数据链路层.ppt
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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.
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)。
计算机网络第3章 数据链路层ppt课件
生成方法：发送方和接收方依据一事先约定的r次生成 多项式G(x) （最高项xr和最低项的系数为1），用 G(x)去除xrK(x)得到的余式就是R(x)，即得冗余位。
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。
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。
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
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为了能进行透明传输（只对报文进行透明传输，报头总是不透明），在 控制字符之前加上一个DLE字符。例如用DLE•STX表示透明数据开始； DLE•ETX表示透明正文结束；DLE•SYN表示数据暂停期间的SYN等等。 透明数据的传输结构如下：
SYN SYN DLE STX 透明数据 DLE ETX BCC（块校验字符）
适用于点 — 点式非平衡构型和主站 — 次站式平衡构型。次 站可以随时传输帧，不必等待主站的探询。
▪异步平衡模式 ABM（Asynchronous Balanced Mode）
适用于通信双方都是组合站的平衡构型，也采用异步响应， 双方具有同等能力。
HDLC 的帧结构
比特 8 标志 F
8 地址
A
8 控制
010011111010001010
填入 0 比特
010011111010001010
在此位置删除填入的 0 比特
地址域（Address）
多终端线路，用来区分终端；
点到点线路，有时用来区分命令和响应。
若帧中的地址是接收该帧的站的地址，则该帧是命令帧；
若帧中的地址是发送该帧的站的地址，则该帧是响应帧。
3.4 链路控制协议示例
一.面向字符的控制规程-- BSC
控制字符: 在面向字符的控制规程（BISYNC），规定了大约十个控制字符。 使用比较普遍的IBM公司的双同步通信规程BISYNC（Binary Synchronous Communication）中规定了下列控制字符：
SYN 同步字符（BISYNC采用二个或多个同步字符）；
▪面向字符型数据链路层协议的缺点： 报文格式不一样； 传输透明性不好； 等待发送方式，传输效率低。
▪面向比特型协议的设计目标： 以比特作为传输控制信息的基本单元； 数据帧与控制 帧格式相同； 传输透明性好； 连续发送，传输效率高。
▪1974年，IBM 公司推出了面向比特的规程SDLC (Synchronous Daቤተ መጻሕፍቲ ባይዱa Link Control)。
数据域（Data）
任意信息（上层协议SDU有上限）
校验和（Checksum）
CRC校验 生成多项式：CRC-CCITT
•控制域（Control）
信息帧（Information）完成信息的传送。 监控帧（Supervisory）差错控制和流量控制。 无序号帧（Unnumbered）链路管理。
▪次站（secondary station）：主要功能是接收命令，发送 响应，配合主站完成链路的控制；
▪组合站（combined station）：同时具有主、次站功能， 既发送又接收命令和响应，并负责整个链路的控制。
HDLC适用的链路构型
1）非平衡型 点 — 点式
主站 多点式
次站
主站
次站
次站
次站
C
可变 信息 Info
16 帧检验序列
FCS
FCS 检验区间 透明传输区间
8 标志
F
帧
帧
帧
帧
实际中，帧与帧可首尾相接，连续发送
▪标志字段 F (Flag) ：为 6 个连续 1 加上两边各一个 0 共 8 bit
（7EH）。在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。
HDLC 采用零比特填充法使一帧中两个 F 字段之间不会出现 6 个连续 1。
