计算机网络数据链路层ppt课件
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第 3 章 数据链路层
基本内容：数据链路层的基本概念，数据链路层协议的工 作原理：停止等待协议，连续ARQ协议，滑动窗口，选择 ARQ协议，Internet中的数据链路层协议。 重点掌握：
❖ 数据链路层的基本概念。 ❖ 数据链路层协议的工作原理。 ❖ 滑动窗口原理。
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3.1 数据链路层的基本概念
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➢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，是数据链路层的主要任务。
！针对这些问题所制定的通信规程就是数据链路层的通信
在发送结点： (1) 从主机取一个数据帧。 (2) 将数据帧送到数据链路层
的发送缓存。 (3) 将发送缓存中的数据帧发
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➢ 数据链路层的主要功能
(3)流量控制-发方发送数据的速率必须使收方来得及接收。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。 (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。 为此广泛地使用了编码技术，主要有两大类，一类是前向纠错， 即收方收到有差错的数据帧时能自动将差错改正过来。这种方法 的开销较大，不适合于计算机通信。另一类是检错重发，即收方 可以检测出收到的帧中有差错，于是就让发方重复发送这一帧， 直到收方正确收到这一帧为止。这种方法在计算机通信中是最常 用的。
R2 网络层 链路层 物理层
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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
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3.2.1 完全理想化的数据传输
两台计算机通过一条通信链路进行通信的筒化模型：
发送方
主 机 AP1 A
接收方
主 AP2 机
B
高层
缓存
帧
帧
数据链路
缓存 数据链路层
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❖完全理想化的数据传输所基于的两个假定
❖ 该层要解决的问题：如何在有差错的线路上，进行无差 错传输。数据链路层协议功能图示。
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➢ 数据链路层像个数字管道
常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道， 而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。
结点
帧
帧
结点
早期的数据通信协议曾叫作通信规程(procedure)。因此 在数据链路层，规程和协议是同义语。
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3.2.1 完全理想化的数据传输
数据链路层的简单Biblioteka Baidu型：
主机 H1
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
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
.
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3.2.1 完全理想化的数据传输
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
仅从数据链路层观察帧的流动
R1 网络层 链路层 物理层
某一个控制信息完全一样时，就必须采取适当的措施，使收方不
会将这样的数据误认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路
层的传输是透明的。
(7)寻址-在多点连接的情况下，必须保证每一帧都能送到正确
的地址。双方也应当知道发方是哪一个站。
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3.2 停止等待协议
3.2.1 完全理想化的数据传输 3.2.2 具有最简单流量控制的数据链路层协议 3.2.3 实用的停止等待协议 3.2.4 循环冗余检验的原理 3.2.5 停止等待协议的算法 3.2.6 停止等待协议的定量分析
▪ 假定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。 ▪ 假定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。
❖ 这个假定就相当于认为：接收端向主机交付数据的速 率永远不会低于发送端发送数据的速率。
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3.2.2 具有最简单流量控制的数据链路层协议
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➢ 数据链路层的主要功能
(5)将数据和控制信息区分开-由于数据和控制信息都是在同一信
道中传输，在许多情况下，数据和控制信息处于同一帧中，因此
一定要有响应的措施使收方能够将他们区分开来。
(6)透明传输-所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组
合，都应当能够在链路上传送。当所传数据中的比特组合恰巧与
现在去掉上述的第二个假定。但是，仍然保留第一个假 定，即主机A向主机B传输数据的信道仍然是无差错的理想 信道。然而现在不能保证接收端向主机交付数据的速率永 远不低于发送端发送数据的速率。 由收方控制发方的数据流，是计算机网络中流量控制的 一个基本方法。
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3.2.2 具有最简单流量控制的数据链路层协议
(1) 链路管理-当网络中的两个结点要进行通信时，数据的发方 必须确知收方是否已处在准备接受的状态。为此通信的双方必须 先要交换一些必要的信息， 用术语讲必须先建立一条数据链路。 在传输数据时要维持数据链路，而在通信完毕时要释放数据链路。 数据链路的建立、维持和释放就叫做链路管理。
(2) 帧同步-在数据链路层，数据的传送单位时帧。数据一帧一 帧地传送，就可以在出现差错时，将有差错的帧再重传一次，避 免了全部数据的重传。帧同步是指收方应当能从受到的比特流中 准确地区分出一帧的开始和结束。
❖ 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。 ❖ 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。
数据链路/逻辑链路=物理链路+通信规程
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➢ 数据链路层的模型
协议。
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➢ 数据链路层的主要功能
数据链路层最重要的作用就是：通过一些数据链路层
协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。其
主要功能可归纳如下：
(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
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➢ 数据链路层的主要功能
