第3章數(shù)據(jù)鏈路層

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理第3章數(shù)據(jù)鏈路層

第3章數(shù)據(jù)鏈路層3.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能3.2成幀與幀同步

3.3差錯(cuò)控制 3.4流量控制 3.5鏈路管理3.6協(xié)議驗(yàn)證

第3章數(shù)據(jù)鏈路層基本內(nèi)容：數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的工作原理：停止等待協(xié)議，連續(xù)ARQ協(xié)議，滑動(dòng)窗口，選擇ARQ協(xié)議，Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。重點(diǎn)掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的工作原理。滑動(dòng)窗口原理。

數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念

鏈路(link)是一條無(wú)源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線(xiàn)路段，中間沒(méi)有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。

數(shù)據(jù)鏈路(datalink)除了物理線(xiàn)路外，還必須有通信協(xié)議來(lái)控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)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。數(shù)據(jù)鏈路/邏輯鏈路=物理鏈路+通信規(guī)程數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)單模型局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī)

H1主機(jī)

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話(huà)網(wǎng)局域網(wǎng)主機(jī)

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2從層次上來(lái)看數(shù)據(jù)的流動(dòng)

數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)單模型：局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī)

H1主機(jī)

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話(huà)網(wǎng)局域網(wǎng)主機(jī)H1

向H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動(dòng)

該層要解決的問(wèn)題：如何在有差錯(cuò)的線(xiàn)路上，進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議功能圖示。

數(shù)據(jù)鏈路層的模型

數(shù)據(jù)鏈路層像個(gè)數(shù)字管道

常常在兩個(gè)對(duì)等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫(huà)出一個(gè)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(yǔ)。結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)幀幀在數(shù)據(jù)鏈路層上傳輸數(shù)據(jù)幀？發(fā)送方：？接收方：？傳輸過(guò)程：！解決這些問(wèn)題，是數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)。！針對(duì)這些問(wèn)題所制定的通信規(guī)程就是數(shù)據(jù)鏈路層的通信協(xié)議。以多快的速度發(fā)送數(shù)據(jù)幀，即每幀之間相隔多長(zhǎng)時(shí)間？如何確認(rèn)對(duì)方是否收到數(shù)據(jù)？是否接收到正確的數(shù)據(jù)幀？如何告訴發(fā)送方？能及時(shí)處理接收到的數(shù)據(jù)幀嗎？會(huì)出錯(cuò)嗎？會(huì)丟失數(shù)據(jù)幀嗎？基本功能向網(wǎng)絡(luò)層提供可靠的、透明的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，將源節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)可靠地傳送到相鄰節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層主要功能描述鏈路管理封裝成幀流量控制差錯(cuò)控制將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開(kāi)透明傳輸尋址數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放兩結(jié)點(diǎn)通信前要交換一些信息，稱(chēng)為建立數(shù)據(jù)連接，然后傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)的傳送以幀為單位幀定界(幀同步)是指接收方能從收到的比特流中區(qū)分一個(gè)幀的開(kāi)始和結(jié)束的地方發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率必須使接收方能來(lái)得及接收糾錯(cuò)：通過(guò)編碼技術(shù)，接收方自動(dòng)將差錯(cuò)改正過(guò)來(lái)檢錯(cuò)：檢測(cè)出幀有錯(cuò)誤，要么忽略或重傳數(shù)據(jù)和控制信息在同一個(gè)幀中，收方將其區(qū)分開(kāi)不管所傳數(shù)據(jù)的比特組合，都能在鏈路上傳送；若所傳的數(shù)據(jù)的比特片段與某一個(gè)控制信息相同，要有可靠機(jī)制，保證收方能正確識(shí)別每一幀都能送到正確的目的地；收方也能知道發(fā)送方的地址3.1數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能10數(shù)據(jù)鏈路層基于物理層的服務(wù)，為網(wǎng)絡(luò)層提供透明的、正確有效的傳輸鏈路。鏈路層有四大功能：1．成幀和傳輸 物理層以比特為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)鏈路層則把數(shù)據(jù)組織成一定大小的數(shù)據(jù)幀，以幀為單位發(fā)送、接收、校驗(yàn)和應(yīng)答。不同網(wǎng)絡(luò)其幀的格式或長(zhǎng)度不同，將比特流分為幀的方法基本相同，常用的方法有： 帶填充字符的首尾界符法、帶填充位的首尾標(biāo)志法。（1）帶填充字符的首尾界符法圖4.1帶填充字符的首尾界符法（2）帶填充位的首尾標(biāo)志法 發(fā)送方數(shù)據(jù)鏈路層若在數(shù)據(jù)中遇到5個(gè)連續(xù)的1時(shí)，自動(dòng)在其后填充一個(gè)0到輸出位流中。圖4.2帶填充位的首尾標(biāo)志法 2．流量控制：發(fā)送速率和接收速率進(jìn)行控制，使收發(fā)一致 3．差錯(cuò)控制：接收端對(duì)幀進(jìn)行校驗(yàn)；發(fā)送端設(shè)置定時(shí)器，超過(guò)時(shí)間則重發(fā)幀 4．鏈路管理 發(fā)送端和接收端之間通過(guò)交換控制信息，來(lái)建立、維護(hù)和釋放數(shù)據(jù)鏈路，這就是鏈路管理。圖4.3服務(wù)原語(yǔ)的表示方式組幀(framing)就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，這樣就構(gòu)成了一個(gè)幀。目的：使接收方能準(zhǔn)確識(shí)別幀的邊界首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行幀定界≤MTU數(shù)據(jù)鏈路層的幀長(zhǎng)3.2成幀與幀同步17幀定界（幀同步）的方法1、字節(jié)計(jì)數(shù)法2、使用字符填充的首尾定界法3、使用比特填充的首尾定界法*4、違法編碼法18思想在幀頭設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)度域，放置該幀的字節(jié)數(shù)，當(dāng)收方收到幀后，通過(guò)幀的長(zhǎng)度，確定幀的開(kāi)始。問(wèn)題當(dāng)幀的長(zhǎng)度域出錯(cuò)，幀同步完全丟失；該方法很少單獨(dú)使用。1、字節(jié)計(jì)數(shù)法19字節(jié)計(jì)數(shù)法舉例20思想使用特殊的ASCII字符（不可打印的控制字符）作為幀的起始和終止定界符。例如：使用SOH作為開(kāi)始符，EOT作為結(jié)束符。問(wèn)題：數(shù)據(jù)傳輸不透明當(dāng)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)定界符(SOH或EOT)時(shí)，如何加以區(qū)分是數(shù)據(jù)還是定界符？解決：字符填充發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“ESC”(其十六進(jìn)制編碼是1B)。接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。2、字符填充法21缺點(diǎn)：使用字符來(lái)控制幀的傳輸，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇亲址?8bit的ASCII)，幀的長(zhǎng)度是8的倍數(shù)；傳輸任意長(zhǎng)度的二進(jìn)制比特帶來(lái)不便。字符填充法舉例SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據(jù)EOTEOT經(jīng)過(guò)字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充發(fā)送在前幀開(kāi)始符幀結(jié)束符SOH如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，那么應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收端收到連續(xù)的兩個(gè)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就刪除其中前面的一個(gè)。22思想使用一個(gè)特殊的比特模式01111110作為幀的起始和結(jié)束標(biāo)志。發(fā)送方邊發(fā)送邊檢查數(shù)據(jù)，每連續(xù)發(fā)送5個(gè)“1”后在后面自動(dòng)插入一個(gè)“0”。這樣數(shù)據(jù)中只會(huì)連續(xù)出現(xiàn)5個(gè)“1”，而不會(huì)出現(xiàn)定界符。接收方在收到5個(gè)連續(xù)的“1”后將后面的“0”刪掉而恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。好處數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇潜忍囟皇亲址?，可用?lái)傳輸任意長(zhǎng)度的二進(jìn)制比特串，通用性強(qiáng)。3、比特填充法23零比特的填充與刪除01001111110001010數(shù)據(jù)中某一段比特組合恰好出現(xiàn)和定界符一樣的情況會(huì)被誤認(rèn)為是定界符發(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01001111101000101024比特填充法舉例25前提物理介質(zhì)上使用的信號(hào)編碼有冗余碼字時(shí)，使用這些冗余的碼字來(lái)作為幀的定界。舉例如曼徹斯特編碼或差分曼徹斯特編碼中，有效電平是“低－高”或“高－低”，而“低－低”和“高－高”電平?jīng)]有定義，這種違法編碼可以作為幀的邊界。4、違法編碼法263.3差錯(cuò)控制物理層的任務(wù)是接收一個(gè)原始的比特流，并準(zhǔn)備將它傳輸?shù)侥康牡?，物理層并不保證這個(gè)比特流的正確傳輸，傳輸?shù)谋忍亓鱾€(gè)數(shù)和內(nèi)容可能會(huì)發(fā)生變化，即產(chǎn)生差錯(cuò)。目前已有的物理層協(xié)議不進(jìn)行任何檢測(cè)和糾錯(cuò)，物理層產(chǎn)生差錯(cuò)由數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)檢測(cè)或糾錯(cuò)。Page27傳輸差錯(cuò)差錯(cuò)就是在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，接收端接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中，差錯(cuò)是不可避免的，為了保證通信質(zhì)量，減少差錯(cuò)，系統(tǒng)必須具有差錯(cuò)控制及差錯(cuò)檢測(cè)機(jī)制。Page28差錯(cuò)控制方法自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）接收端發(fā)現(xiàn)接收的數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，以某種方式通知發(fā)送端重傳該數(shù)據(jù)幀，直到收到正確的數(shù)據(jù)幀為止，這是一種后向糾錯(cuò)方法。前向糾錯(cuò)（FEC）接收端不但能發(fā)現(xiàn)接收的數(shù)據(jù)幀中的差錯(cuò)，而且能確定二進(jìn)制碼中發(fā)生錯(cuò)誤的位置，從而進(jìn)行糾正，這是一種自動(dòng)糾錯(cuò)方式，也稱(chēng)為前向糾錯(cuò)。Page29檢錯(cuò)碼差錯(cuò)檢驗(yàn)編碼都是采用冗余編碼技術(shù)，核心思想是：發(fā)送端：有效數(shù)據(jù)（信息位）在被發(fā)送前，按照某種關(guān)系附加上一定的冗余位（冗余位與數(shù)據(jù)相關(guān)），構(gòu)成一個(gè)符合某一規(guī)則的碼字后再發(fā)送。接收端：收到碼字后，判斷是否仍符合原規(guī)則，若不符，則可判定傳輸過(guò)程出錯(cuò)。

