數(shù)據鏈路層](1)

1、.第三講 數(shù)據鏈路層為網絡中相鄰結點提供可靠的數(shù)據傳輸服務.第三講 數(shù)據鏈路層o教學目的 通過本節(jié)的學習掌握，應清楚地理解數(shù)據鏈路層的基本概念，了解常用的數(shù)據鏈路層協(xié)議 。o教學重點 理解數(shù)據鏈路層的主要功能 o教學難點n數(shù)據鏈路層的流量控制流量控制功能n數(shù)據鏈路層的差錯控制差錯控制功能 .3.1 數(shù)據鏈路層的基本概念 o鏈路(link)是一條點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結點。n一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。o數(shù)據鏈路(data link) 除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據的傳輸。若把實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構成了數(shù)據鏈路。n現(xiàn)在最常用的方法是使

2、用適配器（即網卡）來實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。n一般的適配器都包括了數(shù)據鏈路層和物理層這兩層的功能。 .數(shù)據鏈路層像個數(shù)字管道 o常常在兩個對等的數(shù)據鏈路層之間畫出一個數(shù)字管道，而在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據單位是幀。結點結點幀幀.數(shù)據鏈路層的主要功能o鏈路管理 nPoint-to-point (single wire, e.g. PPP, SLIP)nBroadcast (shared wire or medium, e.g. Ethernet, Wavelan)nSwitched (e.g. switched Ethernet, ATM)o流量控制流量控制nPacing between se

3、nder and receivero差錯控制差錯控制 nError detection & Error Correctiono尋址 .3.2 停止等待協(xié)議o先研究一下數(shù)據鏈路層的模型。.數(shù)據鏈路層的簡化模型局域網廣域網主機 H1主機 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3電話網局域網主機 H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數(shù)據的流動.數(shù)據鏈路層的簡化模( 續(xù)）局域網廣域網主機 H1主機 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3電話網局域網主機 H1

4、向 H2 發(fā)送數(shù)據鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層R1R2R3H1H2僅從數(shù)據鏈路層觀察幀的流動.3.2.1 完全理想化的數(shù)據傳輸數(shù)據鏈路層主機 A緩存主機 B數(shù)據鏈路AP2AP1緩存發(fā)送方接收方幀高層幀.完全理想化的數(shù)據傳輸所基于的兩個假定 o假定 1： 鏈路是理想的傳輸信道，所傳送的任何數(shù)據既不會出差錯也不會丟失。o假定 2： 不管發(fā)方以多快的速率發(fā)送數(shù)據，收方總是來得及收下，并及時上交主機。n這個假定就相當于認為：接收端向主機交付數(shù)據的速率永遠不會低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據的速率。 .3.2.2 具有最簡單流量控制

5、流量控制的數(shù)據鏈路層協(xié)議o現(xiàn)在去掉上述的第二個假定。但是，仍然保留第一個假定，即主機 A 向主機 B傳輸數(shù)據的信道仍然是無差錯的理想信道。然而現(xiàn)在不能保證接收端向主機交付數(shù)據的速率永遠不低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據的速率。o由收方控制發(fā)方的數(shù)據流，是計算機網絡中流量控制的一個基本方法。 .具有最簡單流量控制的數(shù)據鏈路層協(xié)議算法在發(fā)送結點： (1) 從主機取一個數(shù)據幀。 (2) 將數(shù)據幀送到數(shù)據鏈路層的發(fā)送緩存。 (3) 將發(fā)送緩存中的數(shù)據幀發(fā)送出去。 (4) 等待。 (5) 若收到由接收結點發(fā)過來的信息(此信息 的格式與內容可由雙方事先商定好)，則 從主機取一個新的數(shù)據幀，然后轉到(2)。.具有最簡單流

6、量控制的數(shù)據鏈路層協(xié)議算法（續(xù)）在接收結點： (1) 等待。 (2) 若收到由發(fā)送結點發(fā)過來的數(shù)據幀， 則將其放入數(shù)據鏈路層的接收緩存。 (3) 將接收緩存中的數(shù)據幀上交主機。 (4) 向發(fā)送結點發(fā)一信息，表示數(shù)據幀已 經上交給主機。 (5) 轉到(1)。.兩種情況的對比（傳輸均無差錯）ABDATADATADATADATA送主機 B送主機 B送主機 B送主機 BABDATA送主機 BDATA送主機 B時間不需要流量控制需要流量控制.3.2.3 實用的停止等待協(xié)議時間ABDATA0送主機ACKDATA1送主機ACK(a) 正常情況ABDATA0DATA0送主機ACK(c) 數(shù)據幀丟失重傳tout

7、丟失 ！ABDATA0送主機ACKDATA0丟棄ACK(d) 確認幀丟失重傳tout丟失 ！ABDATA0NAKDATA0送主機ACK(b) 數(shù)據幀出錯重傳出錯四種情況.可靠傳輸 o雖然物理層在傳輸比特時會出現(xiàn)差錯，但由于數(shù)據鏈路層的協(xié)議采用了有效的檢錯重傳機制，數(shù)據鏈路層對上面的網絡層就可以提供可靠傳輸?shù)姆铡?.3.2.4 循環(huán)冗余檢驗的原理 o在數(shù)據鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗 CRC 的檢錯技術。o假設待傳送的數(shù)據 M = 1010001101（共k bit）。我們在M的后面再添加供差錯檢測用的 n bit 冗余碼一起發(fā)送。 .冗余碼的計算 o用二進制的模 2 運算進行 2

8、n 乘 M 的運算，這相當于在 M 后面添加 n 個 0。o得到的 (k + n) bit 的數(shù)除以事先選定好的長度為 (n + 1) bit 的數(shù) P，得出商是 Q 而余數(shù)是 R，余數(shù) R 比除數(shù) P 至少要少1 個比特。 .冗余碼的計算舉例 o設 n = 5, P = 110101，模 2 運算的結果是：商 Q = 1101010110， 余數(shù)R = 01110。o將余數(shù) R 作為冗余碼添加在數(shù)據 M 的后面發(fā)送出去，即發(fā)送的數(shù)據是1110，或 2nM + R。 . 1101010110 Q 商 除數(shù) P 110101 1000 2nM 被除數(shù) 110101 111011 110101 1

9、11010 110101 111110 110101 101100 110101 110010 110101 01110 R 余數(shù)循環(huán)冗余檢驗的原理說明 .幀檢驗序列 FCS o在數(shù)據后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗序列 FCS (Frame Check Sequence)。o循環(huán)冗余檢驗 CRC 和幀檢驗序列 FCS并不等同。nCRC 是一種常用的檢錯方法，而 FCS 是添加在數(shù)據后面的冗余碼。nFCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 并非用來獲得 FCS 的惟一方法。 .檢測出差錯 o只要得出的余數(shù) R 不為 0，就表示檢測到了差錯。o但這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個或哪幾個比特出現(xiàn)了差錯。o一旦檢測出差錯，就丟棄這個出現(xiàn)差錯的幀。o只要經過嚴格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù) P，那么出現(xiàn)檢測不到的差錯的概率就很小很小。 .應當注意 o僅用循環(huán)冗余檢驗 CRC 差錯檢測技術只能做到無差錯接受(accept)。o“無差錯接受”是指：“凡是接受的幀（即不包括丟棄的幀），我們都能以非常接近于 1 的概率認為這些幀在傳輸過程中沒有產生差錯”。o也就是說：“凡是接受的幀都沒有傳輸差錯”（有差錯的幀就丟棄而不接受）。o要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送