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本章學習要求：理解：數(shù)據(jù)傳輸過程中差錯產(chǎn)生的原因與性質(zhì)。掌握：差錯控制方法掌握：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主機通過互聯(lián)網(wǎng)通信時，從源主機H1開始，經(jīng)過一系列路由器（R1、R2、R3），到目的主機H2結(jié)束。從協(xié)議的層次看，主機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)進入路由器后先從物理層上到網(wǎng)絡層，在網(wǎng)絡層的轉(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)鏈路層流動當主機H1向H2發(fā)送數(shù)據(jù)時，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)是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點。即：一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。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）來實現(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幀由數(shù)據(jù)字段和首部字段組成。接收方應當能從收到的bit流中準確區(qū)分出一幀的開始和結(jié)束在什么地方，即幀同步。

差錯控制前向糾錯（收方收到自動糾錯）差錯檢測（收到檢測錯誤幀即丟棄）第4章數(shù)據(jù)鏈路層85.1.2數(shù)據(jù)鏈路層功能（續(xù)）流量控制及時控制發(fā)方發(fā)送的數(shù)據(jù)速率，保證收方能及時接收的功能。--流量控制可靠傳輸確認和重傳介質(zhì)訪問控制定義幀在鏈路上傳輸?shù)囊?guī)則。介質(zhì)訪問控制協(xié)議用來協(xié)調(diào)多個節(jié)點的幀傳輸。5.2組幀1.字節(jié)計數(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)來標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Flag字段之間不會出現(xiàn)6個連續(xù)1。在發(fā)送端，當一串比特流數(shù)據(jù)中有5個連續(xù)1時，就立即填入一個0。在接收幀時，先找到F字段以確定幀的邊界。接著再對比特流進行掃描。每當發(fā)現(xiàn)5個連續(xù)1時，就將其后的一個0刪除，以還原成原來的比特流。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會被誤認為是F字段發(fā)送端在5個連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個連1之后的0比特刪除，恢復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/刪除工作過程第4章數(shù)據(jù)鏈路層145.3差錯控制為什么要設計數(shù)據(jù)鏈路層在原始物理傳輸線路上傳輸數(shù)據(jù)信號是有差錯的；設計數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的：

將有差錯的物理線路改進成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路；方法—

差錯控制

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

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是隨機差錯，或隨機錯；沖擊噪聲引起的差錯是突發(fā)差錯，或突發(fā)錯；在通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯，是由隨機差錯與突發(fā)差錯共同構(gòu)成的。差錯控制—檢查是否出現(xiàn)差錯以及如何糾正差錯；第4章數(shù)據(jù)鏈路層16傳輸差錯

產(chǎn)生過程處理差錯的兩種基本策略糾錯碼發(fā)送方在每個數(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，并能糾正錯誤。檢錯碼發(fā)送方在每個數(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，但不能判斷哪里有錯。第4章數(shù)據(jù)鏈路層18差錯檢測編碼（檢錯碼）★循環(huán)冗余校驗碼(CyclicRedundancyCheck)循環(huán)冗余校驗（cyclicredundancycheck，CRC）是一種能力相當強的檢錯碼，并且實現(xiàn)編碼和檢碼的電路比較簡單。5.3.1檢錯碼——CRC 一種較為方便的方法是用多項式來表示循環(huán)冗余檢驗過程。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)點要把數(shù)據(jù)M發(fā)送給接收結(jié)點。發(fā)送方和接收方首先要協(xié)商一個n+1比特生成碼P，稱為生成多項式P(X)。5.3.1檢錯編碼冗余碼R計算方法（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）。◆發(fā)送方：對于一個給定的數(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，則接收方認為發(fā)生錯誤，就丟棄該幀，請求對方重發(fā)。例1取生成多項式h（X）＝X4+X+1，假設欲發(fā)送的一段信息101100110，問在線路上傳輸?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n=4）個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，問傳輸過程中有無出錯?

100011101100111001011110010100111111110011110001001110110100111011010011101例3.已知：接收碼字:1100111001，生成多項式: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+1四個多項式已成為國際標準應當注意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。只要經(jīng)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。第4