Page30差錯(cuò)控制技術(shù)：發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)如何處理？前向糾錯(cuò)自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求如果發(fā)送的數(shù)據(jù)丟失，那么接收端是不可能進(jìn)行確認(rèn)的，怎么辦呢？差錯(cuò)編碼技術(shù)：如何發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)？檢錯(cuò)碼（奇偶校驗(yàn)碼、CRC）糾錯(cuò)碼（海明碼）由接收方來(lái)檢查并糾正錯(cuò)誤不能糾正，接收方反饋。若有錯(cuò)誤則重發(fā)，否則給肯定應(yīng)答在發(fā)送端引入計(jì)時(shí)器，進(jìn)行超時(shí)重發(fā)為了避免相同的幀收到多次，需要對(duì)幀進(jìn)行編號(hào)3.3差錯(cuò)控制31檢錯(cuò)碼的構(gòu)造檢錯(cuò)碼(碼字、傳輸幀)＝信息位＋冗余校驗(yàn)位碼字長(zhǎng)n=K(信息位位數(shù))＋r(校驗(yàn)位位數(shù))編碼效率R＝有效數(shù)據(jù)位K／碼字長(zhǎng)n信息字段和校驗(yàn)字段之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系校驗(yàn)字段越長(zhǎng)，編碼的檢錯(cuò)能力越強(qiáng)，編碼/解碼越復(fù)雜；附加的冗余信息在整個(gè)編碼中所占的比例越大，傳輸?shù)挠行С煞衷降?，傳輸?shù)男氏陆?。檢錯(cuò)碼一旦形成，整個(gè)檢錯(cuò)碼將作為一個(gè)整體被發(fā)往線(xiàn)路，通常的發(fā)送順序是信息字段在前，校驗(yàn)字段在后。3.3.1差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)-檢錯(cuò)碼32奇校驗(yàn)：使碼字中“1”的總個(gè)數(shù)為奇數(shù)。偶校驗(yàn)：使碼字中“1”的總個(gè)數(shù)為偶數(shù)。奇/偶校驗(yàn)碼：最常用的一種檢錯(cuò)碼，包括：水平奇/偶校驗(yàn)碼垂直奇/偶校驗(yàn)碼水平垂直奇/偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)碼包括信息位和校驗(yàn)位需要對(duì)信息按行、列分組然后對(duì)列進(jìn)行奇/偶校驗(yàn)方陣校驗(yàn)（在水平校驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加垂直校驗(yàn)）33其信息字段以字符為單位，校驗(yàn)字段僅含一個(gè)比特稱(chēng)為校驗(yàn)比特或校驗(yàn)位。例如：使用七單位的ASCII碼來(lái)構(gòu)造成八單位的檢錯(cuò)碼時(shí)若采用奇/偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位的取值應(yīng)使整個(gè)碼字包括校驗(yàn)位，1的比特個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。水平奇/偶校驗(yàn)34例：信息字段奇校驗(yàn)碼偶校驗(yàn)碼

01100010110001001100011編碼效率：Q/(Q+1)(信息字段占Q個(gè)比特)應(yīng)用：通常在異步傳輸方式中采用偶校驗(yàn)，同步傳輸方式中采取奇校驗(yàn)。水平奇/偶校驗(yàn)35垂直奇/偶校驗(yàn)做法：被傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行分組，并排列為若干行和若干列。組中每行的相同列進(jìn)行奇/偶校驗(yàn)，最終產(chǎn)生由校驗(yàn)位形成的校驗(yàn)字符（校驗(yàn)行），并附加在信息分組之后傳輸。舉例：4個(gè)字符（4行）組成一信息組，求垂直奇/偶校驗(yàn)碼36例：4個(gè)字符（4行）組成一信息組，其垂直奇/偶校驗(yàn)碼為：發(fā)往線(xiàn)路順序（垂直奇校驗(yàn)）

