数字通信与计算机网络技术基础华北航天工业学院庄连英 制作第 4章 数据链路层本章学习目标
链路,数据链路的概念,数据链路层的功能
停止等待协议的工作原理与过程
数据链路层是如何进行差错控制的
数据链路层流量控制的意义与方法
面向比特数据链路层协议 HDLC的帧结构与帧分类
PPP链路协议的工作过程第 4章 数据链路层
4.1 数据链路层功能
4.2 停止等待协议
4.3 连续 ARQ协议
4.4 流量控制
4.5 面向比特的链路控制规程 HDLC
4.6 Internet的链路层协议退出
4.1 数据链路层功能具体功能如下：
1、链路管理,当网络中的两个结点进行通信时，
发送方必须确知接收方是否已处在准备接收状态 。
2、帧同步,数据链路层，数据传送的单位是帧。
3、流量控制：协调 发送方与接收方的工作。
4、差错控制,接收方可通过校验帧的差错编码，
判断接收到的帧是否有差错。
5、透明传输,所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组合，都应能够在链路上传送。
6、寻址,在多点连接的情况下，保证每一帧都能送到正确的目的站 。
4.2 停止等待协议链 路 层主 机 A
链 路 层主 机 B两个结点数据链路层间的通信模型：
理想链路的通信。
实际链路的通信：采用停止等待协议保证数据通信双方的协调工作。
停止等待协议的工作原理：
A B
D A T A 0
A C K
D A T A 1
A C K
时 间
A B
D A T A 0
N A K
D A T A 1
A C K
重 传
A B
D A T A 0
超 时
A C K
A B
D A T A 0
A C K
D A T A 1
A C K
X
出 错重 传丢 失超 时重 传丢 失丢 弃
（ 1 ） 正 常 情 况 （ 2 ） 帧 校 验 错 误 （ 3 ） 数 据 帧 丢 失 （ 4 ） 确 认 帧 丢 失
4.3 连续 ARQ协议工作原理：
连续 ARQ协议，即采用连续自动请求重传方案。发送方可以连续发送一系列信息帧，即不用等待前一帧被确认便可发送下一帧。这就需要在发送方设置一个较大的缓冲存储空间，用以存放若干待确认的信息帧。当发送方收到对某信息帧的确认帧后便可从帧缓存中将该信息帧删除，并继续发送数据帧。所以，连续
ARQ协议使得信道利用率大大提高。
4.4 流量控制
4.4.1 XON/XOFF方案
4.4.2 窗口机制
4.4.1 XON/XOFF方案
XON/XOFF主要应用于面向字符通信中，
使用一对控制字符来实现流量控制。其中
XON采用 ASCII字符集中的控制字符 DC1，
XOFF采用 ASCII字符集中的控制字符 DC3。
在一次数据传输过程中,XOFF,XON的周期可重复多次。但这些操作对用户来说是透明的。许多异步数据通信软件包均支持
XON/XOFF协议。
4.4.2 窗口机制连续 ARQ协议发送方是不能无限制地发送数据帧的,主要因为：
（ 1） 由于发送的数据帧都未被确认,需要在发送方缓存中保留副本,以备重传 。 计算机的硬件资源是有限的,
缓存容量不能无限制增加 。
（ 2） 发送数据帧过多,一旦有一帧出现错误,可能有很多帧需要重传,造成很大的浪费,增加了很多不必要的开销 。
（ 3） 为了对连续发送的大量数据帧进行编号,每帧的发送序号也要占用较多的比特,又增加了一定的开销 。
因此需要对此协议中连续发送的未被确认的帧数做一定的限制,这就是滑动窗口协议 。
4.5 面向比特的链路控制规程 HDLC
4.5.1 HDLC概述
4.5.2 HDLC的帧结构
4.5.1 HDLC概述数据链路层协议标准，可分为两类，面向字符的与面向比特的链路控制协议。典型的面向字符的链路控制协议为 IBM公司的
BSC规程；面向比特的链路控制协议为 HDLC
协议。 HDLC可适用于链路的两种基本配置，
即非平衡配置与平衡配置。非平衡配置有两种数据传送方式：正常响应方式 NRM和异步响应方式 ARM。平衡配置则只有异步平衡方式 ABM。
