第4章 數(shù)據(jù)鏈路層

1、計算機網(wǎng)絡原理（4741）第四章 數(shù)據(jù)鏈路層本章主要內(nèi)容 數(shù)據(jù)鏈路層功能 差錯控制 基本鏈路協(xié)議 鏈路控制規(guī)程 因特網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議一、串講 1、P71第二段 數(shù)據(jù)鏈路層作用 2、幀是數(shù)據(jù)鏈路層的傳送單位 P71 3、數(shù)據(jù)鏈路層的功能：幀同步、差錯控制、流量控制、鏈路管理。 P71-72 4、幀同步普遍使用的方法是（比特填充法、）（違法編碼法），（字符填充法）（字節(jié)計數(shù)法）（P72） 5、數(shù)據(jù)鏈路層通過使用（計數(shù)器）和（序號）來保證每幀最終都能被正確地遞交給目標網(wǎng)絡層一次（P73） 6、差錯控制：反饋重發(fā)、超時計時器、幀編號。P73 7、流量控制：數(shù)據(jù)鏈路層控制相鄰兩節(jié)點之間數(shù)據(jù)鏈路上的流量

2、，傳輸層控制從源到最終目的之間端對端的流量。 8、鏈路管理功能主要用于（面向連接）服務（P74） 9、噪聲有兩大類：隨即熱噪聲和沖擊噪聲。P75 10、隨機熱噪聲是信道固有，持續(xù)存在 的； 沖擊噪聲 外界特定的短暫原因P75 11、從突發(fā)錯誤發(fā)生的第一個碼元到有錯的最后一個碼元間所有碼元的個數(shù)，稱為該突發(fā)錯的（突發(fā)長度）P75 12、差錯控制方法（P75） 13、利用差錯控制編碼來進行差錯控制方法基本有兩類：（自動請求重發(fā) ARQ）和（前向糾錯 FEC） 14、檢錯碼： 奇偶校驗碼、循環(huán)冗余碼（廣域網(wǎng)采用） 、 海明碼（檢錯和糾錯） 15、差錯控制方法中的自動重發(fā)請求 ARQ 法有（空閑重發(fā)請

3、求）和（連續(xù)重發(fā)請求）兩種最基本實現(xiàn)方案（P80） 16、在順序接收管道協(xié)議中，為了提高信道的有效利用率，可以采用（基于窗口控制）的流量控制方法來限制發(fā)送方已發(fā)出而未被確認的幀數(shù)目（P81） 17、 停-等：發(fā)送窗口=1，接收窗口=1； Go-back-N：發(fā)送窗口1，接收窗口=1； 選擇重傳：發(fā)送窗口1，接收窗口1； （P83） 18、鏈路控制協(xié)議可分為異步協(xié)議和同步協(xié)義（P83） 19、異步協(xié)議以字符為獨立的信息傳輸單位。 （P83） 20、同步協(xié)議是以許多字符或許多比特組織成的數(shù)據(jù)塊-幀為傳輸單位（P83） 21、同步協(xié)議又可分為面向字符的同步協(xié)議、面向比特的同步協(xié)議及面向字節(jié)計數(shù)的同步

4、協(xié)議三種類型（P84） 22、任何鏈路層協(xié)議均可由鏈路建立、數(shù)據(jù)傳輸和鏈路拆除三部分組成。 （P84） 23、BSC：面向字符，分為數(shù)據(jù)報文和監(jiān)控報文兩類。二進制同步通信協(xié)議 半雙工（P84） 24、BSC數(shù)據(jù)報文格式：（了解） （P84） （1）SYN SYN STX 報文 ETX BCC 不帶報頭的單塊報文或分塊傳輸中的最后一塊報文 （2）SYN SYN SOH 報頭 STX 報文 ETX BCC 報頭的單塊報文 （3）SYN SYN SOH 報頭 STX 報文 ETB BCC 分塊傳輸中的第一塊報文 （4）SYN SYN STX 報文 ETB BCC 分塊傳輸中的中間報文 26、BSC同

