第3章数据链路层
第3章数据链路层-1
g1
g2
gr-1
R0
R1
Rr-1
信息输入端
图3.5 CRC码的编码电路
码字输出端 输出开关
3.2 差错检测与校正（续）
常用的检错码 ----循环冗余码
大于r+1的突发错误
• 若具体取r=16，则能检测出所有双错、奇数位错、突 发长度小于等于16的突发错以及1-2-15（约为99.997%） 的突发长度为17的突发错和1-2-16（约为99.998%）的
突发长度大于等于18的突发错
3.2 差错检测与校正（续）
常用的检错码 ----循环冗余码
除以G（x）的运算易于用移位寄存器和半 加器来实现
3.2 差错检测与校正（续）
传输差错的特性
➢ 噪声分类：
• 信道所固有的，持续存在的随机热噪声 • 由于外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声
➢ 噪声比较：
• 随机错通常较少 • 冲击噪声的幅度可以相当大 ，它是传输中产生差错
的重要原因
3.2 差错检测与校正（续）
传输差错的特性
➢ 衡量一个信道质量的重要参数是误码率：
*是要求同学了解的，这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求同学自己阅读教材。
3.1 数据链路层的功能
➢ 基本功能：
• 将物理层提供的原始的传送比特流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
• 最基本的服务就是将源机器网络层来的数据可靠地传输 到相邻节点的目标机网络层
• 要完成许多特定的功能 ☆ 主要有如何将比特组合成帧（frame）； ☆ 处理传输中出现的差错； ☆ 调节发送方的发送速率不至于使较慢的接收方不能 承受，以及数据链路层连接的建立、维持和释放， 称之为链路管理。
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
课件制作人：谢希仁
解决透明传输问题
第3章 数据链路层
协议思想：协调、控制接收方、发送方的速度。
发送方 接收方
DATA0
协 议 算 法
ACK
发出一帧； 等待； 直到收到ACK 才发送下一帧
DATA1 ACK DATA2 ACK
等待； 将收到的数据帧 上交主机； 发送应答信息； 转到第一步
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
停止等待协议的要点
实用的 CRC 检验器都是用硬件完成的。 CRC 检验器能够自动丢弃检测到的出错 帧。因此所谓的“丢弃出错帧”，对上 层软件或用户来说都是感觉不到的。 发送端对出错的数据帧进行重传是自动 进行的，因而这种差错控制体制常简称 为 ARQ (Automatic Repeat reQuest)， 直译是自动重传请求，但意思是自动请 求重传。
是否接收到正确的数据帧？如何告诉发送方？ 能及时处理接收到的数据帧吗？
？传输过程： 会出错吗？会丢失数据帧吗？ ！解决这些问题，是链路层的主要任务。 ！针对这些问题所制定的通信规程就是数据链路层的通信协议。
3.3.1 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
帧的编号问题
任何一个编号系统的序号所占用的比特数一定 是有限的。因此，经过一段时间后，发送序号 就会重复。 序号占用的比特数越少，数据传输的额外开销 就越小。 对于停止等待协议，由于每发送一个数据帧就 停止等待，因此用一个比特来编号就够了。
一个比特可表示 0 和 1 两种不同的序号。
帧的发送序号
时间
重传时间
重传时间的作用是：数据帧发送完毕后若经过了这样长的时 间还没有收到确认帧，就重传这个数据帧。 为方便起见，我们设重传时间为
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。
王道计算机网络第三章数据链路层思维导图
思想
1-坚持CSMA
只要媒体空闲，站点就马上发送，避免了媒体利用率的损失
优点
假如有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免
缺点
非坚持指的是对于监听信道忙之后就不继续监听
信道空闲
CSMA协议
