第5講數(shù)據(jù)鏈路層課件

第五講數(shù)據(jù)鏈路層1第五講數(shù)據(jù)鏈路層1本講主要內(nèi)容數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)計問題差錯控制技術(shù)-循環(huán)冗余檢驗流量控制技術(shù)-停等協(xié)議連續(xù)ARQ協(xié)議舉例：點對點協(xié)議2本講主要內(nèi)容數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)計問題24.1數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)計問題34.1數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)計問題34.1.1幾個主要概念鏈路(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。一條鏈路只是一條通路的組成部分。數(shù)據(jù)鏈路(datalink)：當(dāng)需要在一條線路上傳送數(shù)據(jù)時，除了必須有一條物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)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(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。44.1.1幾個主要概念鏈路(link)：是一條無源的點到點的數(shù)據(jù)鏈路層像個數(shù)字管道常常在兩個對等的數(shù)據(jù)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(jù)單位是幀。早期的數(shù)據(jù)通信協(xié)議曾叫作通信規(guī)程(procedure)。因此在數(shù)據(jù)鏈路層，規(guī)程和協(xié)議是同義語。結(jié)點結(jié)點幀幀5數(shù)據(jù)鏈路層像個數(shù)字管道常常在兩個對等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一數(shù)據(jù)鏈路層的目的數(shù)據(jù)鏈路層在網(wǎng)絡(luò)實體間提供建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路連接以及傳輸數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)數(shù)據(jù)單元所需的功能和過程的手段，在物理連接上建立數(shù)據(jù)鏈路連接。數(shù)據(jù)鏈路層檢測和校正在物理層出現(xiàn)的錯誤，并能使網(wǎng)絡(luò)層控制物理層中的數(shù)據(jù)電路的互聯(lián)。6數(shù)據(jù)鏈路層的目的數(shù)據(jù)鏈路層在網(wǎng)絡(luò)實體間提供建立、維持和釋放數(shù)數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能鏈路管理幀定界流量控制差錯控制將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開透明傳輸尋址7數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能鏈路管理74.2差錯控制技術(shù)在數(shù)據(jù)通信過程中，由于衰耗、失真和噪聲會使通信線路上的信號發(fā)生錯誤。為了減少錯誤，提高通信質(zhì)量，一是改善傳輸信道的電氣特性，更重要的是采取檢錯、糾錯技術(shù)，即差錯控制。差錯控制的核心是抗干擾編碼，一類是檢錯碼、另一類是糾錯碼。在計算機通信中廣泛應(yīng)用的差錯控制檢錯碼是循環(huán)冗余校驗碼(CRC)。84.2差錯控制技術(shù)在數(shù)據(jù)通信過程中，由于衰耗、失真和噪聲會使循環(huán)冗余檢驗的原理在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗CRC(cyclicredundancycheck)的檢錯技術(shù)。幾個關(guān)鍵量：待傳數(shù)據(jù)Ｍ(k位)冗余碼（幀檢測序列FCS-FrameCheckSequence）Ｒ（n位）除數(shù)Ｐ（n+1位）最終發(fā)送數(shù)據(jù)：2nM+R9循環(huán)冗余檢驗的原理在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗冗余碼的計算用二進制的模

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運算進行2n乘M的運算，這相當(dāng)于在M后面添加n個0。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。假設(shè)待傳送的數(shù)據(jù)。我們在M的后面再添加供差錯檢測用的nbit冗余碼一起發(fā)送。10冗余碼的計算用二進制的模2運算進行2n乘M的運冗余碼的計算舉例M=1010001101（共kbit）設(shè)n=5,P=110101，模2運算的結(jié)果是：商Q=1101010110，余數(shù)R=01110。將余數(shù)R作為冗余碼添加在數(shù)據(jù)M的后面發(fā)送出去，即發(fā)送的數(shù)據(jù)是101000110101110，或2nM+R。11冗余碼的計算舉例M=1010001101（共kbit

1101010110

←

Q

商

除數(shù)

P→

110101101000110100000

←

2nM被除數(shù)

110101

111011

110101

111010

110101

111110

110101

101100

110101

110010

110101

01110

←

R

余數(shù)循環(huán)冗余檢驗的原理說明121101檢測出差錯只要得出的余數(shù)R不為0，就表示檢測到了差錯。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。一旦檢測出差錯，就丟棄這個出現(xiàn)差錯的幀。只要經(jīng)過嚴(yán)格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù)P，那么出現(xiàn)檢測不到的差錯的概率就很小很小。13檢測出差錯只要得出的余數(shù)R不為0，就表示檢測到了差錯應(yīng)當(dāng)注意僅用循環(huán)冗余檢驗CRC差錯檢測技術(shù)只能做到無差錯接受(accept)?！盁o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

