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3章 数据链路层
数据链路层的简单模型
主机 H1 向 H2 发送数据
路由器 R1 电话网 局域网 路由器 R2 广域网 路由器 R3 局域网 H2 应用层 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 运输层 网络层 链路层 物理层 主机 H2
从层次上来看数据的流动
仅从数据链路层观察帧的流动
用控制字符进行帧定界的方法举例
帧开始符
SOH SOH
帧结束符 装在帧中的数据部分 帧
EOT EOT
发送在前 帧尾部
第3章 数据链路层—曹来成
10
3.1.2.2 透明传输
出现了“EOT” 完整的帧 发送 在前 数据部分
SOH SOH EOT EOT EOT
解决透明传输问题
字节填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing) ① 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)。 ② 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。
(a) 接收 帧
结点 B
3.1.2.1 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。 • 首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定 界。 IP 数据报 帧开始 帧结束
开始 发送 帧首部 帧的数据部分 MTU 数据链路层的帧长
2011/8/23 第3章 数据链路层—曹来成 9 2011/8/23
工作原理：
多项式除法，将余式作为冗余信息传 送。
2011/8/23 第3章 数据链路层—曹来成 19 2011/8/23 第3章 数据链路层—曹来成 20
《计算机网络（第7版）谢希仁著》第三章数据链路层要点及习题总结
《计算机⽹络（第7版）谢希仁著》第三章数据链路层要点及习题总结1.数据链路层的三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测2.点对点信道的数据链路层 （1）链路和数据链路 链路（物理链路）：链路（link）就是从⼀个结点到相邻结点的⼀段物理线路（有线或⽆线〉，⽽中间没有任何其他的交换结点 数据链路（逻辑链路）：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，换⽽⾔之，数据链路=链路+通信协议 （2）早期的数据通信协议叫通信规程 （3）数据链路层的协议数据单元-------帧 （4）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，这样就构成了⼀个帧。
⼀个帧的帧长等于帧的数据部分长度加上帧⾸部和帧尾部的长度。
⾸部和尾部的⼀个重要作⽤就是进⾏帧定界（即确定帧的界限），为了提⾼帧的传输效率，应当使帧的数据部分长度尽可能地⼤于⾸部和尾部的长度。
但是，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⼀⼀最⼤传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit），当数据是由可打印的 ASCII 码组成的⽂本⽂件时，帧定界可以使⽤特殊的帧定界符（如SOH和EOT）。
SOH：Start Of Header EOT：End Of Transmission （5）透明传输：所传输的数据中的任何 8 ⽐特的组合⼀定不允许和⽤作帧定界的控制字符的⽐特编码⼀样，⽆论什么样的⽐特组合的数据，都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层。
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，⼆进制是 00011011 ）。
⽽在接收端的数据链路层在把数据送往⽹络层之前删除这个插⼊的转义字符。
这种⽅法称为字节填充或字符填充。
如果转义字符也出现在数据当中，那么解决⽅法仍然是在转义字符的前⾯插⼊⼀个转义字符。
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
课件制作人：谢希仁
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”。
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）过失控制。
（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“不然转到（7）”改成“不然转到（8）”，将产生什么结果？答：“不然”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 信道速度为4kb/s 。
采用停止等待协议。
传播时延ms t p 20=,确认帧长度和处置时间都可忽略。
问帧长为多少才能使信道利用率达到至少50%。
解：按照下图所示停等协议中的时间关系：在确认帧长度和处置时间都可忽略的情况下，要使信道利用率达到至少50%必需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，或信道速度。
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，持续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。
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
计算机网络第三章习题答案
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出链路外，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，但是，数据传输并不可靠，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检测、确认和重传功能，才使不太可靠的物理链路变成可靠的数据链路，进行可靠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：链路管理帧定界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：适配器（即网卡）来实现数据链路层和物理层这两层的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地址字段A 只置为0xFF。
