《数据链路层协议举例》课件

数据链路层协议举例课程目标理解数据链路层的基本概念1掌握数据链路层的功能、服务和协议分类掌握典型数据链路层协议的工作原理2包括PPP、HDLC、以太网和无线局域网协议了解数据链路层的安全问题3掌握链路层加密技术和认证机制能够根据实际需求选择合适的链路层协议考虑性能、安全性等因素，为网络设计提供支持数据链路层基本概念回顾定义作用协议数据链路层是OSI模型中的第二层，位于数据链路层的主要作用是将物理层提供数据链路层协议规定了数据帧的格式、物理层和网络层之间，负责在相邻节点的不可靠的比特流转换为可靠的数据帧传输规则以及差错控制方法，例如PPP之间建立可靠的数据传输链路，并进行差错检测与纠正、HDLC、以太网等数据链路层在网络通信中扮演着至关重要的角色，它通过提供可靠的数据传输服务，为网络层提供高质量的网络连接数据链路层的主要功能帧同步差错控制流量控制将物理层提供的比特流划分检测并纠正数据传输过程中协调发送方和接收方的数据为一个个离散的帧，并进行发生的错误，例如比特错误传输速率，防止接收方因处帧定界，确保接收方能够正、帧丢失等，提高数据传输理能力不足而造成数据丢失确识别帧的起始和结束位置的可靠性介质访问控制在共享介质的网络中，协调各个节点对介质的访问，避免冲突发生，提高介质利用率数据链路层通过实现这些功能，为网络层提供可靠、高效的数据传输服务，是网络通信的基础数据链路层的基本服务无确认的无连接服务发送方不保证数据帧的可靠传输，也不需要建立连接，适用于对实时性要求较高的应用，例如视频直播有确认的无连接服务发送方发送数据帧后，接收方需要发送确认帧，但不需要建立连接，适用于对可靠性有一定要求的应用，例如电子邮件有确认的有连接服务发送方和接收方需要先建立连接，然后才能进行数据传输，并且发送方保证数据帧的可靠传输，适用于对可靠性要求极高的应用，例如银行转账不同的应用场景对数据传输的可靠性和实时性要求不同，数据链路层可以提供不同的服务来满足这些需求差错检测与纠正基础奇偶校验码循环冗余校验码（）海明码CRC通过在数据帧中添加一个校验位，使得通过将数据帧看作一个多项式，并用一一种可以检测并纠正单个比特错误的校数据帧中1的个数为奇数或偶数，可以检个预定义的生成多项式进行除法运算，验码，通过在数据帧中添加多个校验位测出单个比特错误得到的余数作为校验码，可以检测出多，可以确定错误比特的位置并进行纠正个比特错误差错检测与纠正是数据链路层保证数据传输可靠性的重要手段，不同的校验码具有不同的检错和纠错能力，适用于不同的应用场景协议分类概述面向连接的协议无连接的协议在数据传输之前需要先建立连接，例如TCP协议，提供可靠的数据传输在数据传输之前不需要建立连接，例如UDP协议，提供快速的数据传输服务服务停止等待协议滑动窗口协议-发送方发送一个数据帧后，需要等待接收方的确认帧才能发送下一个发送方可以连续发送多个数据帧，而不需要等待接收方的确认帧，提数据帧，简单但效率较低高了数据传输效率数据链路层协议可以根据不同的特性进行分类，不同的协议适用于不同的网络环境和应用需求无限制的单工协议无限制的单工协议是一种最简单的协议，发送方可以随意发送数据，接收方则一直接收数据，没有任何流量控制和差错控制机制这种协议只适用于理想的信道环境，在实际应用中很少使用由于没有反馈机制，一旦发生错误，数据将无法恢复想象一个安静的房间，一个人不停地说话，另一个人只能听，无法打断或提出问题这就是无限制单工协议的运作方式虽然简单，但非常脆弱，任何干扰都可能导致信息丢失这种协议的优点是实现简单，缺点是可靠性极低它适用于一些特殊的应用场景，例如广播等，但需要确保信道的质量非常高，才能保证数据的可靠传输单工停止等待协议-等待确认帧21发送数据帧接收确认帧3单工停止-等待协议是一种简单的流量控制协议，发送方发送一个数据帧后，必须等待接收方发送的确认帧（ACK）才能发送下一个数据帧如果数据帧或确认帧丢失，发送方会超时重传这种协议可以保证数据的可靠传输，但效率较低，因为发送方需要等待确认帧才能发送下一个数据帧，信道利用率不高类似于送信，每送一封信都要等待回执，确认收到后才能送下一封单工停止-等待协议的优点是简单易实现，缺点是效率较低它适用于信道质量较好、延迟较小的网络环境有噪声信道的单工协议发送数据帧1发送方发送数据帧到接收方接收数据帧2接收方接收到数据帧，并进行校验发送确认帧3如果校验正确，接收方发送确认