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的概率認(rèn)為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯”。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）。要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）就必須再加上確認(rèn)和重傳機制。14應(yīng)當(dāng)注意僅用循環(huán)冗余檢驗CRC差錯檢測技術(shù)只能做到無差4.3流量控制技術(shù)流量控制就是為了確保發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)不會超出接收端接收數(shù)據(jù)能力的一種技術(shù)。如不設(shè)法解決發(fā)送端傳送速率高于接收端處理速度，那么即使傳送無差錯也可能引起幀的丟失。兩種控制方法停等協(xié)議連續(xù)ARQ協(xié)議154.3流量控制技術(shù)流量控制就是為了確保發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)不會1.停等協(xié)議停止等待流量控制是在停等協(xié)議中規(guī)定的。停等協(xié)議算法：發(fā)送方每發(fā)送一幀后就等待一個應(yīng)答幀，只有當(dāng)收到確認(rèn)應(yīng)答信號后，才發(fā)送下一幀；如果收到否定確認(rèn)應(yīng)答幀，則重發(fā)該幀；如果在規(guī)定的時間內(nèi)還沒有收到應(yīng)答幀，則超時重發(fā)該幀。這種發(fā)送和等待的過程不斷重復(fù)。直到發(fā)送端發(fā)送一個結(jié)束幀（EOT）為止。161.停等協(xié)議停止等待流量控制是在停等協(xié)議中規(guī)定的。16停等協(xié)議的特點優(yōu)點：簡單，在發(fā)送下一幀以前，每一個幀都校驗并進行應(yīng)答。缺點：效率低ABDATA送主機BDATA送主機B17停等協(xié)議的特點優(yōu)點：簡單，在發(fā)送下一幀以前，每一個幀都校驗并正常情況時間ABDATA0送主機ACKDATA1送主機ACK(a)正常情況發(fā)送的數(shù)據(jù)在有效時間內(nèi)到達接收端，并正常收到接收端發(fā)回的確認(rèn)幀。18正常情況時ABDATA0送ACKDATA1送ACK(a)正數(shù)據(jù)幀出錯出錯時返回NAK正常時返回ACKABDATA0NAKDATA0送主機ACK(b)數(shù)據(jù)幀出錯重傳出錯19數(shù)據(jù)幀出錯出錯時返回NAKABDATA0NAKDATA0送A數(shù)據(jù)幀丟失結(jié)點A發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀時，就啟動一個超時計時器(timeouttimer)。計時器又稱為定時器。若到了超時計時器所設(shè)置的重傳時間tout而仍收不到結(jié)點B的任何確認(rèn)幀，則結(jié)點A就重傳前面所發(fā)送的這一數(shù)據(jù)幀。一般可將重傳時間選為略大于“從發(fā)完數(shù)據(jù)幀到收到確認(rèn)幀所需的平均時間”。ABDATA0DATA0送主機ACK(c)數(shù)據(jù)幀丟失重傳tout丟失！20數(shù)據(jù)幀丟失結(jié)點A發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀時，就啟動一個超時計時器(t確認(rèn)幀丟失若到了超時計時器所設(shè)置的重傳時間tout而仍收不到結(jié)點B的任何確認(rèn)幀，則結(jié)點A同樣重傳前面所發(fā)送的這一數(shù)據(jù)幀。但B就會收到兩個同樣的幀，稱為重復(fù)幀。ABDATA0送主機ACKDATA0丟棄ACK(d)確認(rèn)幀丟失重傳tout丟失！21確認(rèn)幀丟失若到了超時計時器所設(shè)置的重傳時間tout而仍收不2.連續(xù)ARQ協(xié)議連續(xù)ARQ（AutomaticRepeatRequest）協(xié)議改善了停等協(xié)議效率低的問題。在發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后，不是停下來等待確認(rèn)幀，而是可以連續(xù)再發(fā)送若干個數(shù)據(jù)幀。如果這時收到了接收端發(fā)來的確認(rèn)幀，那么還可以接著發(fā)送數(shù)據(jù)幀。由于減少了等待時間，整個通信的吞吐量就提高了。222.連續(xù)ARQ協(xié)議連續(xù)ARQ（AutomaticRep連續(xù)ARQ協(xié)議的工作原理DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5重傳DATA2重傳DATA3ACK1ACK2ACK1確認(rèn)DATA0ACK2確認(rèn)DATA1DATA2出錯，丟棄DATA3不按序，丟棄，重傳ACK2DATA4不按序，丟棄，重傳ACK2DATA5不按序，丟棄，重傳ACK2ACK3ACK3確認(rèn)DATA2ACK4確認(rèn)DATA3ACK4重傳DATA5重傳DATA4超時重傳時間ABtout送交主機送交主機…??ACK2ACK2ACK223連續(xù)ARQ協(xié)議的工作原理DATA0DATA1DATA24.4點對點（PPP）協(xié)議 4.4.1PPP協(xié)議的作用PPP協(xié)議的作用是在兩個節(jié)點設(shè)備的數(shù)據(jù)鏈路層實體之間傳送網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU（例如IP數(shù)據(jù)報）。這兩個節(jié)點設(shè)備之間必須沒有其他的中間設(shè)備。我們常見的PPP應(yīng)用場合是調(diào)制解調(diào)器通過撥號或?qū)＞€方式將用戶計算機接入ISP網(wǎng)絡(luò)，即用戶計算機與ISP服務(wù)器連接。另一個PPP應(yīng)用領(lǐng)域是局域網(wǎng)之間的互聯(lián)。244.4點對點（PPP）協(xié)議 4.4.1PPP協(xié)議的作用2PPP的作用如圖所示25PPP的作用如圖所示254.4.2PPP協(xié)議的組成部分封裝規(guī)范：由于PPP協(xié)議面向多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，PPP定義了封裝了多種網(wǎng)絡(luò)層PDU的規(guī)范。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議：制定了一組用于建立、配置不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(NetworkControlProtocol，NCP)。典型的NCP包括IP協(xié)議的控制協(xié)議IPCP、IPX協(xié)議的控制協(xié)議IPXCP。鏈路控制協(xié)議：由于PPP要在多種接入網(wǎng)（PSTN/ISDN/ADSL/DDN）數(shù)據(jù)鏈路上運行，因此，制定了用于建立、配置測試和撤銷數(shù)據(jù)鏈路連接的鏈路控制協(xié)議(LinkControlProtocol，LCP)。264.4.2PPP協(xié)議的組成部分封裝規(guī)范：由于PPP協(xié)議面PPP的子協(xié)議及其在協(xié)議棧中的位置如圖所示27PPP的子協(xié)議及其在協(xié)議棧中的位置如圖所示274.4.3PP