第三章 数据链路层 数据链路层的基本功能是在物理层传输比特流能 力的基础上，通过协议在相邻两个节点之间进行可靠 的数据传输。 数据链路层的功能、模型与服务 流量控制 差错控制 ■ 面向位的控制规程HDLC Internet中的PPP协议
第三章 数据链路层 ◼ 数据链路层的功能、模型与服务 ◼ 流量控制 ◼ 差错控制 ◼ 面向位的控制规程HDLC ◼ Internet中的PPP协议 数据链路层的基本功能是在物理层传输比特流能 力的基础上，通过协议在相邻两个节点之间进行可靠 的数据传输
第一节 数据链路层的功能、模型与服务 3.1.1数据链路层的模型 >数据链路层的基本服务：把源主机网 网络层 网络层 络层的数据以帧为单位透明、无差错地 数据 数据 传输给目的主机的网络层。 数链层 数链层 >链路（又称为物理链路）：指一条没 帧 有任何中间节点的点到点的物理线路。 物理层 物理层 >数据链路（又称为逻辑链路）：指链 路连同实现控制数据传输的规程的软、 数据链路层模型 硬件，在数据链路上才能进行数据通信。 请单击紫色图示标注显示动画效果 3.1.2数据链路层的基本功能 >数据链路作用：是要将物理层提供的可能出错的物理链路改造成为逻辑上无 差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的数据通路
第一节 数据链路层的功能、模型与服务 ➢数据链路层的基本服务：把源主机网 络层的数据以帧为单位透明、无差错地 传输给目的主机的网络层。 ➢链路（又称为物理链路）：指一条没 有任何中间节点的点到点的物理线路。 ➢数据链路（又称为逻辑链路）：指链 路连同实现控制数据传输的规程的软、 硬件，在数据链路上才能进行数据通信。 网络层 数链层 物理层 网络层 数链层 物理层 数据 数据 帧 数据链路层模型 请单击紫色图示标注显示动画效果 3.1.1 数据链路层的模型 3.1.2 数据链路层的基本功能 ➢数据链路作用：是要将物理层提供的可能出错的物理链路改造成为逻辑上无 差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的数据通路
第一节数据链路层的功能、模型与服务 >数据链路层的主要功能： 1、链路管理：指数据链路的建立、维持和释放。 r建立连接：通信双方建立起一条数据链路，并为数据传输做一些必要的准备。 矿拆除连接：释放所建立的数据链路，释放占用的资源。 2、帧的封装与拆装 矿帧：数据链路层的传输单元，将过长的数据报文分成若干份，再配上一些数据 链路层的控制信息构成的。 矿帧的封装：指发送方在发送数据时，将从网络层传下来的分组附上目的地址等 数据链路控制信息构成帧的过程。 拿帧的拆装：指到达接收方，将接收到的信息中，发送方附上的数据链路控制信 息去掉，并将纯信息（即分组）上交给网络层的过程。 3、帧的同步：指接收方应能够从物理层上交来的无结构的比特流中准确地区分 出一帧的开始和结束
第一节 数据链路层的功能、模型与服务 ➢数据链路层的主要功能： 1、链路管理：指数据链路的建立、维持和释放。 建立连接：通信双方建立起一条数据链路，并为数据传输做一些必要的准备。 拆除连接：释放所建立的数据链路，释放占用的资源。 2、帧的封装与拆装 帧：数据链路层的传输单元，将过长的数据报文分成若干份，再配上一些数据 链路层的控制信息构成的。 帧的封装：指发送方在发送数据时，将从网络层传下来的分组附上目的地址等 数据链路控制信息构成帧的过程。 帧的拆装：指到达接收方，将接收到的信息中，发送方附上的数据链路控制信 息去掉，并将纯信息(即分组)上交给网络层的过程。 3、帧的同步：指接收方应能够从物理层上交来的无结构的比特流中准确地区分 出一帧的开始和结束
第一节数据链路层的功能、模型与服务 4、流量控制与顺序控制 流量控制：为避免通信双方因处理数据速度不同造成数据丢失而采取的措 施，即当接收端来不及接收数据时应能够及时控制发送端发送数据的速率。 矿顺序控制：指数据链路层实体将收到的信息上交给网络层之前，能调整接 收到的帧的顺序的功能。 5、差错控制 矿误码率：指发生错误的码元数与接收到的总码元数的比率。 矿数据链路层采用编码技术来实现差错控制。 矿两类编码技术： 前向纠错方式：接收端在收到有差错的数据帧时能自动根据冗余码将差错 改正过来。 检错重发方式：接收端可以根据冗余码检测出收到的帧中是否有差错，并 让发送端重复发送这一帧直到正确接收为止