如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道
相同点
1.传输介质不同：CSMA/CD用于总线以太网【有线】，而CSMA/CA用于无线局 域网【无线】
CSMA/CD与CSMA/CA对比
2.载波检测方式不同：因传输介质不同，CSMA/CD与CSMA/CA的检测方式也不 同。CSMA/CD迪过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电 压就会随着发生变化；而CSMA/CA采用能量检测（ED)、载波检测（CS）和能量 载波混合检测三种检测信道空闲的方式
粗同轴电缆
细同轴电缆
传输介质
双绞线+集线器 逻辑上总线型 物理上星型
拓扑结构
传输介质与拓扑结构的发展
10BASE-T是传送基带信号的双绞线以太网，T表示采用双绞线，现10BASE-T采 用的是无屏蔽双绞线（UTP），传输速率是10Mb/s
物理上采用星型拓扑，逻辑上总线型，每段双绞线最长为100m
10BASE-T以太网
隐蔽站
无线局域网
为什么会有CSMA/CA
发送数据前，先检测信道是否空闲
空闲则发出RTS（request to send），RTS包括发射端的地址、接收端的地址、 下一份数据将持续发送的时间等信息；信道忙则等待
接收端收到RTS后，则响应CTS（clear to send）
数据通信-3章-LAN(含差错控制)
数据通信与网络基础
站点A 站点B
建立
ENQ ACK 数据 ACK
数据 传输
数据 ACK
数据 ACK 终止 时间 EOF 时间
13
ENQ/ACK线路规程
数据通信与网络基础
3.1.2 轮询/选择 该方法是在一个设备被指定为主站而 其它设备为从站的拓扑结构中采用的方 法。多点系统必须在多个节点而不是两 个节点之间协调。 • 如何工作 当一条多点链路由使用同一条传输线 路的主设备和若干从设备构成时，所有 信息交换都必须通过主设备进行。主设 备控制链路，从设备遵从其指令。必须 由主设备来决定，在给定时刻哪一个设 备才有权使用信道。因此，主设备总是 会话的发起者。如果主设备希望接收数 据，它将询问从设备是否有数据待发， 这项功能称为轮询。如果主设备希望发 送数据，它告之要发往的从设备准备好 接收数据，这项功能称为选择。
数据通信与网络基础
如何工作： 1 发起方首先发送一个询问帧（ENQ）， 询问接收方是否可以接收数据。 2 接收方如已经作好准备，就发送一个确 认（ACK）帧；如没有准备好，就必须 回答一个否认（NAK）帧。 3 如果在一定时间内既没有收到确认帧， 又没有收到否认帧，发起方就假定询问 帧在传输中丢失，于是断开连接，并重 新发送一个副本。 4 如果对ENQ帧的响应是否定的，在三次 尝试都失败后，发起方就断开连接，并 在另一个时刻重新开始整个过程。如果 是肯定，发起方就可以随时发送数据。 5 一旦将所有数据都传输完毕，发送方以 一个传输结束（EOF）帧结束传传输。
从概念上来说，当数据帧发送出去时，发送方 滑动窗口从左面开始收缩。当收到确认帧时， 发送方滑动窗口向右扩展。
27
数据通信与网络基础
发送窗口
5 6
计算机网络(第5版)课后习题答案：第3章-数据链路层
第三章数据链路层3-01 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?答：数据链路与链路的区别在于数据链路除链路外，还必须有一些必要的规程来控制数据的传输，因此，数据链路比链路多了实现通信规程所需要的硬件和软件。
“电路接通了”表示链路两端的结点交换机已经开机，物理连接已经能够传送比特流了。
在物理连接基础上，再建立数据链路连接，才是“数据链路接通了”，此后，由于数据链路连接具有差错检测功能，才使不太可靠的物理链路变成无差错的数据链路，进行无差错的数据传输。
当数据链路断开连接时，物理电路连接不一定跟着断开连接。
3-02 数据链路层中的链路控制包括哪些功能?试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点.答：功能：链路管理、帧定界、透明传输、差错控制。
可靠的链路层的优点和缺点取决于所应用的环境：对于干扰严重的信道，可靠的链路层可以将重传范围约束在局部链路，防止全网络的传输效率受损；对于优质信道，采用可靠的链路层会增大资源开销，影响传输效率。
