第三章数据链路层
计算机网络第五版课件(谢希仁编著)第三章 数据链路层
Note
Byte stuffing is the process of adding 1 extra byte whenever there is a flag or escape character in the text.
课件制作人：谢希仁
Figure 11.2 Byte stuffing and unstuffing
计算机网络（第 5 版）
第 3 章 数据链路层
课件制作人：谢希仁
第 3 章 数据链路层
3.1 使用点对点信道的数据链路层 3.1.1 数据链路和帧 3.1.2 三个基本问题 3.2 点对点协议 PPP 3.2.1 PPP 协议的特点 3.2.2 PPP 协议的帧格式 3.2.3 PPP 协议的工作状态
网络层 链路层
运输层
网络层 链路层
物理层
物理层
物理层
物理层
物理层
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3.1 使用点对点信道的数据链路层
3.1.1 数据链路和帧
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。
被接收端 被接收端当作无效帧而丢弃 误认为是一个帧 如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和SOH或EOT控制 字符一样，则数据链路层会错误地找到帧的边界，只把部分 帧手下，剩下的丢弃。
以上的传输就不是透明传输，需要解决
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解决透明传输问题
第三章数据链路层
定义：在星形拓扑中， 每个设备只与中心控 制器有点到点专用链 路。设备并不互相连 接。中心控制器通常 为集线器Hub。 HUB是一个共享设备，主要提供信号放大和中转 的功能，它把一个端口接收的所有信号向所有端 口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号加 强后重新发出，一些集线器则排列信号的时序以 提供所有端口间的同步数据通信。
连接中设备间相互关系：
对等式：设备平等地共享链路。如环形、 网状拓扑。
主从式：由一个设备控制通话而其他设备 必须通过它进行传输。如星形、树形拓扑。 总线式拓扑适合于任意一种模式。
1、Mesh Topology（网状拓扑） 定义：在网状拓扑中，设备之间实现点对点连接， 每条链路只承载所连接的两站点之 间的通信流量。
CRC是基于二进制除法的。 定义
CRC是通过在数据单元末尾附加一串循环冗余码 或循环冗余校验余数使得整个数据单元可被另一个预 定二进制数(生成函数)所整除。在传输终点，用同一 个数去除输入的数据单元。如果此时不产生余数，则 认为数据单元完全正确，接受该数据单元。有余数则 意味着该数据单元在传输过程中被破坏而拒绝该数据 单元。
余数为0， 所以码字正确。
② 因生成码共5位，所以： 冗余码有4பைடு நூலகம்，为1001 ；
信息码是：110011。
注意：
循环冗余校验CRC只能做到差错检测而不能进行 差错纠错。 循环冗余校验CRC只能做到无差错接受，即“凡 是接收端数据链路层接受的帧，都以非常接近于1的 概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。 但要使传输到接收端的帧无差错、无丢失、无重 复，按发送顺序接受，就必须加上确认和重传机制。
到达接收方的数据单元首先是数据，然后是 CRC码，接收方将整个数据串(数据+CRC码)当作 一个整体去除以用来产生CRC码的同一个除数。 如果数据串无差错到达接收方，则产生余数0， 数据单元将通过校验；如果在传输中数据单元被改 变，则除法将产生非零余数，数据单元将不能通过 校验。
数据通信与计算机网络第五版（习题答案）——第三章数据链路层
数据通信与计算机网络第五版第三章数据链路层3-1 数据链路（即逻辑链路）与链路（即物理链路）有何区别？“电路接通了”与“数据链路接通了”的区别何在？解答：所谓链路就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换结点。
在进行数据通信时，两个计算机之间的通信路径往往要经过许多段这样的链路。
可见链路只是一条路径的组成部分。
数据链路则是另一个概念。
这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输（这将在后面几节讨论）。
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。
这样的数据链路就不再是简单的物理链路而是个逻辑链路了。
“电路接通了”仅仅是物理线路接通了通信双方可以在上面发送和接收0/1比特了，而“数据链路接通了”表明在该物理线路接通的基础上通信双方的数据链路层协议实体已达成了一致并做好了在该链路上发送和接收数据帧的准备（可能互相要协商某些数据链路层参数）。
3-2 数据链路层包括哪些主要功能？试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。
解答：数据链路层的链路控制的主要功能包括：封装成帧、透明传输和差错检测，可选功能包括可靠传输、流量控制等。
在数据链路层实现可靠传输的优点是通过点到点的差错检测和重传能及时纠正相邻结点间传输数据的差错。