5、步協(xié)議的監(jiān)控報文： （P85-86）（1）SYN SYN ACK 肯定確認和選擇響應（2）SYN SYN NAK 否定確認和選擇響應（3）SYN SYN P/S前綴 站地址 ENQ 輪詢、選擇請求（4）SYN SYN EOT 拆鏈 （此四種格式的監(jiān)控報文，需了解） 27、BSC協(xié)議中所有發(fā)送的數(shù)據(jù)均跟在至少兩個SYN字符之后。所有數(shù)據(jù)塊在真終限定符（ETX或ETB）之后還有塊校驗字符BCC，BCC可以是垂直奇偶校驗或16位CRC （P85） 28、為了使二進制數(shù)據(jù)中允許出現(xiàn)與傳輸控制字符相同的數(shù)據(jù)，可以各幀中真正的傳輸控制字符（除SYN外）前加上DLE轉(zhuǎn)義字符。 （P85） 例：若BSC發(fā)送幀

6、中數(shù)據(jù)如下：“ABCDE”,則經(jīng)過轉(zhuǎn)義后實際要發(fā)送的是 “ABCDE” 29、HDLC（高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程） 全雙工（P86） 30、HDLC常用三種操作方式：正常響應、異步響應、異步平衡（P87） 31、HDLC格式 32、HDLC采用0比特插入，實現(xiàn)透明傳輸（P87） 33、HDLC的幀類型：信息幀、監(jiān)控幀、無編號幀（P88） 注：三種幀的格式（主要是控制域段）要知道 34、HDLC控制域響應信號意義：00接收就緒，01拒絕，10接收未就緒，11選擇拒絕（P89）標志地址控制數(shù)據(jù)FCS標志 HDLC 幀格式，除信息字段外共占 48 位即 6 字節(jié)（P87） 信息幀：控制字段第 1 位為“

7、0” 監(jiān)控幀：控制字段第 1、2 位為“10”，沒有信息字段，幀長只有 6 字節(jié)即 48 位 35、因特網(wǎng)有兩個被廣泛使用的鏈路層協(xié)議：（串行線路 IP，SLIP）協(xié)議和（點到點 PPP）協(xié)議（P89） 36、SLIP 在串行通信線路上封裝 IP 分組，使遠程用戶通過（電話線）和（MODEM）能接入 TCP/IP 網(wǎng)絡（P89） 37、PPP 協(xié)議中有一個（LCP 鏈路控制）協(xié)議，可用于啟動線路、測試線路、協(xié)商參數(shù)、關閉線路 （P90）此處了解，一般將在4749網(wǎng)絡工程中考試。 38、PPP協(xié)議提供三類功能：成幀、鏈路控制、網(wǎng)絡控制。 （P90） 39、PPP的幀格式和HDLC的幀格式非常相似

8、，但PPP面向字符，而HDLC面向比特。 （P90）1、簡述數(shù)據(jù)鏈路層差錯控制的工作原理。（P73） 答（1）數(shù)據(jù)鏈路層一般采用反饋重發(fā)的方法來糾正差錯。 （2）接收方收完一幀后，向發(fā)送方反饋一個接收是否正確的信息，使發(fā)送方據(jù)此作出是否需要重新發(fā)送到?jīng)Q定。發(fā)送方僅當收到接收方已正確接收到反饋信息后，才能認為該幀已經(jīng)正確發(fā)送完畢，否則需要重發(fā)直至正確為止。2、簡述停止等待方案的工作原理。（P74）答：發(fā)送方發(fā)出一幀，然后等待應答信號到達后再發(fā)送下一幀；接收方每收到一幀后送回一個應答信號，表示愿意接收下一幀，如果接收方不送回應答，則發(fā)送方必須一直等待。簡答3、簡述數(shù)據(jù)鏈路層差錯控制的工作原理。（P

9、73）答：數(shù)據(jù)鏈路層一般采用反饋重發(fā)的方法來糾正差錯。接收方收完一幀后，向發(fā)送方反饋一個接收是否正確的信息，使發(fā)送方據(jù)此作出是否需要重新發(fā)送到?jīng)Q定。發(fā)送方僅當收到接收方已正確接收到反饋信息后，才能認為該幀已經(jīng)正確發(fā)送完畢，否則需要重發(fā)直至正確為止。4、簡述停止等待方案的工作原理。（P74）發(fā)送方發(fā)出一幀，然后等待應答信號到達后再發(fā)送下一幀；接收方每收到一幀后送回一個應答信號，表示愿意接收下一幀，如果接收方不送回應答，則發(fā)送方必須一直等待。5、簡述停等協(xié)議的特點。（P80）答：優(yōu)點：所需的緩沖存儲空間小 缺：發(fā)送方要停下來等待ACK幀返回后再行繼續(xù)發(fā)送，造成信道浪費6、簡述“回退 N”策略的基本