3-03 网络适配器的作用是什么?网络适配器工作在哪一层?答：网络适配器（即网卡）是用来实现数据链路层和物理层这两层协议的硬件和软件。
网络适配器工作在TCP/IP协议中的网络接口层（OSI中的数据链里层和物理层）。
3-04 数据链路层的三个基本问题(帧定界、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决？答：帧定界是分组交换的必然要求；透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆；差错检测防止有差错的无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源。
3-05 如果在数据链路层不进行帧定界，会发生什么问题？答：无法区分分组与分组，无法确定分组的控制域和数据域，无法将差错更正的范围限定在确切的局部。
3-06 PPP协议的主要特点是什么？为什么PPP不使用帧的编号？PPP适用于什么情况？为什么PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输？答：简单，提供不可靠的数据报服务；检错，无纠错不使用序号和确认机制。
第3章 数据链路层故障诊断与排除(习题)ok2016-12
第3章数据链路层故障诊断与排除习题1.数据链路层的故障主要是哪些设备的故障?(数据链路层的故障主要是网卡、网桥和交换机设备的故障。
)2. 网卡的故障主要有哪两类?(软故障和硬故障。
硬故障即硬件本身损坏，一般来说需要更换硬件。
软故障即指网卡硬件本身并没有坏，通过升级软件或修改设置仍然可以正常使用。
网卡的软故障，主要包括网卡被误禁用、驱动程序未正确安装、网卡与系统中其他设备在中断或I/O地址上有冲突、网卡所设中断与自身中断不同、网络协议未安装以及病毒影响等。
)3.网卡故障现象有哪些？((1) 上不了网(2) 在“网上邻居”中找不到域及服务器，但可找到其他的工作站(3) 在“网上邻居”中浏览时经常只能找到本机的机器名，但无法通过网络查找到其他的计算机(4) 安装网卡后，开机速度比以前慢(5) 网卡已正常工作，但不能和外界进行通信(6) 即插即用的网卡和计算机的其他设备发生资源冲突, 计算机不会现提示(7) 网卡出现无反应的现象(8)网卡的信号指示灯不亮)4.网桥常见的故障有哪些？((1) 吞吐量不足的问题(2) 数据帧丢失(3) 网桥不工作(4) 网桥信号指示灯不亮计算机网络故障诊断与排除48 (5) 网桥数据能通，但有丢包现象(6) 网桥LINK 指示灯灯不亮(7) 所有指示灯显示正常，但数据ping 不通)5. 交换机的问题主要有哪几个方面?((1) 交换机的端口；(2) 端口协商和自环问题；(3 ) 设备兼容问题；(4) VLAN 问题；(5) 管理问题；(6) 其他问题。
)6.交换机故障一般可以分为哪两大类?(交换机故障一般可以分为硬件故障和软件故障两大类。
)7. 交换机故障排除原则是什么?((1) 由远到近(2) 由外而内(3) 由软到硬(4) 先易后难)8. 交换机子系统的故障有哪些？((1) 电源子系统的故障(2) 散热子系统的故障排除(3) 处理器和接口子系统的故障(4) 交换机的 LED 橙色故障(5) 交换机处于ROMmon 提示状态的故障)9.交换机工作和使用的故障现象有哪些？((1) 工作站连接到交换机上的端口后，无法Ping 通局域网内其它电脑(2) 交换机连接的所有电脑都不能正常与网内其它电脑通讯(3) 网管功能的交换机的某个端口变得非常缓慢第3章 数据链路层故障诊断与排除49 (4) 电脑通过交换机和其他电脑相连在同一网段，但是却ping 不通(5) 所有客户端计算机都是用交换机接入的,其中一台计算机不能上网(6) 交换机内所有交换机用户都能相互之间访问但是不能连接上联网络(7) 网内计算机的传输速度慢(8) 连通性故障(9) 交换机环路,所有端口指示灯亮着，但不闪烁)习题1. 数据链路层的故障主要是哪些设备的故障?2. 网卡的故障主要有哪两类?3. 网卡 故障现象有哪些？4. 网桥常见的故障有哪些？5. 交换机的问题主要有哪几个方面?6. 交换机故障一般可以分为哪两大类?7. 交换机故障排除原则是什么?8. 交换机子系统的故障有哪些？9. 交换机工作和使用的故障现象有哪些？。
（完整版）计算机网络试题第三章数据链路层