若在数据链路层不实现可靠传输由高层如运输层通过端到端的差错检测和重传来纠正这些差错会产生很大的重传时延。
但是在数据链路层实现可靠传输并不能保证端到端数据传输的可靠，如由于网络拥塞导致路由器丢弃分组等。
因此，即使数据链路层是可靠的，在高层如运输层仍然有必要实现端到端可靠传输。
如果相邻结点间传输数据的差错率非常低，则在数据链路层重复实现可靠传输就会给各结点增加过多不必要的负担。
3-3 网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？解答：网络适配器的作用就是实现数据链路层和物理层的功能。
适配器接收和发送各种帧时不使用计算机的CPU 。
408考研计算机网络——第三章 数据链路层
408考研计算机网络——第三章数据链路层第3章数据链路层结点：主机、路由器链路：网络中两个结点之间的物理通道，传输介质有双绞线、光纤和微波。
分为有线、无线链路数据链路：网络中两个结点之间的逻辑通道，把实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路帧：链路层的协议数据单元，封装网络层数据报功能：为网络层提供服务、链路管理、组帧、流量控制、差错控制3.1 数据链路层的功能数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。
其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路·为网络层提供服务无确认无连接服务有确认无连接服务有确认面向连接服务·链路管理即连接的建立、维持、释放（用于面向连接的服务)·组帧（帧定界、帧同步、透明传输）封装成帧：在一段数据的前后部分添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。
接收端在收到物理层上交的比特流后，根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束首部和尾部包含许多的控制信息，他们的一个重要作用：帧定界（确定帧的界限）帧同步：接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始和终止。
最大传送单元MTU：帧的数据部分的长度上限透明传输：当所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时，采取适当的措施，使收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。
保证数据链路层的传输是透明的组帧的四种方法：字符计数法、字符（节）填充法、零比特填充法、违规编码法·流量控制限制发送方的数据流量，使其发送速率不超过接收方的接受能力✳对于数据链路层：控制的是相邻两结点之间数据链路上的流量对于传输层：控制源端到目的端之间的流量·差错控制位错：循环冗余校验CRC差错控制：自动重传请求ARQ帧错：定时器、编号机制*三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测3.2 组帧·字符计数法帧首部使用一个计数字段（第一个字节，八位）来标明帧内字符数。
第三章数据链路层
第三章数据链路层重点内容（⼀）数据链路层的功能（⼆）组帧（三）差错控制1、检错编码2、纠错编码（四）流量控制与可靠传输机制1、流量控制、可靠传输与滑动窗⼝机制2、停⽌-等待协议3、后退N帧协议（GBN）4、选择重传协议（SR）⼀、使⽤点对点信道的数据链路层1、数据链路和帧链路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数据链路除了物理线路外，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，就构成了数据链路常常在两个对等的数据链路层之间有⼀个数字管道，⽽在这条数字管道上传输的数据是帧2、基本问题（功能）（1）封装成帧封装成帧就是在⼀段数据的前后分别添加⾸部和尾部，这样就构成了⼀个帧。
接收端在收到物理层上交的⽐特流，就能根据⾸部和尾部的标记，从收到的⽐特流区别帧的开始和结束（⾸部和尾部还夹杂着控制信息）数据链路帧的特点数据部分的前⾯和后⾯分别添加上⾸部和尾部，构成⼀个完整的帧。
帧是数据链路层的数据传送单元。
⾸部和尾部还包括许多必要的控制信息每⼀种链路层协议都规定了所能传送的帧的数据部分长度上限——最⼤传送单元MTU⼀个控制字符SOH放在⼀个帧的最前⾯，表⽰帧的⾸部开始。
另⼀个控制字符EOT表⽰帧的结束（⼀般情况下，⾸部和尾部的长度加起来⼀般⼩于原始报⽂的长度）（2）透明传输“在数据链路层透明传输数据”表⽰⽆论什么样的⽐特组合的数据都能够通过这个数据链路层链路采⽤字节填充法，来确保上⽅情况的发⽣（3）差错检测传输错误的⽐特占所传输⽐特总数的⽐率称为误码率BER。
例如，误码率为10的负⼗次⽅时，表⽰平均每传送10的⼗次⽅个⽐特就会出现⼀个⽐特的差错在计算机⽹络传输数据时，必须采⽤各种差错检测措施。
⽬的在数据链路层⼴泛使⽤了循环冗余校验技术（CRC）CRC①在发送端，先把数据划分组，假定每组k个⽐特。
现假定待传送的数据M=1010001101（k=10）。