0111001|0010101|0101011|1010101|0101101編碼效率：

PQ/P(Q+1)

（假設(shè)信息分組占Q行P列）垂直奇/偶校驗(yàn)37水平垂直奇/偶校驗(yàn)水平垂直奇/偶校驗(yàn)碼(方陣校驗(yàn))在水平校驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)施垂直校驗(yàn)。例：4行7列信息組的水平垂直偶校驗(yàn)碼為：38水平垂直奇/偶校驗(yàn)發(fā)往線(xiàn)路順序(偶校驗(yàn)字符)：

01110010|00101011|01010110|10101010|10100101

第1字符|

第2字符

|第3字符|

第4字符

|垂直偶校驗(yàn)字符

編碼效率：

PQ/(P+1)(Q+1)

（假設(shè)被傳信息分組占Q行P列）

水平偶校驗(yàn)位393.3.1差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)

-循環(huán)冗余碼CRC循環(huán)冗余碼（CyclicRedundancyCheck，CRC）計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)通信中使用最廣泛的檢錯(cuò)碼，漏檢率低，可用簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)。CRC編碼的一般操作給定一個(gè)k比特的幀或報(bào)文，發(fā)送方生成n比特的序列（也稱(chēng)為幀檢驗(yàn)序列FCS，F(xiàn)rameCheckSequence），形成（k+n）的碼字，該碼字能被某個(gè)事先確定的數(shù)整除。接收方用相同的數(shù)去除收到的幀，如果無(wú)余數(shù)，則認(rèn)為數(shù)據(jù)幀無(wú)差錯(cuò)40CRC也稱(chēng)多項(xiàng)式編碼任意一個(gè)由二進(jìn)制位串組成的代碼都可以和一個(gè)系數(shù)僅為‘0’和‘1’取值的多項(xiàng)式一一對(duì)應(yīng)。多項(xiàng)式表示：即將k比特的數(shù)據(jù)用k項(xiàng)多項(xiàng)式表示，它的各項(xiàng)為Xk-1…X0，它的系數(shù)為數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)位的0或1。例如：代碼1010111對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式為x6+x4+x2+x+1多項(xiàng)式為x5+x3+x2+x+1對(duì)應(yīng)的代碼10111141冗余碼的計(jì)算假設(shè)待傳送的數(shù)據(jù)M=1010001101（共kbit）。我們?cè)贛的后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的nbit冗余碼一起發(fā)送。計(jì)算方法用二進(jìn)制的模2運(yùn)算進(jìn)行

2n

乘M的運(yùn)算，這相當(dāng)于在M后面添加n個(gè)0。得到的(k+n)bit的數(shù)除以事先選定好的長(zhǎng)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少1個(gè)比特。核心問(wèn)題：P如何選定？P若選定，則n就確定了。生成多項(xiàng)式42二進(jìn)制模2運(yùn)算模2運(yùn)算用模2運(yùn)算進(jìn)行加法時(shí)不進(jìn)位。減法和加法一樣，按加法規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算。舉例1111＋1010＝？答案為010143冗余碼計(jì)算舉例設(shè)M=1010001101，P=110101，n=5，模2運(yùn)算的結(jié)果2nM除以P得出：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。44循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說(shuō)明45生成多項(xiàng)式P發(fā)送方和接收方有一事先約定的生成多項(xiàng)式P例如上例中的P＝110101，即P＝X5+X4+X2+1（P為5階多項(xiàng)式）；生成多項(xiàng)式的最高位和最低位都必須為1；發(fā)送方用它生成冗余位；接收方用它判斷是否有錯(cuò)；不同的P有不同的編碼電路，用簡(jiǎn)單的移位寄存器電路硬件實(shí)現(xiàn)；發(fā)送方通過(guò)編碼電路產(chǎn)生冗余位，接收方用相似電路檢測(cè)錯(cuò)誤；若P為r階，將產(chǎn)生r位冗余位；發(fā)送方用P生成RP的用途實(shí)現(xiàn)有（r+1）位比特46發(fā)送方用P生成冗余位P(X)生成多項(xiàng)式M(X)信息多項(xiàng)式R(X)冗余多項(xiàng)式T(X)傳輸幀多項(xiàng)式發(fā)送方用P(X)產(chǎn)生冗余位2n?M(x)/P(x)產(chǎn)生冗余多項(xiàng)式R(x)附加到M(x)后形成T(x)變成帶校驗(yàn)位的傳輸幀多項(xiàng)式47接收方用P進(jìn)行校驗(yàn)T(X)/P(X)≠0(除不盡)，則有錯(cuò)（1）=0(除盡)，則無(wú)錯(cuò)或漏檢（2）有錯(cuò)分析：只要得出的余數(shù)R不為0，就表示檢測(cè)到了差錯(cuò)。即用收到的比特流(2nM+R)除以P，看得出的余數(shù)是否為0。但這種檢測(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)。一旦檢測(cè)出差錯(cuò)，就丟棄這個(gè)出現(xiàn)差錯(cuò)的幀。48接收方用P進(jìn)行校驗(yàn)（漏檢）漏檢分析收到：T(X)+E(X)；其中E(X)為出錯(cuò)多項(xiàng)式漏檢,即:[T(X)+E(X)]/P(X)=0∵T(X)/P(X)=0（T(X)為正確的部分）∴E(X)/P(X)=0即若P(X)是E(X)的因子,將可能漏檢.選取合適的P(x),使P(x)不成為E(X)的因子,則可避免漏檢.49CRC漏檢CRC不能保證檢測(cè)出所有的傳輸錯(cuò)誤，但是只要選擇位數(shù)足夠的P，可以使得差錯(cuò)的概率足夠小。例如：CRC-16和CRC-CCITT可以檢測(cè)出所有1、2、奇數(shù)個(gè)、突發(fā)長(zhǎng)度小于等于16比特錯(cuò)。17比特突發(fā)錯(cuò)的99.997%，18比特或更長(zhǎng)比特突發(fā)錯(cuò)的99.998%。50P的確定方法P為生成多項(xiàng)式，已有的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。CRC-12=X12+X11+X3+X2+X+1CRC-16=X16+X15+X2+1CRC-CCITT=X16+X12+X5+1HDLC和X.25采用CRC32= X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1CSMA/CDLAN采用

