07 数据链路层
07 数据链路层
7.1 数据链路层——访问介质
7.1.1 数据链路层——支持并连通上层服务
1、数据链路层提供了一种通过公共本地介质进行数据交换的方式。
2、数据链路层执行以下两种基本服务：
1)允许上层使用成帧之类的各种技术访问介质
2)控制如何使用介质访问控制和错误检测之类的各种技术将数据放置到介质上，以及从介
质接收数据。
3、数据链路层的术语
1）帧（Frame）：数据链路层的PDU称为帧。一段数据在任意协议层的表示形式称为协议数据单元（Protocol Data Unit ，PDU）。
2）节点（Node）：在第 2 层对连接到公共介质的网络设备的称谓
3）媒体/介质（Media）（物理）：用于在两个节点之间传输信息的物理手段
4）网络（Network）（物理）：连接到公共介质的两个或多个节点
4、上层对介质的访问
1）数据链路层协议规范了不同介质上使用的帧格式编排方式
2）如Ethernet使用EthernetⅡ帧格式、原始IEEE 802.3帧格式、修订后IEEE 802.3帧格式；WAN中数据链路层协议PPP（PPP帧）、HDLC（HDLC帧）、Frame-Relay（Frame-Relay帧）7.1.2 数据链路层——控制通过本地介质的传输
1、数据链路层协议所描述的介质访问控制方法定义了网络设备访问网络介质的过程以及在不同网络环境中传输帧的过程。
7.1.3 数据链路层——创建帧
1、数据链路层使用帧头和帧尾将数据包封装成帧，以便经本地介质传输数据包。
2、转换数据格式以供传输
1）当数据在介质上传输时，它会转换成比特流（即 1 和0）。
2）典型字段类型包括：
●开始和停止指示字段—帧的开始和结束限制
●命名或编址字段
●类型字段—包含在帧中的PDU 的类型
●质量—控制字段
●数据字段—帧负载（网络层数据包）
7.1.4 数据链路层——将上层服务连接到介质
1、数据链路层是其上各层的软件进程与其下的物理层之间的连接层。
2、在许多情况下，数据链路层均是物理实体（如以太网网络接口卡(NIC)），它会插入计算机的系统总线中并将计算机上运行的软件进程与物理介质相连。但是，网卡并不仅是一个物理实体。与网卡相关的软件可使网卡执行中间功能，即准备好传输数据并将数据编码为可在相关介质上发送的信号。
3、数据链路子层
1）逻辑链路控制（Logical Link Control ,LLC）：
逻辑链路控制(LLC) 放入帧中的信息用于确定帧所使用的网络层协议。此信息允许多个第3 层协议（如IP和IPX）使用相同的网络接口和介质。
2）介质访问控制（Media Access Control ,MAC）：
介质访问控制(MAC) 根据介质的物理信号要求和使用的数据链路层协议类型，提供数据链路层编址和数据分界方法。
7.1.5 数据链路层——标准
1、定义适用于数据链路层的开放式标准和协议的工程组织包括：
●国际标准化组织(ISO)
●电气电子工程师协会(IEEE)
●美国国家标准学会(ANSI)
●国际电信联盟(ITU)
7.2 介质访问控制技术
7.2.1 将数据放到介质上
1、规范数据帧在介质上的放置的方法称为介质访问控制。
2、数据链路层上的协议定义了访问不同介质的规则。（如Ethernet使用CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测））
7.2.2 针对共享介质的介质访问控制（如使用HUB连接网络，需要介质访问控制（如CSMA/CD））
1、对于共享介质，有两种基本介质访问控制方法：
●受控（Controlled）：每个节点各自都有使用介质的时间
●争用（Contention-based）：所有节点自由竞争介质的使用权
它允许任意设备在它有需要发送的数据时尝试访问介质。为防止在介质上造成混乱，这些方法使用载波侦听多路访问(CSMA) 过程先检测一下介质是否正在传送信号。
7.2.3针对非共享介质的介质访问控制（如使用Switch连接网络,不需要介质访问控制）1、在这种情况下，节点无需与其它主机共享介质，或者确定帧的发送目的地是否为该节点。因此，数据链路层协议几乎不需要介质访问控制
2、全双工和半双工（Full Duplex and Half Duplex）
7.2.4 逻辑拓扑和物理拓扑
1、网络拓扑（Network Topology）是指网络设备及它们之间的互连布局或关系。
2、物理拓扑是节点与它们之间的物理连接的布局。表示如何使用介质来互连设备即为物理拓扑。以太网的物理拓扑是星型拓扑。
3、逻辑拓扑是网络将帧从一个节点传输到另一节点的方法。以太网的逻辑拓扑是总线型拓扑。
7.2.5 点对点拓扑
在点对点网络中，如果数据一次只能向一个方向流动，其功能即为半双工链路。如果从各节点发出的数据能同时在链路中成功通行，则为全双工链路。
7.2.6多路访问拓扑
逻辑多路访问拓扑使用的介质访问控制方法通常为CSMA/CD 或CSMA/CA。但是，也可使用令牌传递方法。
7.2.7环拓扑
7.3介质访问控制编址和对数据成帧
7.3.1数据链路层协议——帧
1、每种帧均都有三个基本组成部分：
●帧头
●数据
●帧尾
7.3.2成帧——帧头的功能
1、帧头包含了数据链路层协议针对使用的特定逻辑拓扑和介质指定的控制信息。
2、典型帧头字段包括：
●帧首字段—表示帧的起始位置
●源地址和目的地址字段—表示介质上的源节点和目的节点
●优先级/服务质量字段—表示要处理的特殊通信服务类型
●类型字段—表示帧中包含的上层服务
●逻辑连接控制字段—用于在节点间建立逻辑连接
●物理链路控制字段—用于建立介质链路
●流量控制字段—用于开始和停止通过介质的流量
●拥塞控制字段—表示介质中的拥塞
7.3.3编址——帧的去向（如Ethernet使用MAC地址编址）
1、数据链路层提供了通过共享本地介质传输帧时要用到的编址方法。此层中的设备地址称
为物理地址。
2、由于帧仅用于通过本地介质在节点间传输数据，因而数据链路层地址仅用于本地传送。
3、如果帧中的数据包必须传递到另一网段上，中间设备（路由器）将解封原始帧，为数据
包创建一个新帧并将它发送到新网段中。
7.3.4成帧——帧尾的功能
1、数据链路层协议将帧尾添加到各帧结尾处。帧尾的作用是确定帧是否无错到达。此过程