CRC运算就是在数据M的后⾯添加供差错检验⽤的冗余吗，然后构成⼀个帧发送出去，⼀共发送（k+n）位设n=5，P=110101（P是除数），模2运算的结果是：Q=1101010110余数R=01110将余数R作为冗余码添加在数据M的后⾯发送出去，即发送的数据是101000110101110，或2的n次⽅乘以M+R在数据后⾯添加上的冗余码称为帧检验序列FCS循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不等同CRC是⼀种常⽤的检错⽅法，⽽FCS是添加在数据后⾯的冗余码FCS可以⽤CRC这种⽅法得出，但CRC并⾮⽤来获得到FCS的唯⼀⽅法②在接收端把接收到的数据以帧为单位进⾏CRC检验：把收到的每⼀个帧都除以同样的除数P（摸2运算），然后检验得到的余数R③在接收端对收到的每⼀帧经过CRC检验后，有以下两种情况：（a）若得出的余数R=0，则判定这个帧没有差错，就接受（b）若余数R≠0，则判定这个帧有差错，（但⽆法确定究竟是哪⼀位或哪⼏位出现了差错），就丢弃仅⽤循环冗余检验CRC差错检测技术只能做到⽆差错接受“⽆差错接受”是指：“凡是接受的帧（不包括丢弃的帧），我们都能以⾮常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产⽣差错”。
第三章 数据链路层
第三章数据链路层典型例题分析：【例3.1】下列属于循环冗余检验所具有的特征的是（）A.逐个检验每一个字符B.能查出任意奇数个比特出错的差错C.查不出偶数个比特的差错D.没有奇偶校验可靠【例3.2】采用HDLC传输比特串011111111000001，位填充后输出为（）Ａ.0101111111000001 B.0111110111000001C.0111101111000001D.0111111011000001【例3.4】在选择重传协议（SR）中，当帧的序号字段为3bit，且接收窗口与发送窗口尺寸相同时，发送窗口的最大尺寸为（）A.2 Ｂ．４Ｃ．６Ｄ．８【例3.５】下列协议中，不会发生碰撞的是（）A.TDMB.ALOHAC.CSMAD.CSMA/CD【例3.6】在监听到信道忙时，仍然继续监听下去，直到信道空闲为止。
采用该种方式的CSMA 协议称为（）Ａ．１－坚持型ＣＳＭＡＢ．坚持型ＣＳＭＡＣ．Ｐ－坚持型ＣＳＭＡＤ．非坚持型ＣＳＭＡ【例3.７】在以太网中，实现“给帧加序号”功能的层次是（）Ａ．物理层Ｂ．介质访问控制子层（ＭＡＣ）Ｃ．逻辑链路控制子层（ＬＬＣ）Ｄ．网络层【例3.８】在以太网中，在第５次碰撞之后，一个结点选择的Ｋ值为４的概率是（）A.1/8B.1/16C.1/32D.1/64【例3.9】在某CSMA/CA网络上，计算机A有1个2时槽的帧间间隔，计算机B的帧间间隔是6时槽，计算机C的帧间间隔是4时槽，则具有最高优先级的设备是（）Ａ．计算机ＡＢ．计算机ＢＣ．计算机ＣＤ．ＣＳＭＡ/ＣＡ中不能分配优先级【例3.1０】在同一局域网上的两个设备具有相同的静态ＭＡＣ地址时，其结果是（）A.首次引导的设备使用该地址，第2个设备不能通信B.最后引导的设备使用该地址，第1个设备不能通信C.这两个设备都不能正确通信D.两个设备都可以正确通信【例3.11】10BaseT网络采用的传输介质是（）A.双绞线B.同轴电缆C.光纤D.微波【例3.12】下列不能分割碰撞域的设备是（）A.集线器B.交换机C.路由器D.网桥【例3.13】对于由交换机连接起来的10Mbit/s共享式以太网，若共有10个用户，则每个用户能够占有的带宽为（）Ａ．１Ｍｂｉｔ／ｓＢ．２Ｍｂｉｔ／ｓＣ．１０Ｍｂｉｔ／ｓＤ．１００Ｍｂｉｔ／ｓ【例3.1４】一个信道的比特率是４ｋｂｉｔ／ｓ，传播延迟是２０ｍｓ，那么帧的大小在什么范围内时，停一等协议才有至少５０％的效率？【例3.1５】在一个１Ｍｂｉｔ／ｓ的卫星信道（端到端延迟为２７０ｍｓ）上发送１０００ｂｉｔ长的帧，确认总是捎带在数据帧中，帧头很短，使用３位的序列号，对于后退Ｎ帧协议和选择重传协议而言，可以取得的最大信道利用率分别是多少？【例3.1６】考虑建立一个ＣＳＭＡ/ＣＤ网，电缆长１ｋｍ，不使用重发器，运行速率为１Ｇｂｉｔ／ｓ，电缆中的信号速度是２０００００ｋｍ／ｓ，求最小帧长度是多少？精选试题练习：【题3.1】数据链路层为网络层提供的服务不包括（）Ａ．无确认的无连接服务Ｂ．有确认的无连接服务Ｃ．无确认的面向连接服务Ｄ．有确认的面向连接服务【题3.2】下列协议中不属于数据链路层的是（）A.BSCB.PPPC.SLIPD.ICMP【题3.3】数据链路层协议是（）Ａ．定义数据格式 B.提供端到端的可靠性传输C.控制对物理传输介质的访问D.为终端节点隐藏物理拓扑的细节【题3.4】下列差错校验方法中被用来在面向字符的传输协议中产生块校验字符（BCC）的是（）A.奇校验B.偶校验C.水平奇偶校验D.循环冗余校验【题3.5】数据链路层必须执行的功能包括：链路管理、帧传输、流量控制及（）A.差错控制B.拥塞控制C.面向字符型服务D.面向连接确认服务【题3.6】差错控制的基本方式不包括（）Ａ．反馈纠错Ｂ．前向纠错Ｃ．混合纠错Ｄ．误码纠错【题3.７】在通信过程中产生的差错包括随机差错和（）A.字符差错B.字节差错C.突发差错D.连接差错【题3.8】前向纠错的实现是通过（）A.错误检测码B.差错纠正码C按位计算的错误编码D按字节计算的错误编码【题3.9】下列协议中使用带位填充的首尾标志法组帧的是（）A.BSCB.HDLCC.SLIPD.DDCMP【题3.10】两个设备之间进行通信必须同步，下列方法中可以在没有时钟信号的情况下保持同步的是（）A.时分多路复用B.异步数据传输C.同步数据传输D.