計算機網絡CH3-5ed 數(shù)據鏈路層.ppt

1、1、第3章數(shù)據鏈路層，講師：謝毅，2、數(shù)據鏈路層，數(shù)據鏈路層主要使用以下兩種類型的通道：點對點通道，采用一對一的點對點通信模式。廣播頻道該頻道采用一對多的廣播通信模式，因此過程復雜。廣播信道上連接了許多主機，因此必須使用特殊的共享信道協(xié)議來協(xié)調這些主機的數(shù)據傳輸。3，數(shù)據鏈路層的簡單模型，局域網，廣域網，主機H1，主機H2，路由器R1，路由器R2，路由器R3，電話網絡，局域網，主機H1向H2發(fā)送數(shù)據，從層次結構的角度看數(shù)據流。路由器R2、路由器R3、電話網絡、局域網、主機H1將數(shù)據發(fā)送到H2、鏈路層、應用層、傳輸層、網絡層、物理層、鏈路層、應用層、傳輸層、網絡層和物理層。H2 H1，僅觀察來自

2、數(shù)據鏈路層的幀流，5，3.1.1數(shù)據鏈路和幀，鏈路是無源點對點物理線段，中間沒有任何其他交換節(jié)點。鏈接只是路徑的一個組成部分。除了物理線路，數(shù)據鏈路還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據的傳輸。如果將實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件添加到鏈路中，它將構成一條數(shù)據鏈路。目前，最常見的方法是使用適配器(即網卡)來實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。通用適配器包括數(shù)據鏈路層和物理層的功能。IP數(shù)據報，1010 0110，幀，取出，鏈路，數(shù)據鏈路層，網絡層，鏈路，節(jié)點a，節(jié)點b，物理層，數(shù)據鏈路層，節(jié)點a，節(jié)點b，(。數(shù)據鏈路層傳輸幀。7.數(shù)據鏈路層就像一個數(shù)字管道。數(shù)字管道通常在兩個對等數(shù)據鏈路層之間繪制，在該數(shù)字管道上傳輸

3、的數(shù)據單元是幀。早期的數(shù)據通信協(xié)議被稱為通信程序。因此，在數(shù)據鏈路層，過程和協(xié)議是同義的。8，3.1.2，數(shù)據鏈路層通信的主要步驟，第65頁數(shù)據鏈路層協(xié)議需要解決的三個基本問題。(1)封裝和成幀(2)透明傳輸(3)差錯控制，9)補充：幀同步，在數(shù)據鏈路層，數(shù)據的傳輸單位是幀。當數(shù)據逐幀傳輸時，有錯誤的幀可以再次重傳，從而避免重傳所有數(shù)據。幀同步意味著接收器應該能夠從接收的比特流中準確區(qū)分幀的開始和結束。10，1。封裝到一個幀中，這意味著在一段數(shù)據之前和之后添加一個頭和一個尾，然后組成一個幀。確定框架的邊界。首部和尾部的一個重要功能是界定幀。幀結束，幀頭，IP數(shù)據報，幀的數(shù)據部分，幀結束，MTU

4、，數(shù)據鏈路層的幀長度，傳輸開始，幀開始，11。帶有控制字符的幀定界示例，SOH，安裝在幀中的數(shù)據部分，幀，幀的開始，幀的結束。由ASCII碼組成的文本文件可以使用特殊的幀分隔符：控制符號SOH:0000001控制符號EOT: 0000100，12，2。透明傳輸SOH、EOT出現(xiàn)“EOT”，被接收端作為無效幀丟棄，被接收端誤認為是幀。傳輸非ASCII數(shù)據時，13。為了解決透明傳輸?shù)膯栴}，發(fā)送端的數(shù)據鏈路層在數(shù)據中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”之前插入一個轉義字符“ESC”(其十六進制代碼為1B)。字節(jié)填充或字符填充接收器的數(shù)據鏈路層在將數(shù)據發(fā)送到網絡層之前刪除插入的轉義字符。如果轉義字符也出

5、現(xiàn)在數(shù)據中，應該在轉義字符之前插入一個轉義字符。當接收方收到兩個連續(xù)的轉義字符時，它會刪除第一個字符。，14，soh，eot，soh，ESC，ESC，eot，ESC，soh，ESC，ESC，soh，原始數(shù)據，EOT，EOT，字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據，字節(jié)填充使用字節(jié)填充解決透明傳輸問題，SOH，15，3。錯誤檢測，傳輸過程中可能出現(xiàn)位錯誤：1可能變?yōu)?，0也可能變?yōu)?。在一段時間內，傳輸錯誤的比特數(shù)與傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率。誤碼率與信噪比有很大關系。為了保證數(shù)據傳輸?shù)目煽啃?，在計算機網絡中傳輸數(shù)據時必須采取各種錯誤檢測措施。16，補充：錯誤檢測和糾正，錯誤發(fā)生的特點：隨機，連續(xù)突發(fā))-兩種難

