《计算机网络》历年考研真题与典型题详解-数据链路层【圣才出品】
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态。为此通信双方必须要先交换一些必要的信息，以建立一条基本的数据链路。在传输数据 时要维持数据链路，而在通信的传输，而不对比特的含义和作用进行区分。因此当数据链路层 将网络层的分组连续送到物理层进行传输时，就要决定什么时刻是一帧的开始，什么时刻是 一帧的结束，哪一段是差错检验的比特，这些问题是组帧技术需要解决的。总之组帧主要解 决帧定界、帧同步、透明传输等问题。通常有以下四种方法实现组帧。 1．字符计数法 利用帧头部的一个域来指定该帧中的字符数。当目的端的数据链路层看到这个字符计数 值的时候，它知道后面跟着多少字符，因此也就知道该帧在哪结束。但是计数值有可能因为 传输错误而弄乱。 2．字符填充的分界符法 让每一帧都用一些特殊的字节作为开始和结束来解决错误之后重新同步的问题。按照这 种做法，如果接收方丢失了同步，它只需搜索标志字节就能找到当前帧的结束位置。两个连 续的标志字节代表了当前帧的结束和下一帧的开始。 3．位填充的分界标志法 比特填充法允许数据帧包含任意个数的比特，也允许每个字符的编码包含任意个数的比 特。它使用一个特定的比特模式，即 01111110 来标志一帧的开始和结束。为了不使信息位 中出现的比特流 01111110 被误判为帧的首尾标志，发送方的数据链路层在信息位中遇到 5 个连续的“1”时，将自动在其后插入一个“0”；而接收方每收到 5 个连续的“1”时，则
采用帧传输方式的好处是，在发现有数据传输错误时，只需将有差错的帧重新传输，而 不需要将全部数据的比特流进行重传，这在传输效率上将大大提高。
3．差错控制 在数据通信过程中，可能会因为物理链路性能和网络通信环境等因素，难免会出现一些 传输错误，但为了确保数据通信的准确，又必须使得这些错误发生的机率尽可能低。这一功 能也是在数据链路层实现的，就是它的差错控制功能。 4．流量控制 当发送方运行在一台快速的计算机上，而接收方运行在一台慢速的计算机上，发送方持 续地以高速度向外发送帧，直到接收方完全被淹没，那么接收方会无法处理持续到来的帧而 要开始丢弃一些帧，此时就要提供流量控制，流量控制常用方法有两种： （1）基于反馈的流控制，接收方给发送方送回信息，允许它发送更多的数据，或者告 诉发送方它的情况怎么样。 （2）基于速率的流控制，使用这种方法的协议有一种内置的机制，它限制了发送方传 输数据的速率，而无需利用接收方的反馈信息。 5．链路管理 数据链路层的链路管理功能包括数据链路的建立、链路的维持和释放 3 个主要方面。当 网络中的两个节点要进行通信时，数据的发送方必须确知接收方是否已处在准备接收的状
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进行传输的，这种比特流不能保证在数据传输过程中没有错误，接收到的位数量可能少于、 等于或者多于发送的位数量。而且它们还可能有不同的值，这时数据链路层为了能实现数据 有效的差错控制，就采用了一种“帧”的数据块进行传输。而要采用帧格式传输，就必须有 相应的帧同步技术，这就是数据链路层的组帧功能，也称为帧同步。
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自动删除后面紧跟的“0”，以恢复原信息。 4．物理层编码违例法 只适用于那些“物理介质上的编码方法中包含冗余信息”的网络。例如，有些 LAN 用 2
个物理位来编码 1 位数据。通常，“1”是“高-低”电平对，“0”是“低-高”电平对。这种 方案意味着每一个数据位都有一个中间电平跃变，这使得接收方很容易定位到位的边界上。