称为错误检测。
2、帧校验序列（Frame Check Sequence）：帧校验序列(FCS) 字段用于确定帧的传输和接
收过程有无发生错误。
3、为确保在目的地接收的帧的内容与离开源节点的帧的内容相匹配，传输节点将针对帧内
容创建一个逻辑摘要。它称为循环冗余校验(CRC) 值。此值将放入帧的帧校验序列(FCS) 字段中以代表帧内容。
4、当帧到达目的节点后，接收节点会计算自身的帧逻辑摘要（即CRC）。然后，接收节点
将比较这两个CRC 值。如果两个值相同，则认为帧已按发送的原样到达。如果FCS 字段中的CRC 值与接收节点计算出的CRC 值不同，帧会被丢弃。
7.3.5数据链路层协议——帧
1、针对LAN 的以太网协议
以太网是IEEE 802.2 和802.3 标准中定义的一系列联网技术。以太网标准定义第2 层协议和第 1 层技术。以太网是最广泛使用的LAN 技术且支持10、100、1000 和10,000 Mbps 的数据带宽。
Ethernet II 是TCP/IP网络中使用的以太网帧格式。
2、针对W AN 的点对点协议
点对点协议(PPP) 是用于在两个节点之间传送帧的协议。
3、针对LAN 的无线协议
IEEE 802.11 标准通常称为Wi-Fi，这是一种争用系统，使用的是载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA) 介质访问流程。
7.4汇总归纳
网络实验报告二三四
计算机网络实验 学院： 专业： 班级： 姓名： 学号：
实验二：数据链路层数据包抓包分析 实验内容 （1）安装Wireshark软件。 （2）掌握抓包软件的使用 （3）掌握通过抓包软件抓取帧并进行分析的办法 实验步骤 （1）常用的抓包软件包括Sniffer、NetXRay、Wireshark (又名EtheReal)。 我们采用免费的Wireshark，可以从https://www.wendangku.net/doc/95336220.html,或其他网站下载。安装完成后，Wireshark的主界面和各模块功能如下： 命令菜单（command menus）：最常用菜单命令有两个：File、Capture。File菜单允许你保存捕获的分组数据或打开一个已被保存的捕获分组数据文件。Capture菜单允许你开始捕获分组。 显示筛选规则（display filter specification）：在该字段中，可以填写协议的名称或其他信息，根据此内容可以对分组列表窗口中的分组进行过滤。 捕获分组列表（listing of captured packets）：按行显示已被捕获的分组内容，其中包括：Wireshark赋予的分组序号、捕获时间、分组的源地址和目的地址、协议类型、分组中所包含的协议说明信息。在该列表中，所显示的协议类型是发送或接收分组的最高层协议的类型。分组首部明细（details of selected packet header）：显示捕获分组列表窗口中被选中分组的头部详细信息。包括：与以太网帧有关的信息，与包含在该分组中的IP数据报有关的信息。如果利用TCP或UDP承载分组， Wireshark也会显示TCP或UDP协议头部信息。最后，分组最高层协议的头部字段也会被显示。 分组内容窗口（packet content）：以ASCII码和十六进制两种格式显示被捕获帧的完整内容。（2）下面我们进行抓包练习。 在capture菜单中选中options,可以设置抓包选项，如下图所示，这里我们需要选择要对其进行抓包的网卡。选择完成后按“start”开始抓包。
1实验一数据链路层实验
实验1 数据链路层——检错与纠错 一实验任务 1通过【海明编码】和【CRC 检错】测试软件，验证纠错与检错功能和性能，掌握其工作原理； 2编写海明编码程序和 CRC 编码程序； 3总结实验过程（实验报告，左侧装订）：方案、编程、调试、结果、分析、结论。 二实验环境 1操作系统Windws 9x/NT/2000/XP/2003/2008/Vista/7 2软件Visual C++ 6.0/2005/2008/2010、Visual Basic 6.0/2005/2008/2010、Turbo C/C++ 3软件 C++ Builder 6.0/2006/2007/2009/2010/XE/XE2、Java、C# 或其它 4数制转换与比较 (16进制、2进制转换；通过比较，找出差错个数、差错位置和突发差错长度)。 三海明编码实验 下载【海明编码】测试软件，运行： 1 验证纠错能力； 2 验证检错能力； 3 若数据＝10011001，海明编码＝？，校验位=? 4若接收端收到的信息＝101010101001（海明编码），数据＝？ 5 尝试编写海明编码的程序。
四CRC编码实验 下载【CRC-8检错】测试软件，运行： CRC8UndetectedErrors 1验证检错能力，能检几位错？ 2 找出检错失败的信息码，并进行分析； 3 若数据＝“Hello!”，采用生成多项式107H，CRC校验码＝？ 4若数据＝“Hello!”，采用生成多项式131H，CRC校验码＝？ 5若接收端收到的信息＝4F6F1DH，采用生成多项式107H进行校验，结果如何？6自定义生成多项式，实验其性能，如何选择生成多项式？ 7试编写CRC-8编码程序； 8试编写CRC-16编码程序，参考【CRC-16 检错】测试软件。
第五章数据链路控制及其协议
第五章 数据链路控制及其协议 主要内容 5.1 定义和功能 5.1.1 定义 5.1.2 为网络层提供服务 5.1.3 成帧 5.1.4 差错控制 5.1.5 流量控制 5.2 错误检测和纠正 5.2.1 纠错码 5.2.2 检错码 5.3 基本的数据链路层协议 5.3.1 无约束单工协议 5.3.2 单工停等协议 5.3.3 有噪声信道的单工协议 5.4 滑动窗口协议 5.4.1 一比特滑动窗口协议 5.4.2 退后n帧协议 5.4.3 选择重传协议 5.5 协议说明与验证 5.5.1 通信协议中的形式化描述技术 5.5.2 有限状态机模型 5.5.3 P etri网模型 5.6 常用的数据链路层协议 5.6.1 高级数据链路控制规程HDLC 5.6.2 X.25的链路层协议LAPB 5.6.3 Internet数据链路层协议 5.6.4 ATM数据链路层协议 5.1 定义和功能 5.1.1 定义 要解决的问题： 如何在有差错的线路上，进行无差错传输。 ISO关于数据链路层的定义： 数据链路层的目的是为了提供功能上和规程上的方法，以便建立、维护和
