《数据链路层》PPT课件
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计算机网络第五版课件(谢希仁编著)第三章 数据链路层
课件制作人：谢希仁
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
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
数据链路层PPT课件
3.2 点对点协议 PPP—4帧格式
先发送
首部
FAC 7E FF 03
字节 1 1 1
协议 2
IP 数据报
信息部分 不超过 1500 字节 PPP 帧
尾部
FCS
F 7E
2
1
3.2 点对点协议 PPP—4帧格式
当 PPP 用在同步传输链路时 ，采用比特填充。
在发送端，只要发现有 5 个 连续 1，则立即填入一个 0 。接收端对帧中的比特流进 行扫描。每当发现 5 个连续 1时，就把这 5 个连续 1 后 的一个 0 删除，
1. 进行串行/并行转换 2. 对数据进行缓存 3. 在计算机的操作系统安装设备驱动程序 4. 实现以太网协议
40
3.3 使用广播信道的数据链路层—概述
IP 地址
计算机
硬件地址
CPU 和 存储器
并行 通信
适配器 （网卡）
至局域网 串行通信
生成发送的数据 把帧发送到局域网 处理收到的数据 从局域网接收帧
(1) 封装成帧 (2) 透明传输 (3) 差错控制 (4)最大传送单元 (5)网络层地址协商
1. PPP 协议不需满足的需求 (1) 纠错
(2) 流量控制
3.2 点对点协议 PPP—3组成部分
PPP 协议有三个组成部分 1. 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法 2. 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol) 3. 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)
3.2 点对点协议 PPP—1应用范围
现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对 点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。
《CAN数据链路层》课件
《CAN数据链路层》PPT课 件
目录
• CAN数据链路层简介 • CAN数据链路层协议规范 • CAN数据链路层硬件实现 • CAN数据链路层软件实现 • CAN数据链路层应用实例 • 总结与展望
01
CAN数据链路层简介
定义与功能
定义
CAN数据链路层是控制器局域网（ CAN）协议中的一部分，负责数据在 节点间的传输。
03
CAN数据链路层硬件实现
CAN控制器芯片选择
1 2
控制器芯片类型
选择适合的CAN控制器芯片，如独立的CAN控 制器芯片或集成在微控制器上的CAN控制器模块 。
性能要求
根据实际需求，考虑控制器的速率、内存大小、 功耗等性能参数。
3
兼容性
确保选择的控制器芯片与CAN协议标准兼容，并 能够与其他CAN设备进行互操作。
01
总线拓扑类型
了解常见的总线拓扑结构，如星 型、树型或网状结构，并根据实 际应用选择合适的拓扑结构。
02
总线长度与节点数 量
根据总线的长度和节点数量，考 虑信号的衰减和反射，以及可能 的总线竞争情况。
03
故障隔离与容错
了解如何在总线拓扑中实现故障 隔离和容错，以确保网络的可靠 性和稳定性。
04
CAN数据链路层软件实现
பைடு நூலகம்
评价
CAN数据链路层作为汽车电子领域中的重 要通信协议，具有高可靠性、实时性和灵活 性等优点，被广泛应用于汽车控制系统和传 感器网络中。
展望
随着智能网联汽车技术的不断发展，CAN 数据链路层在未来将面临更高的性能和安全 要求。未来发展方向包括优化协议性能、提
高通信安全性和扩展应用范围等。
未来研究方向与挑战
目录
• CAN数据链路层简介 • CAN数据链路层协议规范 • CAN数据链路层硬件实现 • CAN数据链路层软件实现 • CAN数据链路层应用实例 • 总结与展望
01
CAN数据链路层简介
定义与功能
定义
CAN数据链路层是控制器局域网（ CAN）协议中的一部分，负责数据在 节点间的传输。
03
CAN数据链路层硬件实现
CAN控制器芯片选择
1 2
控制器芯片类型
选择适合的CAN控制器芯片，如独立的CAN控 制器芯片或集成在微控制器上的CAN控制器模块 。
性能要求
根据实际需求，考虑控制器的速率、内存大小、 功耗等性能参数。
3
兼容性