异步传输模式【题3.11】在数字通信中，以字节为单位进行封装，每个字节增加一个起始比特和停止比特，每个字节中所有比特的发送时间是固定的，这种通信方式称为（）A.同步通信B.异步通信C.并行通信D.串行通信【题3.12】同步协议分为：面向字符的同步协议、面向字节计数的同步协议以及（）A.面向帧的同步协议B.面向比特的同步协议C.面向数组的同步协议D.面向报文的同步协议【题3.13】计算机接入Internet时，可以通过公共电话网进行连接，以这种方式连接并分配到一个临时性IP地址的用户，通常使用的是（）A.拨号连接仿真终端方式B.经过局域网连接的方式C.SLIP/PPP连接方式D.经过分组网连接的方式【题3.14】采用串行线路连接到网络时，如果希望能够支持动态分配IP地址，那么数据链路协议应该采用（）A.PPPB.SLIPC.HDLCD.SDLC【题3.15】假定要发送信息11001001，并且使用CRC多项式x³+1来检错，则应该发送的信息块是（）A.01111001001B.11001001011C.11011001001D.11001001110【题3.16】HDLC协议中采用的成帧方法是（）A.比特填充法B.字符填充法C.字符计数法D.物理层编码违例法【题3.17】假定HDLC帧的数据域中出现比特串010*********，为解决透明传输，则比特填充后的输出为（）A.0100111110101B.010*********C.0101111010101D.0101111100101【题3.18】在简单停一等协议中，当帧出现丢失时，发送端会永远等待下去，解决这种死锁现象的方法是采用（）A.差错校验B.超时机制C.帧序号D.NAK机制【题3.19】在简单停一等协议中，为了解决重复帧的问题，需要采用（）A.ACK机制B.超时机制C.帧序号D.NAK机制【题3.20】在滑动窗口机制中，发送窗口的大小表示（）A.发送方可以发送的数据帧的总数B.发送方在本次连接中可以发送的数据帧的总数C.发送方可以发送的未被确认的数据帧的个数D.接收方可以接收的数据帧的个数【题3.21】下述关于滑动窗口的叙述中，正确的是（）A.发送窗口可以对发送方进行流量控制B.当接收到的数据帧落在接收窗口之外时，接收方会将其丢弃C.只有接收窗口向前滑动时，发送窗口才有可能向前滑动D.以上叙述都正确【题3.22】对于选择重传ARQ协议，若序号位为3，则最大发送窗口为（）A.4B.5C.7D.8【题3.23】采用后退N帧协议，接收窗口内的序号为4时，接收到正确的5号帧应该（）A.将窗口滑动到5号 B.丢弃5号帧C.将5号帧缓存下来D.将5号帧交给上层处理【题3.24】对于后退N帧滑动窗口协议，如果发送帧的序号用7位表示，则发送窗口的最大值为（）A.7B.64C.127D.128【题3.25】WDM是（）A.在光缆上多路复用B.使用传输介质的密度进行复用C.一种监控W AN延迟的方法D.对WAN做拥塞管理的一种方法【题3.26】TDM所利用的传输介质的性质是（）A.介质的带宽大于结合信号的位速率B.介质的带宽小于单个信号的带宽C.介质的位速率小于最小信号的带宽D.介质的位速率大于单个信号的位速率【题3.27】多路复用器的主要功能是（）A.执行数/模转换B.执行串行/并行转换C.减少主机的通信处理负荷D.结合来自两条或更多多条线路的传输【题3.28】在以太网中，属于无效MAC帧的是（）Ａ．帧的长度不是２的指数幂倍数Ｂ．数据字段长度大于１０００ＢＣ．帧的总长度大于１５００ＢＤ．帧的总长度小于６４Ｂ【题3.2９】以太网硬件地址的位数是（）Ａ．16 B.32 C.48 D.64【题3.30】目前以太网在逻辑上采用的拓扑结构是（）A.星型B.环型C.总线型D.网状【题3.31】采用争用技术的介质访问控制方法一般用于总线结构的网络，它的每个站点都能独立决定发送帧，若两个或多个站同时发送，则发生（）A.差错B.纠纷C.冲突D.死锁【题3.32】以太网中“阻塞”信号的功能是（）A.发现冲突时由CSMA/CA发送，检测到该信号的站点立即停止发送尝试B.发现冲突时由CSMA/CD发送，检测到该信号的站点立即停止发送尝试C.发现冲突时由CSMA/CA发送，检测到该信号的站点立即开始竞争访问介质D.发现冲突时由CSMA/CD发送，检测到该信号的站点立即开始竞争访问介质【题3.33】根据CSMA/CD协议的工作原理，需要提高最短帧长度的是（）A.网络传输速率不变，冲突域的最大距离变短B.冲突域的最大距离不变，网络传输速率提高C.上层协议使用TCP的概率增加D.在冲突域不变的情况下减少线路中的中继器数量【题3.34】采用12个10Mbit/s端口的半双工以太网交换机互联局域网，每个站点可获得的平均带宽为（）A.0.083Mbit/sB.0.83Mbit/sC.8.3Mbit/sD.10Mbit/s【题3.35】下列关于吉比特以太网的说法中错误的是（）A.支持流量控制机制B.采用曼彻斯特编码利用光纤进行数据传输C.数据的传输时间主要受到线路传输延迟的制约D.吉比特以太网同时支持双全工模式和半双工模式【题3.36】以太网中采用二进制指数后退算法处理冲突问题，下列数据帧中重传时再次发生冲突概率最低的是（）A.首次重传的帧B.发生2次冲突的帧C.发生3次冲突的帧D.发生4次冲突的帧【题3.37】制定局域网标准的主要机构是（）A.ISOB.ITU-TC.ANSID.IEEE802委员会【题3.38】一座大楼内的一个计算机网络系统，属于（）A.PANNC.MAND.WAN【题3.39】10Bsae5中的5代表的是（）A.