数据链路：从数据发送点到数据接收点（点到点point to point）所经过的传输途径。 虚拟数据通路，实际数据通路。 Fig. 3-1 数据链路控制规程：为使数据能迅速、正确、有效地从发送点到达接收点所采用的控制方式。 数据链路层协议应提供的最基本功能 数据在数据链路上的正常传输（建立、维护和释放） 定界与同步，也处理透明性问题 差错控制 顺序控制 流量控制 5.1.2 为网络层提供服务 为网络层提供三种合理的服务 无确认无连接服务 适用于 误码率很低的线路，错误恢复留给高层； 实时业务 大部分局域网 有确认无连接服务 适用于不可靠的信道，如无线网。
数据链路层网络设备详细说明
第四章数据链路层网络设备 4.1网桥 4.1.1 什么是网桥 网桥工作在数据链路层，将两个LAN连起来，依照MAC地址来转发帧，能够看作一个“低层的路由器”（路由器工作在网络层，依照网络地址如IP地址进行转发）。网桥是数据链路层的连接设备，准确他讲它工作在MAC子层上。网桥在两个局域网的数据链路层（DDL）间接帧传送信息。 1、网桥的功能 网桥(Bridge)工作在OSI模型的数据链路层，能够用于连接具有不同物理层的网络，如连接使用同轴电缆和UTP的网络。网桥是一种数据帧存储转发设备，它通
过缓存、过滤、学习、转发和扩散等功能来完成操作。如图4-1所示。 图4-1 网桥连接的示意图 2、网桥的工作原理 ?缓存：网桥首先会对收到的数据帧进行缓存并处理 ?过滤：推断入帧的目标节点是否位于发送那个帧的网段中，假如是，网桥就不把帧转发到网桥的其他端口 ?转发：假如帧的目标节点位于另一个网络，网桥
就将帧发往正确的网段 ?学习：每当帧通过网桥时，网桥首先在网桥表中查找帧的源MAC地址，假如该地址不在网桥表中，则将有该MAC地址及其所对应的网桥端口信息加入 ?扩散：假如在表中找不到目标地址，则按扩散的方法将该数据发送给与该网桥连接的除发送该数据的网段外的所有网段。 表4-1
3 （1）透明网桥 所有的路由判决全部由网桥自己确定。 （2）源路由选择网桥 源路由选择网桥要紧用于互连令牌环网，源路由选择网桥要求信息源(不是网桥本身)提供传递帧到终点所需的路由信息。 (3) 翻译网桥 翻译网桥又称转换网桥，是透明网桥的一种专门形式。它在物理层和数据链路层使用不同协议的LAN提供网络连接服务。
分析数据链路层帧结构
南华大学计算机学院 实验报告 课程名称计算机网络原理 姓名杨国峰 学号20144360205 专业网络2班 任课教师谭邦 日期 2016年4月4日 成绩 南华大学
实验报告正文： 一、实验名称分析数据链路层帧结构 二、实验目的： 1. 掌握使用Wireshark分析俘获的踪迹文件的基本技能； 2. 深刻理解Ethernet帧结构。 3. 深刻理解IEEE 802.11帧结构。 三、实验内容和要求 1. 分析俘获的踪迹文件的Ethernet帧结构； 2. 分析IEEE 802.11帧结构。 四、实验环境
五、操作方法与实验步骤 1.Ethernet帧结构（本地连接与无线连接）
2.IEEE 802.11帧结构
六、实验数据记录和结果分析 1.Ethernet帧结构（本地连接为例） Ethernet II, Src: Tp-LinkT_95:c6:20 (fc:d7:33:95:c6:20), Dst: Clevo_00:a1:18 (80:fa:5b:00:a1:18) 以太网协议版本II，源地址：厂名_序号（网卡地址），目的：厂名_序号（网卡地址） Destination: Clevo_00:a1:18 (80:fa:5b:00:a1:18)目的：厂名_序号（网卡地址） Source: Tp-LinkT_95:c6:20 (fc:d7:33:95:c6:20) 源：厂名_序号（网卡地址） Type: IP (0x0800) 帧内封装的上层协议类型为IP Padding: 000000000000 所有内边距属性 2.分析IEEE 802.11帧结构 Protocol version：表明版本类型，现在所有帧里面这个字段都是0x00。 *Type：指明数据帧类型，是管理帧，数据帧还是控制帧。 Subtype：指明数据帧的子类型，因为就算是控制帧，控制帧还分RTS帧，CTS帧，ACK 帧等等，通过这个域判断出该数据帧的具体类型。 To DS/From DS：这两个数据帧表明数据包的发送方向，分四种可能情况讨论： **若数据包To DS为0，From DS为0，表明该数据包在网络主机间传输。 **若数据包To DS 为0，From DS为1，表明该数据帧来自AP。 **若数据包To DS为1，From DS为0，表明该数据帧发送往AP。若数据包To DS为1，From DS为1，表明该数据帧是从AP发送自AP的，也就是说这个是个WDS(Wireless Distribution System)数据帧。 Moreflag：分片标志，若数据帧被分片了，那么这个标志为1，否则为0。 *Retry：表明是否是重发的帧，若是为1，不是为0。 PowerManage：当网络主机处于省电模式时，该标志为1，否则为0。 Moredata：当AP缓存了处于省电模式下的网络主机的数据包时，AP给该省电模式下的网络主机的数据帧中该位为1，否则为0。 Wep：加密标志，若为1表示数据内容加密，否则为0。 *Order 这个表示用于PCF模式下。 Duration/ID（持续时间/标识）：表明该帧和它的确认帧将会占用信道多长时间；对于帧控制域子类型为：Power Save-Poll的帧，该域表示了STA的连接身份（AID, Association Indentification）。
网络数据包分析实验
实验一：网络数据包分析实验 班级：班学号：姓名:一、实验目的 通过对实际的网络数据包进行捕捉，分析数据包的结构，加深对网络协议分层概念的理解，并实际的了解数据链路层，网络层，传输层以及应用层的相关协议和服务。 、实验内容 1. IGMP包解析 1.1数据链路层 El代XEL洱丁；亡日：亡5 MB)」osr: IP- 4m