51CRC算法思路已知：信息多項(xiàng)式M(X)，生成多項(xiàng)式P(X)求：傳送的信息序列多項(xiàng)式與二進(jìn)制代碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系求出余數(shù)根據(jù)P(X)得到n二進(jìn)制除法求某個(gè)比特出錯(cuò)時(shí)，接收方能否檢驗(yàn)出來(lái)用接收到的序列/生成多項(xiàng)式，看余數(shù)是否為0523.3.2差錯(cuò)糾正技術(shù)-海明碼碼距（海明距離HammingDistance）一個(gè)編碼系統(tǒng)中任意兩個(gè)合法編碼（碼字）之間不同的二進(jìn)位（bit）數(shù)叫這兩個(gè)碼字的碼距。例如，10001001與10110001它們的海明距離為3而整個(gè)編碼系統(tǒng)中任意兩個(gè)碼字的的最小距離就是該編碼系統(tǒng)的碼距。53如果要檢測(cè)出d個(gè)比特的錯(cuò)，則編碼集的海明距離至少為d+1。 例如：數(shù)據(jù)后加奇偶校驗(yàn)位，編碼后的海明距離為2，能檢測(cè)1比特錯(cuò)。如果要糾正d個(gè)比特的錯(cuò)，則編碼集的海明距離至少應(yīng)為2d+1。 例如有4個(gè)有效碼字：它們是000000，000111，111000，111111，海明距離為3，能糾正1比特錯(cuò)兩個(gè)結(jié)論54海明碼的基本思想海明碼是R.Hamming在1959年提出的，基本思想是：在k比特信息后附加r比特冗余信息（校驗(yàn)比特），構(gòu)成n=k+r比特的碼字，其中每個(gè)校驗(yàn)比特和某幾個(gè)特定的信息比特構(gòu)成偶校驗(yàn)關(guān)系。接收端對(duì)這r個(gè)奇偶校驗(yàn)關(guān)系進(jìn)行校驗(yàn)，即將每個(gè)校驗(yàn)比特和與它關(guān)聯(lián)的信息比特進(jìn)行相加（異或），相加的結(jié)果為校正因子。如果沒(méi)有錯(cuò)，則r個(gè)校正因子都為0；若校正因子不全為0，根據(jù)校正因子的取值，確定錯(cuò)誤發(fā)生的位置。55海明碼：主要介紹內(nèi)容主要介紹單比特糾錯(cuò)海明碼糾正單比特錯(cuò)誤發(fā)送方冗余位產(chǎn)生與接收方糾錯(cuò)過(guò)程56發(fā)送方冗余位計(jì)算A、根據(jù)信息位長(zhǎng)度(如每幀K位)，計(jì)算出所需冗余位位數(shù)r：若需糾正一位錯(cuò)，需滿(mǎn)足：2r≥K+r+1原理：求海明碼時(shí)的一項(xiàng)基本考慮是確定所需最少的校驗(yàn)位數(shù)r?？紤]長(zhǎng)度為K位的信息，若附加了r個(gè)校驗(yàn)位，則所發(fā)送的總長(zhǎng)度為K+r。在接收端中要進(jìn)行r個(gè)奇偶檢查，每個(gè)檢查結(jié)果或是真或是偽。這個(gè)奇偶檢查的結(jié)果可以表示成一個(gè)r位的二進(jìn)制數(shù)，它可以確定最多2r種不同狀態(tài)。這些狀態(tài)中必有一個(gè)其所有奇偶測(cè)試都是真的，它便是判定信息正確的條件。于是剩下的（2r-1）種狀態(tài)，可以用來(lái)判定誤碼的位置。則導(dǎo)出下一關(guān)系：2r-1≥K+r例如：如果K＝4，則r=3，則n=K+r=757某公司筆試題實(shí)驗(yàn)室里有1000個(gè)一模一樣的瓶子，但是其中的一瓶有毒?？梢杂脤?shí)驗(yàn)室的小白鼠來(lái)測(cè)試哪一瓶是毒藥。如果小白鼠喝掉毒藥的話(huà)，會(huì)在一個(gè)星期的時(shí)候死去，其他瓶子里的藥水沒(méi)有任何副作用。請(qǐng)問(wèn)最少用多少只小白鼠可以在一個(gè)星期以?xún)?nèi)查出哪瓶是毒藥？

a.9b.10c.32d.999e.以上都不對(duì)請(qǐng)給出正確答案，并解釋原因。58海明碼計(jì)算B、確定校驗(yàn)比特和信息比特的位置理論上校驗(yàn)比特可在任何位置，但習(xí)慣都是將校驗(yàn)比特放在1、2、4、8、16…位置上。通常是將2k位置上，放rk(K>=0)，其余位置放Ii(K>=1)。例如7比特的海明碼的構(gòu)造為：59海明碼的計(jì)算將每個(gè)信息比特的位置寫(xiě)成2的次冪之和的形式有：I4：7＝22＋21＋20（說(shuō)明I4參與R2、R1和R0的生成）I3：6＝22＋21（說(shuō)明I3參與R2、R1的生成）I2：5＝22＋20（說(shuō)明I2參與R2、和R0的生成）I1：3＝21＋20（說(shuō)明I1參與R1和R0的生成）恰好是校驗(yàn)位所在位置目的：計(jì)算每一個(gè)信息位與哪些校驗(yàn)位有關(guān)聯(lián)60海明碼計(jì)算從另一個(gè)方面說(shuō)：R2參與校驗(yàn)I4、I3、I2，即R2和I4、I3、I2構(gòu)成偶校驗(yàn)關(guān)系R1參與校驗(yàn)I4、I3、I1，即R1和I4、I3、I1構(gòu)成偶校驗(yàn)關(guān)系同理R0和信息比特I4、I2、I1構(gòu)成偶校驗(yàn)這樣可以寫(xiě)成如下比特計(jì)算公式（XOR運(yùn)算）：R2＝I4⊕I3⊕I2R1＝I4⊕I3⊕I1R0＝I4⊕I2⊕I1例如：一段信息1000，按以上校驗(yàn)比特的生成方法，則R2=1，R1=1，R0=1.那么發(fā)送碼字為100101161接收方驗(yàn)證接收端利用相應(yīng)的偶關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證：S2＝R2

