第三章 数据链路层

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计算机网络(第 5 版) 第 3 章 数据链路层 数据链路层数据链路层使用的信道主要有以下两种类 型:v 点对点信道。这种信道使用一对一的点 对点通信方式。v 广播信道。这种信道使用一对多的广播 通信方式,因此过程比较复杂。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 据发 数据链路层的简单模型 主机 H1 向 H2 发送数据 路由器 R 路由器 主机 1 R3 H1 路由器 R2 主机 H2 电话网 局域网 广域网 局域网 H1 从层次上来看数据的流动 H2应用层 应用层运输层 R1 R2 R3 运输层网络层 网络层 网络层 网络层 网络层链路层 链路层 链路层 链路层 链路层物理层 物理层 物理层 物理层 物理层 数据链路层的简单模型 ( 续) 主机 H1 向 H2 发送数据 路由器 R 路由器 主机 1 R3 H1 路由器 R2 主机 H2 电话网 局域网 广域网 局域网 H1 仅从数据链路层观察帧的流动 H2应用层 应用层运输层 R1 R2 R3 运输层网络层 网络层 网络层 网络层 网络层链路层 链路层 链路层 链路层 链路层物理层 物理层 物理层 物理层 物理层 3.1 使用点对点信道的数据链路层 3.1.1 数据链路和帧 v 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。v 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。 ?现在最常用的方法是使用适配器(即网卡)来实现这些 协议的硬件和软件。 ?一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功 能。 数据链路层传送的是帧 结点 A 结点 B网络层 IP 数据报 IP 数据报 装入 数据 取出链路层 帧 帧物理层 1010… …0110 1010… …0110 链路 (a) 结点 A 结点 B 数据 发送 接收链路层 帧 帧 链路 (b) 数据链路层像个数字管道 v 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v 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。 3.1.2 三个基本问题 (1) 封装成帧(2) 透明传输(3) 差错控制 1. 封装成帧v 封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分 别添加首部和尾部,然后就构成了一个帧。 确定帧的界限。v 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 帧尾部 ? MTU 数据链路层的帧长 用控制字符进行帧定界的方法举例 帧开始符 帧结束符 SOH 装在帧中的数据部分 EOT 帧发送在前 2. 透明传输 出现了“EOT” 完整的帧发送 数据部分在前 SOH EOT EOT 被接收端 被接收端当作无效帧而丢弃 误认为是一个帧 解决透明传输问题v 发送端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)。v 字节填充(byte stuffing)或字符填充(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。v 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。 用字节填充法解决透明传输的问题 帧开始符 帧结束符 原始数据 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 ESC SOH EOT 经过字节填充后发送的数据发送在前 3. 差错检测v 在传输过程中可能会产生比特差错:1 可能 会变成 0 而 0 也可能变成 1。v 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)。v 误码率与信噪比有很大的关系。v 为了保证数据传输的可靠性,在计算机网络 传输数据时,必须采用各种差错检测措施。 循环冗余检验的原理 v 在数据链路层传送的帧中,广泛使用了 循环冗余检验 CRC 的检错技术。v 在发送端,先把数据划分为组。假定每 组 k 个比特。 v 假设待传送的一组数据 M = 101001 (现在 k = 6)。我们在 M 的后面再添 加供差错检测用的 n 位冗余码一起发送。 冗余码的计算 v 用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算,这 相当于在 M 后面添加 n 个 0。v 得到的 (k + n) 位的数除以事先选定好的长度 为 (n + 1) 位的除数 P,得出商是 Q 而余数 是 R,余数 R 比除数 P 少1 位,即 R 是 n 位。 冗余码的计算举例 v 现在 k = 6, M = 101001。v 设 n = 3, 除数 P = 1101,v 被除数是 2nM = 101001000。 v 模 2 运算的结果是:商 Q = 110101, 余数 R = 001。v 把余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出 去。发送的数据是:2nM + R 即:101
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