数据头部的前6个字节是接收者的mac地址：01 00 5e 00 00 16 数据头部的中间6个字节是发送者的mac地址：00 21 97 0a e5 16 数据头部的最后2个字节代表网络协议，即：08 00协议类型。 1.2网络层 Header* 1 cngth: 24 byres n axed services "乜Id：0x00 (.DSCP 0X00: D&fau11: 0x003 Tqtil rength:斗D Tdsrrtificar I cn： QklclJ 也^7460) H Flmqs： Q>00 Fra^Tienr offset;：Q Time VQ live; 1 Fr DTCCDl : IGMP go?) ￥ HPAder fhecksijn：CxJ85c [correct] 5DU RUM;172,10.103.?0 第3章数据链路层一、单选题 1.CRC-16标准规定的生成多项式为 1 ) (2 15 16+ + + =x x x x G，它产生的校验码是（）位。 A. 2 B.4 C.16 D. 32 2.如需发送的二进制序列为1001011，并使用x3+x+1作为CRC检验的生成多项式，其实际发送的二进制序列为（） A. 100101110001 B.1001011101 C.1001011100 D. 1001011110 3.接收端发现有差错时，设法通知发送端重发，直到收到正确的码字为止，这种差错控制方法为（）。 A.前向纠错 B.冗余校验 C. 混合差错控制 D. 自动请求重发 4.帧头和帧尾都使用01111110标志，数据块作为位流来处理，这种传输方案称为（）。 A. 面向字符的同步传输 B.异步传输 C.面向位的同步传输 D. 起止式传输 5.在CRC码计算中，可以将一个二进制位串与一个只含有0或1两个系数的一元多项式建立对应关系。例如，与位 串101101对应的多项式为（） A． x6+x4+x3+1 B． x5+x3+x2+1 C． x5+x3+x2+x D． x6+x5+x4+1 6.在局域网参考模型中，与媒体无关，从而实现数据帧的独立传输的是（）。 A. 物理层 B. MAC子层 C. LLC子层 D. 网际层 7.就交换技术而言，局域网中的以太网采用的是（） A．分组交换技术 B．电路交换技术 C．报文交换技术 D．分组交换与电路交换结合技术 8.以太网的访问方法和物理层技术规范由（）描述。 A.IEEE802.3 B.IEEE802.4 C.IEEE802.5 D.IEEE802.6 9.一个采用CSMA/CD技术的局域网，其速率为10Mb/s，电缆的长度为500m，无中继器，信号在电缆中的传播速度为 200000km/s，由此可知MAC帧的最小长度不得少于（）位。 A. 10 B. 50 C. 100 D. 500 10.IEEE 802.3标准规定，若采用同轴电缆作为传输介质，在无中继的情况下，传输介质的最大长度不能超过（）。 A. 500m B. 200m C. 100m D. 50m 11.以太网交换机根据（）转发数据包。 A. IP地址 B. MAC地址 C. LLC地址 D. PORT地址 12.以太网可以采用的传输介质有( )。 A. 光纤 B. 双绞线 C.同轴电缆 D.以上均可以 13.目前,最流行的以太网组网的拓扑结构是（）。 A. 总线结构 B. 环型结构 C. 星型结构 D. 网状结构 14.对于基带CSMA/CD而言，为了确保发送站点在传输时能检测到可能存在的冲突，数据帧的传输时延至少要等于信 号传播时延的( ) A.1倍 B. 2倍 C.4倍 D. 2.5倍 15.下列选项中（）不是以太网的特点。 A.采用带冲突检测的载波侦听多路访问机制 B.采用二进制指数退避算法以减少再次竞争时冲突的概率 C.采用确认、重发机制以保证数据传输的可靠性 D.采用可携带时钟的曼彻斯特编码 16.10BASE-T采用的是（）的物理连接结构。 A．总线 B.环型 C. 星型 D. 网状型 17.10Base-T以太网中，以下说法不对的是（） A．10指的是传输速率为10MBPS B．Base指的是基带传输 C．T指的是以太网D．10Base-T 是以太网的一种配置 18.CSMA/CD是IEEE 802.3所定义的协议标准，它适用（）。 A.标记环网 B.标记总线网 C.以太网 D.城域网 19.CSMA/CD相对CSMA所做的改进在于（）。 A.控制策略 B.延迟算法 C.等待时间 D.冲突检测 计算机网络试验 文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688] 课程名称：计算机网络试验 课程编号：C311 课程学分：2 适用学科：计算机应用技术 计算机网络试验 Experiment of Computer Network 教学大纲 一、课程性质 本课程是为计算机应用专业研究生开设的选修课，共32学时。本课程是在学生学习过计算机网络理论知识的基础上，通过一些相应的试验，使学生能将理论知识和实践结合起来，并使学生掌握这些知识的实际应用，提高学生的动手能力。 二、课程教学目的 本课程要求学生通过本课程的学习后，通过一些试验加深对计算机网络原理的了解，了解一些常见的网络操作系统、一些网络安全技术，了解网络管理协议，掌握一些简单的计算机网络编程技术。 三、课程教学基本内容及基本要求 下面是课程的内容和要求，内容可根据情况做些调整。 第一章绪论（掌握） 第二章网络原理实验（掌握） 1、物理层实验 2、数据链路层实验 3、网络层实验 4、传输层实验 5、应用层实验 第三章网络操作系统实验（了解） 第四章组网实验（了解） 第五章网络安全实验（了解） 第六章网络管理实验（掌握） 四、本课程与其它相关课程的联系与分工 本课程可与《面向对象技术与应用》，《Java技术》，《计算机网络》等一些课程结合学习。 五、实践环节教学内容的安排与要求 通过一些软件了解一些计算机网络协议的工作情况，以及一些计算机网络编程技术的使用。 六、本课程课外练习方面的要求 课外可安排12学时的上机试验。 七、本课程在使用现代化教学手段方面的要求 使用PowerPoint。 