（完整版）计算机⽹络试题第三章数据链路层第三章数据链路层⼀、选择题1、数据在传输过程出现差错的主要原因是（A）A. 突发错B. 计算错C. CRC错D. 随机错2、PPP协议是哪⼀层的协议？（B）A. 物理层B. 数据链路层C. ⽹络层D. ⾼层3、控制相邻两个结点间链路上的流量的⼯作在（A）完成。
A. 链路层B. 物理层C. ⽹络层D. 运输层4、在OSI参与模型的各层中，（B）的数据传送单位是帧。
A．物理层B．数据链路层C．⽹络层D．运输层5、若PPP帧的数据段中出现⽐特串“010********”，则采⽤零⽐特填充后的输出为(B)A. 010*********B. 010*********C. 010*********D. 010*********6、⽹桥是在（A）上实现不同⽹络的互连设备。
A.数据链路层B.⽹络层C.对话层D.物理层7、局域⽹的协议结构（B）。
A.包括物理层、数据链路层和⽹络层18、10Base-T以太⽹中，以下说法不对的是：(C)A．10指的是传输速率为10Mbps B．Base指的是基带传输C．T指的是以太⽹D．10Base-T 是以太⽹的⼀种配置9、以太⽹是下⾯哪⼀种协议的实现（C）：A. 802.1B. 802.2C. 802.3D. 802.410、Ethernet采⽤的媒体访问控制⽅式为（A）A.CSMA/CDB.令牌环C.令牌总线D.⽆竞争协议11、若⽹络形状是由站点和连接站点的链路组成的⼀个闭合环，则称这种拓扑结构为(C)A.星形拓扑B.总线拓扑C.环形拓扑D.树形拓扑12、对于基带CSMA/CD⽽⾔，为了确保发送站点在传输时能检测到可能存在的冲突，数据帧的传输时延⾄少要等于信号传播时延的(C)A.1倍B. 2倍C.4倍D. 2.5倍13、以太⽹采⽤的发送策略是(C)A.站点可随时发送，仅在发送后检测冲突B.站点在发送前需侦听信道，只在信道空闲时发送C.站点采⽤带冲突检测的CSMA协议进⾏发送D.站点在获得令牌后发送14、在不同⽹络之间实现数据帧的存储转发，并在数据链路层进⾏协议转换的⽹络互连器称为(B)A.转换器B.路由器C.⽹桥B. 光纤C. 双绞线D. 红外线16、IEEE 802 规定了OSI模型的哪⼀层？BA.数据链路和⽹络层B.物理和数据链路层C.物理层D.数据链路层17、要控制⽹络上的⼴播风暴，可以采⽤哪个⼿段？AA.⽤路由器将⽹络分段B.⽤⽹桥将⽹络分段C.将⽹络转接成10BaseTD.⽤⽹络分析仪跟踪正在发送⼴播信息的计算18、就交换技术⽽⾔，局域⽹中的以太⽹采⽤的是（A）A.分组交换技术B.电路交换技术C.报⽂交换技术D.分组交换与电路交换结合技术19、交换机⼯作在哪⼀层（A）A.数据链路层B.物理层C.⽹络层D.传输层20、⼀个快速以太⽹交换机的端⼝速率为100Mbit/s，若该端⼝可以⽀持全双⼯传输数据，那么该端⼝实际的传输带宽为（B）。
计算机网络练习题第3章数据链路层
第3章数据链路层一、单选题1.CRC-16标准规定的生成多项式为1)(21516+++=xxxxG，它产生的校验码是（）位。
A. 2B.4C.16D. 322.如需发送的二进制序列为1001011，并使用x3+x+1作为CRC检验的生成多项式，其实际发送的二进制序列为（）A. 100101110001B.1001011101C.1001011100D. 10010111103.接收端发现有差错时，设法通知发送端重发，直到收到正确的码字为止，这种差错控制方法为（）。
A.前向纠错B.冗余校验C. 混合差错控制D. 自动请求重发4.帧头和帧尾都使用01111110标志，数据块作为位流来处理，这种传输方案称为（）。
A. 面向字符的同步传输B.异步传输C.面向位的同步传输D. 起止式传输5.在CRC码计算中，可以将一个二进制位串与一个只含有0或1两个系数的一元多项式建立对应关系。
例如，与位串101101对应的多项式为（）A． x6+x4+x3+1 B． x5+x3+x2+1 C． x5+x3+x2+x D． x6+x5+x4+16.在局域网参考模型中，与媒体无关，从而实现数据帧的独立传输的是（）。
A. 物理层B. MAC子层C. LLC子层D. 网际层7.就交换技术而言，局域网中的以太网采用的是（）A．分组交换技术 B．电路交换技术 C．报文交换技术 D．分组交换与电路交换结合技术8.以太网的访问方法和物理层技术规范由（）描述。