数据传输率50Mbit/sB.数据传输率5Mbit/sC.最大网段长度500mD.最大网段长度5km【题3.40】在10BaseT的以太网中，使用双绞线作为传输介质，允许的最大网段的长度是（）A.100mB.185mC.200mD.500m【题3.41】在1000Base-CX网络中采用的传输介质可以是（）A.单模光纤B.多模光纤C.屏蔽双绞线D.非屏蔽双绞线【题3.42】在1000Base-SX网络中采用的传输介质可以是（）A.单模光纤B.多模光纤C.屏蔽双绞线D.非屏蔽双绞线【题3.43】IEEE802.3标准规定，若采用同轴电缆作为传输介质，在无中继的情况下，同轴介质的最大长度不能超过（）A.50mB.75mC.100mD.500m【题3.44】大多数情况下，星型网络拓扑结构比总线网络所用的电缆总长要（）A.长B.短C.相同D.不一定【题3.45】用来测试本地主机TCP/IP配置是否正确的常用命令是（）A.pingB.routeC.tracertD.ipconfig【题3.46】100Base-TX中所用的传输介质是（）A.3类双绞线B.5类双绞线C.1类非屏蔽双绞线D.任意双绞线【题3.47】虚拟局域网的技术基础是（）A.交换B.路由C.冲突检测D.带宽分配【题3.48】IEEE 802规定了OSI模型的（）A.物理层B.数据链路层C.物理层和数据链路层D.数据链路层和网络层【题3.49】局域网的参考模型只相当于OSI参考模型的物理层和数据链路层，为了使局域网的数据链路层不过于复杂，将它分为逻辑链路控制子层和（）A.物理链路控制子层B.数据链路控制子层C.介质访问控制子层D.逻辑访问控制子层【题3.50】在计算机网络中，所有的计算机均连接到一条通信传输线路上，在线路两端连有防止信号反射的装置，这种连接结构被称为（）A.总线结构B.星型结构C.环型结构D.网状结构【题3.51】当网络负载增加到一定量后，若网络吞吐量反而下降，则表明网络出现了（）A.冲突 B.死锁 C.封堵 D.拥塞【题3.52】对局域网来说，网络控制的核心是（）A.网卡B.工作站C.网络服务层D.网络互连设备【题3.53】网络操作系统为网络用户提供了两级接口：网络编程接口和（）A.Socket接口BIOS接口C.传输层接口D.操作命令接口【题3.54】IEEE 802.11系列协议用于（）A.无线局域网B.无线广域网C.宽带局域网D.光纤局域网【题3.55】在802.11帧中地址字段的个数为（）A.2B.3C.4D.6【题3.56】令牌环网遵循的标准是（）A.IEEE802.3B.IEEE802.4C.IEEE802.5D.IEEE802.6【题3.57】回收IEEE 802.5令牌环的数据帧的站是（）A.发送站B.接收站C.管理站D.校验出错误帧的站【题3.58】环型网路的优点是（）A.重载时可以高效率工作B.能够方便地增加网络的站数C.网上所有计算机可以平等地访问介质D.环上平均传送时延比帧的平均发送延迟要小【题3.59】定义Token Bus 的介质访问控制方法与其相应物理规范的是（）A.IEEE 802.2B.IEEE 802.3C.IEEE802.4D.IEEE802.5【题3.60】ATM技术的特点是（）A.网络拓扑B.同步传输C.以帧为数据传输单位D.以信元为数据传输单位【题3.61】ATM信元的字节数是（）A.5B.48C.52D.53【题3.62】信元结构的特点为信元长度（）A.固定B.不固定C.由所传送的信息类型决定D.由传送信息时的速率决定【题3.63】PPP在异步传输时采用的组帧方式是（）A.字符计数法B.字符填充法C.位填充法D.物理层编码违例法【题3.64】HDLC协议的帧结构有6大部分，起始标志字段、地址字段、控制字段、信息字段、结束标志字段和（）A.序号字段B.逻辑字段C.说明字段D.帧检验序列字段【题3.65】下列关于PPP的叙述中，错误的是（）A.帧中的标志字段用于帧的定界B.帧中的地址字段表示目的地址C.帧的长度都是整数字节的D.不使用序号和确认来实现可靠的数据传输【题3.66】在数据链路层，网络互连表现为（）A.在电缆段之间复制比特流B.在网段之间转发数据帧C.在网络之间转发报文分组D.连接不同体系结构的网络【题3.67】交换机是（）A.工作在第1层的多端口中继器B.工作在第2层的多端口网桥C.工作在第2层的多端口集线器D.工作在第3层的多端口路由器【题3.68】采用二层以太网交换机扩展局域网，下列说法中错误的是（）A.二层以太网交换机可以隔离广播帧B.二层以太网交换机在转发帧时不改变帧的源地址C.二层以太网交换机的各个端口可以支持不同的速率D.二层以太网交换机需要对收到的数据帧进行处理，增加了传输时延【题3.69】交换机实现的主要功能是（）A.物理层与数据链路层的功能B.数据链路层与网络层的功能C.物理层与网络层的功能D.数据链路层与应用层的功能【题3.70】一个16端口的以太网交换机，冲突域和广播域的个数分别为（）A.1，1B.1,16C.16,1D.16,16【题3.71】每块网卡都有它自己的时钟，两个网卡在互相通信的时候为了知道什么时候一位结束、下一位开始，其严格具有同样频率的原因是采用了（）Ａ．量化机制Ｂ．奇校验机制Ｃ．定时令牌机制Ｄ．曼彻斯特机制【题3.7２】网卡实现的主要功能是（）A.物理层与数据链路层的功能B.数据链路层与网络层的功能C.物理层和网络层的功能D.数据链路层与应用层的功能【题3.73】网卡的基本功能包括：数据转换、通信服务和（）A.数据传输B.数据缓存C.数据共享D.数据服务【题3.74】下列不属于网卡的总线类型的是（）A.AGPB.ISAC.PCID.EISA【题3.75】在网络传输中，解决差错问题的一种方法是在每个要发送的字符或数据块上附加足够的冗余信息，使接收方能够推导出发送方实际送出的应该是什么内容。
