网络工程师资料(经典)chapter4 数据链路层.pdf

第4 章 数据链路层 1 第4 章 数据链路层 本章基本要求：掌握数据链路层的功能与作用，掌握差错控制的作用和原理，掌握数 据链路层的设备与组件；理解常用的成帧方式，理解流量控制的作用和原理，理解HDLC 协议的主要内容。 本章难点：差错控制，滑动窗口协议 教学时数与实验：4-5 学时，无实验。 上一章我们已经学习了物理层的有关知识，本章我们将介绍数据链路层的相关知识， 包括数据链路层的功能以及实现这些功能的若干重要机制。 4.1 数据链路层概述 4.1.1 为什么需要数据链路层 至少有两个理由可用来说明数据链路层存在的必要性。首先，尽管物理层采取了一些 必要的措施来减少信号传输过程中的噪声，但是数据在物理传输过程中仍然可能损坏或丢 失。由于物理层只关心原始比特流的传送，所以物理层不考虑也不可能考虑所传输信号的 意义和信息的结构，也就是说物理层不可能识别或判断数据在传输过程中是否出现了损坏 或丢失，从而也谈不上采取什么方法进行补救。其次，物理层也不考虑当发送站点的发送 速度过快而接收站点接收的速度过慢时，应采取何种策略来控制发送站点的发送速度，以 避免接收站点来不及处理而丢失数据。可见只有物理层的功能是不够的，位于物理层之上 的数据链路层就是为了克服物理层的这些不足而建立的。 数据链路层旨在实现网络上两个相邻节点之间的无差错传输。它利用了物理层提供的 原始比特流传输服务，检测并校正物理层的传输差错，使在相邻节点之间构成一条无差错 的链路，从而向网络层提供可靠的数据传输服务。 4.1.2 相邻节点的概念 那么何为相邻节点呢？所谓相邻节点是指由同一物理链路连接的所有节点。因此，不 仅图4.1 (a)所示的网络环境中的两个节点属于相邻节点，图4.1(b) 中的四个由同一物理线路 连接的节点也属于相邻节点。相邻节点的最主要特征是节点之间的数据通信不需要经过其 2 计算机网络技术 他交换设备的转发。 (a) (b) 图4.1 相邻节点的示例 4.1.3 数据链路层需要解决的主要问题 为实现相邻节点之间的可靠传输，数据链路层必须要解决以下问题：在相邻的节点之 间确定一个接收目标，即实现物理寻址；提供一种机制使得接收方能识别数据流的开始与 结束；提供相应的差错检测与控制机制以使有差错的物理链路对网络层表现为一条无差错 的数据链路；提供流量控制机制以保证源和目标之间不会因发送和接收速率不匹配而引起 数据丢失。 下面我们分几个小节来介绍数据链路层解决这些问题的相关机制。 4.2 帧与成帧 为了实现上述诸如差错控制、物理寻址和流量控制等一系列功能，数据链路层必须要 使自己所看到的数据是有意义的，其中除了要传送的用户数据外，还要提供关于寻址、差 错控制和流量控制所必需的信息，而不再是物理层所谓的原始比特流。为此，数据链路层 采用了被称为帧(frame) 的协议数据单元作为数据链路层的数据传送逻辑单元。不同的数据 链路层协议的核心任务就是根据所要实现的数据链路层功能来规定帧的格式。 4.2.1 帧的基本格式 尽管不同的数据链路层协议给出的帧格式都存在一定的差异，但它们的基本格式还是 大同小异的。图4.2 给出了帧的基本格式，组成帧的那些具有特定意义的部分被称为域或字 段(field) 。 帧开始 地址 / / 数据 FCS 帧结束 长度类型控制 图4.2 帧的基本格式 其中，帧开始字段和帧结束字段分别用以指示帧或数据流的开始和结束。地址字段给 出节点的物理地址信息，物理地址可以是局域网网卡地址，也可以是广域网中的数据链路 第4 章 数据链