A.IEEE802.3B.IEEE802.4C.IEEE802.5D.IEEE802.69.一个采用CSMA/CD技术的局域网，其速率为10Mb/s，电缆的长度为500m，无中继器，信号在电缆中的传播速度为200000km/s，由此可知MAC帧的最小长度不得少于（）位。
A. 10B. 50C. 100D. 50010.IEEE 802.3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，传输介质的最大长度不能超过（）。
计算机网络课后答案第三章
第三章 数据链路层习题3-02 数据链路层中的链路控制包括哪些功能？答：数据链路层中的链路控制功能有：（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。
习题3-03考察停止等待协议算法。
在接收结点，当执行步骤（4）时，若将“否则转到（7）”改为“否则转到（8）”，将产生什么结果？答：“否则”是指发送方发送的帧的N （S ）和接收方的状态变量V （R ）不同。
表明发送方没有收到接收方发出的ACK ，于是重传上次的帧。
若“转到（8）”，则接收方要发送NAK 。
发送方继续重传上次的帧，一直这样下去。
习题3-06 信道速率为4kb/s 。
采用停止等待协议。
传播时延ms t p 20=,确认帧长度和处理时间均可忽略。
问帧长为多少才能使信道利用率达到至少50%。
解：根据下图所示停等协议中的时间关系：在确认帧长度和处理时间均可忽略的情况下，要使信道利用率达到至少50%必须使数据帧的发送时间等于2倍的单程传播时延。
即：p f t t 2= 已知：C l t f f =，其中C 为信道容量，或信道速率。
f l 为帧长（以比特为单位）。
所以得帧长16004.040002=⨯=⨯≥⨯=p f f t C t C l bit习题3-09试证明：当用n 个比特进行编号时，若接收窗口的大小为1，则只有在发送窗口的大小WT ≤2n-1时，连续ARQ 协议才能正确运行。
答：（1）显然 WT 内不可能有重复编号的帧，所以WT ≤2n 。
设WT=2n ；（2）注意以下情况：发送窗口：只有当收到对一个帧的确认，才会向前滑动一个帧的位置；接收窗口：只有收到一个序号正确的帧，才会向前滑动一个帧的位置，且同时向发送端发送对该帧的确认。
显然只有接收窗口向前滑动时，发送端口才有可能向前滑动。
发送端若没有收到该确认，发送窗口就不能滑动。
（3）为讨论方便，取n=3。
并考虑当接收窗口位于0时，发送窗口的两个极端状态。
第3章数据链路层
教
程
计 算 机 网 络
数据链路层的主要功能：
（1）链路管理 数据链路的建立、维持和释放 （2）帧同步 接收方从比特流中能区分帧开始与结束 （3）流量控制(flow control)发送方的发送速率必须是接收 方来得及接收
第 3 章 数 据 链 路 层
（4）差错控制
前向纠错：采用纠错编码（卫星通信） 差错检测：采用检错编码（CRC） （5）将数据和控制信息区分开 （6）透明传输：对传输的数据没有限制 （7）寻址
停止等待协议的算法
在发送结点： （1）从主机取一个数据帧。 （2）V(S)←0。 {发送状态变量初始化} （3）N(S)←V(S)； {将发送状态变量的数值写入 发送序号} 将数据帧送交发送缓存。 （4）将发送缓存中的数据帧发送出去。 （5）设置超时计时器。 {选择适当的超时重传 时间tout } 第 3 章 数 据 链 路 层
教
程
计 算 机 网 络
6、字符填充法: 发送方在可能产生争议的DLE位串之前再增加一 个转义字符（DLE），如 DLE DLE SOH；接收方每 接收到两个连续的DLE则丢弃其中的一个DLE
第 3 章 数 据 链 路 层
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第 3 章 数 据 链 路 层
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第 3 章 数 据 链 路 层
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计 算 机 网 络