▪后来 ISO 把 SDLC 修改后称为 HDLC (High-level Data Link Control)，译为高级数据链路控制，作为国际标准ISO 3309。
▪CCITT 则将 HDLC 再修改后称为链路接入规程 LAP (Link Access Procedure)。不久，HDLC 的新版本又把 LAP 修改为 LAPB，“B”表 示平衡型(Balanced)，所以 LAPB 叫做链路接入规程(平衡型)。
同步字符
用户定义
正文字段
校验字段
报文开始
报头结束
分组结束 报文结束
透明与非透明数据
数据和控制字符在同一条链路中传送，因此一般要求被传送的数据中不 包含控制字符，不包含控制字符的数据称为非透明数据。如果采用特殊的 措施允许数据中包含所有的字符，即也包括控制字符在内，这种数据称为 透明数据。传输透明数据的方式称为透明传输方式。
在发送端，当一串比特流数据中有 5 个连续 1 时，就立即填入一个 0。
在接收帧时，先找到 F 字段以确定帧的边界。接着再对比特流进行扫描。每当 发现 5 个连续 1 时，就将其后的一个 0 删除，以还原成原来的比特流。
发送端在 5 个连 1 之后 填入 0 比特再发送出去
在接收端将 5 个连 1 之后 的 0 比特删除，恢复原样
2）平衡型 主站 — 次站式 次站 主站 组合式
组合站
主站 次站
组合站
HDLC的基本操作模式
▪正常响应模式 NRM（Normal Response Mode）
适用于点 — 点式和多点式两种非平衡构型。只有当主站向次 站发出探询后，次站才能获得传输帧的许可。
▪异步响应模式 ARM（Asynchronous Response Mode）
发送序列 DLE STX A DLE B STX C DLE STX DLE ETX
传输序列 DLE STX A DLE DLE B STX C DLE DLE STX DLE ETX (其中DLE为填充的字符）
接收序列 DLE STX A DLE B STX C DLE STX DLE ETX
二、面向比特的控制规程-- HDLC
HDLC的组成
▪帧结构
▪规程元素
▪规程类型
语义
▪使用HDLC的语法可以定义多种具有不同操作特点的链 路层协议。
HDLC的适用范围
▪计算机 —— 计算机 ▪计算机 —— 终端 ▪终端 —— 终端
数据站（简称站 station），由计算机和终端组成，负责发送和 接收帧。HDLC涉及三种类型的站：
▪主站（primary station）：主要功能是发送命令（包括数 据），接收响应，负责整个链路的控制（如系统的初始、流 控、差错恢复等）；
ENQ 查询，用于：①建立数据链路；②主站查询次站有无发送请求（询 问对方是否就绪）。
SOH 报头开始 STX 报文开始
ETX 文本结束
ITB 中间块（组）结束 ETB 块（组）发送结束
DLE 转义字符
ACK 确认响应 NAK 否定回答
BSC协议的数据报文格式
SYN
SYN
SOH 报头 STX
正文 ETB/ETX BCC
SYN SYN DLE STX 透明数据 DLE ETX BCC（块校验字符）
适用于点 — 点式非平衡构型和主站 — 次站式平衡构型。次 站可以随时传输帧，不必等待主站的探询。
▪异步平衡模式 ABM（Asynchronous Balanced Mode）
适用于通信双方都是组合站的平衡构型，也采用异步响应， 双方具有同等能力。
HDLC 的帧结构
比特 8 标志 F
8 地址
A
8 控制
010011111010001010
填入 0 比特
010011111010001010
在此位置删除填入的 0 比特
地址域（Address）
多终端线路，用来区分终端；
点到点线路，有时用来区分命令和响应。
若帧中的地址是接收该帧的站的地址，则该帧是命令帧；
若帧中的地址是发送该帧的站的地址，则该帧是响应帧。
3.4 链路控制协议示例
一.面向字符的控制规程-- BSC
控制字符: 在面向字符的控制规程（BISYNC），规定了大约十个控制字符。 使用比较普遍的IBM公司的双同步通信规程BISYNC（Binary Synchronous Communication）中规定了下列控制字符：
SYN 同步字符（BISYNC采用二个或多个同步字符）；
▪面向字符型数据链路层协议的缺点： 报文格式不一样； 传输透明性不好； 等待发送方式，传输效率低。
▪面向比特型协议的设计目标： 以比特作为传输控制信息的基本单元； 数据帧与控制 帧格式相同； 传输透明性好； 连续发送，传输效率高。