4.5.2 HDLC的帧结构
HDLC定义了三种类型的帧，即信息帧、监控帧与无编号帧。
标 志
F
地 址
A
控 制
C
信 息
I n f o
标 志
F
帧 校 验 序列 F C S
比 特 8 8 8 可 变 1 6 8
1 2 3 4 5 6 7 8
0 N （ S ） P / F N （ R ）
1 0 S P / F N （ R ）
1 2 M P / F M
比 特 序 号信 息 帧 I
监 督 帧 S
无 编 号 帧 U
4.6 Internet的链路层协议用户接入 Internet的一般方法有两种。一种是用户通过电话线，拨号接入 Internet，另一种是使用专线接入。不管使用哪一种方法，在传送数据时都需要有数据链路层协议。全世界范围内使用最多的协议为非常简单的点对点协议
PPP（ Point-to-Point Protocol）。早期
Internet使用非常简单的面向字符的协议 SLIP
（ Serial Line Internet Protocol），但
SLIP缺点很多。
PPP的帧格式与 HDLC帧格式很相似：
标 志
7 E
地 址
F F
控 制
0 3
协 议标 志
7 E
信 息
I P 数 据 报字 节 1 1 1 2
小 于 1 5 0 0 字 节帧 校验 F C S
2 1
标志字段为 7E（ 01111110），地址字段为 FF
（ 11111111），控制字段为 03（ 00000110）。这三各字段是固定不变的，所有 PPP帧都应以 07EFF03开始。协议字段占两个字节，当协议字段为 0021时，
PPP帧的信息就是 IP数据报。若为 C021，则信息字段是 PPP链路控制数据。而 8021表示这是网络控制数据。
帧校验序列 FCS与 HDLC的相同。由于 PPP不是面向比特的，因此帧的长度应为整数个字节。
PPP的工作过程可通过 PPP状态图来描述：
建 立 鉴 别通 信终 止网 络静 止协 商 选 项鉴 别 成 功
N C P 配 置通 信 结 束失 败载 波 停 止失 败检 测 到 载 波
链路,数据链路的概念,数据链路层的功能
停止等待协议的工作原理与过程
数据链路层是如何进行差错控制的
数据链路层流量控制的意义与方法
面向比特数据链路层协议 HDLC的帧结构与帧分类
PPP链路协议的工作过程第 4章 数据链路层
4.1 数据链路层功能
4.2 停止等待协议
4.3 连续 ARQ协议
4.4 流量控制
4.5 面向比特的链路控制规程 HDLC
4.6 Internet的链路层协议退出
4.1 数据链路层功能具体功能如下：
1、链路管理,当网络中的两个结点进行通信时，
发送方必须确知接收方是否已处在准备接收状态 。
2、帧同步,数据链路层，数据传送的单位是帧。
3、流量控制：协调 发送方与接收方的工作。
4、差错控制,接收方可通过校验帧的差错编码，
判断接收到的帧是否有差错。
5、透明传输,所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组合，都应能够在链路上传送。
6、寻址,在多点连接的情况下，保证每一帧都能送到正确的目的站 。
4.2 停止等待协议链 路 层主 机 A
链 路 层主 机 B两个结点数据链路层间的通信模型：
理想链路的通信。
实际链路的通信：采用停止等待协议保证数据通信双方的协调工作。
停止等待协议的工作原理：
A B
D A T A 0
A C K
D A T A 1
A C K
时 间
A B
D A T A 0
N A K
D A T A 1
A C K
重 传
A B
D A T A 0
超 时
A C K
A B
D A T A 0
A C K
D A T A 1
A C K
X
出 错重 传丢 失超 时重 传丢 失丢 弃
（ 1 ） 正 常 情 况 （ 2 ） 帧 校 验 错 误 （ 3 ） 数 据 帧 丢 失 （ 4 ） 确 认 帧 丢 失
4.3 连续 ARQ协议工作原理：
