中科大--计算机网络课件（4）

### 中科大--计算机网络课件（4）知识点解析 #### 一、数据链路层概述 **数据链路层**是OSI七层模型中的第二层，位于物理层之上，网络层之下，主要负责在两个相邻节点之间提供可靠的、透明的数据传输。本章节将深入探讨数据链路层的基本功能、差错检测与校正技术、常见的数据链路层协议以及面向位的协议HDLC等关键知识点。 #### 二、数据链路层的功能 1. **为网络层提供服务** - **无确认、无连接的服务**: 源端可以无需建立连接就向目的端发送独立的数据帧，目的端也不需要对收到的帧进行确认。这种方式简单快捷，但可靠性较低。 - **有确认、无连接的服务**: 类似于无确认、无连接的服务，但目的端需要对收到的帧进行确认。这种方式提高了可靠性，但增加了通信开销。 - **面向连接的服务**: 在数据传输之前需要先建立连接，确保数据帧能够按照顺序可靠地到达目的端。这种方式适用于对可靠性要求较高的场景。 2. **成帧(framing)** - **字符计数**: 通过在帧头中描述帧的长度来识别帧的边界。这种方法简单，但一旦帧头出错，会影响后续的所有帧。 - **字符标志**: 使用特定的字符作为帧的起始和结束标志，如ASCII字符DLESTX和DLE ETX。为避免标志与数据混淆，需要在数据中出现标志时插入额外的DLE字符。 - **位标志**: 使用特殊的位序列（如01111110）作为帧的起始和结束标志。为避免混淆，发送端会在连续5个1之后添加一个0，接收端再移除这些额外的0。 - **物理层编码**: 通过物理层的编码方式来表示帧的起始和结束。这种方法依赖于物理层的特性，较为复杂。 3. **出错控制** - 数据链路层需要实现差错检测与校正机制，以确保数据的完整性。在有确认的服务中，接收端会通过返回的控制帧来确认数据是否正确。此外，还可以通过超时重发机制来处理数据丢失的情况。 4. **流量控制** - 当发送端的发送速度过快导致接收端无法处理时，或者发送端所在网络的传输速率高于接收端时，需要采取流量控制措施。常用的流量控制方法之一是**窗口机制**，通过限制发送方未被确认的帧数量来控制发送速度。 #### 三、差错检测与校正 1. **差错检测与校正的基本原理** - 差错检测码（检错码）通过在要发送的数据中加入冗余位，使得接收端能够检测到数据错误，但无法自动修正错误。 - 差错校正码（纠错码）不仅能够检测到数据错误，还能通过冗余位自动纠正错误。 2. **纠错码** - 对于n位码字（包含m个数据位和r个冗余位），可以通过计算不同码字之间的海明距离来衡量其检错和纠错能力。 - 为了检测出d个比特的错误，需要使用海明距离至少为d+1的编码；为了纠正d个比特的错误，则需要使用海明距离至少为2d+1的编码。 - 举例来说，如果希望纠正单个比特的错误，则r必须满足一定条件，以确保每个有效码字与其最近的有效码字之间的海明距离至少为3。 #### 四、基本数据链路协议与HDLC协议 1. **基本数据链路协议** - 包括停止等待协议、回退N协议和选择重传协议等，主要用于实现可靠的数据传输。 2. **滑动窗口协议** - 是一种高效的流量控制机制，通过动态调整发送窗口大小来适应网络变化，提高传输效率。 3. **面向位的协议HDLC** - 高级数据链路控制（High-Level Data Link Control）是一种面向位的链路层协议，支持多种链路类型，并提供了一套完整的链路控制机制。 #### 五、Internet中的数据链路层 - 在Internet中，数据链路层的具体实现取决于底层物理网络技术，例如以太网、令牌环网等。每种物理网络都有自己的链路层协议，如以太网使用CSMA/CD协议来管理访问冲突。 数据链路层是计算机网络中极其重要的一层，负责确保数据在物理层上的可靠传输。通过对数据链路层的各种功能和服务的理解，我们可以更好地掌握网络通信的基础知识和技术细节。