10、原理。（P81）答：（1） 當接收方檢測出失序的信息幀后，要求發(fā)送方重發(fā)最后一個正確接收的信息幀之后的所有未被確認的幀 （2） 或者當發(fā)送方發(fā)送了 n 個幀以后，若發(fā)現(xiàn) n 幀的前一幀在計時器超時區(qū)間內(nèi)仍未返回其確認信息，則該幀被判定為出錯或丟失，此時發(fā)送方就不得不重新發(fā)送該出錯幀及其后的 n 幀。7、簡述選擇重傳協(xié)議的工作原理。（P82） 答：當接收方發(fā)現(xiàn)某幀出錯后，其后繼續(xù)送來的正確的幀雖然不能立即遞交給接收方的高層，但接收方仍可收下來，存放在一個緩沖區(qū)中，同時要求發(fā)送方重新傳送出錯的那一幀。一旦收到重新傳來的幀后，就可與原來已存放于緩沖區(qū)中的其余幀一并按正確的順序遞交給高層。9、簡述高級

11、數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程 HDLC 協(xié)議的特點。（P86）答：（1） 不依賴字符編碼集（2） 透明傳輸（3） 全雙工通信（4） 傳輸可靠性高（5） 靈活性大10、簡述 PPP 協(xié)議的應用范圍。（5.41.P91）答：適用 調(diào)制解調(diào)器 SONET HDLC為序列線路 其他物理層，支持 錯誤檢測 頭部壓縮 選項協(xié)商 使用HDLC類型幀的可靠傳輸 12、計算 已知信息位 K（X）和采用 CRC 生成的多項式 G（X），求該信息的循環(huán)冗余碼 CRC（P78） （1） 冗余位 R（X）= XrK（X）/G（X） （2） CRC 碼字 T（X）= XrK（X）+ R（X） 已知用 CRC 生成的多項式 G（X）和

12、接收方二進制數(shù)字序列，判斷傳輸過程是否出錯（P79） 如果接收到的碼字 T（X）能被 G（X）整除，則傳輸無差錯。 同步傳輸?shù)膯挝皇菐?，所以其傳輸速率要根?jù)幀格式（信息位+控制位）二、本章主要填空題 1、差錯控制編碼可以分為檢錯碼和_。(糾錯碼) 2、PPP 協(xié)議中有一個_協(xié)議，可用于啟動線路、測試線路、協(xié)商參數(shù)、關閉線路。(鏈路控制) 3、_引起的差錯稱為隨機錯，所引起的某位碼元的差錯是孤立的，與前后碼元沒有關系。(熱噪聲) 4、BSC 協(xié)議將在鏈路上傳輸?shù)男畔⒎譃閿?shù)據(jù)報文和_兩類。(監(jiān)控報文) 5、鏈路管理功能包括數(shù)據(jù)鏈路層連接的建立、維持和_。(釋放) 6、數(shù)據(jù)鏈路層通過使用_和序號來保

13、證每幀都能被正確地遞交給目標網(wǎng)絡層一次。(計數(shù)器) 7、_不需要任何填充技術(shù)，便能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明性，但它只適用于采用冗余編碼的特殊編碼環(huán)境。 8、為了使傳輸中發(fā)生差錯后只將出錯的有限數(shù)據(jù)進行重發(fā)、數(shù)據(jù)鏈路層將比特流組織成_為單位傳送。(幀) 9、使用字符填充的首尾定界符法是在與特定字符相同的數(shù)據(jù)字符前填充一個_以示區(qū)別，從而達到數(shù)據(jù)的透明性。(轉(zhuǎn)義控制字符) 10、目前較普遍使用的幀同步法是比特填充法和_。(違法編碼法) 11、從突發(fā)錯誤發(fā)生的第一個碼元到有錯的最后個碼元間的所有碼元的個數(shù)，稱為該突發(fā)錯的_。(突發(fā)長度) 12、在計算機網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)特通信中用得最廣泛的檢錯碼是一種漏檢率低得多也便