帧（ACK）到发送方；否则，发送否定确认帧（NAK）接收确认帧4发送方接收到确认帧，如果是ACK，则发送下一个数据帧；如果是NAK，则重传当前数据帧在有噪声的信道中，数据帧可能会发生错误，因此需要在单工停止-等待协议的基础上增加差错控制机制接收方在接收到数据帧后，需要进行校验，如果校验正确，则发送确认帧（ACK），否则发送否定确认帧（NAK）发送方在接收到确认帧后，如果是ACK，则发送下一个数据帧；如果是NAK，则重传当前数据帧这种协议可以保证数据的可靠传输，但效率仍然较低，因为发送方需要等待确认帧才能发送下一个数据帧该协议的关键在于差错检测和确认机制，通过反馈机制保证数据的可靠性，但效率依然是其瓶颈滑动窗口协议概述发送窗口接收窗口窗口滑动发送方可以连续发送的未被确认的数据接收方可以连续接收的未被确认的数据当发送方接收到确认帧后，发送窗口向帧的个数，由窗口大小决定帧的个数，也由窗口大小决定前滑动，可以发送新的数据帧；当接收方接收到数据帧后，接收窗口向前滑动，可以接收新的数据帧滑动窗口协议是一种高效的流量控制协议，发送方可以连续发送多个数据帧，而不需要等待接收方的确认帧，提高了数据传输效率滑动窗口协议的核心在于发送窗口和接收窗口的协调工作滑动窗口协议可以有效地利用信道带宽，提高数据传输效率，是现代网络通信中常用的流量控制协议之一后退帧协议（）N GBN累计确认超时重传12接收方只需要确认按序到达的如果发送方在超时时间内没有最后一个数据帧，表示该数据收到确认帧，则重传所有已发帧及其之前的所有数据帧都已送但未被确认的数据帧正确接收接收方简单3接收方只需要维护一个接收窗口，如果接收到的数据帧不是按序到达，则直接丢弃后退N帧协议是一种滑动窗口协议，发送方可以连续发送多个数据帧，但接收方只能按序接收数据帧如果接收方接收到失序的数据帧，则直接丢弃，并要求发送方重传所有已发送但未被确认的数据帧这种协议的优点是接收方实现简单，缺点是如果某个数据帧发生错误，会导致大量的数据帧被重传，降低了信道利用率协议的工作原理GBN发送方发送数据帧发送方在发送窗口内连续发送数据帧，并为每个数据帧设置超时计时器接收方接收数据帧如果接收到的数据帧是按序到达，则接收方发送确认帧；否则，直接丢弃该数据帧发送方接收确认帧如果发送方在超时时间内没有收到确认帧，则重传所有已发送但未被确认的数据帧GBN协议的核心在于累计确认和超时重传机制累计确认简化了接收方的处理逻辑，但同时也带来了重传大量数据帧的风险超时重传机制是保证数据可靠性的关键，但超时时间的设置需要根据网络状况进行调整，过短会导致不必要的重传，过长则会降低数据传输效率协议的发送窗口GBN已发送且已确认1窗口左侧，已发送并收到确认的数据帧已发送但未确认2窗口中间，已发送但未收到确认的数据帧允许发送3窗口右侧，允许发送但尚未发送的数据帧GBN协议的发送窗口用于控制发送方可以连续发送的未被确认的数据帧的个数发送窗口的大小由网络拥塞程度和接收方的处理能力决定发送窗口的大小需要根据实际情况进行调整，过大会导致网络拥塞，过小会降低信道利用率发送窗口的滑动依赖于接收方返回的确认帧协议的接收窗口GBNGBN协议的接收窗口大小为1，这意味着接收方只能按序接收数据帧如果接收方接收到失序的数据帧，则直接丢弃这种设计的目的是简化接收方的处理逻辑，但同时也限制了接收方的灵活性接收窗口为1的设计使得GBN协议的接收方实现非常简单，只需要维护一个期望接收的序列号即可但这种设计也导致了GBN协议在丢包率较高的网络环境下的性能较差接收方丢弃失序数据帧的行为会导致发送方重传大量数据帧，从而降低信道利用率因此，GBN协议适用于信道质量较好的网络环境协议的优缺点GBN优点缺点•实现简单，接收方只需要维护一个接收窗口•信道利用率低，如果某个数据帧发生错误，会导致大量的数据帧被重传•协议开销小，只需要发送确认帧•接收方只能按序接收数据帧，灵活性较差GBN协议是一种简单易实现的滑动窗口协议，但其性能在丢包率较高的网络环境下会受到严重影响因此，在选择GBN协议时，需要权衡其优缺点，并根据实际的网络环境进行选择在信道质量较好的网络环境下，GBN协议可以提供较好的性能，但在信道质量较差的网络环境下，则需要考虑使用其他协议，例如选择重传协议选择重传协议（）SR单独确认选择重传12接收方需要对每个正确接收的发送方只需要重传发生错误的数据帧进行确认数据帧，而不需要重传所有已发送但未被确认的数据帧接