4.2.2数据链路层（教学设计）-《计算机网络基础(第2版)》同步教学(机械工业出版社）

课题 第4章 4.2.2数据链路层 授课人 课型 新课 课 时 2课时 教学目标    通过本节的学习，学生能理解开放系统互联参考模型的分层及各层的功能和服务。 教学重点 1物理层 2数据链路层 3 网络层 4 传输层 5 其它各层简介 6 OSI环境中的数据传输过程 教学难点 1物理层 2数据链路层 3 网络层 4 传输层 5 OSI环境中的数据传输过程 教学方法 以课堂讲授为主，对本节难点进行讨论 教学手段和教具 微机 板 书 设 计 课 后 记 教学过程 教师活动 学生活动 组织教学 复习提问、导入新课 讲授新课 谈到网络不能不谈OSI参考模型，OSI参考模型（OSI/RM）的全称是开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM），它是由国际标准化组织ISO提出的一个网络系统互连模型。虽然OSI参考模型的实际应用意义不是很大，但其的确对于理解网络 协议内部的运作很有帮助，也为我们学习网络协议提供了一个很好的参考。 国际标准组织（ISO）制定了OSI模型。这个模型把网络通信的工作分为7层，从下向上依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。最高层为应用层，面向用户提供服务；最低层为物理层，连接通信媒体实现数据传输。1至3层被认为是低层，这些层与数据移动密切相关。第4层被认为是中间层。5至7层是高层，包含应用程序级的数据。每一层负责一项具体的工作，然后把数据传送到下一层。如图4-1所示。两个用户的计算机通过网络进行通信时，除物理层之外，其余和对等层之间不存在直接的通信关系，而是通过各对等层的协议来进行通信。 图4-1 OSI 七层模型示意图 4.2.2数据链路层 数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介乎于物理层和网络层提供的服务的基础上向网络层提供服务。数据链路层的作用是对物理层传输原始比特流的功能的加强，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，即使之对网络层表现为一条无差错的链路。数据链路层的基本功能是想网络层提供透明的和可靠的数据传送服务。透明性是指该层上传输的数据的内容、格式及编码没有限制，也没有必要解释信息结构的意义；可靠的传输使用户免去对丢失信息、干扰信息及顺序不正确等的担心。 1．数据链路层的主要功能 数据链路层最基本的服务是将源机网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这一目的，数据链路层必须具备一系列相应的功能，它们主要有：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。 (1) 帧同步功能 为了使传输中发生差错后只将出错的有限数据进行重发,数据链路层将比特流组织成以帧为单位传送。帧的组织结构必须设计成使 接收方法能够明确的从物理层收到比特流中对其进行识别，也即能从比特流中区分出帧的起始与终止，这就是帧同步要解决的问题。由于网络传输中很难保证计时的正确和一致，所以不能采用依靠时间间隔关系来确定一帧的起始与终止的方法。 （2）差错控制功能 通信系统必须具备发现(即检测)差错的能力，并采取措施纠正之，使差错控制在所能允许的尽可能小的范围内，这就是差错控制过程，也是数据链路层的主要功能之一。 （3）流量控制功能 首先需要说明一下，流量控制并不是数据链路层特有的功能，许多高层协议中也提供流量控制功能，只不过流量控制的对象不同而已。比如，对于数据链路层来说，控制的是相邻两节点这间数据链路上的流量，而对于运输层来说，控制的则是从源到最终目的之间端对端的流量。 由于收发双方各自使用的设备工作速率和缓冲存储空间的差异，可能出现发送方发送能力大于接收方接收能力的现象，若此时不对发送方的发送速率（也即链路上的信息流量）做适当的限制，前面来不及接收的帧将被后面不断发送来的帧“淹没”，从而造成帧的丢失而出错。由此可见，流量控制实际上是对发送方数据流量的控制，使其发送速率不致超过接收方的速率。也即需要有一些规则使得发送方知道在什么情况下可以接着发送下一帧，而在什么情况下必须暂停发送，以等待收到某种反馈信息后再继续发送。 （4）链路管理功能 链路管理功能主要用于面向连接的服务。在链路两端的节点要进行通信前，必须首先确认对方已处于就绪状态，并交换一些必要的 信息以对帧序号初始化，然后才能建立连接。在传输过程中则要维持该连接。如果出现差错，需要重新初始化，重新自动建立连接。传输完毕后则要释放连接。数据 链路层连接的建立，维持和释放就称做链路管理。 　　在多个站点共享同一物理信道的情况下（例如在局域网中），如何在要求通信的站点间分配和管理信道也属于数据层链路管理的范畴。 2．数据链路控制协议举例 数据链路控制协议也称链路通信规程，也就是OSI参考模型中的数据链路层协议。链路控制协议可分为异步协议和同步协议两大类。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三种类型。 面向比特的数据链路控制协议的典型，HDLC（高级数据链路控制）是目前网络设计普遍使用的数据链路控制协议。 高级数据链路控制（HDLC）协议是基于的一种数据链路层协议，促进传送到下一层的数据在传输过程中能够准确地被接收（也就是差错释放中没有任何损失并且 序列正确）。HDLC 的另一个重要功能是流量控制，换句话说，一旦接收端收到数据，便能立即进行传输。HDLC 具有两种不同的实现方式：高级数据链路控制正常响应模式即 HDLC NRM（又称为SDLC）和 HDLC 链路访问过程平衡（LAPB）。其中第二种使用更为普遍。HDLC 是 X.25 栈的一部分。 数据链路层的数据传输是以帧为单位的，HDLC的帧格式如图4-4所示，其中标志字段F是一个固定的比特序列01111110，用来表示一帧的开始和结束；地址字段A用来表示站点的物理地址；控制字段C用来表示帧的类型和功能、帧的编号等控制信息；帧校验字段FCS用来校验传输的帧是否有错；信息字段I是要传输的数据信息，长度通常不大于256字节。 图4-4 HDLC和帧结构 小结： 作业： 4-2-2填空题 1)简述网络层的功能。 (8位) 标志字段F 地址字段A (8/16位) 控制字段C (8/16位) 信息字段I (长度可变) 帧校验字段FCS (16/32位) 标志字段F (8位) 学科网（北京）股份有限公司 $$