3.4-数据链路层 （教案）-《计算机网络技术基础》同步教学（清华大学出版社）

教案 编号：PTGZ-269 流水号：068 （首页）共 4页 课程 《计算机网络技术基础》 一体化 理论 章节（课题）及内容 数据链路层 班级日期 中职 2024.04 授课方式 讲授与任务驱动相结合 课时 1 作业题数 1 拟用时间 40分钟 教学目标 使学生理解以下理论知识： · 了解数据链路层的基本概念和功能。 · 掌握数据链路层的帧结构及其组成部分。 · 理解数据链路层的差错控制机制。 教学资源准备 多媒体设备 课本教材 学生练习素材 教学重点 1. 数据链路层的基本概念和功能。 2. 数据链路层的帧结构。 3. 数据链路层的差错控制机制。 教学难点 · 如何理解数据链路层在计算机网络中的作用。 · 如何掌握数据链路层协议的实现细节 教学方法 讲授法、任务驱动法、演示法、体验探究法等。 · 直观展示法：使用多媒体课件、网络拓扑图等方式，帮助学生直观地理解数据链路层的相关概念。 · 案例分析法：通过分析具体的数据链路层问题，引导学生思考并解决问题。 授课教师： 审阅签名： 教学过程 教学活动内容 时间分配教学方法 课前导入 1. 提问：同学们，你们知道数据链路层在计算机网络中的作用是什么吗？ 2. 引言：通过介绍数据链路层在实际网络中的应用场景，引出数据链路层的重要性。 2分钟 讲授新课 练习指导 数据链路层是OSI参考模型中的第二层，位于物理层之上，网络层之下。它负责在两个直接相连的网络节点之间建立、维护和拆除数据链路。以下是数据链路层的一些基本概念和功能： 1. **基本概念**： - **数据链路**：指在网络节点之间传输数据帧的链路，它可以是物理链路，也可以是逻辑链路。 - **帧（Frame）**：数据链路层传输的基本单位，由数据链路层协议规定的数据格式。 - **点对点和广播**：数据链路层支持点对点通信，即两个节点之间的直接通信；也支持广播通信，即一个节点发送的数据可以被网络上的所有其他节点接收。 - **差错控制**：数据链路层提供了检测和纠正数据传输中可能发生的错误的机制。 - **流量控制**：为了防止发送方发送数据过快而导致接收方来不及处理，数据链路层提供了流量控制机制。 2. **功能**： - **帧同步**：确保接收方能够正确地识别出帧的开始和结束位置。 - **链路管理**：建立、维护和拆除数据链路，包括链路建立、数据传输和链路释放三个阶段。 - **差错控制**：采用差错检测算法，如循环冗余校验（CRC），来检测数据传输中的错误，并在必要时进行重传。 - **流量控制**：确保数据传输的平稳性，防止数据溢出或丢失。 - **访问控制**：在共享介质的网络中，数据链路层负责协调多个节点对介质的访问，避免冲突。 数据链路层的核心任务是在不可靠的物理链路上提供可靠的逻辑链路，确保数据帧能够无差错地从发送端传输到接收端。为了实现这一目标，数据链路层采用了多种技术，包括帧同步、差错控制、流量控制和访问控制等。此外，数据链路层还定义了不同节点间的接口标准，如网卡接口、串行接口等，以便于设备的互连和通信。 数据链路层的帧结构由三部分组成，分别为帧首部、帧数据部分和帧尾部组成。其中帧首部和帧尾部用作校验帧数据的完整性，封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧，确定帧的界限。首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。 数据链路层的差错控制主要针对在链路上传输的比特位出错，主要有两种控制方法，分别是检错编码和纠错编码。检错编码包含奇偶校验码和循环冗余码CRC，而纠错编码包含海明码。 奇偶校验码由N-1位信息元和1位校验元组成。N-1位的信息元就是我们发送信息里的有效数据，而1位校验元就是用于检错的冗余码。奇偶校验码可以分为奇校验码和偶校验码。奇校验就是这串序列1的个数如果为偶数则在前面加个1，使1的个数变成奇数，否则加0。偶校验就是这串序列1的个数如果为奇数则在前面加个1，使1的个数变成偶数，否则加0。 CRC循环冗余检验码是一种通过多项式除法检测错误的方法，将每个比特串看作一个多项式，采用模2运算。发送端计算的过程是：要发送的数据帧 + r位的校检序列 得到要发送的数据帧然后与生成多项式进行模2除法运算，取余数，这个余数就是需要增加的FCS帧检验序列。通过计算，可以得到余数为 1110 ，那么实际发送的帧为 1101011011 1110。接收端计算的过程是：当接收端收到帧11010110111110 与 生成多项式进行模2除法运算，然后检查