收方复杂3接收方需要维护一个接收窗口，并缓存失序到达的数据帧选择重传协议是一种滑动窗口协议，发送方可以连续发送多个数据帧，接收方可以乱序接收数据帧当接收方接收到错误的数据帧时，会通知发送方只重传该错误帧接收方会缓存正确接收但乱序的帧，直到所有帧按序到达，再提交给上层与GBN协议相比，SR协议提高了信道利用率，但同时也增加了接收方的复杂度SR协议适用于丢包率较高的网络环境协议的工作原理SR发送方发送数据帧发送方在发送窗口内连续发送数据帧，并为每个数据帧设置超时计时器接收方接收数据帧如果接收到的数据帧没有错误，则接收方发送确认帧；否则，不发送确认帧发送方接收确认帧如果发送方在超时时间内没有收到某个数据帧的确认帧，则重传该数据帧接收方缓存数据帧接收方缓存正确接收但乱序到达的数据帧，直到所有数据帧按序到达，再提交给上层SR协议的核心在于单独确认和选择重传机制单独确认保证了每个数据帧的可靠传输，选择重传避免了不必要的重传，提高了信道利用率接收方缓存数据帧的能力是SR协议能够乱序接收数据帧的关键，但也增加了接收方的复杂度协议的发送窗口SR已发送且已确认1窗口左侧，已发送并收到确认的数据帧已发送但未确认2窗口中间，已发送但未收到确认的数据帧允许发送3窗口右侧，允许发送但尚未发送的数据帧SR协议的发送窗口与GBN协议类似，用于控制发送方可以连续发送的未被确认的数据帧的个数但SR协议的发送窗口大小可以大于GBN协议，因为SR协议可以单独重传错误的数据帧发送窗口的大小需要根据网络拥塞程度和接收方的处理能力决定发送窗口的滑动依赖于接收方返回的确认帧和否定确认帧协议的接收窗口SRSR协议的接收窗口大小大于1，这意味着接收方可以乱序接收数据帧接收方需要维护一个接收缓冲区，用于缓存失序到达的数据帧，直到所有数据帧按序到达，再提交给上层接收窗口的设计使得SR协议的接收方实现较为复杂，需要维护一个接收缓冲区，并对数据帧进行排序但这种设计也使得SR协议在丢包率较高的网络环境下具有更好的性能接收方缓存失序数据帧的能力是SR协议能够提高信道利用率的关键，但也增加了接收方的负担协议的优缺点SR优点缺点•信道利用率高，只需要重传发生错误的数据帧•实现复杂，接收方需要维护一个接收窗口和接收缓冲区•接收方可以乱序接收数据帧，灵活性较强•协议开销较大，需要发送单独确认帧SR协议是一种高效的滑动窗口协议，但其实现复杂度也较高因此，在选择SR协议时，需要权衡其优缺点，并根据实际的网络环境进行选择在丢包率较高的网络环境下，SR协议可以提供更好的性能，但在信道质量较好的网络环境下，GBN协议可能更简单易实现点对点协议（）简介PPP点对点协议（PPP）是一种用于在两个网络节点之间建立直接连接的协议，常用于拨号上网、专线连接等场景PPP协议提供了一种简单、可靠的连接方式，可以支持多种网络层协议，例如IP、IPX等PPP协议具有良好的扩展性，可以支持多种认证方式、压缩算法和差错控制机制PPP协议的灵活性使得它能够适应不同的网络环境和应用需求PPP协议是Internet EngineeringTask ForceIETF的标准协议，被广泛应用于各种网络设备和操作系统中协议的组成部分PPP链路控制协议（网络控制协议（认证协议））LCP NCP用于验证连接双方的身用于建立、配置和测试用于配置网络层协议，份，例如PAP、CHAP数据链路连接例如IP、IPX等等PPP协议由多个组成部分构成，每个部分负责不同的功能LCP负责链路的建立和维护，NCP负责网络层协议的配置，认证协议负责身份验证这些组成部分共同协作，保证了PPP协议的正常运行LCP、NCP和认证协议是PPP协议的三大核心组成部分，它们之间的相互作用使得PPP协议具有良好的灵活性和扩展性协议的帧格式PPP标志（Flag）地址（Address控制（Control）协议（Protocol数据（Data）帧校验序列（标志（Flag）））FCS）PPP协议的帧格式定义了数据帧的各个字段及其含义标志字段用于标识帧的起始和结束位置，地址字段和控制字段用于标识数据帧的类型，协议字段用于标识网络层协议，数据字段用于承载网络层数据，帧校验序列用于检测数据帧的错误PPP协议的帧格式简单明了，易于解析和处理各个字段的长度和含义都有明确的规定，保证了PPP协议的互操作性帧校验序列（FCS）字段用于检测数据帧的错误，保证了数据传输的可靠性PPP协议支持多种帧校验序列算法，例如CRC-