5、字符的转义： 在控制字符之前增加一个转义字符（DLE）,防 止数据的二义性。BSC主要支持字符数据的传输，也 可以支持二进制数据传输，但二进制数据时必须被组 合，例如：七位形成一个位组。由于二进制位组合的 随机性，可能出现等同控制字符组的位串（例如： DLE SOH),为了保证数据的透明性（即数据中允许任 意的二进制数据），同时保证这些等同控制字符组的 位串不会导致控制的混乱，BSC采用了字符转义的方 法——字符填充法。 第 3 章 数 据 链 路 层
计算机网络课程第3章-数据链路层-作业解答
计算机⽹络课程第3章-数据链路层-作业解答3-07要发送的数据为1101011011。
采⽤CRC的⽣成多项式是P(x)=x4+x+1 。
试求应添加在数据后⾯的余数。
数据在传输过程中最后⼀个1变成了0，问接收端能否发现？若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，问接收端能否发现？采⽤了CRC检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？解：添加的检验序列为1110 （11010110110000除以10011）数据在传输过程中最后⼀个1变成了0，11010110101110除以10011，余数为011，不为0，接收端可以发现差错。
数据在传输过程中最后两个1都变成了0，11010110001110除以10011，余数为101，不为0，接收端可以发现差错。
采⽤了CRC检验后，数据链路层的传输成为“⽆⽐特差错”传输，但是对于帧丢失、帧重复及帧失序等“传输差错”就需要额外的机制来保证，所以说，采⽤了CRC检验后，数据链路层的传输还不是可靠的传输。
3-08要发送的数据为101110。
采⽤CRC的⽣成多项式是P(x)=x3+1 。
试求应添加在数据后⾯的余数。
解：101011←商1001 ∣101110000100110101001110010011010100111 ←余数所以，加在数据后⾯的余数为011（前⾯置零是因为按⽣成多项式最⾼幂为3，原始数据需要左移3位）3-22 假定在使⽤CSMA/CD协议的10Mb/s以太⽹中某个站在发送数据时检测到碰撞，执⾏退避算法时选择了随机数r =100 。
试问这个站需要等待多长时间后才能再次发送数据？如果是100 Mb/s 的以太⽹呢？解：CSMA/CD协议要点指出：站点在发送过程中应继续检测信道，若⼀直未检测到碰撞，就顺利把这个帧成功发送完毕。
若检测到碰撞，则终⽌发送，并发送认为⼲扰信号。
在终⽌发送后，适配器就执⾏指数退避算法，等待r 倍512⽐特时间后才可以再次发送。
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结点
帧
帧
结点
数据链路层功能
? 向网络层提供一个定义良好的服务接口。 ? 链路管理
– 差错控制：处理传输错误； – 数据流量控制：确保慢速的接收方不会被 快速的发送方“淹没”。
帧管理
– 成帧：帧格式的形成 – 帧同步：识别帧头、帧尾
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
有确认的无连接服务
特点： ?未使用逻辑连接； ?发送的每一帧都需要接收端单独确认 ( 可选项，用于优化服务；光纤不确认 ) ； ?若确认帧超时，则发送方将再次发送该帧。
应用： 不可靠信道，如无线系统、 Wi-Fi。
有确认的面向连接服务
特点： ?建立连接； ?发送的每帧都编号，保证每帧都正确、按顺序接收一次 ?为网络层进程提供了一个可靠的位流( 复杂) 。
数据链路层实现
数据链路层帧与网络层数据包的关系
数据链路层帧与网络层数据包的关系
结点 A
网络层
数据 链路层
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
3.1.1 提供给网络层的服务
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
数据链路层的简单模型
主机 H1 向 H2 发送数据
主机 H1
– 发送方数据链路层对数据中 5个连续的位“ 1”， 自动在输出位流中 填充一个位“0” 。 – 接收方对 5个连续输入位“1”，且后接一位 “0”的情况，自动删除这个“0”位。 接收方一旦失步，只需在输入数据流中扫描标志序 列，即可重新获得同步。因为标志序列只能是帧界， 不可能出现在数据中。