八、本课程成绩的考查方法及评定标准 考核形式：编写一个软件，计算机网络应用编程。 考核内容：所学的一些相关概念，对计算机网络协议的了解以及计算机网络编程技术的掌握。 《计算机网络》习题（第三讲数据链路层） 1．数据链路（即逻辑链路）与链路（即物理链路）有何区别？“电路接通了” 与“数据链路接通了”的区别何在？★ 答：数据链路与链路的区别在于数据链路出链路外，还必须有一些必要的规程来控制数据的传输，因此，数据链路比链路多了实现通信规程所需要的硬件和软件。“电路接通了” 表示链路两端的结点交换机已经开机，物理连接已经能够传送比特流了但是，数据传输并不可靠，在物理连接基础上，再建立数据链路连接，才是“数据链路接通了”，此后，由于数据链路连接具有检测、确认和重传功能，才使不太可靠的物理链路变成可靠的数据链路，进行可靠的数据传输当数据链路断开连接时，物理电路连接不一定跟着断开连接。 2．网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？ 答：适配器（即网卡）来实现数据链路层和物理层这两层的协议的硬件和软件网络适配器工作在TCP/IP协议中的网络接口层（OSI中的数据链里层和物理层）。 3．数据链路层的三个基本问题（封装成帧、透明传输和差错检测）为什么都必须加以解决？★ 答：封装成帧是分组交换的必然要求 透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆 差错检测防止合差错的无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源 4．PPP协议的主要特点是什么？为什么PPP不使用帧的编号？PPP适用于什么情况？为什么PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输？ 答：简单，提供不可靠的数据报服务，检错，无纠错 不使用序号和确认机制 地址字段A 只置为 0xFF。地址字段实际上并不起作用。 控制字段 C 通常置为 0x03。 PPP 是面向字节的 当 PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和 HDLC 的做法一样），当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法 PPP适用于线路质量不太差的情况下、PPP没有编码和确认机制 5．要发送的数据为1101011011。采用CRC的生成多项式是P(X)=。 试求应添加在数据后门的余数。数据在传输过程中最后一个1变成了0，问接收端能否发现？若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，问接收端能否发现？采用CRC检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？★ 摘要：本文简单介绍了数据链路控制协议，并重点介绍了HDLC的基本概念及帧格式。 公司的产品越来越先进，单板也越来越复杂，单板与单板之间，单板与终端之间数据传输的容量与可靠性要求也越来越高，简单的通讯方式满足不了要求的。HDLC链路控制协议是公司常见的同步协议，为使不了解它的人有一个初步的认识，本文简单介绍了数据链路控制协议，重点介绍了HDLC的基本概念及帧格式，如果想进一步了解，可以参考《HDLC协议标准》及HDLC协议控制芯片手册。 一、数据链路控制协议 数据链路控制协议也称链路通讯规程，也就是OSI参考模型中的数据链路层协议。数据链路控制协议一般可分为异步协议和同步协议两大类。 对于异步协议，我们再熟悉不过了，常用的一些单片机及异步串口芯片均提供异步串口，如MCS51、MCS96、8031、80386、16C2552、82C452、SD511等等。异步协议以字符为独立的传输信息单位，在每个字符的起始处开始对字符内的比特实现同步，但字符与字符之间的间隔时间是不固定的（即字符之间是异步的）。由于发送器和接收器中近似于同一频率的两个约定时钟，能够在一段较短的时间内保持同步，所以可以用字符起始处同步的时钟来采样该字符的各比特，而不需要每个比特同步。异步协议中因为每个传输字符都要添加诸如起始位、校验位及停止位等冗余位，故信道利用率很低，一般用于数据速率较低的场合。 同步协议是以许多字符或许多比特组织成的数据块---帧为传输单位，在帧的起始处同步，在帧内维持固定的时钟。实际上该固定时钟是发送端通过某种技术将其混合在数据中一并发送出去的，供接收端从数据中分离出时钟来。由于采用帧为传输单位，所以同步协议能更好地利用信道，也便于实现差错控制、流量控制等功能。 同步协议又可分为面向字符的同步协议、面向比特的同步协议及面向字节计数的同步协议。面向字符的同步协议是最早提出的同步协议，其典型代表是IBM公司的二进制同步通讯协议（Binary Synchronous Communication ，BISYNC 或BSC）协议，通常也称该协议为基本协议，随后A NSI和ISO 都提出类似的相应的标准。ISO的标准称为数据通讯系统的基本控制过程（Basic mode procedures for data communication System），即ISO1745标准。 二、面向比特的同步协议 七十年代初，IBM公司率先提出了面向比特的同步数据控制规程SDLC（Synchronous Data Link Control）。随后，ANSI和ISO均采纳并发展了SDLC，并分别提出了自己的标准：A NSI的高级通讯控制过程ADCCP（Advanced Data Communication Control Procedure)，ISO的高级数据链路控制规程————HDLC（High_level Data Link Control）。 链路控制协议着重于对分段成物理块或包的数据的逻辑传输，块或包由起始标志引导并由终止标志结束，也称为帧。帧是每个控制、每个响应以及用协议传输的所有信息的媒体和工具。所有面向比特的数据链路控制协议均采用统一的帧格式，不论是数据还是单独的控制信息均以帧为单位传送。 每个帧前、后均有一标志码01111110，用作帧的起始、终止指示帧的同步。标志码不允许在帧的内部出现，以免引起畸意。