
H2
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
课件制作人：方志雄
数据链路层的简单模型 ( 续）
主机 H1 向 H2 发送数据
主机 H1
路由器 R1
电话网
局域网
路由器 R2
广域网
路由器 R3
主机 H2
局域网
H1
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
课个假定
假定 1： 链路是理想的传输信道，所传 送的任何数据既不会出差错也不会丢失。
假定 2： 不管发方以多快的速率发送数 据，收方总是来得及收下，并及时上交 主机。
这个假定就相当于认为：接收端向主机交 付数据的速率永远不会低于发送端发送数 据的速率。
课件制作人：方志雄
第 3 章 数据链路层（续）
*3.3 连续 ARQ 协议 3.3.1 连续 ARQ 协议的工作原理 3.3.2 连续 ARQ 协议的吞吐量 3.3.3 滑动窗口的概念 3.3.4 信道利用率与最佳帧长
3.4 选择重传 ARQ 协议
课件制作人：方志雄
第 3 章 数据链路层（续）
*3.5 面向比特的链路层协议 HDLC 3.5.1 HDLC 协议概述 3.5.2 HDLC 的帧结构
仅从数据链路层观察帧的流动
R1 网络层 链路层 物理层
R2 网络层 链路层 物理层
R3 网络层 链路层 物理层
H2
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
课件制作人：方志雄
3.2 停止等待协议
3.2.1 完全理想化的数据传输
发送方
主 机 AP1 A
接收方
主 AP2 机
B
高层
缓存
帧
帧
数据链路
缓存 数据链路层
常常在两个对等的数据链路层之间画出 一个数字管道，而在这条数字管道上传 输的数据单位是帧。
结点
帧
帧
结点
早期的数据通信协议曾叫作通信规程 (procedure)。因此在数据链路层，规程 和协议是同义语。
课件制作人：方志雄
数据链路层的主要功能
(1) 链路管理 (2) 帧定界 (3) 流量控制 (4) 差错控制 (5) 将数据和控制信息区分开 (6) 透明传输 (7) 寻址
课件制作人：方志雄
3.2.2 具有最简单流量控制的 数据链路层协议
现在去掉上述的第二个假定。但是，仍 然保留第一个假定，即主机 A 向主机 B 传输数据的信道仍然是无差错的理想信 道。然而现在不能保证接收端向主机交 付数据的速率永远不低于发送端发送数 据的速率。
由收方控制发方的数据流，乃是计算机 网络中流量控制的一个基本方法。
*3.6 因特网的点对点协议 PPP 3.6.1 PPP 协议的工作原理 3.6.2 PPP 协议的帧格式 3.6.3 PPP 协议的工作状态
课件制作人：方志雄
3.1 数据链路层的基本概念
链路(link)是一条无源的点到点的物理线 路段，中间没有任何其他的交换结点。
一条链路只是一条通路的一个组成部分。
数据链路(data link) 除了物理线路外，还必须 有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现 这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了 数据链路。
现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现 这些协议的硬件和软件。
一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层 的功能。
课件制作人：方志雄
数据链路层像个数字管道
但此时结点 B 还必须向 A 发送确认帧 ACK， 因为 B 已经知道 A 还没有收到上一次发过去的 确认帧 ACK。
课件制作人：方志雄
解决重复帧的问题
使每一个数据帧带上不同的发送序号。每发送 一个新的数据帧就把它的发送序号加 1。
若结点 B 收到发送序号相同的数据帧，就表明 出现了重复帧。这时应丢弃重复帧，因为已经 收到过同样的数据帧并且也交给了主机 B。
课件制作人：方志雄
具有最简单流量控制的 数据链路层协议算法（续）
在接收结点： (1) 等待。 (2) 若收到由发送结点发过来的数据帧， 则将其放入数据链路层的接收缓存。 (3) 将接收缓存中的数据帧上交主机。 (4) 向发送结点发一信息，表示数据帧已 经上交给主机。 (5) 转到(1)。
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计算机网络
第 3 章 数据链路层
课件制作人：方志雄
第 3 章 数据链路层
*3.1 数据链路层的基本概念 *3.2 停止等待协议
3.2.1 完全理想化的数据传输 3.2.2 具有最简单流量控制的数据链路层协议 3.2.3 实用的停止等待协议 3.2.4 循环冗余检验的原理 3.2.5 停止等待协议的算法 3.2.6 停止等待协议的定量分析
送
失
主
重
重！
机
传
传
丢
送
弃
主
机
(c) 数据帧丢失
(d) 确认帧丢失
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超时计时器的作用
结点A发送完一个数据帧时，就启动一个 超时计时器(timeout timer)。
计时器又称为定时器。
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。
课件制作人：方志雄
