NET08第5章 數(shù)據(jù)鏈路層b

第5章

數(shù)據(jù)鏈路層第4章數(shù)據(jù)鏈路層2本章學(xué)習(xí)要求：理解：數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與性質(zhì)。掌握：差錯(cuò)控制方法掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念掌握：典型的面向比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議HDLC掌握：典型的Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議PPP掌握：幀結(jié)構(gòu)掌握：以太網(wǎng)、高速局域網(wǎng)、交換局域網(wǎng)與虛擬局域網(wǎng)的基本工作原理在兩臺(tái)主機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)通信時(shí)，從源主機(jī)H1開始，經(jīng)過(guò)一系列路由器（R1、R2、R3），到目的主機(jī)H2結(jié)束。從協(xié)議的層次看，主機(jī)H1和H2有完整的協(xié)議層次，路由器的協(xié)議棧只有下面三層。數(shù)據(jù)進(jìn)入路由器后先從物理層上到網(wǎng)絡(luò)層，在網(wǎng)絡(luò)層的轉(zhuǎn)發(fā)表中找到下一條的地址后，再下到物理層轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。只考慮數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)鏈路層流動(dòng)當(dāng)主機(jī)H1向H2發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，我們可以想象數(shù)據(jù)是在數(shù)據(jù)鏈路層從左向右水平傳送。即通過(guò)這樣的四段鏈路：H1鏈路層→R1鏈路層、R1鏈路層→R2鏈路層、R2鏈路層→R3鏈路層和R3鏈路層→H2鏈路層。第4章數(shù)據(jù)鏈路層55.1

數(shù)據(jù)鏈路層功能5.1.1物理線路與數(shù)據(jù)鏈路鏈路數(shù)據(jù)鏈路第4章數(shù)據(jù)鏈路層6數(shù)據(jù)鏈路層基本概念

1、鏈路(link)是一條無(wú)源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。即：一條鏈路只是一條通路的一個(gè)組成部分。2、數(shù)據(jù)鏈路(datalink)數(shù)據(jù)鏈路是一條物理線路，加上必要的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)程或協(xié)議來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)鏈路==一條物理線路+數(shù)據(jù)傳輸規(guī)程或協(xié)議。數(shù)據(jù)傳輸規(guī)程或協(xié)議通常是使用適配器（即網(wǎng)卡）來(lái)實(shí)現(xiàn)。適配器通常都包括數(shù)據(jù)鏈路層和物理層兩層的功能。

第4章數(shù)據(jù)鏈路層75.1.2數(shù)據(jù)鏈路層功能組幀一個(gè)幀由數(shù)據(jù)字段和首部字段組成。接收方應(yīng)當(dāng)能從收到的bit流中準(zhǔn)確區(qū)分出一幀的開始和結(jié)束在什么地方，即幀同步。

差錯(cuò)控制前向糾錯(cuò)（收方收到自動(dòng)糾錯(cuò)）差錯(cuò)檢測(cè)（收到檢測(cè)錯(cuò)誤幀即丟棄）第4章數(shù)據(jù)鏈路層85.1.2數(shù)據(jù)鏈路層功能（續(xù)）流量控制及時(shí)控制發(fā)方發(fā)送的數(shù)據(jù)速率，保證收方能及時(shí)接收的功能。--流量控制可靠傳輸確認(rèn)和重傳介質(zhì)訪問(wèn)控制定義幀在鏈路上傳輸?shù)囊?guī)則。介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議用來(lái)協(xié)調(diào)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的幀傳輸。5.2組幀1.字節(jié)計(jì)數(shù)法2.使用字符填充的首尾定界符法3.使用比特填充的首尾定界符法4.違法編碼法以一組特定的比特模式(如01111110)來(lái)標(biāo)志一幀的起始與終止。為了不使信息位中出現(xiàn)的與該特定模式相似的比特串被誤判為幀的首尾標(biāo)志，可以采用零比特填充的方法。3.使用比特填充的首尾定界符法第4章數(shù)據(jù)鏈路層11零比特填充法目的使一幀中兩個(gè)Flag字段之間不會(huì)出現(xiàn)6個(gè)連續(xù)1。在發(fā)送端，當(dāng)一串比特流數(shù)據(jù)中有5個(gè)連續(xù)1時(shí)，就立即填入一個(gè)0。在接收幀時(shí)，先找到F字段以確定幀的邊界。接著再對(duì)比特流進(jìn)行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn)5個(gè)連續(xù)1時(shí)，就將其后的一個(gè)0刪除，以還原成原來(lái)的比特流。第4章數(shù)據(jù)鏈路層12零比特的填充與刪除數(shù)據(jù)中某一段比特組合恰好出現(xiàn)和F字段一樣的情況01001111110001010會(huì)被誤認(rèn)為是F字段發(fā)送端在5個(gè)連1之后填入0比特再發(fā)送出去填入0比特010011111010001010在接收端將5個(gè)連1之后的0比特刪除，恢復(fù)原樣在此位置刪除填入的0比特010011111010001010第4章數(shù)據(jù)鏈路層13零比特插入/刪除工作過(guò)程第4章數(shù)據(jù)鏈路層145.3差錯(cuò)控制為什么要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層在原始物理傳輸線路上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)是有差錯(cuò)的；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的：