为保证标志码的唯一性但又兼顾帧内数据的透明性，可以采用“0比特插入法”来解决。该法在发送端监视除标志码以外的所有字段，当发现有连续的5个“1”出现时，便在其后添 【里论套习 4、理解MAC '地址的作用; 实验二以太网链路层帧格式分析 一实验目的 1、分析EthernetV2 标准规定的MAC 层帧结构，了解IEEE802.3标准规定 的MAC 层帧结构和TCP/IP 的主要协议和协议的层次结构。 2、掌握网络协议分析软件的基本使用方法。 3、掌握网络协议编辑软件的基本使用方法。 "时］工严11 1 厶-*■ ―鼻八匸 二实验内容 1、 学习网络协议编辑软件的各组成部 ___________ Slepl:设走夹验环墳 2、 学习网络协议分析软件的各组成部分及其功能; — ￡伽|12:运行ipconfig 命令 3、学会使用网络协议编辑软件编辑以太网数据包；厂 5始閃：娠輻LLC 信息輔并灰洪 Step4:编頤IXC 噩拦巾贞和无 5、理解MAC 酩部中的LLC — PDU 长度/类型字段的功能； 6、学会观察并分析地址本中的 MAC 地址 三实验环境 四实验流程 图 2.1-2( 五实验原理 在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错， 为了弥补 物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。 数据链路的建立、拆除、对数据的检 错，纠错是数据链路层的基本任务。 局域网(LAN)是在一个小的范围内，将分散的独立计算机系统互联起来，实现资 开始 源的共享和数据通信。局域网的技术要素包括了体系结构和标准、传输媒体、拓扑结构、数据编码、媒体访问控制和逻 辑链路控制等，其中主要的技术是传输媒体、拓扑结构和媒体访问控制方法。局域网的主要的特点是：地理分布范围小、数据传输速率高、误码率低和协议简单等。 1、三个主要技术 1）传输媒体：双绞线、同轴电缆、光缆、无线。 2）拓扑结构：总线型拓扑、星型拓扑和环型拓扑。 3）媒体访问控制方法：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）技术。 2、IEEE802标准的局域网参考模型 IEEE802参考模型包括了OSI/RM最低两层（物理层和数据链路层）的功能，OSI/RM 的数据链路层功能，在局域网参考模型中被分成媒体访问控制MAC（MediumAccessCo ntrol） 和逻辑链路控制LLC（LogicalLi nkCon trol）两个 子层。由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体访问控制方法也有多种，为了 使数据帧的传送独立于所采用的物理媒体和媒体访问控制方法，IEEE802标准特意把LLC独立出来形成单独子层，使LLC子层与媒体无关，仅让MAC子层依赖于物理媒体和媒体访问控制方法。LLC子层中规定了无确认无连接、有确认无连接和面向连接三种类型的链路服务。媒体访问控制技术是以太网技术的核心。以太网不提供任何确认收到帧的应答机制，确认必须在高层完成。3、以太网帧结构 以太网中传输的数据包通常被称为“帧”，以太网的“帧”结构如下： 各字段的含义： 目的地址：6个字节的目的物理地址标识帧的接收结点。 源地址：6个字节的源物理地址标识帧的发送结点。 实验二数据链路层在线实验 1.在网络课程学习中，80 2.3和ETHERNETII规定了以太网MAC层的报文格式分为7字节的前 导符、1字节的起始符、6字节的目的MAC地址、6字节的源MAC地址、2字节的类型、数据字段和4字节的数据校验字段。对于选中的报文，缺少哪些字段，为什么？ 答：缺少前导符和起始符，和数据校验字段，这两个字段和校验字段在网卡接收MAC帧时被去掉了，因此实验抓包软件的报文中没有这些字段。 2.查看交换机的MAC地址表，结果为： 答： MAC ADDR VLAN ID STATE PORT INDEX AGING TIME 000c-2919-8388 1 Learned Ethernet0/1 99 B499-bab9-1336 1 Learned Ethernet0/1 292 000c-2940-2cbe 1 Learned Ethernet0/2 281 B499-bab9-1338 1 Learned Ethernet0/2 30 1）、解释MAC地址表中各字段的含义？ 答： MAC ADDR为设备的MAC 地址 VLAN ID为端口所在的VLAN编号 PORT INDEXT 表示源MAC地址为由该端口号学习来的 STATE 表示该记录怎么得来的（学习/配置） AGING TIME 表示该记录的生命时间 2）、这个实验能够说明MAC地址表的学习是来源于数据帧的源MAC地址而非目的MAC地址吗？如果能，为什么？如果不能，试给出一个验证方法。 答： 不能。方法：清空交换机的MAC地址表，断开交换机与PCB的连线，然后ping PCB，查看交换机的MAC地址表，这时MAC中只有PCA的MAC地址学习记录。 3.在VLAN实验中，实验中的计算机能否通讯，请将结果填入下表： 数据链路层主要功能概述 数据链路层最基本的服务是将源计算机网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标 计算机的网络层。为达到这一目的，数据链路层必须具备一系列相应的功能，主要有：如何将数据组合成数据块（在数据链路层中将这种数据块称为帧，帧是数据链路层的传送单位）；如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使之与接收方相匹配；在两个网路实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放管理。这些功能具体表现在以下几个方面。 成帧（帧同步） 为了向网络层提供服务，数据链路层必须使用物理层提供的服务。而物理层我们知道，它是以比特流进行传输的，这种比特流并不保证在数据传输过程中没有错误，接收到的位数量可能少于、等于或者多于发送的位数量。而且它们还可能有不同的值，这时数据链路层为了能实现数据有效的差错控制，就采用了一种“帧”的数据块进行传输。