确保选择的控制器芯片与CAN协议标准兼容，并 能够与其他CAN设备进行互操作。
01
总线拓扑类型
了解常见的总线拓扑结构，如星 型、树型或网状结构，并根据实 际应用选择合适的拓扑结构。
02
总线长度与节点数 量
根据总线的长度和节点数量，考 虑信号的衰减和反射，以及可能 的总线竞争情况。
03
故障隔离与容错
了解如何在总线拓扑中实现故障 隔离和容错，以确保网络的可靠 性和稳定性。
04
CAN数据链路层软件实现
பைடு நூலகம்
评价
CAN数据链路层作为汽车电子领域中的重 要通信协议，具有高可靠性、实时性和灵活 性等优点，被广泛应用于汽车控制系统和传 感器网络中。
展望
随着智能网联汽车技术的不断发展，CAN 数据链路层在未来将面临更高的性能和安全 要求。未来发展方向包括优化协议性能、提
高通信安全性和扩展应用范围等。
未来研究方向与挑战
第4章数据链路层基础与应用PPT课件
2020/11/15
第4章 数据链路层基础与应用
7
4.2 差错控制技术
（1）检错法
① 检错法与检错码。 ②检错法的特点：通过“检错码”检错，通过“重传机制”纠正差错。
（2）纠错法（又称为正向纠错法）
① 纠错法与纠错码。 ② 纠错法的特点：使用纠大量的“附加位”。 ③ 适用场合适用于：第一，没有反向信道，无法发回ACK或NAK信息的 场合。第二，线路传输时间长，要求重发不经济的场合。
6
4.2 差错控制技术
1. 什么是差错？
收到的数据与原来发送的数据不一致的现象称为“传 输差错”。
2. 差错的分类与差错出现的可能原因
（1）热噪声差错:是由传输介质的内部因素引起的差 错。 （2）冲击噪声差错：是由外部因素引起的差错。
3. 无差错传输通常采用的两种控制技术
在差错控制技术中，通常包括“差错的检查”和“差 错的纠正”两个主要内容。
第4章 数据链路层基础与应用
4
4.1 数据链路层的基本概念
（3）数据链路层的协议：IEEE 802、ATM、帧中继等。
5. 数据链路层的设备与部件
最常见的产品有网卡、网桥和第2层交换机。
2020/11/15
第4章 数据链路层基础与应用
5
4.2 差错控制技术
2020/11/15
第4章 数据链路层基础与应用
2. 数据链路层使用的两种通信信道类型
位于OSI模型或TCP/IP模型的低层。在应用中，会遇到两种信 道类型：广播通信信道和点-点通信信道；使用不同信道的网 络，数据链路层的处理就会不同。
（1）广播式的通信信道
① 确定使用广播信道的通信对象； ② 解决多结点争用公用通信信道的问题。
计算机网络第4章数据链路层PPT课件
编辑版pppt
21
面向字符型数据链路层协议实例——BSC
§4.3 面向字符型数据链路层协议 实例——BSC
§4.3.1 数据链路层协议的分类
数据链路层协议
点-点线路
类型
面向字符型 面向比特型
广播线路
子层
逻辑链路子层
逻辑链路子层
编辑版pppt
IBM BSC
ISO BM
IBM SDLC
ANSI ADLC ISO HDLC
IEEE 802.2
IEEE 802.3
IEEE 802.4
IEEE 802.5
22
面向字符型数据链路层协议实例——BSC
§4.3.2 面向字符型协议实例——BSC
1、控制字符
SOH（start of heading）
STX（start of text）
ETX（end of text）
EOT（end of transmission）
ENQ（enquire）
ACK（acknowledge）
NAK（negative acknowledge）
DLE（data link escape）
SYN（synchrous）
ETB（end of transmission block）
编辑版pppt
23
面向字符型数据链路层协议实例——BSC
2、数据报文格式
SYN SYN SOH 报头 STX
正文
ETB/ET X
BCC
同步字符
用户定义
正文字段
校验字段
报文开始
报头结束 正文开始
分组结束 /报文结束
编辑版pppt
24
面向字符型数据链路层协议实例——BSC
网络 第四章数据链路层汇总PPT课件
4.2 停止等待协议
• 理想的链路：
• 链路很可靠，数据帧不会出错与丢失；
• 不管发送方以多快的速率发送，接收方都能 来得及接收而保证不丢失数据帧。
• 此时不需要链路层协议。 主机
节点A
主机
节点B
链帧帧路层
链路层
停止等待协议
不可靠的链路导致可能出现的情况：
• 数据帧出错（噪声干扰） • 数据帧不能到达（链路错误） • 接收溢出（结点差异） • 数据帧重复（链路阻塞）
• ⑻if (data_r=ACK) vs=1-vs ,goto ⑵ {正确}
• ⑼if (data_r=NAK) goto ⑷ {出错重传}