⊕I4

⊕I3

⊕I2S1＝R1

⊕I4

⊕I3

⊕I1S0＝R0

⊕I4

⊕I2

⊕I1這里S2、S1、S0為校正因子，若校正因子全0,無(wú)錯(cuò)；校正因子不全為0，有錯(cuò)，錯(cuò)誤位置為S＝S2S1S0處，將該比特取反。例如：若S＝101＝5，則將位置5的比特取反，最后去掉校驗(yàn)比特即可得到正確的信息。62海明碼計(jì)算小結(jié)單比特糾錯(cuò)海明碼的編碼方法如下：校驗(yàn)位R3、R2、R1、R0的計(jì)算如下：R3=D6⊕D5⊕D4R2=D3⊕D2⊕D1R1=D6⊕D5⊕D3⊕D2⊕D0R0=D6⊕D4⊕D3⊕D1⊕D0校正因子S3、S2、S1、S0的計(jì)算如下：S3=R3⊕D6⊕D5⊕D4S2=R2⊕D3⊕D2⊕D1S1=R1⊕D6⊕D5⊕D3⊕D2⊕D0S0=R0⊕D6⊕D4⊕D3⊕D1⊕D0S3S2S1S0的值即指出差錯(cuò)的位置1、確定校驗(yàn)位和信息位的位置2、確定每一個(gè)校驗(yàn)位與哪些信息位形成偶校驗(yàn)關(guān)系3、計(jì)算校正因子4、指出出錯(cuò)位置63前向糾錯(cuò)（FEC，F(xiàn)orwardErrorCorrect）即發(fā)送方發(fā)送能使接收方檢錯(cuò)并糾錯(cuò)的冗余位，糾錯(cuò)任務(wù)由接收方完成；常采用海明碼。主要應(yīng)用于沒(méi)有反向信道或反向傳輸時(shí)間很長(zhǎng)的場(chǎng)合缺點(diǎn)：為糾錯(cuò)附加的冗余碼較多，傳輸效率低優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)性好。差錯(cuò)控制技術(shù)64自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求（ARQ–AutomaticRepeatreQuest）即發(fā)送方發(fā)送能使接收方檢錯(cuò)的冗余位，若無(wú)差錯(cuò)，則接收方回送一個(gè)肯定應(yīng)答(ACK)；若有差錯(cuò)，則接收方回送一個(gè)否定應(yīng)答(NAK)，要求發(fā)送方重發(fā)。缺點(diǎn)：信息傳遞連貫性差優(yōu)點(diǎn)：接收端設(shè)備簡(jiǎn)單，只要請(qǐng)求重發(fā)，無(wú)需糾正錯(cuò)誤。差錯(cuò)控制技術(shù)65差錯(cuò)編碼差錯(cuò)編碼：數(shù)據(jù)塊中插入冗余信息的過(guò)程。思想：判斷一個(gè)數(shù)據(jù)塊中是否存在傳輸錯(cuò)誤，發(fā)送端必須在數(shù)據(jù)塊中插入一些冗余信息，使得數(shù)據(jù)塊中的各個(gè)比特建立某種形式的關(guān)聯(lián)，接收端通過(guò)驗(yàn)證這種關(guān)聯(lián)關(guān)系來(lái)判斷是否有傳輸錯(cuò)誤。差錯(cuò)編碼策略檢錯(cuò)碼：能檢測(cè)出錯(cuò)誤，但不能糾正錯(cuò)誤，如CRC糾錯(cuò)碼：能知道錯(cuò)誤，且知道錯(cuò)誤的位置，如海明碼差錯(cuò)編碼技術(shù)663.4流量控制 網(wǎng)絡(luò)輸入增大，輸出減小稱(chēng)為擁塞。輸出為0稱(chēng)為死鎖。 流量控制的作用就是防止擁塞狀態(tài)的出現(xiàn)、避免死鎖、合理分配網(wǎng)絡(luò)資源。

為了實(shí)現(xiàn)流量控制，網(wǎng)絡(luò)中間結(jié)點(diǎn)和接收站要設(shè)置緩沖區(qū)。把數(shù)據(jù)分幀可以減少重傳的數(shù)據(jù)量1．停止等待協(xié)議（StopandWait）圖4.4停止等待協(xié)議前提為傳輸沒(méi)有錯(cuò)誤。發(fā)送數(shù)據(jù)的流量由接收方控制。鏈路的幀計(jì)數(shù)長(zhǎng)度越小，鏈路的利用率越高，反之則低，不宜使用停等協(xié)議。2．滑動(dòng)窗口協(xié)議 采用滑動(dòng)窗口協(xié)議則可以無(wú)需等待應(yīng)答而允許連續(xù)發(fā)送多個(gè)幀，大大提高了鏈路利用率。幀編號(hào)即為窗口，發(fā)送方的叫發(fā)送窗口，表示可以連續(xù)發(fā)送多少幀。接收方的叫接收窗口。只有在接收窗口向前滑動(dòng)時(shí)（與此同時(shí)也發(fā)送了確認(rèn)），發(fā)送窗口才有可能向前滑動(dòng)。收發(fā)兩端的窗口按照以上規(guī)律不斷地向前滑動(dòng)，因此這種協(xié)議又稱(chēng)為滑動(dòng)窗口協(xié)議。當(dāng)發(fā)送窗口和接收窗口的大小都等于1時(shí)，就是停止等待協(xié)議。滑動(dòng)窗口的重要特性發(fā)送窗口的最大值

當(dāng)用n個(gè)比特進(jìn)行編號(hào)時(shí)，若接收窗口的大小為1，則只有在發(fā)送窗口的大小WT

2n1時(shí)，連續(xù)ARQ協(xié)議才能正確運(yùn)行。例如，當(dāng)采用3bit編碼時(shí)，發(fā)送窗口的最大值是7而不是8。發(fā)送窗口的最大值

顯然WT內(nèi)不可能有重復(fù)編號(hào)的幀，所以WT≤2n。設(shè)WT=2n；注意以下情況：發(fā)送窗口：只有當(dāng)收到對(duì)一個(gè)幀的確認(rèn)，才會(huì)向前滑動(dòng)一個(gè)幀的位置；接收窗口：只有收到一個(gè)序號(hào)正確的幀，才會(huì)向前滑動(dòng)一個(gè)幀的位置，且同時(shí)向發(fā)送端發(fā)送對(duì)該幀的確認(rèn)。顯然只有接收窗口向前滑動(dòng)時(shí)，發(fā)送端口才有可能向前滑動(dòng)。發(fā)送端若沒(méi)有收到該確認(rèn)，發(fā)送窗口就不能滑動(dòng)。發(fā)送窗口的最大值

取n=3?？紤]當(dāng)接收窗口位于0時(shí)，發(fā)送窗口的兩個(gè)極端狀態(tài)。狀態(tài)1：全部確認(rèn)幀收到發(fā)送窗口：0123456701234567

接收窗口：0123456701234567

狀態(tài)2：全部確認(rèn)幀都沒(méi)收到發(fā)送窗口：0123456701234567

接收窗口：0123456701234567

可見(jiàn)在狀態(tài)2下，接收過(guò)程前移窗口后有效序列號(hào)的新范圍和發(fā)送窗口的舊范圍之間有重疊，致使接收端無(wú)法區(qū)分是重復(fù)幀還是新幀。為使舊發(fā)送窗口和新接收窗口之間序列號(hào)不發(fā)生重疊，所以WT≤2n-1。信道利用率與最佳幀長(zhǎng)

由于每個(gè)數(shù)據(jù)幀都必須包括一定的控制信息(如幀的序號(hào)、地址、同步信息以及其他的一些控制信息)，所以即使連續(xù)不停地發(fā)送數(shù)據(jù)幀，信道利用率(即扣除全部的控制信息后的數(shù)據(jù)率與信道容量之比)也不可能達(dá)到100%。當(dāng)出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)(這是不可避免的)，數(shù)據(jù)幀的不斷重傳將進(jìn)一步使信道利用率降低。信道利用率與最佳幀長(zhǎng)

若數(shù)據(jù)幀的幀長(zhǎng)取得很短，那么控制信息在每一幀中所占的比例就增大，因而額外開(kāi)銷(xiāo)增大，這就導(dǎo)致信道利用率的下降。若幀長(zhǎng)取得太長(zhǎng)，則數(shù)據(jù)幀在傳輸過(guò)程中出錯(cuò)的概率就增大，于是重傳次數(shù)將增大，這也會(huì)使信道利用率下降。由此可見(jiàn)，存在一個(gè)最佳幀長(zhǎng)，在此幀長(zhǎng)下信道的利用率最高。2．后退N幀ARQ協(xié)議圖4.7后退N幀與選擇性