? 无确认的无连接服务 ? 有确认的无连接服务 ? 有确认的面向连接服务
无确认的无连接服务
特点： ?源机器向目标机器发送独立的帧； ?目标机器不进行确认； ?不建立逻辑连接。 ?数据链路层不处理线路噪声引起的丢帧、错帧， 由上层完成。 应用： ?错误率很低，如以太网，光纤网络 ?实时通信，如语音。
用字节填充法解决透明传输的问题
帧开始符
原始数据
FLG
FLG
FLG
ESC
帧结束符
FLG
FLG
字节填充
字节填充
字节填充
字节填充
FLG
发送 在前
ESC FLG
ESC FLG
ESC ESC
ESC FLG
FLG
经过字节填充后发送的数据
比特填充的标志比特法
位填充(bit stuffing) 机制 每一帧的开始和结束都有一个特殊的位模式 01111110
字节计数法
利用头部中的一个域来指定该帧中的字节数。 对于数值改变的错误，则无法同步和重传。 很少单独使用。
字符计数法
利用头部中的一个域来指定该帧中的字符数。如 果改值错误，则无法同步，也无法重传。
字节填充的标志字节法
标志字节(flag byte) ： 考虑出错后的重新同步，用特殊字节flag 表示一帧的开始 和结束，一般为0x7E(01111110。) 目的端丢失帧边界时只需 查找两个连续的flag ，就可以找到前帧的结束，后帧的开始
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
H2
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
数据链路层实现
? 数据链路 (data link) ：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 件加到物理链路上，就构成了数据链路。 ? 使用适配器( 即网卡) 来实现这些协议的硬件和 软件。包括数据链路层和物理层这两层的功能。 ? 主要讨论 WA中NDL层的问题，属点 -点链路上的 数据传输； LAN的DL层比WA复N杂，属多点链路传 输( 第4章) 。
字节填充： 若传送的用户数据中出现flag 或ESC，会干扰帧界的确定，需 进行字节填充：
– 发送端： DL层在用户数据中的每个flag 或ESC前插入 1个转义字节(ESC) – 接收端： DL层在将数据送给N层前删除ESC。 缺点：依赖于8位字符的模式，增加了额外的传输负荷。 PPP协议例子
起始和结束分界符 : 让每一帧都用一些特殊的 字节作为开始和结束。称为 标志字节(flag byte) ， 一般为 0x7E。
1 引言 2 物理层 3 数据链路层 4 介质访问控制子层 5 网络层 5 传输层
1
3.1数据链路层的设计问题
概述
数据链路层主要内容 ： 两台 相邻 机器之间实现可靠、有效、完整的 信息块( 帧) 通信的一些算法。
相邻：两台机器通过一条通信信道 ( 同轴 电缆、电话线或点到点的无线信道 ) 连接。 递交数据位的顺序与发送的顺序完全相同。
过程： ?建立连接：双方初始化各种变量和计数器。 ?传输数据帧：记录已收帧及未收帧。 ?释放连接：所有变量、缓冲区及其他资源。
应用：长距离且不可靠链路，卫星或电话系统。
3.1.2 成帧
目的： 及时发现原始比特流中的错误。 比特流拆分为帧，分帧进行校验和计算
成帧方法： ?字节计数法 ?字节填充的标志字节法 ?比特填充的标志比特法 ?物理层编码违禁法
转义处理 ：当标志字节的位模式出现在数据 中时，在前面插入一个特殊的转义字节 (ESC)。接 收端的数据链路层在将数据送给网络层之前删除 转义字节。
主要缺点： 依赖于8位字符的模式。例如， UNICOD使E用16位字符。
封装成帧
? 封装成帧(framing)：在一段数据的前后分别添加 首部和尾部，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 开始 发送 帧首部
IP 数据报
帧的数据部分 ? Max
数据链路层的帧长
帧结束 帧尾部
用标志字节进行帧定界的方法举例
帧开始符
FLG
发送在前
装在帧中的数据部分 帧
帧结束符
FLG
透明传输
出现了“FLG” 完整的帧
发送
数据部分
在前
FLG
FLG
FLG
被接收端 误认为是一个帧
被接收端当作无效帧而丢弃