而要采帧格式传输，就必须有相应的帧同步技术，这就是数据链路层的“成帧”（也称为“帧同步”）功能。 采用帧传输方式的好处是，在发现有数据传送错误时，只需将有差错的帧再次传送，而不需要将全部数据的比特流进行重传，这就在传送效率上将大大提高。但同时也带来了两方面的问题：（1）如何识别帧的开始与结束；（2）在夹杂着重传的数据帧中，接收方在接收到重传的数据帧时是识别成新的数据帧，还是识别成已传帧的重传帧呢？这就要靠数据链路层的各种“帧同步”技术来识别了。 “帧同步”技术既可使接收方能从以上并不是完全有序的比特流中准确地区分出每一帧 的开始和结束，同时还可识别重传帧。 差错控制 在数据通信过程可能会因物理链路性能和网络通信环境等因素，难免会出现一些传送错误，但为了确保数据通信的准确，又必须使得这些错误发生的机率尽可能低。这一功能也是在数据链路层实现的，就是它的“差错控制”功能。 在数字或数据通信系统中，通常利用抗干扰编码进行差错控制。一般分为4类：前向纠错（FEC）、反馈检测（ARQ）、混合纠错（HEC）和信息反馈（IRQ）。 FEC方式是在信息码序列中，以特定结构加入足够的冗余位——称为“监督元”（或“校验元”）。接收端解码器可以按照双方约定的这种特定的监督规则，自动识别出少量差错，并能予以纠正。FEC最适于高速数传而需实时传输的情况。 4-1-1 数据链路层的定义 一、设计数据链路层的原因 1、在原始的物理传输线路上传输数据信号是有差错的。 传输线路是由传输介质与设备组成的。 原始的物理传输线路是指没有采用高层差错控制的基本的物理传输介质与设备。 描述物理传输线路上传输数据信号出现差错多少的参数为误码率。 误码率是指二进制比特在数据传输过程中被传错的概率，它在数值上等于被传错的比特数和传输的比特总数的比值。 2、设计数据链路层的主要目的就是在原始的、有差错的物理传输线路的基础上，采取差错检测、差错控制与流量控制等方法，将有差错的物理线路改进成逻辑上无差错的数据链路，向网络层提供高质量的服务。 3、从网络参考模型的角度看，物理层之上的各层都有改善数据传输质量的责任，数据链路层是最重要的一层。 二、ISO对数据链路层的定义 数据链路层的目的是为了提供功能上和规程上的方法，以便建立、维护和释放网络实体间的数据链路 数据链路——从数据发送点到数据接收点（点到点point to point）所经过的传输途径。 物理线路与数据链路（链路和数据链路）是网络中常用的术语，它们之间含义是不同的。在通信技术中，人们常用链路(link)这个术语一描述一条点对点的线路段(circuit segment)， 中间没有任何交换结点。因此从这种意义上说，链路一般是指物理线路。而数据链路概念则有更深层次的意义。 当需要在一条链路上传送数据时，除了必须具有一条物理线路之外，还必须有一些规程或协议来控制这些数据的传输，以保证被传输数据的正确性。实现这些规程或协议的硬件和软件加到物理线路，这样就构成了数据链路。下图描述了两者的区别。当采用复用技术时，一条链路上可以有多条数据链路。此外，还有一类术语，即物理链路和逻辑链路，实际上这里所说的物理链路就是物理线路，逻辑链路就是数据链路。 实验二以太网链路层帧格式分析一实验目的 1、分析EthernetV2标准规定的MAC层帧结构，了解IEEE802.3标准规定的 MAC层帧结构和TCP/IP的主要协议和协议的层次结构。 2、掌握网络协议分析软件的基本使用方法。 3、掌握网络协议编辑软件的基本使用方法。 二实验内容 1、学习网络协议编辑软件的各组成部分及其功能； 2、学习网络协议分析软件的各组成部分及其功能； 3、学会使用网络协议编辑软件编辑以太网数据包； 4、理解MAC地址的作用； 5、理解MAC首部中的LLC—PDU长度/类型字段的功能； 6、学会观察并分析地址本中的MAC地址。 三实验环境 回2.1- L 四实验流程 小亠| /I J ■ v 开始 结束 图21 2| 五实验原理 在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。数据链路的建立、拆除、对数据的检错，纠错是数据链路层的基本任务。 局域网（LAN）是在一个小的范围内，将分散的独立计算机系统互联起来，实现资源的共享和数据通信。局域网的技术要素包括了体系结构和标准、传输媒体、拓扑结构、数据编码、媒体访问控制和逻 辑链路控制等，其中主要的技术是传输媒体、拓扑结构和媒体访问控制方法。局域网的主要的特点是：地理分布范围小、数据传输速率高、误码率低和协议简单等。 1、三个主要技术 1）传输媒体：双绞线、同轴电缆、光缆、无线。 2）拓扑结构：总线型拓扑、星型拓扑和环型拓扑。 3）媒体访问控制方法：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD技术 2、IEEE 802标准的局域网参考模型 IEEE 802参考模型包括了OSI/RM最低两层(物理层和数据链路层)的功能，OSI/RM 的数据链路层功能，在局域网参考模型中被分成媒体访问控制 MAC(Medium Access Control) 和逻辑链路控制LLC(Logical Link Control)两个子层。由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体访问控制方法也有多种，为 数据链路层： 在网络层和物理层之间，承上启下作用。 信息流向下过程,负责将报文封装成帧，加入头部和尾部信息。 信息流向上过程，负责解除帧头和尾部，并对其做处理。 数据链路层的主要功能作用是将上层的数据报封装成帧和从帧中提取数据报文。在不同帧的封装中有各自具体不同的应用。 帧概念： 所谓帧就是有自己固定结构和时序的数据块，块中的字节字段都有自己本身的意义。以帧的定界字符作为帧的开始和结束标识，不同帧的封装模式，定界符是不同的。通常来讲定界符只占用一个字节的大小，定界字符是固定不变的。在定界字符之间的数据便是上层的数据报文。 封装概念： 在上层数据报的前面加上头部信息，在数据的末加上尾部信息。 封装类型： 根据接口类型的不同进行不同的封装。 基于以太网接口的以太网封装和802.3封装； 基于串行接口的SLIP和PPP封装； 以太网封装和802.3封装可以支持ip数据报、ARP报文和RARP报文的封装。 