將有差錯(cuò)的物理線路改進(jìn)成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路；方法—

差錯(cuò)控制

作用：改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的服務(wù)。第4章數(shù)據(jù)鏈路層15差錯(cuò)產(chǎn)生的原因和差錯(cuò)類型

通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲；由熱噪聲引起的差錯(cuò)是隨機(jī)差錯(cuò)，或隨機(jī)錯(cuò)；沖擊噪聲引起的差錯(cuò)是突發(fā)差錯(cuò)，或突發(fā)錯(cuò)；在通信過(guò)程中產(chǎn)生的傳輸差錯(cuò)，是由隨機(jī)差錯(cuò)與突發(fā)差錯(cuò)共同構(gòu)成的。差錯(cuò)控制—檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及如何糾正差錯(cuò)；第4章數(shù)據(jù)鏈路層16傳輸差錯(cuò)

產(chǎn)生過(guò)程處理差錯(cuò)的兩種基本策略糾錯(cuò)碼發(fā)送方在每個(gè)數(shù)據(jù)塊中加入足夠的冗余信息，使得接收方能夠判斷接收到的數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)，并能糾正錯(cuò)誤。檢錯(cuò)碼發(fā)送方在每個(gè)數(shù)據(jù)塊中加入足夠的冗余信息，使得接收方能夠判斷接收到的數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)，但不能判斷哪里有錯(cuò)。第4章數(shù)據(jù)鏈路層18差錯(cuò)檢測(cè)編碼（檢錯(cuò)碼）★循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CyclicRedundancyCheck)循環(huán)冗余校驗(yàn)（cyclicredundancycheck，CRC）是一種能力相當(dāng)強(qiáng)的檢錯(cuò)碼，并且實(shí)現(xiàn)編碼和檢碼的電路比較簡(jiǎn)單。5.3.1檢錯(cuò)碼——CRC 一種較為方便的方法是用多項(xiàng)式來(lái)表示循環(huán)冗余檢驗(yàn)過(guò)程。方法是將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位串看成系數(shù)為0或1的多項(xiàng)式f(x)。如位串10011可表示為f(x)=x4+x+1。

在發(fā)送端要發(fā)送的k比特的數(shù)據(jù)M，發(fā)送結(jié)點(diǎn)要把數(shù)據(jù)M發(fā)送給接收結(jié)點(diǎn)。發(fā)送方和接收方首先要協(xié)商一個(gè)n+1比特生成碼P，稱為生成多項(xiàng)式P(X)。5.3.1檢錯(cuò)編碼冗余碼R計(jì)算方法（已知n+1位的生成碼P）1.在k位數(shù)據(jù)M后面添加n個(gè)0。2.將得到的（k+n）位的數(shù)除以n+1位除數(shù)P，得出的商是Q余數(shù)是R（R是n位，比P少一位）?！舭l(fā)送方：對(duì)于一個(gè)給定的數(shù)據(jù)M，發(fā)送方要選擇n位的附加比特R即冗余碼（冗余碼常稱為幀檢驗(yàn)序列FCS），附加M后面，使得產(chǎn)生的k+n比特的數(shù)據(jù)一起發(fā)送到接收端。5.3.1檢錯(cuò)編碼◆接收端：將接收到得k+n位比特除以生成碼P。如果余數(shù)為0，則認(rèn)為正確而被收下得到信息碼；如果余數(shù)為非0，則接收方認(rèn)為發(fā)生錯(cuò)誤，就丟棄該幀，請(qǐng)求對(duì)方重發(fā)。例1取生成多項(xiàng)式h（X）＝X4+X+1，假設(shè)欲發(fā)送的一段信息101100110，問(wèn)在線路上傳輸?shù)拇a字是？解：由h(X)＝X4+X+1得生成碼為：10011，n為4。在101100110后面添加n（此時(shí)n=4）個(gè)0，得到1011001100000

。用1011001100000去除10011，得到余數(shù)為1000（保持n位，若不夠前面用0補(bǔ)上）把余數(shù)1000添加到要發(fā)送的數(shù)據(jù)101100110的后面，就是實(shí)際要傳送的碼字，為：1011001101000

101011000100111011001100000100111010110011110101001110010100111000例2仍取h(x)=X4+X+1，如果接收端收到的碼字為1001011110010，問(wèn)傳輸過(guò)程中有無(wú)出錯(cuò)?

100011101100111001011110010100111111110011110001001110110100111011010011101例3.已知：接收碼字:1100111001，生成多項(xiàng)式:h(X)=X4+X3+1(n=4)

求：碼字的正確性。若正確，則指出冗余碼和信息碼。

100001

110011100111001

11001

，

11001

11001

0解：1)生成碼為11001，用接收到的碼字除以生成碼，余數(shù)為0，所以碼字正確。

2)因n=4，所以冗余碼是：1001，信息碼是:110011

CRC-12 =x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16 =x16+x15+x2+1CRC-CCITT =x16+x12+x5+1CRC-32 =x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1四個(gè)多項(xiàng)式已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)注意這種檢測(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)。只要經(jīng)過(guò)嚴(yán)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(cè)不到的差錯(cuò)的概率就很小很小。第4