具有最简单流量控制的 数据链路层协议算法
在发送结点： (1) 从主机取一个数据帧。 (2) 将数据帧送到数据链路层的发送缓存。 (3) 将发送缓存中的数据帧发送出去。 (4) 等待。 (5) 若收到由接收结点发过来的信息(此信息 的格式与内容可由双方事先商定好)，则 从主机取一个新的数据帧，然后转到(2)。
两种情况的对比（传输均无差错）
不需要流量控制
A
B
需要流量控制
A
B
送主机 B
送主机 B
送主机 B
送主机 B
时
间
送主机 B
送主机 B
课件制作人：方志雄
3.2.3 实用的停止等待协议
A
B
送 主 机
送
时
主
间
机
(a) 正常情况
四种情况
A
B
A
B
A
B
出错
重 传
送 主 机 (b) 数据帧出错
丢
失
tout
！
tout 丢
课件制作人：方志雄
3.2 停止等待协议
3.2.1 完全理想化的数据传输
先研究一下数据链路层的模型。
课件制作人：方志雄
数据链路层的简单模型
主机 H1 向 H2 发送数据
主机 H1
路由器 R1
电话网
局域网
路由器 R2
广域网
路由器 R3
主机 H2
局域网
H1
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
从层次上来看数据的流动
R1 网络层 链路层 物理层
R2 网络层 链路层 物理层
R3 网络层 链路层 物理层
H2
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
课件制作人：方志雄
数据链路层的简单模型 ( 续）
主机 H1 向 H2 发送数据
主机 H1
路由器 R1
电话网
局域网
路由器 R2
广域网
路由器 R3
主机 H2
局域网
H1
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
课个假定
假定 1： 链路是理想的传输信道，所传 送的任何数据既不会出差错也不会丢失。
假定 2： 不管发方以多快的速率发送数 据，收方总是来得及收下，并及时上交 主机。
这个假定就相当于认为：接收端向主机交 付数据的速率永远不会低于发送端发送数 据的速率。
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第 3 章 数据链路层（续）
*3.3 连续 ARQ 协议 3.3.1 连续 ARQ 协议的工作原理 3.3.2 连续 ARQ 协议的吞吐量 3.3.3 滑动窗口的概念 3.3.4 信道利用率与最佳帧长
3.4 选择重传 ARQ 协议
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第 3 章 数据链路层（续）
*3.5 面向比特的链路层协议 HDLC 3.5.1 HDLC 协议概述 3.5.2 HDLC 的帧结构
仅从数据链路层观察帧的流动
R1 网络层 链路层 物理层
R2 网络层 链路层 物理层
R3 网络层 链路层 物理层
H2
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
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3.2 停止等待协议
3.2.1 完全理想化的数据传输
发送方
主 机 AP1 A
接收方
主 AP2 机
B
高层
缓存
帧
帧
数据链路
缓存 数据链路层
常常在两个对等的数据链路层之间画出 一个数字管道，而在这条数字管道上传 输的数据单位是帧。
结点
帧
帧
结点
早期的数据通信协议曾叫作通信规程 (procedure)。因此在数据链路层，规程 和协议是同义语。
课件制作人：方志雄
数据链路层的主要功能
(1) 链路管理 (2) 帧定界 (3) 流量控制 (4) 差错控制 (5) 将数据和控制信息区分开 (6) 透明传输 (7) 寻址
课件制作人：方志雄
3.2.2 具有最简单流量控制的 数据链路层协议
现在去掉上述的第二个假定。但是，仍 然保留第一个假定，即主机 A 向主机 B 传输数据的信道仍然是无差错的理想信 道。然而现在不能保证接收端向主机交 付数据的速率永远不低于发送端发送数 据的速率。
由收方控制发方的数据流，乃是计算机 网络中流量控制的一个基本方法。
*3.6 因特网的点对点协议 PPP 3.6.1 PPP 协议的工作原理 3.6.2 PPP 协议的帧格式 3.6.3 PPP 协议的工作状态
课件制作人：方志雄
3.1 数据链路层的基本概念
链路(link)是一条无源的点到点的物理线 路段，中间没有任何其他的交换结点。
一条链路只是一条通路的一个组成部分。
数据链路(data link) 除了物理线路外，还必须 有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现 这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了 数据链路。
现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现 这些协议的硬件和软件。
一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层 的功能。
课件制作人：方志雄
数据链路层像个数字管道
但此时结点 B 还必须向 A 发送确认帧 ACK， 因为 B 已经知道 A 还没有收到上一次发过去的 确认帧 ACK。