以太网帧封装格式： 类型字段：ox0800 ip数据报文 Ox0806 ARP数据报文 Ox8035 RARP数据报文 ARP和RARP数据报的以太网帧是固定64字节长度的；ARP数据报文28字节长度的请求应答数据部分和18字节的PAD数据填充部分，总共46字节；Ip数据报文的以太网帧长度在64字节-1518字节之间； 802.3帧封装格式： 802.2部分 DSAP目的服务接入点字段： SSAP源服务接入点字段： ARP数据报文格式： 操作码部分： Ox0001 ：ARP请求ox0002：ARP应答 Ox0003：RARP请求ox0004：ARAP应答 串行接口的封装： SLIP和PPP封装只对ip数据报进行封装。 SLIP只做简单的ip报文截取，无mac地址信息，无校验。 PPP可以支持链路层参数的协商（LCP），可以支持同步和异步模式，可以支持不同网络层协议（NCP），可以支持加密认证（PAP、CHAP）。 SLIP帧封装 选择题 1. PPP协议是协议。 A. 物理层 B. 数据链路层 C. 网络层 D. 高层 2. 数据在传输过程中出现差错的主要原因是 A. 突发错 B. 计算错 C. CRC错 D. 随机错 3. 数据链路层的功能是 A. 线路控制 B. 流量控制 C. 差错控制 D. 以上都是 4. 下列产品中是在OSI模型的数据链路层进行互连的。 A. 中继器 B. 路由器 C. 网关 D. 网桥 5. 以下对PPP协议的说法中错误的是 A. 具有差错控制功能 B. 仅支持IP协议 C. 支持动态分配IP地址 D. 支持身份验证 6. 以太网的协议标准是 A. IEEE802.3 B. IEEE802.4 C. IEEE802.5 D. IEEE802.6 7. 不属于数据链路层协议考虑的范畴 A. 控制对物理传输介质的访问 B. 相邻节点之间的可靠传输 C. 为终端节点隐蔽物理传输的细节 D. 定义数据格式 8. HDLC帧格式中标志序列（F）是 A. 11111111 B. 11111110 C. 011111111 D. 01111110 9. 曼彻斯特编码和4B/5B编码的效率分别是 A. 100%和100% B. 50%和80% C. 80%和50% D. 50%和50% 10. 采用串行线路连接到网络时，如果希望能够支持动态分配IP地址，那么数据链路协议应该采用协议。 A. SLIP B. PPP C. HDLC D. SDIC 11. 下面协议包括CSMA/CD，令牌总线和令牌环。 A. IEEE801 B. IEEE802 C. IEEE803 D. IEEE804 12. IEEE802.3标准采用 A. 截断二进制指数退避和1-坚持算法的CSMA媒体访问控制方法 B. 截断二进制指数退避和0-坚持算法的CSMA媒体访问控制方法 C. 截断二进制指数退避和1-坚持算法的CSMA/CD媒体访问控制方法 D. 截断二进制指数退避和0-坚持算法的CSMA/CD媒体访问控制方法 13. 采用星型拓扑的10Mbps基带双绞线以太网可以表示为 A. 10Base-5 B. 10Base-2 C. 10Base-T D. 100Base-T 14. 以太网采用的发送策略是 A. 站点可随时发送，仅在发送后检测冲突 B. 站点在发送前需侦听信道，只在信道空闲时发送 C. 站点采用带冲突检测的CSMA协议进行发送 D. 站点在获得令牌后发送 15. 在不同网络之间实现数据帧的存储转发，并在数据链路层进行协议转换的网络互联器称为 A. 转换器 B. 路由器 C. 网桥 D. 中继器 16. 最准确地描述了循环冗余检查的特征。 A. 逐个地检查每一个字符 B. 能够查出99%以上的错误 C. 不能够查出有偶数个位出错的差错 D. 不如纵向冗余检查可靠 实验五网络层分片实验 【实验目的】 1、通过IP 协议分析掌握因特网网际协议工作原理; 2、理解IP 分片过程及其数据报头的变化； 【实验内容】 1、捕获IP 报文, 分析IP 数据包报文头格式,。 2、捕获分片的IP 报文,查看其字段的变化规律,掌握IP 数据包分片过程。 【实验原理】 每一个数据链路层都会有自己的帧格式，在这个格式中有一个字段是“数据字段最大长度”，当数据包封装成帧时，要求数据包的总长度必须小于这个数据字段的最大长度，这个数据字段最大长度也称为MTU，不同的数据链路层协议均有其不同的MTU值，以太网的MTU值为1500，这意味着，当我们的网络是基于以太网时，IP报文的总长度不可以超过1500字节。但是IP数据包定义的最大长度为65535，这和数据链路层的MTU值是一个矛盾，当IP数据包封装总长度超过数据链路层MTU值时，就需要对IP包进行分片。 分片后的数据包之所以在到达目的端后能够进行重组，主要得益于IP报头中的3个与分片重组有关的三个字段。 标志：标志字段长度为16比特，这16比特标志位用于标识从源主机发出的数据包，在源主机有一个计数器，当IP协议发送数据包时，将计 数器中的数字复制到标识字段中，并把这个计数器的值加1，如此循环往 复，从而能够保证每个IP包都具有唯一的标识数，当一个IP包需要进行 分片时，就将此标识字段的值复制到所有的分片中，所以，从一个IP包 得到的所有分片都具有相同的标志字段。而目的端则知道具有相同标识 字段的IP包需要进行重组。 标识：长度为3比特，第一个比特保留待以后使用，第二位为不分片位，当此值为1时，表示此数据包不可被分片，如果不分片无法经物理网 络进行转发，就丢弃数据包，并向源主机发送ICMP差错报文，当此值为0 时，侧在需要时将此数据包进71计算机网络协议原理实验教程行分片， 第三位是分片末位标识，如果此值为1，表示此分片后还有分片，若此值 为0，则表示这已是最后一个分片。 分片偏移：长度为13比特，此字段表示分片在整个IP报中的相对位置，以8字节为度量单位，因为分片偏移字段只有13比特长度，能表示的第3章数据链路层
计算机网络试验
计算机网络习题(第三讲数据链路层)
高级数据链路控制的介绍
数据链路层协议分析
实验2_北航研究生计算机网络实验
数据链路层主要功能概述
数据链路层的定义与基本功能
实验二数据链路层协议分析
数据链路层概述
数据链路层
计算机网络实验网络层分片实验