• ⑽if (time_out( )=1) goto ⑷ {超时重传}
停止等待协议接收算法
• ⑴vr←0 {接收序号初始化} • ⑵data_r=recive( ) • ⑶if (data_r=null) goto ⑵ {等待接收} • ⑷if CRC(data_r) send(NAK),data_r=null,
• 链路管理 链路的建立、维持与释放。
• 帧同步 保证接收方能从比特流中分离出数据帧
• 流量控制 协调发送方与接收方同步工作
• 差错控制 接收方能检验出有错误的帧，并采取相 应措施。
数据链路层功能
• 透明传输 数据链路层并不关心所传数据内容，按 一定规则能从帧中区分数据与控制信息。
• 寻址 在多点连接时保证帧被准确送达目的节 点。
数据链路层差错控制
解决“数据帧出错”方法：
• 可对欲发送的帧进行差错编码，接收方 通过差错校验，可判断出接收的数据帧 是否发生错误。如果接收错误，就向发 送方发送一出错标识帧，称为否认帧 NAK，通知发送方重新传送原数据帧。
数据链路层-PPT课件 166页PPT
间接交付
间接交付
C
间接交付
直接交付
直接交付 B
直接交付不需要使用路由器 但间接交付就必须使用路由器
Typical Router
3——网络层 2——数据链路层 1——物理层
路由选择处理机
路由选择协议 路由表
路由 选择
… …
输入端口 123
输入端口 123
分组处理 转发表
交换结构
输出端口 321
输出端口 321
-Know about the topology of the communication subnet ;
-Take care to choose routes, and -Deal with data exchange between different networks.
Hale Waihona Puke 5.1 Network Layer Design Issues
1. router memory space and bandwidth: VC allow packets to contain circuit numbers instead of full destination addresses. It saves bandwidth. The price paid is the table space within the routers.
Service Comparison of Virtual-Circuit and Datagram
Subnets
Store-and-Forward Packet Switching
fig 5-1
The environment of the network layer protocols.
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数据 链路层
结点 A
发送 帧
链路 链路
接收 帧
结点 B 4
第三章 数据链路层
封装成帧（framing）就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部 ，确定帧的界限，构成帧。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
帧的数据部分 MTU
数据链路层的帧长
帧尾部
5
第三章 数据链路层
常用的冗余检验技术有：奇偶检验、方块检验和循环冗余检验。 奇校验：通过附加奇偶校验位，使所传输的信息中1的个数为奇数 。 偶校验：通过附加奇偶校验位，使所传输的信息中1的个数为偶数 。
9
第三章 数据链路层
循环冗余校验（CRC，Cyclical Redundancy Check）：将所传输 的除以一个预先设定的除数，所得的余数作为冗余比特，附加在 要发送的数据的末尾。这样实际传输的就能够被预先设定的除数 整除。当整个数据发送到接收方后，接收方利用同一个除数去除 接收到的数据。如果余数为0，则传输正确，否则有误。 运算规则：加法、减法均为异或运算，加法不进位，减法不借位 。 在数据的末尾加上r个0，r等于除数的位数减1； 使用二进制除法，所得的余数为循环冗余校验码（以上除法用的 是模2除法，不考虑减法借位，即0-0=0、0-1=1、1-0=1、1-1=0） ； 将循环冗余校验码替换数据末尾的r个0，得到整个传输的数据。
7
16 62
PRE SFD DA SA LEN
46到1500字节 DATA
4 CRC
LLC 帧
以太网的帧是数据链路层的封装，网络层的数据包被加上帧头和帧 尾成为可以被数据链路层识别的数据帧（成帧）。虽然帧头和帧尾 所用的字节数是固定不变的，但依被封装的数据包大小的不同，以 太网的长度也在变化，其范围是64～1518字节（不算8字节的前导 字），由以下几个部分组成：