计算机网络 谢希仁 第三章习题解答
计算机网络谢希仁第三章：数据链路层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：所谓链路是指从一个结点到相邻结点的一段物理线路，而中间没有任何的其他交换结点，它仅是一条路径的组成部分。
数据链路：在数据传输时除了必须的一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输，把实现这些协议的硬件和软件都附加到链路上采构成数据链路。
“电路接通了”表示建立了一条物理连接，可以传输比特流了；“数据链路接通了”则表示已经建立了一条数据链层的连接，可以传输数据帧了。
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：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。
优点：能够保证数据在链路层的可靠传输；缺点：太复杂，实现起来麻烦，开销大03、网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？答：适配器主要有以下几个作用：（1）进行数据串行传输和并行传输的转换（2）对数据进行缓存（3）适配器能够实现以太网协议（4）当收到有差错的帧时自动丢弃而不必通知计算机；当收到正确的数据时则通过中断通知计算机并把数据交付个网络层。
网络适配器工作在数据链路层。
04、数据链路层的三个基本问题为什么都必须加以解决？答：“封装成帧”即帧定界，它是指在发送帧时发送端的数据链路层在帧的前后都加入商定好的标记，使得接收方在收到帧后能根据这种标记识别帧的开始和结束。
若不解决这个问题，就会使得接收端不知道一个帧是从什么地方开始的，也不知道该在什么地方结束。
“透明传输”是指通过字节插入或比特插入等机制时的数据链路层传输的数据的比特组合不受限制。
若不解决这个问题，就会使得接收端在判断帧的边界时出现混乱。
“差错检测”指采用某种机制在发送的帧中按照一定的规律设置若干个冗余比特，让接收方对收到的帧能够检查或确定是否有传输差错。
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。
第03章数据链路层
B
t
A
t TD
RTT TD + RTT + TA
TD U TD RTT T A
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2. 连续ARQ协议
连续ARQ协议的工作原理就是在发送完一个数据
帧后，不是停下来等待确认帧，而是可以连续再发送 若干个数据帧。如果这时收到了接收端发来的确认帧，
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数据链路层的两个子层
为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准， 802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层： 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。 与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种传输媒体对 LLC 子层来说都是透明的。
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接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验
接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验后，可能出现 两种情况： (1) 若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错， 就接受(accept)。 (2) 若余数 R 0，则判定这个帧有差错，就丢弃。
这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现 了差错。 只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P，那么 出现检测不到的差错的概率就很小很小。
（4）每收到对一个帧的确认，发送窗口就向前(即 向右方)滑动一个帧的位置。
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20
接收窗口的规则很简单，归纳如下： （1）只有当收到的帧的序号与接收窗口一致时才 能接收该帧。否则，就丢弃它。 （2）每收到一个序号正确的帧，接收窗口就向前 (即向右方)滑动一个帧的位置。同时向发送端发送对该 帧的确认。
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。
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
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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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第 3 章 数 据 链 路 层
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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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直到收到ACK 才发送下一帧
ACK DATA2
上交主机； 发送应答信息； 转到第一步
ACK
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
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
出错
A 数据帧的
发送时间
tf
两个成功发送的
数据帧之间的 tT
最小时间间隔
tout
设置的
重传时间
DATA
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
