計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-數(shù)據(jù)鏈路層(1)——數(shù)據(jù)鏈路層的兩種信道、實(shí)現(xiàn)功能

1、第3章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的兩種信道n點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道：n使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式n實(shí)現(xiàn)協(xié)議是PPP（Point-to-Point Protocol）n廣播信道：n使用一對(duì)多的廣播通信方式n實(shí)現(xiàn)協(xié)議是CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）3.1.1 鏈路、數(shù)據(jù)鏈路和幀n鏈路(link)：一條點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒有任何其他交換結(jié)點(diǎn)。n鏈路是一條路徑的組成部分n數(shù)據(jù)鏈路(data link) ：在物理線路上加上通信協(xié)議控制數(shù)據(jù)的傳輸。n最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來實(shí)現(xiàn)協(xié)議的硬件和軟件。n把實(shí)現(xiàn)協(xié)議的

2、把實(shí)現(xiàn)協(xié)議的硬件硬件和和軟件軟件加到加到鏈路鏈路上，構(gòu)成上，構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路。3.1 使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層IP 數(shù)據(jù)報(bào)1010 0110幀取出數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層鏈路結(jié)點(diǎn) A結(jié)點(diǎn) B物理層數(shù)據(jù)鏈路層結(jié)點(diǎn) A結(jié)點(diǎn) B幀(a)(b)發(fā)送幀接收鏈路IP 數(shù)據(jù)報(bào)1010 0110幀裝入數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀數(shù)據(jù)鏈路層像個(gè)數(shù)字管道 n在兩個(gè)對(duì)等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個(gè)數(shù)字管道，在數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀。結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)幀幀數(shù)據(jù)鏈路層在網(wǎng)絡(luò)互連中的地位廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物

3、理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數(shù)據(jù)的流動(dòng)廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動(dòng)3.1.2 數(shù)據(jù)鏈路層解決的問題 1. 封裝成幀：在網(wǎng)絡(luò)層交付下來的數(shù)據(jù)前后分別添加首部和尾部，構(gòu)成幀。n首部和尾部的作用是進(jìn)行幀定界。2. 透明傳輸：如何在收發(fā)兩端透明傳輸數(shù)據(jù)幀。3. 差錯(cuò)檢測(cè)：檢測(cè)傳輸過程中出現(xiàn)的差錯(cuò)1.封裝成幀幀結(jié)束幀首部IP 數(shù)據(jù)報(bào)幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部

4、MTU數(shù)據(jù)鏈路層的幀長(zhǎng)開始發(fā)送幀開始SOH裝在幀中的數(shù)據(jù)部分幀幀開始符幀結(jié)束符發(fā)送在前EOT用控制字符進(jìn)行幀定界n幀定界使用幀定界符：SOH（Start Of Header）、EOT（End Of Transmission）n發(fā)送端：在網(wǎng)絡(luò)層交付下來的數(shù)據(jù)前后分別添加首部和尾部，構(gòu)成鏈路層數(shù)據(jù)幀。然后在數(shù)據(jù)幀的前后分別添加開始和結(jié)束定界符，交付到物理層。n接收端：收到物理層上交的比特流后，根據(jù)開始和結(jié)束定界符，識(shí)別幀的開始和結(jié)束。2. 透明傳輸SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當(dāng)作無效幀而丟棄被接收端誤認(rèn)為是一個(gè)幀數(shù)據(jù)部分EOT完整的幀發(fā)送在前解決方法：字節(jié)填充n發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)送端的數(shù)

5、據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字“SOH”或或“EOT”的前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符的前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“ESC”(十六進(jìn)制編碼是十六進(jìn)制編碼是1B)n接收端的數(shù)據(jù)鏈路層接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。n如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，在轉(zhuǎn)義字符前如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收端收到連續(xù)的兩面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收端收到連續(xù)的兩個(gè)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就刪除前面的一個(gè)。個(gè)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就刪除前面的一個(gè)。 SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據(jù)EOT

6、EOT經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充發(fā)送在前幀開始符幀結(jié)束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴} SOH3. 差錯(cuò)檢測(cè)n為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須采用各種差錯(cuò)檢測(cè)措施。 n在傳輸過程中可能會(huì)產(chǎn)生比特差錯(cuò)：1可能會(huì)變成0，0也可能變成1。n在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率 BER (Bit Error Rate)。循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理 發(fā)送在前數(shù)據(jù)000（n 位）除法器FCS（n 位）得出余數(shù)發(fā)送方數(shù)據(jù)FCS除法器余數(shù)（n 位）得出余數(shù)接收方數(shù)據(jù)FCS（n 位）若余數(shù)為 0 則接受；否則丟棄。（n 位）n在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的

7、幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn)（ CRC）的檢錯(cuò)技術(shù)。n發(fā)送端：在數(shù)據(jù)分組的后面添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的 n 位冗余碼一起發(fā)送。n接收端：對(duì)收到的幀進(jìn)行CRC檢驗(yàn)。余數(shù)為 0，則沒有差錯(cuò)，接受(accept)。否則丟棄。冗余碼的計(jì)算 n用二進(jìn)制的模 2 運(yùn)算進(jìn)行 2n 乘 M 的運(yùn)算，這相當(dāng)于在 M 后面添加 n 個(gè) 0。n用得到的數(shù)除以事先選定好的長(zhǎng)度為 (n + 1) 位的除數(shù) P，得出商是 Q 而余數(shù)是 Rn余數(shù) R 比除數(shù) P 少1 位，即 R 是 n 位。 舉例 n要發(fā)送的數(shù)：M = 101001，被除數(shù)是： 2nM = 101001000（假設(shè)添加3位余數(shù)）n設(shè)選定的除數(shù) P = 1101

8、（n=3）n模 2 運(yùn)算的結(jié)果是：商 Q = 110101， 余數(shù) R = 001n把余數(shù) R 作為冗余碼添加在數(shù)據(jù) M 的后面發(fā)送出去。則發(fā)送的數(shù)據(jù)是：2nM + R 即：101001001 110101 Q (商) P (除數(shù)) 1101 101001000 2nM (被除數(shù)) 1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R (余數(shù))，作為 FCS 接收端對(duì)收到的每一幀進(jìn)行CRC 檢驗(yàn) (1) 若得出的余數(shù) R = 0，則判定這個(gè)幀沒有差錯(cuò)，接受(accept)。(2) 若余數(shù) R 0，則判定這個(gè)幀有差錯(cuò)，丟棄。 這

9、種檢測(cè)方法并不能確定究竟是哪一個(gè)或哪幾個(gè)比特出現(xiàn)了差錯(cuò)。幀校驗(yàn)序列 FCS n在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀校驗(yàn)序列 FCS (Frame Check Sequence)。n循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 和幀檢驗(yàn)序列 FCS不等同。nCRC 是一種常用的檢錯(cuò)方法，而 FCS 是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼。nFCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 并非用來獲得 FCS 的唯一方法。 注意 n用循環(huán)冗余檢驗(yàn)（CRC）技術(shù)只能做到無差錯(cuò)接受(accept)。n“無差錯(cuò)接受”指：“凡是接受的幀（即不包括丟棄的幀），都能以非常接近于 1 的概率認(rèn)為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯(cuò)”。n要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）就必須再加上確認(rèn)和重傳機(jī)制。 練習(xí)n要發(fā)送的數(shù)據(jù)為1101011011，采用CRC的生成式是P（X）=X4+X