EOT
8
第三章 数据链路层
在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误 码率 BER（Bit Error Rate），误码率与信噪比有很大的关系。 为实现可靠通信，通信系统必须具有检测和纠正差错的机制。 为了有效地检测出差错，常用的方法是在所传输的信息中，按照 一定的规则，另外加入若干位附加比特，这种技术称为冗余。
2
第三章 数据链路层
数据链路层的主要功能： 1、将数据包封装为帧； 2、对等层通信，将帧交付给另一个节点的数据链路层； 3、差错检测和流量控制。
3
第三章 数据链路层
数据链路层传送的是帧。
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
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。
帧开始符
原始数据
帧结束符
SOH
EOT
SOH
ESC
SOH
EOT
字节填充
字节填充
字节填充
字节填充
SOH
ESC EOT
ESC SOH
ESC ESC
经过字节填充后发送的数据
ESC SOH
10
第三章 数据链路层
例如：假设待传送数据 M＝1010001101，选择 某生成多项式P=110101 ， 求CRC码。
计算过程：
1 1 01 01 01 1 110101 | 101000 1 10 10 00 0 0
110101 11101 1 11010 1 111 0 10
110 1 01 1 1 11 10 1 1 01 01 10 11 00 11 01 01 1 10 01 0 1 10 10 1 1 1 10
11
第三章 数据链路层
流量控制 当接收到数据后，接收方要进行某些处理，并把数据送给高层， 所以数据的接收速率往往会比发送速率低。如果不对发送方的发 送速率进行适当的限制，就可能出现接收端的数据帧“溢出”， 前面来不及接收的帧将被后面不断发送来的帧“淹没”，从而造 成帧的丢失而出错。所以，对发送端数据的发送速率适当的控制 则是必需的，使发送速率不致超过接收方的速率。在数据链路层 中，窗口机制是常用的流量控制方法。 说明： 流量控制并不是数据链路层特有的功能，许多高层协议如传输层 协议也提供流量控制功能，只不过流量控制的对象不同而已。对 数据链路层来说，控制的是相邻两节点之间数据链路上的流量， 而对传输层来说，控制的则是从源到最终目的间端到端的流量。
起始字段 地址字段 长度和类型字段 数据字段 帧校验序列字段
PRE：前导码，10101010
SFD：帧起始定界符，10101011
DA：目的 MAC地址
SA：源MAC地址
LEN：LLC帧长度
DATA：数据字段
CRC：校验字段
6
第三章 数据链路层
透明传输与转义 SOH，Start of Header；EOT，End of Transmission。
12
第三章 数据链路层
如果允许连续发送多个未被确认的帧，帧号就需采用多位二进制 数才能加以区分；又因为凡被发出去但尚未被确认的帧都可能出 错或丢失而被要求重发，所以这些帧都需要保留在缓冲区中，形 成一张重传表。 由于发送方的缓冲区容量总是有限的，因此需要某种机制，使得 发送方在收到某确认帧之前，对发送方可继续发送的帧数目加以 限制。如果接收方未对帧进行确认，则发送方的重发表就会不断 增长。当达到重发表上限时，发送方就不再发送新帧，直至收到 确认信息为止。为了实现此方案，发送方存放待确认帧的重传表 中应设置待确认的帧数目的最大限度，这一限度被称为链路的 “发送窗口（Sending Window）”，这种重发机制被称为“窗口 机制”。
第三章 数据链路层
本章重点： 停止等待协议 滑动窗口 CRC MAC ARP CSMA/CD HUB与Switch的主要功能 冲突域和广播域 PPP
一般了解： 生成树 VLAN HDLC、X.25、FR
1
第三章 数据链路层
数据链路层使用的信道主要有以下两种类型： 点对点信道，使用一对一的点对点通信方式。 广播信道，使用一对多的广播通信方式，广播信道上连接的主机 很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据 收发。
帧开始符
帧结束符
SOH
装在帧中的数据部分
帧 出现了“EOT”
完整的帧 数据部分
SOH
EOT
EOT EOT
被接收端误认为是一个帧
被接收端当作无效帧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）/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。