第一节 数据链路层的功能、模型与服务 4、流量控制与顺序控制 流量控制：为避免通信双方因处理数据速度不同造成数据丢失而采取的措 施，即当接收端来不及接收数据时应能够及时控制发送端发送数据的速率。 顺序控制：指数据链路层实体将收到的信息上交给网络层之前，能调整接 收到的帧的顺序的功能。 5、 差错控制 误码率：指发生错误的码元数与接收到的总码元数的比率。 数据链路层采用编码技术来实现差错控制。 两类编码技术： 前向纠错方式：接收端在收到有差错的数据帧时能自动根据冗余码将差错 改正过来。 检错重发方式：接收端可以根据冗余码检测出收到的帧中是否有差错，并 让发送端重复发送这一帧直到正确接收为止
第一节数据链路层的功能、模型与服务 6、使接收端能够区分数据信息和控制信息 由于数据和控制信息常在同一信道、甚至同一帧中传送，因此应采取相应 的措施区分二者。 7、透明传输 會透明传输：无论所传的数据帧中数据信息和控制信息是怎样组合的，都应 能够在链路上传输。 矿当所传送的数据信息中的某些比特组合恰巧与控制信息的某组成部分完全 一样时，须采取适当的措施使接收方不会将数据信息误认为是某种控制信息。 矿例如：面向位的同步信息F标志和数据块中的“01111110”串。 8、寻址 拿在多点连接的情况下，提供相应的手段确保发送端发送的每一帧都能正确 的到达目的地，同时还要使接收端知道该帧是哪个站发来的
第一节 数据链路层的功能、模型与服务 6、 使接收端能够区分数据信息和控制信息 由于数据和控制信息常在同一信道、甚至同一帧中传送，因此应采取相应 的措施区分二者。 7、 透明传输 透明传输：无论所传的数据帧中数据信息和控制信息是怎样组合的，都应 能够在链路上传输。 当所传送的数据信息中的某些比特组合恰巧与控制信息的某组成部分完全 一样时，须采取适当的措施使接收方不会将数据信息误认为是某种控制信息。 例如：面向位的同步信息F标志和数据块中的“01111110”串。 8、 寻址 在多点连接的情况下，提供相应的手段确保发送端发送的每一帧都能正确 的到达目的地，同时还要使接收端知道该帧是哪个站发来的
第一节数据链路层的功能、模型与服务 3.1.3数据链路层的服务 >数据链路层的基本服务：将源主机中来自网络层的数据传输给目的主机的 网络层。 >数据链路层服务的实现：通过网络层与数据链路层之间的接口以服务原语 的形式完成服务的调用与被调用。 >数据链路层向网络层提供的服务： 1、无确认的无连接服务：源主机和目的主机在通信前不建立连接，结束后也 不释放；通信双方也无需对数据帧进行确认。适用于局域网。 2、有确认的无连接服务：源主机和目的主机在通信之前不建立连接，但每 发送一帧都要单独的确认，并具有超时重发的功能。 3、有确认面向连接的服务：是最复杂的服务，源主机和目的主机在通信前 须建立连接以保证数据可靠传输，传输过程分为建立连接、数据传输、断开 连接三个阶段
第一节 数据链路层的功能、模型与服务 3.1.3 数据链路层的服务 ➢数据链路层的基本服务：将源主机中来自网络层的数据传输给目的主机的 网络层。 ➢数据链路层服务的实现：通过网络层与数据链路层之间的接口以服务原语 的形式完成服务的调用与被调用。 ➢数据链路层向网络层提供的服务： 1、无确认的无连接服务：源主机和目的主机在通信前不建立连接，结束后也 不释放；通信双方也无需对数据帧进行确认。适用于局域网。 2、 有确认的无连接服务：源主机和目的主机在通信之前不建立连接，但每 发送一帧都要单独的确认，并具有超时重发的功能。 3、 有确认面向连接的服务：是最复杂的服务，源主机和目的主机在通信前 须建立连接以保证数据可靠传输，传输过程分为建立连接、数据传输、断开 连接三个阶段
第一节数据链路层的功能、模型与服务 >数据链路层向网络层提供服务原语供网络层调用。 >例如，用于建立连接的服务原语有： CONNECT..Request:从主叫方网络层发给数据链路层，请求 建立连接。 CONNECT.Indication:被叫方链路层用此原语通知其上的网 终层，有连接请求。 CONNECT..Response:被叫方风络层同意连接，发出的回应原 语。 CONNECT.Confirm:主叫方数据链路层将对方同意连接的信 息告知其上的网络层。 >数据传输和拆除连接也分别有服务原语
第一节 数据链路层的功能、模型与服务 ➢数据链路层向网络层提供服务原语供网络层调用。 ➢例如，用于建立连接的服务原语有： CONNECT.Request：从主叫方网络层发给数据链路层，请求 建立连接。 CONNECT.Indication：被叫方链路层用此原语通知其上的网 络层，有连接请求。 CONNECT.Response：被叫方网络层同意连接，发出的回应原 语。 CONNECT.Confirm：主叫方数据链路层将对方同意连接的信 息告知其上的网络层。 ➢数据传输和拆除连接也分别有服务原语