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。
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。
数据链路层传送的是帧
被接收端当作无效帧而丢弃
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。
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
3.1.2 三个基本问题
(1) 封装成帧 (2) 透明传输 (3) 差错控制
3.2 帧同步功能
为了使传输中发生差错后只将出错的有限数据进行重 发，数据链路层将比特流组织成以帧为单位传送。
ESC SOH
EOT
经过字节填充后发送的数据
3.2.2 比特填充的首尾定界符法
在前面介绍的字符分界法中存在一个大的不足，那就是 它仅依靠8位模式。而事实上，并不是所有的字符编码都 使用8位模式，如UNICODE编码就使用了16位编码方式。
“比特填充的首尾界定符法”是以一组特定的比特模式 （如01111110）来标志一帧的起始与终止，它允许任意 长度的位码，也允许任意每个字符有任意长度的位。
一个比特可表示 0 和 1 两种不同的序号。
帧的发送序号
数据帧中的发送序号 N(S) 以 0 和 1 交替 的方式出现在数据帧中。
每发一个新的数据帧，发送序号就和上 次发送的不一样。用这样的方法就可以 使收方能够区分开新的数据帧和重传的 数据帧了。
停止等待协议的算法
这里不使用否认帧（实用的数据链路层协议大 都是这样的），而且确认帧带有序号 n。
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 。
2 停止等待协议 具有简单的流量控制
假设：链路是理想化的，所传输的数据不会出错也不会丢失。 协议思想：协调、控制接收方、发送方的速度。
发送方
接收方
协
DATA0
议
算
ACK
法
发出一帧； 等待；
DATA1
等待； 将收到的数据帧
tf = lf /C = lf /C (s)
（3-1）
发送时间 tf 也就是数据帧的发送时延。
数据帧沿链路传到结点B还要经历一个传播时延 tp。
结点 B 收到数据帧要花费时间进行处理，此时间称为
处理时间 tpr，发送确认帧 ACK 的发送时间为 ta。
停止等待协议中数据帧和确认帧 的发送时间关系
丢
失
tout
！
重 传
送 主 机
(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
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。
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。
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。
若接收端收到的PPP帧的数据部分是 0001110111110111110110，问删除发送端加入的零比 特后变成怎样的比特串?
答案：（1） 011011111011111000 （2） 000111011111-11111-110
3.3 流量控制功能(传输层TCP来讲)
流量控制是指一组过程
限制发送方在等待确认前能够发送的数据量
保证发送实体发送的数据不超出接收实 体接收数据的能力
防止缓冲溢出
数据链路层功能 在数据链路层上传输数据帧
？发送方： 以多快的速度发送数据帧，即每帧之间相隔多长时间？ 如何确认对方是否收到数据？
？接收方：
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 AP1 A
缓存
帧
帧
数据链路
接收方
主 AP2 机
B
高层
缓存 数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ链路层
完全理想化的数据传输 所基于的两个前提
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。
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” 。
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。
发送端在 5 个连续 1 之后 填入 0 比特再发送出去
010011111010001010 发送端填入 0 比特
在接收端把 5 个连 续1 之后的 0 比特删除
010011111010001010 接收端删除填入的 0 比特
例题：
PPP协议使用同步传输技术传送比特串 0110111111111100。试问经过零比特填充后变成怎样 的比特串?
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( 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
按照习惯的表示法，ACKn 表示“第 n – 1 号帧 已经收到，现在期望接收第 n 号帧”。
ACK1 表示“0 号帧已收到，现在期望接收的下一 帧是 1 号帧”；
ACK0 表示“1 号帧已收到，现在期望接收的下一 帧是 0 号帧”。
停止等待协议的要点
连续出现相同发送序号的数据帧，表明 发送端进行了超时重传。连续出现相同 序号的确认帧，表明接收端收到了重复 帧。
为方便起见，我们设重传时间为 tout = tp + tpr+ ta + tp + tpr
设上式右端的处理时间 tpr 和确认帧的发送时间 ta 都远小于 传播时延 tp，因此可将重传时间取为两倍的传播时延，即 tout = 2tp
两个发送成功的数据帧之间的最小时间间隔是 tT = tf + tout = tf + 2tp
计算机网络
第 3 章 数据链路层
第3章 数据链路层
3.1 数据链路层概述 3.2 帧同步功能 3.3 流量控制功能 3.4 差错检测（重点）
3.1 数据链路层概述
数据链路层是OSI参考模型中的第二层,介乎于物理层和 网络层之间，在物理层所提供的服务的基础上向网络层 提供服务。数据链路层的作用是对物理层传输原始比特 流的功能的加强，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，即使之对网络层表 现为一条无差错的链路。
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。
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