16、CRC-32等协议的状态转换PPP链路建立阶段通过LCP协议建立数据链路连接认证阶段通过认证协议验证连接双方的身份网络层协议配置阶段通过NCP协议配置网络层协议数据传输阶段进行网络层数据的传输链路终止阶段断开数据链路连接PPP协议的状态转换定义了PPP连接的整个生命周期从链路建立到链路终止，PPP协议需要经过多个阶段，每个阶段完成不同的任务这种状态转换机制保证了PPP连接的可靠性和稳定性每个阶段都有明确的状态定义和转换条件，使得PPP协议的实现和调试更加容易状态转换图清晰地展示了PPP连接的整个过程协议的链路控制PPP链路建立链路维护链路终止通过LCP协议协商链路参数，例如最大接通过LCP协议发送keepalive报文，检测通过LCP协议发送terminate报文，断开收单元（MRU）、认证方式等链路的连通性数据链路连接PPP协议的链路控制通过LCP协议实现LCP协议负责链路的建立、维护和终止，保证了PPP连接的正常运行LCP协议的灵活性使得PPP协议能够适应不同的网络环境LCP协议支持多种链路参数协商，例如MRU、认证方式等，使得PPP协议能够根据实际需求进行配置LCP协议还支持链路质量监测，可以及时发现链路故障高级数据链路控制（）HDLC高级数据链路控制（HDLC）是一种面向比特的数据链路层协议，常用于同步串行链路HDLC协议提供了一种可靠的数据传输方式，支持多种数据帧类型和工作方式HDLC协议被广泛应用于广域网中HDLC协议具有良好的扩展性，可以支持多种数据编码方式和差错控制机制HDLC协议的灵活性使得它能够适应不同的网络环境和应用需求HDLC协议是国际标准化组织（ISO）的标准协议，被广泛应用于各种网络设备和操作系统中的帧类型HDLC信息帧（帧）监控帧（帧）I S用于传输用户数据用于控制数据链路的连接，例如确认、请求重传等无编号帧（帧）U用于建立、维护和终止数据链路连接HDLC协议定义了三种帧类型，每种帧类型用于不同的目的信息帧用于传输用户数据，监控帧用于控制数据链路的连接，无编号帧用于建立、维护和终止数据链路连接这些帧类型共同协作，保证了HDLC协议的正常运行不同的帧类型具有不同的帧格式和控制字段，可以实现不同的功能HDLC协议的帧类型设计使得它具有良好的灵活性和扩展性的工作方式HDLC正常响应模式（异步平衡模式（异步响应模式（）））NRM ABMARM主站可以主动发送数据任何站点都可以主动发从站可以在没有得到主，从站只能在收到主站送数据，不需要经过对站允许的情况下发送数的命令后才能发送数据方的许可据，但主站具有更高的优先级HDLC协议定义了三种工作方式，每种工作方式适用于不同的网络拓扑和应用场景正常响应模式适用于主从结构的ネットワーク，异步平衡模式适用于对等结构的ネットワーク，异步响应模式适用于混合结构的ネットワーク不同的工作方式具有不同的控制机制和数据传输方式，可以满足不同的网络需求HDLC协议的工作方式设计使得它具有良好的灵活性和适应性的应用场景HDLC网络X.25HDLC协议是X.25网络的数据链路层协议帧中继网络HDLC协议是帧中继网络的数据链路层协议网络SDH/SONETHDLC协议可以用于SDH/SONET网络的数据链路层HDLC协议被广泛应用于各种广域网中，例如X.25网络、帧中继网络、SDH/SONET网络等HDLC协议的可靠性和灵活性使得它成为广域网数据链路层协议的首选随着网络技术的发展，HDLC协议的应用场景逐渐减少，但它仍然是广域网数据链路层协议的重要组成部分以太网协议概述以太网是一种广泛应用于局域网中的数据链路层协议以太网协议具有简单、易用、成本低廉等优点，被广泛应用于各种网络设备和操作系统中以太网协议采用CSMA/CD协议进行介质访问控制，可以有效地避免冲突发生，提高介质利用率以太网协议支持多种数据传输速率，例如10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps等以太网协议是IEEE