第二节 流量控制 >数据链路层的功能之一就是流量控制。 >影响接收方接收数据能力的因素主要有：设备的处理速度和缓冲区容量的大小。 >与传输层流量控制的区别：控制的对象不同，在数据链路层上控制的是通信子 网中相邻节点间的数据流量，而在传输层上控制的是发送方和接收方之间端到端 的数据流量。 >下面是两种常用的流量控制策略：停等协议和滑动窗口协议。 3.2.1停一等协议—最简单的流量控制策略 >策略：当发送方发完一帧后，即停止发送，等待对方的应答，如果收到对方的 肯定应答，则接着发送下一个帧；如果收到否定应答或超过规定的时间没有收到 肯定应答，则重发该帧。 >特点：在进行流量控制的同时也进行了差错控制，实现可靠的数据传输
第二节 流量控制 ➢数据链路层的功能之一就是流量控制。 ➢影响接收方接收数据能力的因素主要有：设备的处理速度和缓冲区容量的大小。 ➢与传输层流量控制的区别：控制的对象不同，在数据链路层上控制的是通信子 网中相邻节点间的数据流量，而在传输层上控制的是发送方和接收方之间端到端 的数据流量。 ➢下面是两种常用的流量控制策略：停—等协议和滑动窗口协议。 3.2.1 停—等协议——最简单的流量控制策略 ➢策略：当发送方发完一帧后，即停止发送，等待对方的应答，如果收到对方的 肯定应答，则接着发送下一个帧；如果收到否定应答或超过规定的时间没有收到 肯定应答，则重发该帧。 ➢特点：在进行流量控制的同时也进行了差错控制，实现可靠的数据传输
第二节 流量控制 >分别讨论几种数据传输的情况： B B 1、理想情况。传输完全可靠、不出错不 DATA DATA DATAT A 丢失，不存在差错控制问题。 出 2、数据帧出错。通过出错重发机制来解 ACK 决，若连续重传超过一定次数则停止发 送，向上一级报告故障情况。 DATA 发DATA 发DATA 3、数据帧丢失。发送方发送的数据帧因 严重干扰不能到达接收方，接收方不回 时间 ACK ACK 4 答确认帧ACK,通过超时重发机制来解决。 4、数据帧无误但返回的确认帧丢失。 (b) (c) (d) >解决重复帧：对每个数据帧赋序号， 即 每发一帧，序号加1。 请点击紫色字母显示动画效果 >因停一等协议每次只发送一个帧，且确认该帧被正确接收后才发下一个帧，所以只需 用0和1两个编号区别相邻的两帧
第二节 流量控制 （a） （b） （c） （d） DATA DATA ACK ACK A B 时间 DATA DATA ACK tout 重 发 × A B 出 错 tout 重 发 DATA ACK 丢 失 DATA A B tout 重 发 DATA ACK DATA 丢 失 ACK A B 请点击紫色字母显示动画效果 ➢分别讨论几种数据传输的情况 ： 1、理想情况。传输完全可靠、不出错不 丢失，不存在差错控制问题。 2、数据帧出错。通过出错重发机制来解 决，若连续重传超过一定次数则停止发 送，向上一级报告故障情况。 3、数据帧丢失。发送方发送的数据帧因 严重干扰不能到达接收方，接收方不回 答确认帧ACK，通过超时重发机制来解决。 4、数据帧无误但返回的确认帧丢失。 ➢解决重复帧：对每个数据帧赋序号，即 每发一帧，序号加1。 ➢因停—等协议每次只发送一个帧，且确认该帧被正确接收后才发下一个帧，所以只需 用0和1两个编号区别相邻的两帧
第二节 流量控制 >停 等协议的算法： 1、 发送算法 2、接收算法 V(S)←0，发送状态变量取值为0 V(R)←0，接收状态变量取值为0 从网络层取一个数据帧 有错 等待 N(S)←V(S),将发送序号值写入帧的发送序号 收到一个数据帧，检查是否有错 送物理层发送 ↓无错 是否有N(S)=V(R) 置超时定时器，选适当超时时间 ↓是 将收到的数据帧的数据部分上交给网络层 等待…等待下面的事情出现 是否超时？ 一是 V(R)←[1-V(R)]修改状态变量值 ↓否 收到确认帧ACK,从网络层取新的数据帧 发送确认帧ACK V(S)←[V(S)-1]修改状态变量值
第二节 流量控制 ➢停—等协议的算法： 1、发送算法 2、接收算法 收到确认帧ACK, 从网络层取新的数据帧 V(S)←0，发送状态变量取值为0 从网络层取一个数据帧 N(S)←V(S)，将发送序号值写入帧的发送序号 送物理层发送 等待……等待下面的事情出现 V(S)←[V(S)-1]修改状态变量值 置超时定时器，选适当超时时间 是否超时？ 是 否 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ V(R)←0，接收状态变量取值为0 等待 收到一个数据帧，检查是否有错 是否有N(S)=V(R) V(R)←[1-V(R)]修改状态变量值 将收到的数据帧的数据部分上交给网络层 发送确认帧ACK 是 否 有错 无错