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第 3 章 数据链路层
基本内容：数据链路层的基本概念，数据链路层协议的工 作原理：停止等待协议，连续ARQ协议，滑动窗口，选择 ARQ协议，Internet中的数据链路层协议。 重点掌握：
❖ 数据链路层的基本概念。 ❖ 数据链路层协议的工作原理。 ❖ 滑动窗口原理。
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3.1 数据链路层的基本概念
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➢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，是数据链路层的主要任务。
！针对这些问题所制定的通信规程就是数据链路层的通信
在发送结点： (1) 从主机取一个数据帧。 (2) 将数据帧送到数据链路层
的发送缓存。 (3) 将发送缓存中的数据帧发
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➢ 数据链路层的主要功能
(3)流量控制-发方发送数据的速率必须使收方来得及接收。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。 (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。 为此广泛地使用了编码技术，主要有两大类，一类是前向纠错， 即收方收到有差错的数据帧时能自动将差错改正过来。这种方法 的开销较大，不适合于计算机通信。另一类是检错重发，即收方 可以检测出收到的帧中有差错，于是就让发方重复发送这一帧， 直到收方正确收到这一帧为止。这种方法在计算机通信中是最常 用的。
R2 网络层 链路层 物理层
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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
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3.2.1 完全理想化的数据传输
两台计算机通过一条通信链路进行通信的筒化模型：
发送方
主 机 AP1 A
接收方
主 AP2 机
B
高层
缓存
帧
帧
数据链路
缓存 数据链路层
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❖完全理想化的数据传输所基于的两个假定
❖ 该层要解决的问题：如何在有差错的线路上，进行无差 错传输。数据链路层协议功能图示。
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➢ 数据链路层像个数字管道
常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道， 而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。
结点
帧
帧
结点
早期的数据通信协议曾叫作通信规程(procedure)。因此 在数据链路层，规程和协议是同义语。
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3.2.1 完全理想化的数据传输
数据链路层的简单Biblioteka Baidu型：
主机 H1
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
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
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3.2.1 完全理想化的数据传输
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
仅从数据链路层观察帧的流动
R1 网络层 链路层 物理层
某一个控制信息完全一样时，就必须采取适当的措施，使收方不
会将这样的数据误认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路
层的传输是透明的。
(7)寻址-在多点连接的情况下，必须保证每一帧都能送到正确
的地址。双方也应当知道发方是哪一个站。
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3.2 停止等待协议
3.2.1 完全理想化的数据传输 3.2.2 具有最简单流量控制的数据链路层协议 3.2.3 实用的停止等待协议 3.2.4 循环冗余检验的原理 3.2.5 停止等待协议的算法 3.2.6 停止等待协议的定量分析
▪ 假定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。 ▪ 假定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。
❖ 这个假定就相当于认为：接收端向主机交付数据的速 率永远不会低于发送端发送数据的速率。
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3.2.2 具有最简单流量控制的数据链路层协议
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➢ 数据链路层的主要功能
(5)将数据和控制信息区分开-由于数据和控制信息都是在同一信
道中传输，在许多情况下，数据和控制信息处于同一帧中，因此
一定要有响应的措施使收方能够将他们区分开来。
(6)透明传输-所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组
合，都应当能够在链路上传送。当所传数据中的比特组合恰巧与
现在去掉上述的第二个假定。但是，仍然保留第一个假 定，即主机A向主机B传输数据的信道仍然是无差错的理想 信道。然而现在不能保证接收端向主机交付数据的速率永 远不低于发送端发送数据的速率。 由收方控制发方的数据流，是计算机网络中流量控制的 一个基本方法。
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3.2.2 具有最简单流量控制的数据链路层协议
(1) 链路管理-当网络中的两个结点要进行通信时，数据的发方 必须确知收方是否已处在准备接受的状态。为此通信的双方必须 先要交换一些必要的信息， 用术语讲必须先建立一条数据链路。 在传输数据时要维持数据链路，而在通信完毕时要释放数据链路。 数据链路的建立、维持和释放就叫做链路管理。
(2) 帧同步-在数据链路层，数据的传送单位时帧。数据一帧一 帧地传送，就可以在出现差错时，将有差错的帧再重传一次，避 免了全部数据的重传。帧同步是指收方应当能从受到的比特流中 准确地区分出一帧的开始和结束。
❖ 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。 ❖ 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。
数据链路/逻辑链路=物理链路+通信规程
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➢ 数据链路层的模型
协议。
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➢ 数据链路层的主要功能
数据链路层最重要的作用就是：通过一些数据链路层
协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。其
主要功能可归纳如下：
(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
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➢ 数据链路层的主要功能