连续 ARQ协议，即采用连续自动请求重传方案。发送方可以连续发送一系列信息帧，即不用等待前一帧被确认便可发送下一帧。这就需要在发送方设置一个较大的缓冲存储空间，用以存放若干待确认的信息帧。当发送方收到对某信息帧的确认帧后便可从帧缓存中将该信息帧删除，并继续发送数据帧。所以，连续
ARQ协议使得信道利用率大大提高。
4.4 流量控制
4.4.1 XON/XOFF方案
4.4.2 窗口机制
4.4.1 XON/XOFF方案
XON/XOFF主要应用于面向字符通信中，
使用一对控制字符来实现流量控制。其中
XON采用 ASCII字符集中的控制字符 DC1，
XOFF采用 ASCII字符集中的控制字符 DC3。
在一次数据传输过程中,XOFF,XON的周期可重复多次。但这些操作对用户来说是透明的。许多异步数据通信软件包均支持
XON/XOFF协议。
4.4.2 窗口机制连续 ARQ协议发送方是不能无限制地发送数据帧的,主要因为：
（ 1） 由于发送的数据帧都未被确认,需要在发送方缓存中保留副本,以备重传 。 计算机的硬件资源是有限的,
缓存容量不能无限制增加 。
（ 2） 发送数据帧过多,一旦有一帧出现错误,可能有很多帧需要重传,造成很大的浪费,增加了很多不必要的开销 。
（ 3） 为了对连续发送的大量数据帧进行编号,每帧的发送序号也要占用较多的比特,又增加了一定的开销 。
因此需要对此协议中连续发送的未被确认的帧数做一定的限制,这就是滑动窗口协议 。
4.5 面向比特的链路控制规程 HDLC
4.5.1 HDLC概述
4.5.2 HDLC的帧结构
4.5.1 HDLC概述数据链路层协议标准，可分为两类，面向字符的与面向比特的链路控制协议。典型的面向字符的链路控制协议为 IBM公司的
BSC规程；面向比特的链路控制协议为 HDLC
协议。 HDLC可适用于链路的两种基本配置，
即非平衡配置与平衡配置。非平衡配置有两种数据传送方式：正常响应方式 NRM和异步响应方式 ARM。平衡配置则只有异步平衡方式 ABM。
4.5.2 HDLC的帧结构
HDLC定义了三种类型的帧，即信息帧、监控帧与无编号帧。
标 志
F
地 址
A
控 制
C
信 息
I n f o
标 志
F
帧 校 验 序列 F C S
比 特 8 8 8 可 变 1 6 8
1 2 3 4 5 6 7 8
0 N （ S ） P / F N （ R ）
1 0 S P / F N （ R ）
1 2 M P / F M
比 特 序 号信 息 帧 I
监 督 帧 S
无 编 号 帧 U
4.6 Internet的链路层协议用户接入 Internet的一般方法有两种。一种是用户通过电话线，拨号接入 Internet，另一种是使用专线接入。不管使用哪一种方法，在传送数据时都需要有数据链路层协议。全世界范围内使用最多的协议为非常简单的点对点协议
PPP（ Point-to-Point Protocol）。早期
Internet使用非常简单的面向字符的协议 SLIP
（ Serial Line Internet Protocol），但
SLIP缺点很多。
PPP的帧格式与 HDLC帧格式很相似：
标 志
7 E
地 址
F F
控 制
0 3
协 议标 志
7 E
信 息
I P 数 据 报字 节 1 1 1 2
小 于 1 5 0 0 字 节帧 校验 F C S
2 1
标志字段为 7E（ 01111110），地址字段为 FF
（ 11111111），控制字段为 03（ 00000110）。这三各字段是固定不变的，所有 PPP帧都应以 07EFF03开始。协议字段占两个字节，当协议字段为 0021时，
PPP帧的信息就是 IP数据报。若为 C021，则信息字段是 PPP链路控制数据。而 8021表示这是网络控制数据。
帧校验序列 FCS与 HDLC的相同。由于 PPP不是面向比特的，因此帧的长度应为整数个字节。
PPP的工作过程可通过 PPP状态图来描述：
建 立 鉴 别通 信终 止网 络静 止协 商 选 项鉴 别 成 功
N C P 配 置通 信 结 束失 败载 波 停 止失 败检 测 到 载 波