14、于實現(xiàn)的 _。(循環(huán)冗余碼) 13、差錯控制方法中的自動重發(fā)請求的兩種基本方案是_和連續(xù)重發(fā)請求。(空閑重發(fā)請求) 14、HDLC 是通用的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議，在開始建立數(shù)據(jù)鏈路時，允許選用特定的_。(操作方式)三、本章課后作業(yè)及答案1數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能包括哪幾個方面的內(nèi)容？幀同步功能：為了使傳輸中發(fā)生差錯后只將出錯的有限數(shù)據(jù)進行重發(fā)，數(shù)據(jù)鏈路層將比特流組織成為幀為單位傳送。常用的幀同步方法有：使用字符填充的首尾定界符法、使用比特填充的首尾標志法、違法編碼法、字節(jié)計數(shù)法。差錯控制功能：通信系統(tǒng)必須具備發(fā)現(xiàn)（即檢測）差錯的能力，并采取措施糾正之，使差錯控制在所能允許的盡可能小的范圍內(nèi)，這就是差錯

15、控制的過程，也是數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能之一。流量控制功能：由于收發(fā)雙方各自使用的設備工作速率和緩沖存儲空間的差異，可能出現(xiàn)發(fā)送方發(fā)送能力大于接收方接收能力的現(xiàn)象，若此時不對發(fā)送方的發(fā)送速率（也即鏈路上的信息流量）作適當?shù)南拗?，前面來不及接收的幀將被后面不斷發(fā)送的幀“淹沒”，從而造成幀的丟失而出錯。由此可見，流量控制實際上是對發(fā)送方數(shù)據(jù)流量的控制，使其發(fā)送速率不致超過接收方所能承受的能力。兩種最常用的流量控制方案：停止等待方案和滑動窗口機制。鏈路管理功能：主要用于面向連接的服務。在鏈路兩端的節(jié)點要進行通信前，必須首先確認對方已處于就緒狀態(tài)，并交換一些必要的信息以對幀序號初始化，然后才能建立連接。在

16、傳輸過程中則要維持該連接。如果出現(xiàn)差錯，需要重新初始化，重新自動建立連接。傳輸完畢后則要釋放連接。數(shù)據(jù)鏈路層連接的建立、維持和釋放就稱鏈路管理。2試比較四種幀定界方法的特點。使用字符填充的首尾定界符法：該法用一些特定的字符來定界一幀的起始與終止，為了不使數(shù)據(jù)信息位中出現(xiàn)的與特定字符被誤判為幀首尾定界符，可以在這種數(shù)據(jù)字符前填充一個轉(zhuǎn)義字符（）以示區(qū)別，從而達到數(shù)據(jù)的透明性。但這種方法使用起來比較麻煩，而且所用的特定字符依賴于所采用的字符編碼集，兼容性比較差。使用比特填充的首尾標志法：該法一組特定的比特模式（如01111110）來標志一幀的起始與終止。為了不使信息位中出現(xiàn)的與該特定比特模式相似的

17、比特串被誤判為幀的首尾標志，可以采用比特填充的方法。比特填充很容易由硬件來實現(xiàn)，性能優(yōu)于字符填充法。違法編碼法：該法在物理層采用特定的比特編碼方法時采用，可以借用一些違法編碼序列來界定幀的起始和終止。違法編碼法不需要任何填充技術(shù)，便能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明性，但它只適用于采用冗余編碼的特殊編碼環(huán)境。字節(jié)計數(shù)法：這種幀同步方法以一個特殊字符表征一幀的起始，并以一個專門字段來標明幀內(nèi)的字節(jié)數(shù)。由于采有字節(jié)計數(shù)法來確定幀的終止邊界不會引起數(shù)據(jù)及其它信息的混淆。因而不必采用任何措施便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明性，即任何數(shù)據(jù)均可不受限制的傳遞。傳輸差錯的主要原因是哪些？差錯類型有哪兩種？都有什么特點？傳輸差錯的主要原因：