计算机网络第三章数据链路层
停止等待协议的定量分析 (图3-5)
两个发送成功的数据帧间的最小时间间 隔tT为：
tT= tf+tout= tf+2tp
正确传送一个数据帧所需的平均时间t 正确传送一个数据帧所需的平均时间tav 为：
tav=tT/(1-p) /(1最大吞吐量λmax=
(3(3-5)
(1(1-p)/ tT
(念
数据链路： 把实现用来控制数据传输的规程的硬件 和软件加到链路上，就构成了数据链路。 链路： 一条无源的点到点的物理线路段，中间 无交换结点。（物理链路）
数据链路层的功能
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 链路管理 帧同步 流量控制 差错控制 将数据和控制信息区分开 透明传输 寻址
发送窗口
接收窗口
发送窗口的最大值
WT≤
n-1 2
3.4 选择重传ARQ协议
可以避免重复传送已正确到达接收端的数 据帧。但要在接收端设置缓存空间。
WR≤ WR(max) WT= WR=2n/2 n=4 WT= WR=4
n/2 2
3.5面向比特的链路控制规程HDLC
面向字符 在链路上所传送的数据是规定的字符集 （如ASCII码）中的字符所组成；并且， （如ASCII码）中的字符所组成；并且， 传送的控制信息也是同一个字符集中的 若干控制字符构成。 缺点与发展
标志 8
地址 8
控制 8
信息 可变
FCS 16
标志 8
地址： 在用非平衡方式传送数据时，地址字段总是 写入次站的地址； 在平衡方式（采用ABM），总是填入应答站 在平衡方式（采用ABM），总是填入应答站 的地址。 全1地址：广播方式 全0地址：无效地址 扩展地址：第1 扩展地址：第1位表扩展位，其余表地址位。 (0 或1)
计算机网络第3章 数据链路层ppt课件
3.2.3 循环冗余校验(2/3)
例如 设信息位为1010001，即 K(x)= x6+x4+1，取G(x)= x4+x2+x+1〔对应的代码为 10111），则x4 K(x)= x10+x8+x4〔对应的代码为 10100010000），那么
3.3.1 基本链路控制协议(7/7)
选择重传ARQ协议的缺点： 选择重传减少了浪费，但要求接收方有足够大的缓冲
区空间，这在许多情况下是不够经济的。
以上三种协议各有利弊，停等ARQ协议最简单，但信 道利用率最低；选择重传ARQ协议信道利用率最高， 但它要求接收端的缓冲容量相当大；连续ARQ协议介 于两者之间。
生成过程：（假设k=4，则r取3，信息位a6a5a4a3， 冗余位a2a1a0）
（1〕构造监督关系式表
S2S1S0 000 001 010 100 011 101 110 111
错码位置 无错 a0错 a1错 a2错 a3错 a4错 a5错 a6错
3.2.4 海明码(3/4)
（2〕写出监督关系式
所以冗余位为1101，
R(x)= x3+x2+1。
T(X)=x4K(x)+R(x)=
x10+x8+x4 + x3+x2+1
对应的发送代码为：
10100011101
3.2.3 循环冗余校验(3/3)
检测方法：接收端用接收到的码字多项式除以生 成多项式G(x)，若余式不为0，则传输有差错； 否则，认为传输无差错。
第3章数据链路层
物理层用不同的信号表示二进制数据位，从而把帧用一 段连续的信号串表示并传送到目的主机
目的主机的物理层将信号还原成比特串交数据链路层， 井数据链路层确认正确后送到网络层
数据链路层为源和目的主机的网络层之间提供一条可靠
的数据链路
第3章 数据链路层 3 / 169
《Computer Networks v5》 cs.sjtu 1/16/2020
第3章 数据链路层 28 / 169
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差错检测和校正
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第3章 数据链路层
定义和功能 数据帧的组成 可靠性传输 数据链路层示例
第3章 数据链路层 1 / 169
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数据链路层的定义
数据链路层的上层是网络层，数据链路层 将借助于物理层为网络层提供服务
确认和连接
确认：接收方在收到数据帧后，必须给 发送方发回一个确认
面向连接：发送方和接收方在传输数据 之前必须建立一条数据链路，传输结束 后必须释放该链路
第3章 数据链路层 6 / 169
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数据链路层的服务
无确认无连接的服务 有确认无连接的服务 有确认有连接的服务
第3章 数据链路层
定义和功能 数据帧的组成 可靠性传输 数据链路层示例
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第3章 数据链路层
第3章 数据链路层
应当注意
