南京理工大学《计算机网络》课件-第5章 链路层和局域网.docx

第5章链路层和局域网网络层:提供两台主机之间的通信服务通信路 径由源主机和目的主机之间的一系列通信链 路和路由器组成/wwvVvwwwvwwwwwwWwwv\A/vwwVwwwvwvwwwwwwwvwvwww\应用层物理层物理层网络层物理层物理层网络层物理层应用层运•展网络层物理层网络层运愉层网络层链路层协议实现链路层的主要功能A相邻节点间帧的传输：成帧,传输帧"接收 帧，MMo传输节点:网络层将数据报传递到适配 器，封装成帧，将帧传输到通信链路A/\AAAAnA»WV\A/>AA/U\A/UWVWVWVWVW^\^AAnAAAAAAA»VlAAA/WWWUX^VWU>A/^A/UXAAAA/\AA/VW^UV»AA^A^/W\^V接收节点:适配器收到整个帧，解封取 出数据报，传递给网络层>过失检测：发送适配器设置过失检测比特，接收适 配器完成过失检测>可靠交付：具体实现可靠交付的机制（如序号、定时 器和确认）发送方将网络层分组封装成帧，以便接 收方正确接收•透明性:不对网络层分组中的数据做任何 限制•多种网络层协议:支持多种网络层协议（如IP和DECnet）o 通过“协议类型”字段或类似机制指明。

•多种链路类型:能在各种类型的链路上工 作串行：一次传输一个比特并行：并行传输假设干比特同步：时钟信号与数据比特一起传输✓WWVWVWVWVWWWV其他：异步的、高速的、低速的、电的 或光的链路等■过失检测、接收方必须能够检测到接收帧 中的比特过失•连接的活性:能够检测到链路级的故障,并向网络层报告•网络层地址协商:为相互通信的网络层提供一个机制来获知或者配置各自的网络层地址O・简单:不要求PPP协议实现的功能：• 过失纠正:PPP能够检测比特过失，但不 纠正• 流量控制:不需PPP发送方降低传输速度，由较高 层协议负责降低递交给PPP发送的分组的速 率• 有序:不要求按发送方发送的顺序将帧交付给 接收方网络层协议可以以任何顺序或按序进行 端到端分组交付•多点链路:只需要工作于只有单个发送方和单个接 收方的链路上（点到点链路）其他链路层协议（如HDLC）能够在一 条链路上支持多个接收方（类似以太网） PPP组成：通过该协议，在两个通信的链路级对等体之间，交换含有网络层数据报的PPP帧• 成帧:在PPP帧中封装数据、识别帧的开 始和结束、检测帧中过失• 链路控制协议:初始化、维护和撤除PPP 链路。

• 网络控制协议:一个协议族，分别对应一 个上层网络协议PPP数据成帧 ＞数据帧格式：类似HDLC帧，如图5・341111或2可变长度2或41标志地址 控制标志RR F 4 « CCC 434U> 上• 标志字段:用特殊字节“01111110”标志开始和结束• 地址字段:一个字节“ 11111111^0控制字段:一个字节“00000011” 发送方可以不发送地址和控制字段• 协议:告诉接收方收到帧的“信息字段” 的内容属于上层哪类协议，并传递给该协议如0021H： IP协议（信息字段是IP数据报）;C021H： PPP链路控制协议；8021H： IP 控制协议(IPCP)• 信息:上层要发送的分组(数据)默认最 大长度1500字节• 校验和:用于检测传输的帧中的比特过失2或4字节循环冗余码>字节填充技术(byte stuffing)“标志”字段使用一个特殊的比特模式u01111110来表示帧的起始或结束如果“标志特殊模式”本身在分组中其 他字段出现，接收方可能会错误地认为是帧 的结束zwwvwvwvxaaa/)7»aaA/vwxaa/CM/v\a/如，标志“01111110”出现在信息字段中。

可采用字节填充技术解决具体过程：•定义一个特殊的控制转义字节"01111101”；/V^^W\A^WWWW'A^VWWWWWV\A/V\^VWV\A/VWW^WW\7i/V\A/WWWVWWWVWW*/WW\A/WWWW\AAAAA>AAA发送方发送:如果标志模式“01111110”出现在其他字 段时，将控制转义字节插入到该标志模式之 前：即将二个控制转义字节:填充;＜加入）到传输的数据流中的0111111之前，来说明 下一个01111110不是标志值，而是真实的数 据•接收方接收:判断数据流中是否有控制转 义字节"01111101”出现♦只有一个控制转义字节:去除该字节恢 复初始数据♦连续出现一对控制转义字节:说明控制 转义字节本身出现在要发送的初始数据中， 去除一个转义字节如图5-35 ob5b401111110b2PPPpppb1b2 01111110b4b5b5 b4 01111110 01111101 b2 b15.7.2 PPP链路控制协议和网络控制协议用来完成PPE链路的初始化、维护、差错报告和关闭ppp协议在交换数据前，收发双方要进行链路配置PPP通信过程：建立物理连接T建立链路连接T建立网 络连接T数据传输T释放网络连接T释放链 路连接T释放物理连接以用户拨号接入因特网为例。