3．選擇性ARQ協(xié)議后退N幀ARQ協(xié)議的接收窗口為1，選擇性ARQ協(xié)議的接收窗口大于1，允許不按順序接收。只選擇性重發(fā)錯(cuò)誤幀和丟失幀選擇性重傳ARQ協(xié)議

可加大接收窗口，先收下發(fā)送序號(hào)不連續(xù)但仍處在接收窗口中的那些數(shù)據(jù)幀。等到所缺序號(hào)的數(shù)據(jù)幀收到后再一并送交主機(jī)。選擇重傳ARQ協(xié)議可避免重復(fù)傳送那些本來(lái)已經(jīng)正確到達(dá)接收端的數(shù)據(jù)幀。但我們付出的代價(jià)是在接收端要設(shè)置具有相當(dāng)容量的緩存空間。對(duì)于選擇重傳ARQ協(xié)議，若用n

比特進(jìn)行編號(hào)，則接收窗口的最大值受下式的約束。

WR

2n/23.5鏈路管理

鏈路管理功能主要用于面向連接的服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層連接的建立、維持、和釋放，就稱(chēng)作鏈路管理。典型的鏈路管理協(xié)議有高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路控制協(xié)議PPP、介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制協(xié)議MAC，以及避免沖突的多路訪(fǎng)問(wèn)MACA協(xié)議等。

高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程（HDLC）HDLC是由ISO制定的面向位的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議HDLC主要功能目標(biāo)保證發(fā)送的數(shù)據(jù)流具有透明性確定發(fā)送幀的格式及幀內(nèi)段的含義實(shí)現(xiàn)鏈路上站之間的協(xié)調(diào),保證有序交換HDLC定義了：3種不同的站類(lèi)型：主站、次站和復(fù)合站2種鏈路結(jié)構(gòu)：平衡型結(jié)構(gòu)和非平衡型結(jié)構(gòu)3種數(shù)據(jù)傳輸方式：正常響應(yīng)(NRM)、異步響應(yīng)(ARM)和異步平衡響應(yīng)方式(ABM)Page803.5.1面向比特的鏈路層協(xié)議HDLC

由于對(duì)控制方法影響較大的是傳輸信息的基本單位，因此鏈路控制規(guī)程有"面向字符的控制規(guī)程"和"面向比特的控制規(guī)程"。面向字符的控制規(guī)程把數(shù)據(jù)和控制信息都看作是字符，面向比特的控制規(guī)程把數(shù)據(jù)及控制信息都看作是位的組合。

面向字符和面向位的鏈路控制協(xié)議圖4.10IBM公司的二進(jìn)制同步通信控制（BSC）協(xié)議HDLC協(xié)議的基本概念1．3種類(lèi)型的站：主站，次站，復(fù)合站。主站負(fù)責(zé)控制整個(gè)數(shù)據(jù)鏈路圖4.11三種類(lèi)型的站和兩種結(jié)構(gòu)2．兩種鏈路結(jié)構(gòu)：平衡型和非平衡型下圖為主站和次站疊合組成圖4.12對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu) 3．3種操作模式

（1）NRM：正常響應(yīng) 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) （2）ARM：異步響應(yīng) 對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路 （3）ABM：異步平衡復(fù)合站結(jié)構(gòu)HDLC協(xié)議的幀格式圖4.13HDLC的幀格式1．標(biāo)志字段（F）

幀的開(kāi)始和結(jié)束2．地址字段（A） 地址字段用來(lái)表示命令幀或響應(yīng)幀的地址。命令幀的地址為對(duì)方地址；響應(yīng)幀的地址為自己的地址3．信息字段（I） 信息字段用于傳輸用戶(hù)數(shù)據(jù)。長(zhǎng)度有限制4．幀校驗(yàn)字段（FCS） 幀校驗(yàn)字段（FCS）共16位，采用循環(huán)冗余校驗(yàn)方法，用來(lái)檢查所接收的信息是否在傳輸過(guò)程中發(fā)生了差錯(cuò)。5．控制字段（C） 控制字段（C）共占8位，可構(gòu)成各種命令和響應(yīng)用來(lái)完成傳輸控制功能。HDLC協(xié)議的主要內(nèi)容 1．信息幀

發(fā)送數(shù)據(jù),控制字段的1為”0”。 2．監(jiān)控幀

控制字段的1,2為”10”,監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)鏈路傳送應(yīng)答信息 3．無(wú)編號(hào)幀