802.3标准协议，被广泛应用于各种网络设备和操作系统中以太网的发展历史经典以太网110Mbps的传输速率，采用共享介质快速以太网2100Mbps的传输速率，采用交换式网络千兆以太网31Gbps的传输速率，采用全双工模式万兆以太网410Gbps的传输速率，应用于数据中心等高带宽场景以太网技术经历了快速的发展，从最初的10Mbps的经典以太网发展到现在的100Gbps甚至更高速率的以太网，极大地提高了局域网的数据传输能力随着网络技术的发展，以太网技术将继续发展，以满足不断增长的网络带宽需求新的以太网技术将采用更先进的编码方式、调制方式和介质访问控制方法，以提高数据传输速率和信道利用率经典以太网经典以太网采用共享介质，所有节点都连接到同一根总线上当一个节点发送数据时，所有其他节点都会收到该数据为了避免冲突发生，经典以太网采用CSMA/CD协议进行介质访问控制经典以太网的传输速率为10Mbps，采用曼彻斯特编码方式经典以太网的结构简单，易于实现，但信道利用率较低，易发生冲突随着交换式以太网的出现，经典以太网逐渐被淘汰，但在一些小型局域网中仍然可以使用以太网帧格式前导码帧起始目的源MAC类型/长数据（帧校验（定界符MAC地地址（度（Data）序列（Pream（SFD址（Source Type/L FCS）ble））Destin MACengthation Addres）MAC s）Address）以太网帧格式定义了数据帧的各个字段及其含义前导码和帧起始定界符用于标识帧的起始位置，目的MAC地址和源MAC地址用于标识数据帧的发送方和接收方，类型/长度字段用于标识数据帧的类型和长度，数据字段用于承载网络层数据，帧校验序列用于检测数据帧的错误以太网帧格式简单明了，易于解析和处理各个字段的长度和含义都有明确的规定，保证了以太网协议的互操作性帧校验序列（FCS）字段用于检测数据帧的错误，保证了数据传输的可靠性以太网协议采用CRC-32算法进行帧校验以太网地址MAC以太网MAC地址是一个48位的物理地址，用于唯一标识网络中的每个设备MAC地址由IEEE统一分配，每个网络设备的MAC地址都是唯一的MAC地址通常以十六进制表示，例如00-11-22-33-44-55MAC地址的前24位是组织唯一标识符（OUI），用于标识网络设备的制造商，后24位是制造商分配的设备序列号以太网设备通过MAC地址进行数据帧的寻址和转发目的MAC地址用于标识数据帧的接收方，源MAC地址用于标识数据帧的发送方协议原理CSMA/CD监听信道发送数据发送方在发送数据之前先监听信道是否空闲1如果信道空闲，则发送方发送数据2冲突退避冲突检测4如果发生冲突，则发送方停止发送数据，并等发送方在发送数据的同时监听信道，检测是否3待一段随机时间后重新监听信道发生冲突CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）协议是以太网采用的介质访问控制协议CSMA/CD协议通过监听信道和冲突检测来避免冲突发生，提高介质利用率CSMA/CD协议的效率受到网络规模和数据传输速率的影响网络规模越大，数据传输速率越高，冲突发生的概率越高，CSMA/CD协议的效率越低以太网的冲突检测以太网的冲突检测是指发送方在发送数据的同时监听信道，检测是否发生冲突如果发送方检测到冲突，则立即停止发送数据，并发送一个拥塞信号，通知所有其他节点发生冲突以太网的冲突检测通过比较发送方发送的数据和接收方接收的数据是否一致来实现如果发送方发送的数据和接收方接收的数据不一致，则表明发生了冲突冲突检测是CSMA/CD协议的重要组成部分，可以有效地避免冲突发生，提高介质利用率以太网的性能分析吞吐量延迟信道利用率以太网的吞吐量是指单位时间内成功传以太网的延迟是指数据帧从发送方发送以太网的信道利用率是指信道被用于成输的数据量以太网的吞吐量受到网络到接收方接收所需要的时间以太网的功传输数据的时间占总时间的比例以规模、数据传输速率、冲突发生概率等延迟受到网络规模、数据传输速率、冲太网的信道利用率受到网络规模、数据因素的影响突发生概率等因素的影响传输速率、冲突发生概率等因素的影响以太网的性能受到多种因素的影响，例如网络规模、数据传输速率、冲突发生概率等为了提高以太网的性能，可以采取多种措施，例如减少网络规模、提高数据传输速率、采用交换式网络等对以太网进行性能分析可以帮助我们了解以太网的运行状况，并采取相应的措施来优化以太网的性能快速以太网快速以太网的传输速率为100Mbps，是经典以太网的10倍快速以太网采用交换式网络，可以有效地避免冲突发生，提高介质利用率快速以太网采用星型拓扑结构，每个节点都通过交换机连接到网络交换机可以根据目的MAC地址将数据帧转发到指定的节点，避免了广播风暴的发生快速以太网的出现极大地提高了局域网的数据传输能力，被广泛应用于各种网络设备和操作系统中千兆以太网千兆以太网的传输速率为1Gbps，是快速以太网的10倍千兆以太网采用全双工模式，可以同时进行发送和接收数据，进一步提高了数据传输效率千兆以太网采用光纤或双绞线作为传输介质光纤具有传输距离远、抗干扰能力强等优点，适用于长距离的数据传输双绞线具有成本低廉、易于安装等优点，适用于短距离的数据传输千兆以太网的出现极大地提高了局域网的数据传输能力，被广泛应用于各种网络设备和操作系统中万兆以太网万兆以太网的传输速率为10Gbps，是千兆以太网的10倍万兆以太网主要应用于数据中心等高带宽场景，例如服务器集群、存储网络等万兆以太网采用光纤作为传输介质，可以支持长距离的数据传输万兆以太网采用多种协议和技术来提高数据传输效率和可靠性，例如链路聚合、拥塞控制等随着云计算和大数据技术的发展，万兆以太网的应用场景将越来越广泛无线局域网协议无线局域网（WLAN）是一种采用无线通信技术构建的局域网无线局域网协议主要包括IEEE

