計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-第四章-數(shù)據(jù)鏈路層課件

學(xué)習(xí)要求了解數(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)控制的方法;掌握數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念;了解面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議BSC；掌握面向比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議HDLC；掌握Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議PPP。4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法為什么要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)產(chǎn)生的原因和差錯(cuò)類型誤碼率的定義檢錯(cuò)碼與糾錯(cuò)碼

4.1.1為什么要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層在原始的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)鏈路層的目的是通過(guò)差錯(cuò)控制和流量控制等機(jī)制,使有差錯(cuò)的線路變得無(wú)差錯(cuò);向上層提供質(zhì)量保證.4.1.2差錯(cuò)產(chǎn)生的原因和差錯(cuò)類型熱噪聲沖擊噪聲4.1.3誤碼率的定義誤碼率是指二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率.Pe=Ne/N4.1.4檢錯(cuò)碼與糾錯(cuò)碼前向糾錯(cuò)碼檢錯(cuò)碼：循環(huán)冗余碼4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法循環(huán)冗余編碼(CRC)

將要發(fā)送的數(shù)據(jù)比特序列當(dāng)做一個(gè)多項(xiàng)式f(x)的系數(shù)，在發(fā)送端用收發(fā)雙方預(yù)先約定的生成多項(xiàng)式G(x)去除，求得一個(gè)余數(shù)多項(xiàng)式。將余數(shù)多項(xiàng)式加到數(shù)據(jù)多項(xiàng)式之后發(fā)送到接收端。在接收端用同樣的生成多項(xiàng)式去除接收數(shù)據(jù)多項(xiàng)式f(x)，如果余數(shù)為0，則表示傳輸無(wú)差錯(cuò)；否則，表示傳輸有差錯(cuò)。傳送的數(shù)據(jù)為2n·f(x)+Rf(x)----待傳送的數(shù)據(jù)

R----為檢驗(yàn)差錯(cuò)而添加上的余數(shù)，共nbit，又稱幀校驗(yàn)序列FCS2n·

f(x)----將f(x)左移n位R的求法在發(fā)送端2n·

f(x)/G(x)，余數(shù)即是RG(x)----事先選定好的數(shù)（n+1)bit，生成多項(xiàng)式接收端（2n·

f(x)+R）/G(x)，若余數(shù)不為0，則表示檢測(cè)到了誤差。例如：f(x)為101110，

G(X)=1001n為3f(x)?23=101110000f(x)/G(X)（模2算術(shù)）得余數(shù)

R=011（FCS)傳送的數(shù)據(jù)為

101110011注：模2算術(shù)進(jìn)行加法時(shí)每位都不進(jìn)位，減法不借位，加法與減法結(jié)果相同。

f4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法CRC生成多項(xiàng)式（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）CRC-12G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16G(X)=x16+x15+x2+1CRC-CCITTG(X)=x16+x12+x5+1（HDLC)CRC-32G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1(以太網(wǎng)）CRC檢驗(yàn)方法的特點(diǎn)：（1）能檢查出全部單個(gè)錯(cuò)；（2）能檢查出全部離散的二位錯(cuò)；（3）能檢查出全部奇數(shù)個(gè)錯(cuò)；（4）能檢查出全部長(zhǎng)度小于或等于n位的突發(fā)錯(cuò)；（5）能以[1-（1/2）n-1]的概率檢查出長(zhǎng)度為（n+1)位的突發(fā)錯(cuò)。4.1.5差錯(cuò)控制機(jī)制反饋重發(fā)機(jī)制：自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求（ARQ)方法

1.停止等待方式發(fā)送方在發(fā)送完一數(shù)據(jù)幀后，要等待接收方的應(yīng)答幀的到來(lái)。2.連續(xù)工作方式發(fā)送方可以連續(xù)向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接收方對(duì)接收的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行校驗(yàn)，然后向發(fā)送方回應(yīng)答幀。拉回方式選擇重發(fā)方式4.2數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念4.2.1物理線路與數(shù)據(jù)鏈路線路—

鏈路物理線路—

數(shù)據(jù)鏈路4.2.2數(shù)據(jù)鏈路層主要功能鏈路管理：數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放。幀同步：指收方應(yīng)當(dāng)能從收到的比特流中準(zhǔn)確地區(qū)分出一幀的開(kāi)始和結(jié)束的位置。流量控制：發(fā)方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率必須使收方來(lái)得及接收，當(dāng)收方來(lái)不及接收時(shí)，就必須及時(shí)控制發(fā)方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。由收方控制發(fā)方的數(shù)據(jù)流，乃是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中流量控制的一個(gè)基本方法。

4.2數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念透明傳輸：當(dāng)所傳的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了控制字符時(shí)，就必須采取適當(dāng)?shù)拇胧菇邮辗讲恢劣趯?shù)據(jù)誤認(rèn)為是控制信息。尋址：必須保證每一幀都能發(fā)送到正確的目的站。4.2.3數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)

面向連接確認(rèn)服務(wù)無(wú)連接確認(rèn)服務(wù)無(wú)連接不確認(rèn)服務(wù)

4.3面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議什么是面向字符型協(xié)議?