图5・361)建立物理连接用户拨号呼叫ISP, ISP路由器的 MODEM检测到载波并确认2)建立链路连接链路创立用户PC机向路由器发假设干 含有LCP配置请求的PPP帧,协商配置链路 (3)建立网络连接网络层配置PPP链路两端相互交换网络 ^wwwvwwwwuwvwvwxAaaaaAaaA/wvwvwwwwvwvw层特定的网络控制分组如，运行IP协议，通过“IP控制协议” 配置链路两端的IP协议模块(如分配临时IP 地址)4)双方互相通信链路翻开开始发送网络层数据报，通 过PPP链路传输①①②图5.43 PPP链路控制协议的状态（5）释放网络连接通信结束，释放网络连接（收回临时IP 地址）6）释放链路连接PPP链路的一端发送终止请求LCP帧, 对方确认终止⑺释放物理连接5.8链路虚拟化：网络作为链路层链路:是网络中连接主机的物理线路有多种形式：共享的、点到点的、通过 单个集线器或交换机、通过多个集线器或交 换机连接都可以抽象看作是链路层的信道（即虚拟传 > 网是一个逻辑独立、全球性的电信网络如，家庭用户通过 网的拨号连接到因特 网：•连接两台主机的链路实际上是 网;・从因特网链路层角度」 网可以被 看成是一根简单的“线路”。

即将 网“虚拟化”,看成是为两台主 机提供链路层连接的链路层技术（实际是一 个独立的电信网络）> ATM异步传输方式:>随机访问：实现随机访问协议❖特点：是一个半自治的单元•适配器接收帧，并判断是否有过失出错:直接丢弃该帧，不通知它的“父 节点”（适配器所在的节点）正确:向上传递网络层数据报，中断它 的“父节点”•适配器发送帧：节点把网络层数据报向下传给适配器， 曲适配器负责在链路上传输数据报< V v w v v v v v w V w V v v v wv v V v wv V w w V w V w V w v w v w v w V w•硬件上：适配器和节点的其他局部在同一个物理 盒子中，共享电源和总线，最终在节点的控 制之下❖适配器组成：如图5・3所示是一种能够传输实时音频、视频，以及文本、电子邮件、图像文件的网络技术主要用于 和IP网络如作为因特网主干核心，连接IP设备,图 5-40 o因特网IP流量IP路由器ATM网络——因特网IP流量IP路由器IP路由器1P路由器因特网IP流量图5・40 ATM网络位于一个因特网主干的核心将ATM “虚拟化”，看成是为IP设备提▼ V\A/V\AA^V\/W\/V\A/WWXA/VXA/VWWVkAA/V\n/VW^WWVWvV\^AAAA/V\A/v\A/WW\A/WVW'.,,—_供互联服务的链路层技术。

ATM主要特性•多种服务模型:• 使用虚电路（虚通道）:• 固定长度分组（信元）:53字节ATM协议栈层次：• ATM适配层AAL：类似因特网的运输层包括几个不同类型的AAL来支持不同类型的服务• ATM层:ATM标准的核心定义ATM信 元的结构ATM物理层：处理物理媒体上的电压、 比特定时和成帧•，c j “心乂, 〃小KXJL P AAMVTXrp'JX^ |* o图S.3 适用段星怅白沿敞元•总线接口:负责与父节点通信在适配器和父节点之间传输数据和控制 信息•链路接口:负责实现链路层协议/^A/VWWVVWVVVVWVWVVVWk/VWVVVVWV\M/VW^WVWVV\AAA<^^A^WVVVVW^AA/VWVVV将数据报成帧（发送）、解帧获得数据报 （接收），并提供过失检测、随机访问和其他 链路层功能包含传输和接收电路网卡速率：10Mbps、100Mbps> 10/100M 自适应5.2过失检测和纠错技术比特级过失检测和纠错:对一个节点发 送到一个相邻节点的帧，检测是否出现比特过失，并纠正相关技术很多过失检测和纠错的过程：图5・4易出现比特差借的能路 图5.4过失检测与纠错的场景＞发送节点将数据。

附加假设干过失检测和纠错位 edc9 一起发送到链路数据O包括网络层传来的数据报，以及链路级寻址信息、序列号和其他字段保护范围包括数据D的所有字段地址信息序号其他字段. ri-t rr-t 数据报EDC＞接膜由EDC保护收节点接收比特序列和即C'如果发生传输比特错误(0^1, 1^0), »和£0可能与发送的D和EOC不同接收方根据和EDC,判断是否和 初始的〃相同(的传输是否正确)・正确:解封取出数据报，交给网络层;•出错:过失处理说明:•过失检测和纠正技术不能保证接收方检测到所有的比特过失，取可能出现未检测 到的比特过失(undetected bit error),而接收方 并未发现选择一个合适的过失检测方案使未检测到的情况发生的概率很小•过失检测和纠错技术越好，越复杂, wVwwvwwvwu^vwvwuwvwww^/xaa/vxAAaa/vwvxa/vwvxaAaaaaaaaAaaAT^aa/vw^Aa/wwC^aaa/w开销更大＞三种主要过失检测技术:• 奇偶校验:用于描述过失检测和纠错的 基本思想；检查和方法:常用于运输层；• 循环冗余检测:常用于适配器中的链路层奇偶校验 1、一比特奇偶校验（parity bit）A发送方：在要发送的信息O （d位）后面附加一个 奇偶校验位，使“1”的个数是奇数（奇校验） /WWVXA^/WW^AiWW^VW^AA/VVWVWVWWVVWVWVWVWVWWWV^VWVVV\AA/WVVWWVVWVWuVSjV«7A»VuV^7?SjVS孔 VSjVSjVSjVVWVWV或偶数（偶校电,一起传输发送（d+1位）。

如图5・5,描述一个偶校验'''1''''奇偶d个数据比特比特|L；1 m -芯］n…01 1 1 0001 1 01 01 01 11*4 a■、一 ■A接收方：检测收到的信息。