三、差错控制 网络设计者使用两种基本的策略用于错误处理，一种是在每一个发送的数据块中包含足 够的冗余信息，以便接收方可以推断出被发送的数据中有哪些内容；另一种方法也是包含一 些冗余信息，但是这些信息只能让接收方推断出发生了错误，但推断不出发生了哪个错误， 然后接收方可以要求重传。前一种策略使用纠错编码，后一种策略使用了检错编码。使用纠 错编码的技术通常也称为前向纠错。 1．检错编码 检错编码都是采用冗余编码技术。其核心思想是在有效数据被发送前，先按某种关系附 加上一定的冗余位，构成一个符合某一规则的码字后再发送。当要发送的有效数据变化时， 相应的冗余位也随之变化，使得码字遵从不变的规则。接收端根据收到码字是否仍符合原规 则，从而判断是否出错。常见的检错编码有奇偶校验码和循环冗余码。 （1）奇偶校验码 奇偶校验码是一种最简单也是最基本的检错码，一维奇偶校验码的编码规则是把信息码 元先分组，在每组最后加一位校验码元，使该码中 l 的数目为奇数或偶数，奇数时称为奇校 验码，偶数时称为偶校验码。
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第 3 章 数据链路层
3.1 知识要点总结
一、数据链路层的功能 数据链路层的目的是为了提供功能上和规程上的方法，以便建立、维护和释放网络实体 间的数据链路。数据链路层协议定义了一条链路上两个结点间交换的数据单元格式，以及结 点发送和接收数据单元的动作。数据链路层功能包括以下几点： 1．为网络层提供服务 数据链路层的功能是为网络层提供服务。最主要的服务是将数据从源机器的网络层传输 到目标机器的网络层。数据链路层提供三种可能的服务 （1）无确认的无连接服务。源机器向目标机器发送独立的帧，目标机器并不对这些帧进 行确认。事先不建立逻辑连接，事后也不用释放逻辑连接。适用于实时通信。 （2）有确认的无连接服务。源机器发送数据帧时不需先建立链路连接，但目的机器收到 数据帧时必须发回确认。源机器在所规定的时间内没有收到确定信号，就重传丢失的帧，以 提高传输的可靠性。适用于不可靠的信道，例如无线系统。 （3）有确认的面向连接服务。源机器和目标机器在传输数据之前首先建立连接，该连接 上发送的每一帧都需要编号，数据链路层保证每一帧都能正确并有序地被接收到。帧传输过 程分为三个阶段：建立数据链路、传输帧、释放数据链路。 2．组帧 为了向网络层提供服务，数据链路层必须使用物理层提供的服务。而物理层是以比特流
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态。为此通信双方必须要先交换一些必要的信息，以建立一条基本的数据链路。在传输数据 时要维持数据链路，而在通信的传输，而不对比特的含义和作用进行区分。因此当数据链路层 将网络层的分组连续送到物理层进行传输时，就要决定什么时刻是一帧的开始，什么时刻是 一帧的结束，哪一段是差错检验的比特，这些问题是组帧技术需要解决的。总之组帧主要解 决帧定界、帧同步、透明传输等问题。通常有以下四种方法实现组帧。 1．字符计数法 利用帧头部的一个域来指定该帧中的字符数。当目的端的数据链路层看到这个字符计数 值的时候，它知道后面跟着多少字符，因此也就知道该帧在哪结束。但是计数值有可能因为 传输错误而弄乱。 2．字符填充的分界符法 让每一帧都用一些特殊的字节作为开始和结束来解决错误之后重新同步的问题。按照这 种做法，如果接收方丢失了同步，它只需搜索标志字节就能找到当前帧的结束位置。两个连 续的标志字节代表了当前帧的结束和下一帧的开始。 3．位填充的分界标志法 比特填充法允许数据帧包含任意个数的比特，也允许每个字符的编码包含任意个数的比 特。它使用一个特定的比特模式，即 01111110 来标志一帧的开始和结束。为了不使信息位 中出现的比特流 01111110 被误判为帧的首尾标志，发送方的数据链路层在信息位中遇到 5 个连续的“1”时，将自动在其后插入一个“0”；而接收方每收到 5 个连续的“1”时，则
采用帧传输方式的好处是，在发现有数据传输错误时，只需将有差错的帧重新传输，而 不需要将全部数据的比特流进行重传，这在传输效率上将大大提高。