仅用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到 无差错接受(accept)。 “无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不 包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于 1 的 概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。 也就是说：“凡是接收端数据链路层接受的帧 都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃）。 要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么） 就必须再加上确认和重传机制。 注意“无比特差错”和“无传输差错”的区别。
传输差错的种类
例如发送方连续发送三个帧： [#1]-[#2]-[#3] ，以下 情况属于传输差错： 帧丢失。 接收方收到[#1]-[#3]，即丢失[#2]。 帧重复。 接收方收到[#1]-[#2]-[#2]-[#3]，即重复[#2]。 帧失序。 接收方收到[#1]-[#3]-[#2]，即[#2]与[#3]颠倒。
第3章 数据链路层
标准的CRC生成多项式
CRC-12 CRC-16
G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1 G(x)=x16+x15+x2+1
CRC-CCITT G(x)=x16+x12+x5+1 CRC-32 G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8 +x7+x5+x4+x2+x+1
仅从数据链路层观察帧的流动
第3章 数据链路层
3.1 使用点对点信道的数据链路层 3.1.1 数据链路和帧
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。
计算机网络 第三章数据链路层(1)
§3.4 基本数据链路协议
• 一种无限制的单工协议（An Unrestricted Simplex Protocol）
• 停-等协议（Stop-and-Wait Protocol） • 有噪音信道的停-等协议（Stop-and-Wait
Protocol for a Noisy Channel）
协议1：一种无限制的单工协议（乌托邦）
差错控制策略
• 检/纠错码的检/纠错能力与编码集的海明距离有关，海 明距离越大，检/纠错能力就越强，但所需的冗余信息 就越多，编码效率就越低。
• 由于纠错码比检错码要求更大的海明距离，且技术复 杂，纠正可靠性不高，所以一般很少使用，只有在没 有反馈信道的单工通信中，为了确保可靠才会采用。
• 在大多数通信中采用的是检错编码。接收方收到帧后， 对其进行校验检查，并发回相应的反馈信息。发送方 根据反馈信息来决定是继续发送新帧（肯定应答）， 还是重发出错的旧帧（否定应答）。
• 两个码字中对应比特位取值不同的位的个数称作海明距离 （Hamming Distance）。如10001001和10110001的海明距离为3。
• 在一个编码集中，任意两个有效码字的海明距离的最小值称作该 编码集的海明距离。检错与纠错的能力取决于海明距离。
有关检错和纠错的两个重要结论
• 如果要检测出d个比特错误，则编码集的海明距离至少应为d+1。 – 说（证）明：若一个有效码字只出错< d+1个比特，则肯定变 为一个无效码字，从而被检测出来。若出错d+1，则变为有效 码字，不能检出。
• 帧的其它地方绝对不会出现这样的边界码字。
§3.3 差错的检测和纠正
涉及两方面理论与技术： • 差错检测
– 差错控制编码
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2020/7/28
1
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
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
(b) 数据帧出错
重 传
送 主 机
(c) 数据帧丢失
A
B
tout 丢
送
失
主
重！
机
传
丢
弃
(d) 确认帧丢失
17
窗口尺寸W对传输的影响
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18
窗口尺寸W对传输的影响
2020/7/28
19
GBN-ARQ纠错过程
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20
选择重传ARQ纠错技术
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21
思考题
帧开始 开始 发送 帧首部
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IP 数据报
帧的数据部分 MTU
数据链路层的帧长
帧结束 帧尾部
7
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
2020/7/28
8
2. 透明传输
出现了“EOT” 完整的帧
发送
数据部分
在前
SOH
EOT
EOT
被接收端 误认为是一个帧
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