802.11系列协议，例如

802.11a、

802.11b、

802.11g、

802.11n、

802.11ac、

802.11ax等无线局域网具有移动性强、部署灵活等优点，被广泛应用于各种场所，例如家庭、办公室、公共场所等无线局域网的传输速率不断提高，从最初的11Mbps发展到现在的数Gbps无线局域网的安全问题日益突出，需要采取多种安全措施来保护无线网络的安全，例如WEP、WPA、WPA

2、WPA3等帧格式IEEE

802.11帧控地址地址地址序列地址数据帧校制（1（2（3（控制4（（验序Fram Addr AddrAddr（Addr Data列（e ess1ess2ess3Sequ ess4）FCSContr）））ence））ol）Control）IEEE

802.11帧格式定义了无线局域网数据帧的各个字段及其含义帧控制字段用于标识数据帧的类型和控制信息，地址字段用于标识数据帧的发送方、接收方和目的地址，序列控制字段用于标识数据帧的顺序，数据字段用于承载网络层数据，帧校验序列用于检测数据帧的错误IEEE

802.11帧格式比以太网帧格式更加复杂，因为无线局域网需要支持多种工作模式和安全机制各个地址字段的含义根据数据帧的类型而有所不同帧校验序列（FCS）字段用于检测数据帧的错误，保证了数据传输的可靠性IEEE

802.11协议采用CRC-32算法进行帧校验的工作模式

802.11基础设施模式自组织模式所有设备都通过接入点（AP）连接到网络设备之间直接连接，不需要接入点IEEE

802.11协议定义了两种工作模式基础设施模式和自组织模式基础设施模式是最常用的工作模式，所有设备都通过接入点（AP）连接到网络自组织模式是一种点对点的连接方式，设备之间直接连接，不需要接入点基础设施模式适用于大型网络，可以提供更好的网络管理和安全控制自组织模式适用于小型网络，可以方便地进行临时连接协议原理CSMA/CA监听信道发送方在发送数据之前先监听信道是否空闲发送RTS如果信道空闲，则发送方发送RTS（请求发送）帧接收CTS如果接收方收到RTS帧，则发送CTS（允许发送）帧发送数据发送方收到CTS帧后，发送数据帧接收ACK接收方收到数据帧后，发送ACK（确认）帧CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免）协议是无线局域网采用的介质访问控制协议CSMA/CA协议通过RTS/CTS握手来避免冲突发生，提高介质利用率与CSMA/CD协议相比，CSMA/CA协议更加复杂，但可以更好地避免无线信道中的冲突发生CSMA/CA协议的效率受到RTS/CTS帧的影响，如果RTS/CTS帧丢失，则会导致数据传输失败无线局域网的安全WPA31最新的无线安全协议，提供更强的安全保护WPA22广泛使用的无线安全协议，提供较好的安全保护WPA3较早的无线安全协议，安全性较低WEP4最早的无线安全协议，已被破解，安全性极低无线局域网的安全问题日益突出，需要采取多种安全措施来保护无线网络的安全常用的无线安全协议包括WEP、WPA、WPA