18、信號在物理信道中傳輸時，線路本身電氣特性造成的隨機噪聲、信號幅度衰減、頻率和相位的畸變、電氣信號在線路上產(chǎn)生反射造成的回音效應、相鄰線路間的干擾以及各種外界因素(如大氣中的閃電、開頭的跳火、外界強電流磁場的變化、電源的波動等)都會造成信號的失真。熱噪聲引起的差錯稱為隨機錯，所引起的某位碼元的差錯是孤立的，與前后碼元沒有關系，由它導致的隨機錯通常較少；沖擊噪志呈突發(fā)狀，由其引起的差錯稱為突發(fā)錯。沖擊噪聲幅度可能相當大，無法靠提高信號幅度來避免沖擊噪聲造成的差錯，它是傳輸中產(chǎn)生差錯的主要原因。沖擊噪聲持續(xù)時間很短，但在一定的數(shù)據(jù)速率條件下，仍然會影響到一串碼元。4檢錯碼與糾錯碼的主要區(qū)別是什么？常

19、用的檢錯碼有哪些？檢錯碼是指能自動發(fā)現(xiàn)差錯的編碼，糾錯碼是指不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能自動糾正差錯的編碼。糾錯碼一般說來要比檢錯碼使用更多的冗余位，也就是說編碼效率低，而且糾錯設備也比糾錯碼復雜得多。因而除非在單傳輸或?qū)崟r要求特別高等場合外，數(shù)據(jù)通信中使用更多的還是檢錯碼。常用的檢錯碼有奇偶校驗碼、循環(huán)冗余碼和海明碼。 5若發(fā)送窗口尺寸為4，在發(fā)送3 號幀并收到2 號幀的確認后，發(fā)送方還可以發(fā)幾幀？請給出可發(fā)幀的序號。 窗口機制是利用接收主緩沖區(qū)，發(fā)送方緩沖區(qū)和重發(fā)表來實現(xiàn)流量控制，從而避免過載的一種機制。由此可知發(fā)送方還可以發(fā)送3 幀，可發(fā)送的幀序號為4、。6若窗口序號位數(shù)為3，發(fā)送窗口尺寸為2，

20、采用Go-back-N 法，請畫出由初始態(tài)出發(fā)相繼下列事件發(fā)生時的發(fā)送及接收窗口圖：發(fā)送幀0、發(fā)送幀、接收幀、接收確認幀、發(fā)送幀、幀接收出錯、幀確認超時、重發(fā)幀、接收幀、發(fā)送幀、接收確認 。7若幀數(shù)據(jù)中出現(xiàn)下列字符串：“BCDE”問字符填充后的輸出是什么？答： “BCDE”8、 若HDLC 幀數(shù)據(jù)段中出現(xiàn)下列比特串：”010000011111101011111110”問比特填充后的輸出是什么？答：010000011111010101111101109用規(guī)程傳輸一批漢字（雙字節(jié)），若已知采用不帶報頭的分塊傳輸，且最大報文塊長為129 字節(jié)，共傳輸了5 幀，其中最后一塊報文長為101 字節(jié)。問每個

21、報文最多能傳多少漢字？該批數(shù)據(jù)共有多少漢字？（假設采用單字節(jié)的塊檢驗字符。）10用HDLC 傳輸個漢字（雙字節(jié)）時，幀中的信息字段占多少字節(jié)？總的幀長占多少字節(jié)？答： HDLC 的幀格式如下：它的信息字段的數(shù)據(jù)為：12*2=24 字節(jié)總的幀長為：24+6=30 字節(jié)。11簡述HDLC 幀中控制字段各分段的作用。HDLC 幀中控制字段的第1 位或第2 位表示傳輸幀的類型。第5 位是/F 位，即輪詢終止位。當P/F 位用于命令幀（由主站發(fā)出）時，起輪詢的作用，即不該位為1 時，要求被輪詢的從站給出響應，所以此時P/F 位可被稱為輪詢位（或者說位）；當位用于響應幀（由從站發(fā)出）時，稱為終止位（或F 位），當其為“”時，表示接收方確認的結(jié)束。為了進行連續(xù)傳輸，需要對幀進行編號，所以控制字段中還包括了幀的編號。 12試比較和協(xié)議的特點。 BSC 協(xié)議與特定的字符編碼集關系過于密切，故兼容性較