数据链路层
2017-03-24 11:21:21 0 举报AI智能生成
数据链路层是网络体系结构中的第二层，位于物理层和网络层之间。它的主要功能是将物理层的比特流转化为逻辑传输线路，并为网络层提供可靠的数据传输服务。数据链路层通过使用帧头和帧尾来封装数据包，以便在不可靠的物理介质上进行可靠的数据传输。此外，数据链路层还负责流量控制、差错控制和访问控制等功能，以确保数据的可靠传输。常见的数据链路层协议有以太网协议（Ethernet）、高级数据链路控制协议（HDLC）和点对点协议（PPP）等。总之，数据链路层是计算机网络中不可或缺的一部分，它为上层提供了可靠的数据传输服务。
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大纲/内容
4.数据链路层滑动窗口协议与帧传输效率分析 P120
4.1数据链路层滑动窗口协议的分类
单帧停止等待协议
多帧连续发送协议
后退N帧协议（GBN）
选择重传协议（SR）
4.2单帧停止等待协议
发送端每次发送一帧之后，需要等待确认帧返回之后再发送下一帧。如果出现传输错误就重传。
优点：简单；
缺点：帧传输效率低。
分析
理想状态：一次数据帧与确认帧的传输中没有出现错误。
总延时： t(T)≈t(f)+2t(p)
帧传输效率：U=t(f)/[t(f)+2t(p)] 假设α=传播延时t(p)/发送延时t(f),则U=1/（1+2α）
数据帧越长，传输效率越高。
4.3多帧连续发送协议
后退N帧（GBN）拉回重发方式
如果发送端在连续发送编号为0~5帧后，从应答帧得知2号帧传输错误，发送端将停止发送当前帧，并且重新发送2，3，4，5号帧。在拉回状态结束后，再继续发送6号帧。
选择重发（SR)方式
如果发送端在发送5号帧时，接收到2号帧传输出错的应答帧，发送端在发送完5号帧后，只是重新发送出错的2号帧，在选择重发结束之后，再继续发送6号帧。
滑动窗口控制机制的基本工作原理
发送端可以连续发送帧的数量受到接收端的限制：接收端的接收缓冲区的大小；接收端处理数据帧的速度；接收端需要等待重传的帧的多少。
通过协调发送窗口Ws和接收窗口Wr来实现流量控制。
示意图 P124
5.点-点协议PPP P125
PPP协议的主要特点
PPP（点-点协议）包含两类协议：网络控制协议（NCP)；链路控制协议(LCP)
简单，适用范围广
在物理层只支持点-点线路连接，不支持点-多点连接；只支持全双工通信，不支持单工与半双工通信；可以支持异步通信或同步通信。
在数据链路层，实现PPP数据帧的组帧、传输与拆帧，CRC校验的功能；不使用帧序号，不提供流量控制功能。
PPP协议通过链路控制协议来建立、配置、管理和测试数据链路连接；通过网络控制协议来 建立和配置不同的网络层协议。
PPP协议可以用于用户计算机通过Modem与电话线路接入，也可以用于通过ADSL Modem与电话线路接入，以及HFC传输网中Cable Modem与同轴电缆接入，也可以用于光纤接入。
PPP协议已经广泛应用于主机-路由器、路由器-路由器的连接。
PPP协议帧结构
PPP协议的帧类型：PPP信息帧；PPP链路控制帧；PPP网络控制帧。
PPP信息帧有帧头、信息字段、帧尾 三部分组成。
PPP信息帧头包括以下几个部分：标志字段、地址字段、控制字段、协议字段、信息字段、帧校验字段。
PPP协议的字节填充规则 P127
PPP协议工作过程
工作过程示意图 P128
认证阶段
口令认证协议
查询-握手认证协议
1.差错产生与差错控制方法
1.1设计数据链路层的原因 P106
为什么要设计数据链路层？
（1）物理线路由传输介质与通信设备组成。
（2）设计数据链路层的主要目的是在有差错的物理线路的基础上，采取差错检测，差错控制与流量控制等方法，将有差错的物理线路改成无差错的数据链路，向网络层提供高质量的数据传输服务。