2、WPA3等WEP协议已被破解，安全性极低，不建议使用WPA、WPA2协议提供较好的安全保护，是目前常用的无线安全协议WPA3协议是最新的无线安全协议，提供更强的安全保护除了使用无线安全协议外，还可以采取其他安全措施来保护无线网络的安全，例如修改默认密码、隐藏SSID、启用MAC地址过滤等蓝牙协议简介蓝牙是一种短距离无线通信技术，主要用于设备之间的无线连接，例如手机、耳机、键盘、鼠标等蓝牙技术具有低功耗、低成本等优点，被广泛应用于各种消费电子产品中蓝牙协议栈包括多个层次，每个层次负责不同的功能蓝牙协议栈的上层提供各种应用协议，例如音频传输、数据传输等蓝牙技术采用跳频技术来避免干扰，提高通信可靠性随着物联网技术的发展，蓝牙技术的应用场景将越来越广泛蓝牙协议栈核心协议层电缆替换协议层电话协议层采用层包括基带层、链路管理层、包括RFCOMM层，用于模拟包括TCS协议，用于支持蓝提供各种应用协议，例如音L2CAP层等，负责蓝牙通信串口通信牙电话功能频传输、数据传输等的核心功能蓝牙协议栈采用分层结构，每个层次负责不同的功能核心协议层负责蓝牙通信的核心功能，例如基带处理、链路管理、逻辑链路控制等电缆替换协议层用于模拟串口通信，电话协议层用于支持蓝牙电话功能应用层提供各种应用协议，例如音频传输、数据传输等蓝牙协议栈的分层结构使得蓝牙技术具有良好的灵活性和扩展性不同的应用可以根据需要选择不同的协议层蓝牙的连接建立设备发现扫描周围的蓝牙设备设备配对建立设备之间的信任关系链路建立建立设备之间的物理连接服务发现查找设备提供的服务连接建立建立设备之间的逻辑连接蓝牙的连接建立需要经过多个步骤，包括设备发现、设备配对、链路建立、服务发现和连接建立设备发现是指扫描周围的蓝牙设备，设备配对是指建立设备之间的信任关系，链路建立是指建立设备之间的物理连接，服务发现是指查找设备提供的服务，连接建立是指建立设备之间的逻辑连接蓝牙的连接建立过程比较复杂，但可以保证连接的安全性和可靠性不同的蓝牙设备可能需要不同的连接建立过程蓝牙的应用场景无线耳机无线键盘鼠标智能手环智能家居/通过蓝牙连接手机或电脑，进行音通过蓝牙连接电脑，进行数据输入通过蓝牙连接手机，进行数据同步通过蓝牙连接各种智能设备，进行频传输控制和管理蓝牙技术被广泛应用于各种场景，例如无线耳机、无线键盘/鼠标、智能手环、智能家居等蓝牙技术的低功耗、低成本等优点使得它成为各种小型设备的理想选择随着物联网技术的发展，蓝牙技术的应用场景将越来越广泛蓝牙技术可以用于连接各种传感器和执行器，实现智能化控制和管理数据链路层安全问题地址欺骗MAC1攻击者伪造MAC地址，冒充合法设备进行通信欺骗ARP2攻击者伪造ARP报文，篡改ARP缓存表，导致数据包被发送到错误的设备欺骗DHCP3攻击者伪造DHCP服务器，分配错误的IP地址给设备，导致设备无法正常通信中间人攻击4攻击者截获通信双方的数据包，进行窃听或篡改数据链路层存在多种安全问题，例如MAC地址欺骗、ARP欺骗、DHCP欺骗、中间人攻击等这些安全问题可能导致数据泄露、服务中断等严重后果为了保护数据链路层的安全，需要采取多种安全措施数据链路层的安全问题是网络安全的重要组成部分，需要引起足够的重视加强数据链路层的安全防护可以有效地提高网络的整体安全性链路层加密技术WEP WPAWPA2WPA3最早的无线加密协议，已被采用TKIP加密算法，安全性采用AES加密算法，安全性采用SAE加密算法，安全性破解，安全性极低，不建议较低较高最高使用链路层加密技术是指在数据链路层对数据进行加密，以保护数据的机密性常用的链路层加密技术包括WEP、WPA、WPA