以字符為控制傳輸信息的基本單元

ASIIC碼：格式字符：SOH（startofheading）報(bào)頭開(kāi)始STX（startoftext）正文開(kāi)始ETB（endoftransmissionblock）正文信息組結(jié)束ETX（endoftext）正文結(jié)束

控制字符：ACK（acknowledge）肯定應(yīng)答NAK（negativeacknowledge）否定應(yīng)答ENQ（enquire）詢問(wèn)對(duì)方，并要求回答EOT（endoftransmission）傳輸結(jié)束SYN（synchrous）同步

DLE（datalinkescape）轉(zhuǎn)義字符面向字符型BSC協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文格式：4.4面向比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議4.4.1HDLC產(chǎn)生的背景

面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的缺點(diǎn)：控制報(bào)文和數(shù)據(jù)報(bào)文格式不一樣；系統(tǒng)每增加一種功能就需要設(shè)定一個(gè)新的控制字符，因此功能擴(kuò)展困難；停止等待發(fā)送方式，傳輸效率低。面向比特型協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)：以比特作為傳輸控制信息的基本單元；數(shù)據(jù)幀與控制幀格式相同；連續(xù)發(fā)送方式，傳輸效率高。4.4.2數(shù)據(jù)鏈路的配置和數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)鏈路的配置非平衡配置平衡配置非平衡配置中的主站與從站主站：控制數(shù)據(jù)鏈路的工作過(guò)程。主站發(fā)出命令從站：接受命令，發(fā)出響應(yīng)，配合主站工作非平衡配置中的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn)-點(diǎn)方式多點(diǎn)方式數(shù)據(jù)鏈路的非平衡配置方式非平衡配置方式正常響應(yīng)模式（normalresponsemode，NRM）主站可以隨時(shí)向從站傳輸數(shù)據(jù)幀；從站只有在主站向它發(fā)送命令幀進(jìn)行探詢（poll），從站響應(yīng)后才可以向主站發(fā)送數(shù)據(jù)幀。

異步響應(yīng)模式（asynchronousresponsemode，ARM）主站和從站可以隨時(shí)相互傳輸數(shù)據(jù)幀；從站可以不需要等待主站發(fā)出探詢就可以發(fā)送數(shù)據(jù)；主站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的初始化、鏈路的建立、釋放與差錯(cuò)恢復(fù)等功能。平衡配置方式

鏈路兩端的兩個(gè)站都是復(fù)合站（combinedstation）；復(fù)合站同時(shí)具有主站與從站的功能；每個(gè)復(fù)合站都可以發(fā)出命令與響應(yīng)；平衡配置結(jié)構(gòu)中只有異步平衡模式（asynchronousbalancedmode，ABM）；異步平衡模式的每個(gè)復(fù)合站都可以平等地發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，而不需要得到對(duì)方復(fù)合站的許可。4.4面向比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）具有兩種不同的實(shí)現(xiàn)方式：高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制正常響應(yīng)模式即HDLCNRM（又稱為SDLC）

HDLC鏈路訪問(wèn)過(guò)程平衡（LAPB）。其中第二種使用更為普遍。HDLC是X.25棧的一部分。

4.4.3HDLC的幀結(jié)構(gòu)F（flag）：固定格式—01111110

作用—

幀同步傳輸數(shù)據(jù)的透明性（零比特插入與刪除）

A（address）：地址C（control）：幀的類型、幀的編號(hào)、命令與控制信息I（information）：網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)CRC（checksum）：校驗(yàn)A、C、I字段的數(shù)據(jù)

G(X)=X16+X12+X5+1零比特插入/刪除工作過(guò)程幀類型及控制字段的意義信息幀(I幀)：在鏈路上傳送數(shù)據(jù)，并封裝高層數(shù)據(jù)；監(jiān)控幀(S幀）：用于實(shí)現(xiàn)流量控制和差錯(cuò)恢復(fù)功能；無(wú)編號(hào)幀（U幀）：提供鏈路的初始化和終止操作。I幀

N（S）—

發(fā)送幀的順序號(hào)