6、以糾正和處理錯誤的基本策略糾錯碼：發(fā)送方在每個數(shù)據塊中添加足夠的冗余信息，以便接收方能夠判斷接收的數(shù)據是否錯誤并糾正錯誤。開銷大，適用于差錯頻繁的信道(如無線鏈路)中前向糾錯技術的檢錯碼：發(fā)送方在每個數(shù)據塊中加入足夠的冗余信息，使接收方可以判斷接收的數(shù)據是否錯誤，但不能判斷錯誤在哪里。接收者要求發(fā)送者重復發(fā)送該幀，直到接收者正確接收到該幀。計算機通信是最常用的，它適用于可靠的信道(如光纖)。循環(huán)冗余校驗原理循環(huán)冗余校驗的檢錯技術廣泛應用于數(shù)據鏈路層傳輸?shù)膸?。在發(fā)送端，數(shù)據被分成組。假設每組k位。假設要傳輸?shù)囊唤M數(shù)據是M=101001(現(xiàn)在k=6)。我們在M后添加N位冗余碼進行檢錯，并一起發(fā)送

7、。18，冗余碼計算，2n倍m，二進制模2運算，這相當于在m后加n個零。獲得的(k n)比特數(shù)除以長度為(n 1)比特的預選除數(shù)p，商為q，余數(shù)為r，比除數(shù)p小一位，即r為n比特。19，冗余代碼計算的一個例子，現(xiàn)在k=6，M=101001。假設n=3，除數(shù)P=1101，被除數(shù)為2nM=101001000。模2運算的結果是：商=110101，余數(shù)=001。將余數(shù)r作為冗余代碼添加到數(shù)據m的后面，并將其發(fā)送出去，即101001001，總共為(k n)位。傳輸?shù)臄?shù)據是：2納米，為什么？20，110101 Q(商)p(除數(shù))1101 101001000 2nM(被除數(shù))1101 1110 1101 01

8、11 0000 1110 1101 0000 1100 1100 1101 001 r(余數(shù))，作為FCS的原理說明，循環(huán)冗余測試。例如，如果n=5，P=110101，M=1010001101，模2運算的結果是：商Q=？余數(shù)R=？余數(shù)R作為冗余碼被加到數(shù)據m的后面并被發(fā)送出去，也就是說，發(fā)送的數(shù)據是T=2nM-R=？22，23，幀校驗序列FCS，在數(shù)據之后添加的冗余碼稱為幀校驗序列FCS。循環(huán)冗余校驗循環(huán)冗余校驗和幀校驗序列不相等。CRC是一種常見的錯誤檢測方法，而FCS是添加到數(shù)據中的冗余代碼。循環(huán)冗余校驗可以獲得循環(huán)冗余校驗，但循環(huán)冗余校驗不是獲得循環(huán)冗余校驗的唯一途徑。24，接收端對每一

9、個接收到的幀進行循環(huán)冗余校驗，(1)如果得到的余數(shù)R=0，則判斷該幀無錯并接受。(2)如果余數(shù)R 0，則判斷該幀有錯誤并將其丟棄。然而，這種檢測方法不能確定哪個或哪些位有錯誤。只要我們嚴格選擇并使用有足夠位數(shù)的除數(shù)P，不可檢測錯誤的概率是非常小的。，25，總結10月11日數(shù)據鏈路層的簡單模型(不同層次的幀傳輸)，數(shù)據鏈路層通信的主要步驟和協(xié)議的三大任務：幀同步1封裝成幀，幀定界2透明傳輸字節(jié)填充3差錯控制位差錯及其特征，處理差錯的基本策略，檢錯碼和糾錯碼字，漢明距離，原理，計算方法，校驗方法和實例一位糾錯碼設計公式奇偶校驗碼海明碼，26。循環(huán)冗余校驗的表達式和計算方法(發(fā)送方和接收方)，26。

10、循環(huán)冗余校驗過程(1)用多項式表示，循環(huán)冗余校驗碼校驗和的基本思想加在幀的末尾，這樣帶校驗和的幀的多項式可以除以P(x)；當接收時，接收器用P(x)去除它，如果有余數(shù)，傳輸錯誤發(fā)生。在校驗和計算算法中，生成多項式P(x)是N階的，并且在幀M(x)的末尾添加N個零以使幀K為N比特，并且對應的多項式是xnm (x)。除以模2以去除對應于xnM(x)的位串和對應于P(x)的位串；27，循環(huán)冗余校驗過程(2)用多項式表示，余數(shù)(等于或小于n位)用模2減法從對應于xnM(x)的位串中減去，結果是要發(fā)送的帶校驗和的多項式T(x)。循環(huán)冗余校驗的檢錯能力：t(x)；接收錯誤：T(x) E(x)，E(x)0；