▪1974年，IBM 公司推出了面向比特的规程SDLC (Synchronous Daቤተ መጻሕፍቲ ባይዱa Link Control)。
数据域（Data）
任意信息（上层协议SDU有上限）
校验和（Checksum）
CRC校验 生成多项式：CRC-CCITT
•控制域（Control）
信息帧（Information）完成信息的传送。 监控帧（Supervisory）差错控制和流量控制。 无序号帧（Unnumbered）链路管理。
▪次站（secondary station）：主要功能是接收命令，发送 响应，配合主站完成链路的控制；
▪组合站（combined station）：同时具有主、次站功能， 既发送又接收命令和响应，并负责整个链路的控制。
HDLC适用的链路构型
1）非平衡型 点 — 点式
主站 多点式
次站
主站
次站
次站
次站
C
可变 信息 Info
16 帧检验序列
FCS
FCS 检验区间 透明传输区间
8 标志
F
帧
帧
帧
帧
实际中，帧与帧可首尾相接，连续发送
▪标志字段 F (Flag) ：为 6 个连续 1 加上两边各一个 0 共 8 bit
（7EH）。在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。
HDLC 采用零比特填充法使一帧中两个 F 字段之间不会出现 6 个连续 1。
▪后来 ISO 把 SDLC 修改后称为 HDLC (High-level Data Link Control)，译为高级数据链路控制，作为国际标准ISO 3309。
▪CCITT 则将 HDLC 再修改后称为链路接入规程 LAP (Link Access Procedure)。不久，HDLC 的新版本又把 LAP 修改为 LAPB，“B”表 示平衡型(Balanced)，所以 LAPB 叫做链路接入规程(平衡型)。
同步字符
用户定义
正文字段
校验字段
报文开始
报头结束
分组结束 报文结束
透明与非透明数据
数据和控制字符在同一条链路中传送，因此一般要求被传送的数据中不 包含控制字符，不包含控制字符的数据称为非透明数据。如果采用特殊的 措施允许数据中包含所有的字符，即也包括控制字符在内，这种数据称为 透明数据。传输透明数据的方式称为透明传输方式。
在发送端，当一串比特流数据中有 5 个连续 1 时，就立即填入一个 0。
在接收帧时，先找到 F 字段以确定帧的边界。接着再对比特流进行扫描。每当 发现 5 个连续 1 时，就将其后的一个 0 删除，以还原成原来的比特流。
发送端在 5 个连 1 之后 填入 0 比特再发送出去
在接收端将 5 个连 1 之后 的 0 比特删除，恢复原样
2）平衡型 主站 — 次站式 次站 主站 组合式
组合站
主站 次站
组合站
HDLC的基本操作模式
▪正常响应模式 NRM（Normal Response Mode）
适用于点 — 点式和多点式两种非平衡构型。只有当主站向次 站发出探询后，次站才能获得传输帧的许可。
▪异步响应模式 ARM（Asynchronous Response Mode）
发送序列 DLE STX A DLE B STX C DLE STX DLE ETX
传输序列 DLE STX A DLE DLE B STX C DLE DLE STX DLE ETX (其中DLE为填充的字符）
接收序列 DLE STX A DLE B STX C DLE STX DLE ETX
二、面向比特的控制规程-- HDLC
HDLC的组成
▪帧结构
▪规程元素
▪规程类型
语义
▪使用HDLC的语法可以定义多种具有不同操作特点的链 路层协议。
HDLC的适用范围
▪计算机 —— 计算机 ▪计算机 —— 终端 ▪终端 —— 终端
数据站（简称站 station），由计算机和终端组成，负责发送和 接收帧。HDLC涉及三种类型的站：
▪主站（primary station）：主要功能是发送命令（包括数 据），接收响应，负责整个链路的控制（如系统的初始、流 控、差错恢复等）；
ENQ 查询，用于：①建立数据链路；②主站查询次站有无发送请求（询 问对方是否就绪）。
SOH 报头开始 STX 报文开始
ETX 文本结束
ITB 中间块（组）结束 ETB 块（组）发送结束
DLE 转义字符
ACK 确认响应 NAK 否定回答
BSC协议的数据报文格式
SYN
SYN
SOH 报头 STX
正文 ETB/ETX BCC