（3）从参考模型的角度来看，物理层以上各层都有改善数据传输质量的责任，数据链路层是最重要的一层。
1.2差错产生的原因和差错类型 p106
原因
噪声
噪声类型
热噪声
传输介质导体的电子热运动产生的。
时刻存在，幅度较小，强度与频率无关，频谱很宽，随机
冲击噪声
外界电磁干扰引起的
幅度较大，引起传输差错的主要原因。
差错类型
随机差错（热噪声）
突发差错（冲击噪声）
突发长度：引起突发差错比特位的长度
1.3误码率的定义 P107
误码率是指二进制比特在数据传输系统中被传错的频率，它在数值上近似等于Pe=Ne/N。（其中：N为传输的二进制比特总数，Ne为被传错的比特数。）
1.4检错码与纠错码 P107
设计差错控制方法
检错码
为每个传输单元加上一定的冗余信息，接收端可以根据这些冗余信息发现传输差错，但是不能确定是哪一位或哪些位出错，并且自己不能够自动纠正传输差错。
纠错码
为每个传输单元加上足够多的冗余信息，以便接收端能够发现，并能够自动纠正传输差错。
1.5循环冗余编码（CRC）工作原理 P107
基本工作原理
基本工作过程 P109
检错方法的举例
检错能力
（1）能够检查出全部离散的1位错
（2）能够检查出全部离散的2位错
（3）能够检查出全部奇数位错
（4）能够检查出全部长度小于或等于k位的突发错
（5）能以【1-（1/2）^(k-1)】的概率检查出长度为k+1的突发错
1.6差错控制机制
反馈重发
2.数据链路层的基本概念
2.1物理线路与数据链路
区别与联系
（1）物理线路是由传输介质与通信设备
（2）没有采取差错控制机制的物理线路传输比特流是会出错的。
（3）物理线路的比特流传输功能是由物理传输介质和通信设备实现的，而数据链路功能是通过数据链路的协议数据单元的帧头，按照数据链路层协议规定的协议动作来实现的。
2.2数据链路层的主要功能
（1）链路管理
（2）帧同步
（3）流量控制
（4）差错控制
（5）透明传输
（6）寻址
2.3数据链路层向网络层提供的服务
设置数据链路层的主要目的
将有差错的物理线路变为对网络层无差错的数据链路
数据链路层为网络层提供的服务主要表现在
正确传输网络层数据；屏蔽物理层所采用传输技术的差异。
2.4数据链路层协议的分类
面向字符型
特点
利用已定义好的的一种标准字编码的一个子集来执行通信控制功能。
缺点
（1）不同类型计算机的控制字符可能不同
（2）不能实现“透明传输”
（3）协议效率低
面向比特型
HDLC协议
点点协议PPP
3.面向比特型数据链路层协议-----HDLC协议
3.1HDLC协议产生的背景
1974年IBM公司提出了面向比特型的SDLC协议。IOS将SDIC修改后的高级数据控制协议（HDLC)协议作为国际标准
3.2数据链路的配置方式和数据传送方式、
非平衡配置
特点：一组主机根据在通信过程中的地位分为主站与从站，由从站来控制数据链路的工作过程。主战发出命令，从站接受命令，发出相应配合主站工作
结构：点-点连接，点-多点连接
数据传送方式
同步响应模式
主站可以随时向从站发送数据帧。从站只有在主站向它发送命令帧探寻，从站响应后才能向主站发送数据帧
异步响应模式
主站和从站可以随时相互发送数据帧
平衡配置
特点：链路两端的两个站都是复合站
结构：异步平衡模式
结构：异步平衡模式
3.3HDLC帧结构
1.标志字段F作为帧开始与结束的标记
用于解决帧同步问题
为特定的01111110比特序列
2.地址字段A长度8位，最多可识别256个站地址
3.控制字段C长度8位，由其前两比特划分为三类帧
信息帧：I帧
监控帧：S帧
无编号帧：U帧
4.信息字段I
5.帧校验字段FCS
3.4HDLC协议工作原理
3.5数据链路层与物理层的关系
物理层提供比特流传输能力
数据链路层使用物理层的服务来传输
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