2、WPA3等不同的加密技术采用不同的加密算法和密钥管理机制，安全性也不同WPA3是目前最新的链路层加密技术，采用SAE加密算法，可以有效地防止密码破解和中间人攻击，提供更高的安全保护链路层认证机制PAP CHAP明文传输用户名和密码，安全性采用挑战-应答机制，安全性较极低，不建议使用高EAP可扩展的认证协议，支持多种认证方式，安全性最高链路层认证机制是指在数据链路层对设备进行身份验证，以防止非法设备接入网络常用的链路层认证机制包括PAP、CHAP、EAP等不同的认证机制采用不同的验证方式和密钥管理机制，安全性也不同EAP是一种可扩展的认证协议，可以支持多种认证方式，例如密码认证、数字证书认证、生物识别认证等，提供更高的安全保护协议性能比较协议可靠性效率复杂度适用场景GBN高中低信道质量较好SR高高高信道质量较差PPP高中中点对点连接以太网中高低局域网WLAN中中中无线局域网不同的数据链路层协议具有不同的性能特点，适用于不同的网络环境和应用需求在选择数据链路层协议时，需要综合考虑可靠性、效率、复杂度和适用场景等因素GBN协议简单易实现，适用于信道质量较好的网络环境SR协议效率较高，适用于信道质量较差的网络环境PPP协议适用于点对点连接以太网协议适用于局域网WLAN协议适用于无线局域网协议选择考虑因素可靠性效率复杂度安全性协议是否能够保证数据的可靠传协议的数据传输效率是否高协议的实现难度是否高协议是否能够提供足够的安全保输护成本协议的部署和维护成本是否高在选择数据链路层协议时，需要综合考虑多种因素，例如可靠性、效率、复杂度、安全性和成本等不同的应用场景对这些因素的侧重点不同例如，对可靠性要求较高的应用，需要选择可靠性较高的协议；对效率要求较高的应用，需要选择效率较高的协议协议选择是一个权衡的过程，需要在不同的因素之间找到一个平衡点，以满足实际的应用需求未来发展趋势更高的数据传输速率更低的延迟更高的安全性123随着网络带宽需求的不断增长，数对实时性要求较高的应用需要更低网络安全问题日益突出，数据链路据链路层协议需要提供更高的数据的数据传输延迟层协议需要提供更高的安全保护传输速率更强的移动性更智能化45随着移动互联网的发展，数据链路层协议需要提供更强的数据链路层协议需要更加智能化，能够根据网络状况自动移动性支持调整参数，提高网络性能随着网络技术的发展，数据链路层协议将朝着更高的数据传输速率、更低的延迟、更高的安全性、更强的移动性和更智能化的方向发展新的数据链路层协议将采用更先进的技术和方法，以满足不断变化的网络需求对未来数据链路层协议的发展趋势进行预测可以帮助我们更好地了解网络技术的发展方向，并为未来的网络设计提供参考新型链路层协议QUIC IEEE

802.11ax IEEE

802.11be一种基于UDP的传输协议，集成了TCP的最新的无线局域网协议，提供更高的数据下一代无线局域网协议，有望提供更高的可靠性和TLS的安全性传输速率和更低的延迟性能随着网络技术的发展，不断涌现出新型的链路层协议，以满足新的网络需求QUIC协议是一种基于UDP的传输协议，集成了TCP的可靠性和TLS的安全性IEEE

802.11ax是最新的无线局域网协议，提供更高的数据传输速率和更低的延迟IEEE

802.11be是下一代无线局域网协议，有望提供更高的性能对新型链路层协议进行研究可以帮助我们了解网络技术的发展方向，并为未来的网络设计提供参考物联网中的链路层低功耗物联网设备通常采用电池供电，需要低功耗的链路层协议低成本物联网设备的成本敏感，需要低成本的链路层协议短距离通信物联网设备通常采用短距离无线通信技术，例如蓝牙、Zigbee等安全性物联网设备的安全问题日益突出，需要安全的链路层协议物联网对链路层提出了新的需求，例如低功耗、低成本、短距离通信和安全性等传统的链路层协议难以满足这些需求，因此需要开发新的链路层协议，以适应物联网的应用场景目前，已经出现了一些专门为物联网设计的链路层协议，例如蓝牙Mesh、Zigbee、LoRaWAN等这些协议具有低功耗、低成本、安全性高等优点，被广泛应用于各种物联网设备中网络中的链路层5G高带宽低延迟大规模连接5G网络需要提供更高的数据传5G网络需要提供更低的延迟，5G网络需要支持更大规模的设输速率，以支持各种高带宽应以支持各种实时性应用备连接，以满足物联网的需求用网络切片5G网络需要提供网络切片功能，以满足不同应用的差异化需求5G网络对链路层提出了新的挑战，例如高带宽、低延迟、大规模连接和网络切片等传统的链路层协议难以满足这些挑战，因此需要开发新的链路层协议，以支持5G网络的应用场景5G网络的链路层需要采用更先进的技术和方法，例如毫米波通信、大规模MIMO、网络切片等，以提高数据传输速率、降低延迟、支持更大规模的设备连接和满足不同应用的差异化需求总结与回顾数据链路层是模型中的第二层OSI1负责在相邻节点之间建立可靠的数据传输链路数据链路层协议包括、、以太网、等PPP HDLCWLAN2不同的协议适用于不同的网络环境和应用需求数据链路层存在多种安全问题3需要采取多种安全措施来保护数据链路层的安全数据链路层将朝着更高的数据传输速率、更低的延迟、更高的安全性和4更智能化的方向发展以满足不断变化的网络需求本课件对数据链路层协议进行了全面的介绍，包括基本概念、主要功能、典型协议、安全问题和未来发展趋势通过本课件的学习，您可以掌握数据链路层的核心知识，为构建高效可靠的网络奠定基础希望本课件能够帮助您更好地理解数据链路层协议，并在实际工作中应用所学知识，解决实际问题感谢您的学习！。