3．差错控制 在数据通信过程中，可能会因为物理链路性能和网络通信环境等因素，难免会出现一些 传输错误，但为了确保数据通信的准确，又必须使得这些错误发生的机率尽可能低。这一功 能也是在数据链路层实现的，就是它的差错控制功能。 4．流量控制 当发送方运行在一台快速的计算机上，而接收方运行在一台慢速的计算机上，发送方持 续地以高速度向外发送帧，直到接收方完全被淹没，那么接收方会无法处理持续到来的帧而 要开始丢弃一些帧，此时就要提供流量控制，流量控制常用方法有两种： （1）基于反馈的流控制，接收方给发送方送回信息，允许它发送更多的数据，或者告 诉发送方它的情况怎么样。 （2）基于速率的流控制，使用这种方法的协议有一种内置的机制，它限制了发送方传 输数据的速率，而无需利用接收方的反馈信息。 5．链路管理 数据链路层的链路管理功能包括数据链路的建立、链路的维持和释放 3 个主要方面。当 网络中的两个节点要进行通信时，数据的发送方必须确知接收方是否已处在准备接收的状
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进行传输的，这种比特流不能保证在数据传输过程中没有错误，接收到的位数量可能少于、 等于或者多于发送的位数量。而且它们还可能有不同的值，这时数据链路层为了能实现数据 有效的差错控制，就采用了一种“帧”的数据块进行传输。而要采用帧格式传输，就必须有 相应的帧同步技术，这就是数据链路层的组帧功能，也称为帧同步。
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自动删除后面紧跟的“0”，以恢复原信息。 4．物理层编码违例法 只适用于那些“物理介质上的编码方法中包含冗余信息”的网络。例如，有些 LAN 用 2
个物理位来编码 1 位数据。通常，“1”是“高-低”电平对，“0”是“低-高”电平对。这种 方案意味着每一个数据位都有一个中间电平跃变，这使得接收方很容易定位到位的边界上。
三、差错控制 网络设计者使用两种基本的策略用于错误处理，一种是在每一个发送的数据块中包含足 够的冗余信息，以便接收方可以推断出被发送的数据中有哪些内容；另一种方法也是包含一 些冗余信息，但是这些信息只能让接收方推断出发生了错误，但推断不出发生了哪个错误， 然后接收方可以要求重传。前一种策略使用纠错编码，后一种策略使用了检错编码。使用纠 错编码的技术通常也称为前向纠错。 1．检错编码 检错编码都是采用冗余编码技术。其核心思想是在有效数据被发送前，先按某种关系附 加上一定的冗余位，构成一个符合某一规则的码字后再发送。当要发送的有效数据变化时， 相应的冗余位也随之变化，使得码字遵从不变的规则。接收端根据收到码字是否仍符合原规 则，从而判断是否出错。常见的检错编码有奇偶校验码和循环冗余码。 （1）奇偶校验码 奇偶校验码是一种最简单也是最基本的检错码，一维奇偶校验码的编码规则是把信息码 元先分组，在每组最后加一位校验码元，使该码中 l 的数目为奇数或偶数，奇数时称为奇校 验码，偶数时称为偶校验码。
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第 3 章 数据链路层
3.1 知识要点总结
一、数据链路层的功能 数据链路层的目的是为了提供功能上和规程上的方法，以便建立、维护和释放网络实体 间的数据链路。数据链路层协议定义了一条链路上两个结点间交换的数据单元格式，以及结 点发送和接收数据单元的动作。数据链路层功能包括以下几点： 1．为网络层提供服务 数据链路层的功能是为网络层提供服务。最主要的服务是将数据从源机器的网络层传输 到目标机器的网络层。数据链路层提供三种可能的服务 （1）无确认的无连接服务。源机器向目标机器发送独立的帧，目标机器并不对这些帧进 行确认。事先不建立逻辑连接，事后也不用释放逻辑连接。适用于实时通信。 （2）有确认的无连接服务。源机器发送数据帧时不需先建立链路连接，但目的机器收到 数据帧时必须发回确认。源机器在所规定的时间内没有收到确定信号，就重传丢失的帧，以 提高传输的可靠性。适用于不可靠的信道，例如无线系统。 （3）有确认的面向连接服务。源机器和目标机器在传输数据之前首先建立连接，该连接 上发送的每一帧都需要编号，数据链路层保证每一帧都能正确并有序地被接收到。帧传输过 程分为三个阶段：建立数据链路、传输帧、释放数据链路。 2．组帧 为了向网络层提供服务，数据链路层必须使用物理层提供的服务。而物理层是以比特流