N（R）

—接收幀的順序號(hào)，表示一個(gè)站正確接收序號(hào)N（R）-1及其以前的各幀，希望發(fā)送站發(fā)送序號(hào)為N（R）的幀。N（R）帶有捎帶確認(rèn)的意思。

P/F=Poll/Final，P=1詢問(wèn)，F(xiàn)=1響應(yīng)

P與F成對(duì)出現(xiàn)S幀：監(jiān)控功能位b2

b3幀名功能00RR接收準(zhǔn)備就緒確認(rèn)序號(hào)為N（R）-1及其以前的各幀10RNR未準(zhǔn)備好接收暫停接收下一幀，但確認(rèn)序號(hào)為N（R）-1及其以前的各幀01REJ拒絕N（R）以后的各幀被否認(rèn)，但確認(rèn)序號(hào)為N（R）-1及其以前的各幀11SREJ選擇拒絕只否認(rèn)序號(hào)為N（R）的幀，但確認(rèn)序號(hào)為N（R）-1及其以前的各幀U幀：用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路控制功能

數(shù)據(jù)鏈路層的工作工程4.5Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層Internet中主要的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議SLIP（SerialLineIP）

—

串行線路的Internet數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議PPP（Point-to-PointProtocol）

—

點(diǎn)-點(diǎn)協(xié)議SLIP與PPP用于串行通信的撥號(hào)線路上，是目前家庭計(jì)算機(jī)或公司用戶通過(guò)ISP接到Internet主要的協(xié)議。PPP協(xié)議基本特點(diǎn)PPP協(xié)議是Internet標(biāo)準(zhǔn)，RFC1660、RFC1661定義了PPP協(xié)議與幀結(jié)構(gòu)；PPP協(xié)議處理了差錯(cuò)檢測(cè)，支持面向字符型協(xié)議與面向比特型協(xié)議,可以支持IP協(xié)議及其他一些網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（例如IPX協(xié)議）；PPP協(xié)議不僅在撥號(hào)電話線，并且在路由器─路由器之間的專用線上廣泛應(yīng)用;PPP協(xié)議是在大多數(shù)家庭個(gè)人計(jì)算機(jī)和ISP之間使用的協(xié)議，它可以作為在高速?gòu)V域網(wǎng)和社區(qū)寬帶網(wǎng)協(xié)議族的一部分。

PPP協(xié)議的幀分為3類PPP信息幀PPP鏈路控制LCP幀PPP網(wǎng)絡(luò)控制NCP幀PPP協(xié)議提供的功能用于串行鏈路的基于HDLC數(shù)據(jù)幀封裝機(jī)制；鏈路控制協(xié)議（LCP）用以建立、配置、管理和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路鏈接；網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）用以建立和配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。PPP信息幀格式

標(biāo)志（flag）：01111110

地址（address）：值為“FF”（11111111），表示網(wǎng)中所有的站都接收該幀控制（control）：值為“03”（00000011）協(xié)議（protocol）：長(zhǎng)度為2字節(jié)，它標(biāo)識(shí)出網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)域的類型。常用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的類型主要有：

0021H—TCP/IP0023H—OSI0027H—DEC數(shù)據(jù)字段：長(zhǎng)度可變鏈路控制幀（LCP）與網(wǎng)絡(luò)控制幀（NCP）鏈路控制幀（LCP）網(wǎng)絡(luò)控制幀（NCP）PPP鏈路控制幀一臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)ISP成為Internet中一臺(tái)臨時(shí)主機(jī)工作過(guò)程：個(gè)人計(jì)算機(jī)通過(guò)調(diào)制解調(diào)器呼叫ISP的路由器；在路由器的調(diào)制解調(diào)器回答了電話呼叫后，物理連接建立；個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)送給路由器的鏈路控制幀用來(lái)指定PPP協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路的選擇。PPP網(wǎng)絡(luò)控制幀用來(lái)動(dòng)態(tài)地協(xié)商確定鏈路每一端的IP地址。

ISP可以在一個(gè)用戶登錄時(shí)動(dòng)態(tài)地給這臺(tái)計(jì)算機(jī)分配一個(gè)臨時(shí)的IP地址。網(wǎng)絡(luò)控制幀配置網(wǎng)絡(luò)層，獲取一個(gè)臨時(shí)的IP地址；當(dāng)用戶結(jié)束此次訪問(wèn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)控制幀斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)連接并釋放IP地址；再使用鏈路控制幀斷開(kāi)數(shù)據(jù)鏈路連接；個(gè)人計(jì)算機(jī)再通過(guò)調(diào)制解調(diào)器斷開(kāi)電話線路，并釋放物理連路。小結(jié)物理傳輸線路上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)是有差