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13
5. 寻 址
保证每一帧数据能送到正确的目的站， 收方也应知道发送方是哪站。
2020/7/28
14
6. 链路管理
数据链路连接的建立、维持和释放。 （面向连接的数据链路）
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15
停止等待协议中数据帧和确认帧 的发送时间关系
A 数据帧的
发送时间
tf
两个成功发送的
数据帧之间的 tT
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。
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3
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
被接收端当作无效帧而丢弃
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9
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。
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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10
用字节填充法解决透明传输的问题
帧开始符
SOH
EOT
原始数据
SOH
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 EOT
2020/7/28
5
数据链路层的主要功能
1. 封装成帧（帧定界） 2. 透明传输 3. 差错控制 4. 流量控制 5. 寻址 6. 链路管理
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6
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。
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控制字符
控制字符
SOH STX ETX EOT ENQ ACK NAK DLE SYN ETB 2020/7/28
ASCII码 01 02 03 04 05 06 15 10 16 17
功能 报头开始 正文开始 正文结束 传输结束 询问求答 肯定应答 否定应答 转义字符 同步字符 块结束
用帧编号、确认、重传机制
解决：反馈重发（ARQ，Automatic Repeat reQuest, 自动请求重发）
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12
4. 流量控制
流量控制：协调链路两端的发送/接收 站之间的数据流量，以保证双方的数据吞 吐量达到平衡的技术。
实质：控制发送方的速率 包括：停等式流控和滑窗式流控。
最小时间间隔
tout
设置的
重传时间
DATA
பைடு நூலகம்
DATA
B 传播时延 tp
ACK
处理时间 tpr 确认帧发送时间 ta 传播时延 tp 处理时间 tpr
时间
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实用的停止等待协议
A
B
送 主 机
送
时
主
间
机
(a) 正常情况
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四种情况
A
B
A
B
出错
丢
失
tout
！
重 传
送 主 机
ESC SOH
ESC ESC
ESC SOH
EOT
经过字节填充后发送的数据
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11
3.差错控制
1、比特差错 产生误码。
检错：用FCS（Frame Check Sequence,帧校 验序列）
常用: CRC（Cyclic Redundancy Check,循环 冗余码）
2、帧错 包括帧丢失、重复、失序
H2
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
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2
3.1 数据链路层的基本问题
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。
返回N组连续ARQ协议采用的帧号位 数为3,窗口尺寸为4,请画出下列事件发 生时输入输出端的滑动窗口图:(a) 初始
态；(b)发送帧0，1，2；(c)接收帧0,1；(d) 接收ACK0；(e)接收ACK1；(f)发送帧3，4， 5；(g)接收NAK2；(h)发送帧2，3，4，5； (i)接收帧2，3，4，5；(j) 接收ACK5
结点 A
发送 帧
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链路 (a)
链路 (b)
接收 帧
结点 B
4
数据链路层像个数字管道
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。