11、余數(shù)(T(x)E(x)/P(x)=0(E(x)/P(x)；如果余數(shù)(E(x)/P(x)=0，則找不到錯誤；否則，可以找到它。28，分析幾種情況下的循環(huán)冗余校驗錯誤檢測能力(1)，如果只有單比特錯誤，即E(x)=xi，并且至少有兩個項目在P(x)(即n=1)，并且余數(shù)(E(x)/P(x)為0，那么可以檢測到單比特錯誤；如果出現(xiàn)兩個孤立的單比特錯誤，即E(x)=xi xj=xj (xi-j 1)，假設P(x)不能被X整除，則發(fā)現(xiàn)兩個比特錯誤的充分條件是xk 1不能被P(x) (KI-J)整除；如果存在奇數(shù)位錯誤，即E(x)包含奇數(shù)項，P(x)可以通過選擇(x 1)的倍數(shù)來找出奇數(shù)位錯誤；29，分析

12、幾種情況下的循環(huán)冗余校驗錯誤檢測能力(2)，具有n個奇偶校驗位的多項式可以檢測長度為n的所有突發(fā)錯誤。長度為k的突發(fā)連續(xù)錯誤可以表示為xi (xk-1 1)。如果P(x)包含x0項，并且k-1小于P(x)的階，則余數(shù)(e (x)/p (x)為0；如果突發(fā)錯誤長度為n 1，當且僅當突發(fā)錯誤與P(x)相同時，余數(shù)(E(x)/P(x)=0，概率為1/2n-1；在長度大于n 1的突發(fā)錯誤或幾個短突發(fā)錯誤之后，接收到壞幀的概率是1/2n。30，并且循環(huán)冗余校驗過程(4)由多項式表示。四個多項式已經成為國際標準crc-12=x12x 11x 2x 1crc-16=x16x 15x 21 cc-CCITT=

13、x16x 51 cc-32p . 69，只要嚴格選擇它們并使用具有足夠位數(shù)的除數(shù)P(x)，將不可檢測錯誤發(fā)生的概率。硬件實現(xiàn)的CRC校驗網卡網卡網卡(網絡接口卡)，31，應該注意的是，CRC檢錯技術只有使用循環(huán)冗余校驗才能實現(xiàn)無錯誤接受?！盁o差錯接受”是指：“所有被接受的幀(即，被丟棄的幀不包括在內)可以被認為在傳輸期間沒有差錯，概率接近1”。也就是說，“在接收端被數(shù)據鏈路層接受的所有幀都沒有傳輸錯誤”(有錯誤的幀被丟棄并且不被接受)。為了實現(xiàn)“可靠傳輸”(即接收發(fā)送的任何內容)，有必要添加確認和重傳機制。幀丟失、幀重復和幀無序是32 . 3 . 2 . 1 PPP協(xié)議的特點?，F(xiàn)在世界上使用最

14、廣泛的數(shù)據鏈路層協(xié)議是點對點協(xié)議。當用戶使用撥號電話線訪問互聯(lián)網時，他們通常使用PPP協(xié)議。，33，用戶和ISP之間的鏈接使用PPP協(xié)議，用戶，到互聯(lián)網，已經向互聯(lián)網管理機構申請了多個IP地址，ISP，接入網絡，PPP協(xié)議，34，1。PPP協(xié)議應滿足的要求，簡單性這是封裝和成幀透明性的第一個要求，多網絡層協(xié)議，多種類型的鏈路，錯誤檢測，連接狀態(tài)，最大傳輸單元，網絡層地址協(xié)商，數(shù)據壓縮協(xié)商，35，2。PPP協(xié)議不需要的功能，糾錯流控制序列號，多點線路半雙工或單工鏈路，36，3。1992年制定的公私伙伴關系協(xié)議的組成。經過1993年和1994年的修訂，PPP已經成為互聯(lián)網的正式標準RFC 1661。PPP協(xié)議有三個組成部分：一是將IP數(shù)據報封裝成串行鏈路的方法。鏈路控制協(xié)議。網絡控制協(xié)議。37，3 . 2 . 2 PPP協(xié)議的幀格式，標志字段F=0 x7E(符號“0 x”表示以下字符以十六進制表示)。7E的十六進制二進制表示是0111110)。地址字段a僅設置為0 xFF。地址字