控制字段的1,2為”11”,傳送命令和其他控制信息，控制鏈路的建立，拆除并處理系統(tǒng)錯(cuò)誤等。與用戶(hù)無(wú)關(guān)，并優(yōu)先傳送表4.1無(wú)編號(hào)幀命令編碼表續(xù)表（1）SARM/SABM幀（2）DISC（拆除鏈路）幀（3）UA（無(wú)序號(hào)確認(rèn)響應(yīng)）幀（4）FRMR（幀拒絕響應(yīng)）幀/CMDR（命令拒絕響應(yīng)）幀4．鏈路操作過(guò)程（1）鏈路建立（2）數(shù)據(jù)傳輸（3）鏈路拆除圖4.14無(wú)編號(hào)幀使用舉例3.5.2因特網(wǎng)中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）圖4.15用戶(hù)撥號(hào)上網(wǎng)示意圖點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議PPPPPP協(xié)議是IETF于1992年制定的。PPP是使用串行線(xiàn)路通信的面向字節(jié)協(xié)議PPP可以在同步和異步線(xiàn)路上使用由于流量控制、差錯(cuò)控制已在TCP中實(shí)現(xiàn)，因此PPP沒(méi)有糾錯(cuò)功能，不進(jìn)行流量控制，不需要幀序號(hào)，不支持多點(diǎn)鏈路，使用全雙工方式傳輸數(shù)據(jù)。Page961.PPP協(xié)議應(yīng)滿(mǎn)足的條件（1）簡(jiǎn)單：不需要復(fù)雜的流量控制、差錯(cuò)控制等功能，也不需要序號(hào)，只需要實(shí)現(xiàn)最基本的功能。（2）封裝成幀：規(guī)定特殊的字符作為幀的開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)志，同時(shí)保證能正確地區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)與幀的定界標(biāo)志，保證數(shù)據(jù)的透明傳輸。（3）支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議：能支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。（4）支持多種類(lèi)型鏈路：能在多種鏈路上運(yùn)行，如同步或異步、高速或低速、電或光等鏈路。Page971.PPP協(xié)議應(yīng)滿(mǎn)足的條件（5）差錯(cuò)檢測(cè)：可進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，丟棄錯(cuò)幀。（6）檢測(cè)連接狀態(tài)：能及時(shí)自動(dòng)檢測(cè)鏈路工作狀態(tài)。（7）可設(shè)置最大傳送單元：可針對(duì)不同的鏈路設(shè)置最大傳送單元MTU的值（幀中數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度）。（8）支持網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商：支持網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)協(xié)商配置并識(shí)別網(wǎng)絡(luò)地址。（9）支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮協(xié)商：提供協(xié)商使用數(shù)據(jù)壓縮算法的方法。Page982．PPP協(xié)議組成PPP協(xié)議由3部分組成，即HDLC封裝、鏈路控制協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議。（1）一種成幀方法定義了將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法，明確地定界一個(gè)幀的結(jié)束和下一個(gè)幀的開(kāi)始，其幀格式允許進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)。PPP既支持異步鏈路（無(wú)奇偶檢驗(yàn)的8位數(shù)據(jù)），也支持面向位串的同步鏈路。IP數(shù)據(jù)報(bào)是PPP中信息部分，其長(zhǎng)度受最大傳送單元MTU的限制。MTU的默認(rèn)值是1500字節(jié)。Page992．PPP協(xié)議組成（2）一個(gè)鏈路控制協(xié)議（LCP）鏈路控制協(xié)議（LinkControlProtocol，LCP）負(fù)責(zé)線(xiàn)路建立、配置、測(cè)試和選項(xiàng)協(xié)商，并在它們不再被需要時(shí)，穩(wěn)妥地把它們釋放。（3）一套網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NetworkControlProtocol，NCP）可支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，如IP、Appletalk等，對(duì)于所支持的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議都有一個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，用來(lái)建立和配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。提供了協(xié)商網(wǎng)絡(luò)層選項(xiàng)的方式。Page100圖4.16PPP的工作過(guò)程3．PPP協(xié)議的幀格式PPP協(xié)議的幀格式與HDLC幀格式相似（1）標(biāo)志域：標(biāo)志為0x7E，即“01111110”，與HDLC相同。（2）地址域：固定為0xFF，即“11111111”，表示所有站都可以接收這個(gè)幀。因?yàn)镻PP只用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，地址域?qū)嶋H上不起作用。Page102PPP幀格式說(shuō)明（3）控制域置為0x03，即“00000011”，表示PPP幀不使用編號(hào)。缺省值：PPP不提供使用序列號(hào)和確認(rèn)應(yīng)答的可靠傳輸。在有噪音的環(huán)境中，如無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)LCP確定可以使用編號(hào)方式的可靠傳輸。Page103PPP幀格式說(shuō)明（4）協(xié)議域說(shuō)明信息域中承載分組的種類(lèi)。PPP為L(zhǎng)CP、NCP、AppleTalk和其他協(xié)議定義了相應(yīng)的代碼。缺省長(zhǎng)度是2字節(jié)，通過(guò)LCP協(xié)商變成1個(gè)字節(jié)。常用的有：①0x0021：IP數(shù)據(jù)報(bào)。②0x002b：IPX數(shù)據(jù)。③0x0029：AppleTalk數(shù)據(jù)。④0xc021：PPP鏈路控制數(shù)據(jù)（LCP）。⑤0x8021：IP控制協(xié)議。⑥0x802b：IPX控制協(xié)議。⑦0x8029：AppleTalk控制協(xié)議。Page104PPP幀格式說(shuō)明（5）信息域信息域是網(wǎng)絡(luò)層傳送過(guò)來(lái)分組，長(zhǎng)度可變，可以協(xié)商一個(gè)最大值。缺省1500字節(jié)。①字節(jié)填充法當(dāng)PPP使用異步傳輸時(shí)（面向字符），使用字節(jié)填充法來(lái)（0x7D）消除信息中可能出現(xiàn)的0x7E字符。②位填充法PPP協(xié)議用在SONET/SDH鏈路時(shí)，使用同步傳輸而不是異步傳輸。Page105PPP幀格式說(shuō)明（6）檢驗(yàn)和檢驗(yàn)和字段通常是2個(gè)字節(jié)，但也可以通過(guò)協(xié)商使用4個(gè)字節(jié)的檢驗(yàn)和。PPP協(xié)議對(duì)收到的每一個(gè)幀，使用硬件進(jìn)行CRC檢驗(yàn)。若發(fā)現(xiàn)有差錯(cuò)，則丟棄該幀。因此，PPP協(xié)議可保證鏈路級(jí)無(wú)差錯(cuò)接收。Page1064．PPP協(xié)議的工作過(guò)程當(dāng)用戶(hù)撥號(hào)接入ISP時(shí)，路由器對(duì)撥號(hào)做出確認(rèn)，并建立一條物理連接。此時(shí)，計(jì)算機(jī)向路由器發(fā)送一系列的LCP幀（封裝成多個(gè)PPP幀）。這些幀及其響應(yīng)幀選擇了將要使用的PPP協(xié)議參數(shù)。接著進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層配置，NCP給新接入的計(jì)算機(jī)分配一個(gè)臨時(shí)的IP地址。這樣，計(jì)算機(jī)就成為互聯(lián)網(wǎng)上的一個(gè)主機(jī)了。當(dāng)用戶(hù)通信完畢時(shí)，NCP釋放網(wǎng)絡(luò)層連接，收回原來(lái)分配出去的IP地址，LCP釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接，最后，釋放物理層的連接。Page107Page108

數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程分類(lèi)

面向字符型

在這類(lèi)規(guī)程中，用字符編碼集中的幾個(gè)特定字符來(lái)控制鏈路的操作，監(jiān)視鏈路的工作狀態(tài)，例如，采用國(guó)際5號(hào)碼中的SOH、STX作為幀的開(kāi)始，ETX、ETB作為的結(jié)束，ENQ、EOT、ACK、NAK等字符控制鏈路操作。面向比特型

在這類(lèi)規(guī)程中，采用特定的二進(jìn)制序列01111110作為幀的開(kāi)始和結(jié)束，以一定的比特組合所表示的命令和響應(yīng)實(shí)現(xiàn)鏈路的監(jiān)控功能，命令和響應(yīng)可以和信息一起傳送。3.5面向比特的鏈路層協(xié)議HDLC

面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的缺點(diǎn)：報(bào)文格式不一樣；傳輸透明性不好；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；傳輸透明性好；連續(xù)發(fā)送，傳輸效率高。HDLC的基本工作原理（基本特征）三種類(lèi)型的站：主站：負(fù)責(zé)鏈路的操作，主站發(fā)出的幀稱(chēng)為命令。次站：在主站的控制下進(jìn)行操作。組合站：組合了主站和次站的特性，既可發(fā)命令，也可發(fā)響應(yīng)。兩種鏈路組合:

非平衡組合：1個(gè)主站+1~多個(gè)次站。平衡組合：兩個(gè)組合站組成。HDLC的基本工作原理（基本特征）操作方式：正常響應(yīng)方式(NRM)：適用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)，即用于點(diǎn)-點(diǎn)和點(diǎn)-多點(diǎn)的鏈路結(jié)構(gòu)中。由主站控制整個(gè)鏈路的操作，負(fù)責(zé)鏈路的初始化、數(shù)據(jù)流控制和鏈路復(fù)位等。從站只有在收到主站的明確允許后，才能發(fā)出響應(yīng)。異步響應(yīng)方式(ARM)：也適用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)。從站可以不必得到主站的允許就可以開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸。異步平衡方式(ABM)：適用于平衡鏈路結(jié)構(gòu)。鏈路兩端的復(fù)合站具有同等的能力，不管哪個(gè)復(fù)合站均可在任意時(shí)間發(fā)送命令幀，并且不需要收到對(duì)方復(fù)合站發(fā)出的命令幀就可以發(fā)送響應(yīng)幀。HDLC的基本配置方式HDLC的幀結(jié)構(gòu)標(biāo)志字段F(Flag)為6個(gè)連續(xù)1加上兩邊各一個(gè)0共8bit。在接收端只要找到標(biāo)志字段就可確定一個(gè)幀的位置。比特888可變168信息

Info標(biāo)志

F標(biāo)志

F地址

A控制

C幀檢驗(yàn)序列

FCS透明傳輸區(qū)間FCS檢驗(yàn)區(qū)間零比特填充法HDLC采用零比特填充法使一幀中兩個(gè)F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。

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透明傳輸

采用零比特填充法就可傳送任意組合的比特流，或者說(shuō)，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的透明傳輸。當(dāng)連續(xù)傳輸兩個(gè)幀時(shí)，前一個(gè)幀的結(jié)束標(biāo)志字段F可以兼作后一幀的起始標(biāo)志字段。當(dāng)暫時(shí)沒(méi)有信息傳送時(shí)，可以連續(xù)發(fā)送標(biāo)志字段，使接收端可以一直和發(fā)送端保持同步。其它字段

地址字段A是8bit。最多可以表示256個(gè)站的地址。地址字段為“11111111”時(shí)，定義為全站地址，即通知所有的接收站接收有關(guān)的命令幀并按其動(dòng)作；全“0”比特為無(wú)站地址，用于測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路的狀態(tài)。因此有效地址共有254個(gè)。比特888可變168信息

Info標(biāo)志

F標(biāo)志

F地址

A控制

C幀檢驗(yàn)序列

FCS透明傳輸區(qū)間FCS檢驗(yàn)區(qū)間其它字段

幀檢驗(yàn)序列FCS字段共16bit。所檢驗(yàn)的范圍是從地址字段的第一個(gè)比特起，到信息字段的最末一個(gè)比特為止?？刂谱侄蜟共8bit，是最復(fù)雜的字段。HDLC的許多重要功能都靠控制字段來(lái)實(shí)現(xiàn)。比特888可變168信息

Info標(biāo)志

F標(biāo)志

F地址

A控制

C幀檢驗(yàn)序列

FCS透明傳輸區(qū)間FCS檢驗(yàn)區(qū)間控制字段

控制字段C有8bit，HDLC的許多重要功能要由控制字段來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)其最前面二個(gè)比特位，可將HDLC幀分為三種：即信息幀I、監(jiān)督幀S和無(wú)編號(hào)幀U。比特888可變168信息

Info標(biāo)志

F標(biāo)志

F地址

A控制

C幀檢驗(yàn)序列

FCS01101SMP/FP/FN（S）P/FN（R）N（R）M信息幀I監(jiān)督幀S無(wú)編號(hào)幀U12345678信息幀：若控制字段的第1比特為0，則該幀為數(shù)據(jù)幀，用于傳送數(shù)據(jù)。比特2-4為發(fā)送序號(hào)N(S)，而比特6-8為接收序號(hào)N(R)。特別強(qiáng)調(diào)指出：N(R)帶有確認(rèn)的意思，它表示序號(hào)為N(R)-1以及在這以前的各幀都已經(jīng)正確無(wú)誤地收妥了。

控制字段（續(xù)1）01101SMP/FP/FN（S）P/FN（R）N（R）M信息幀I監(jiān)督幀S無(wú)編號(hào)幀U12345678監(jiān)督幀：用于監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)鏈路，完成信息幀的接收確認(rèn)、重發(fā)請(qǐng)求、暫停發(fā)送請(qǐng)求等功能。若控制字段的第1-2比特為10，則對(duì)應(yīng)的幀即為監(jiān)督幀S。監(jiān)督幀共有四種，取決于第3-4比特的取值。

監(jiān)控幀的名稱(chēng)和功能

控制字段（續(xù)2）第3-4比特幀名功能確認(rèn)，且準(zhǔn)備接受下一幀，已收妥N(R)以前的各幀確認(rèn)，暫停接收下一幀，N(R)含義同上否認(rèn)，否認(rèn)N(R)起的各幀，但N(R)以前的幀已收妥否認(rèn)，只否認(rèn)序號(hào)為N(R)的幀RR接收準(zhǔn)備好RNR接收未準(zhǔn)備好REJ拒絕接收SREJ選擇拒絕接收00100111無(wú)編號(hào)幀：用于數(shù)據(jù)鏈路的控制。若控制字段的第1-2比特都是1時(shí)，這個(gè)幀就是無(wú)編號(hào)幀U，無(wú)編號(hào)幀本身不帶編號(hào)，而是用5bit來(lái)表示不同功能的無(wú)編號(hào)幀?？梢栽谌魏涡枰臅r(shí)刻發(fā)出，而不影響帶編號(hào)的信息幀的交換順序。如：B3B4B6B7B8=00001，則其功能為置正常響應(yīng)模式?？刂谱侄危ɡm(xù)3）01101SMP/FP/FN（S）P/FN（R）N（R）M信息幀I監(jiān)督幀S無(wú)編號(hào)幀U12345678無(wú)編號(hào)幀的名稱(chēng)和代碼名稱(chēng)B3B4B6B7B8記憶符置正常響應(yīng)模式00001SNRM置異步響應(yīng)模式/斷開(kāi)方式11000SARM/DM置異步平衡模式11100SABM置擴(kuò)充正常響應(yīng)模式11011SNRME置擴(kuò)充異步響應(yīng)模式11010SARME置擴(kuò)充異步平衡模式11110SABME斷鏈/請(qǐng)求斷鏈00010DISC/RD置初始化/請(qǐng)求初始化方式10000SIM/RIM無(wú)編號(hào)探詢(xún)00100UP無(wú)編號(hào)信息00000UI交換識(shí)別11101XID復(fù)位11001RESET幀拒絕10001FRMR無(wú)編號(hào)確認(rèn)00110UAP/F位的意義（詢(xún)問(wèn)/終止）

在正常響應(yīng)方式中，從站不能主動(dòng)向主站發(fā)送信息，從站只有收到主站發(fā)出的P比特為1（對(duì)從站的查詢(xún)）的命令幀以后才能發(fā)送響應(yīng)幀。若從站有數(shù)據(jù)發(fā)送，則在最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀中將F比特置1；若無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，則應(yīng)在回答的S幀中將F比特置1。在異步響應(yīng)或異步平衡方式中，任何一個(gè)站都可以在主動(dòng)發(fā)送的S幀和I幀中將P比特置1。對(duì)方站收到P=1的幀后，應(yīng)盡早地回答本站的狀態(tài)并將F比特置1。P/F位的使用方法圖中主站A和從站B、C連成多點(diǎn)鏈路，傳送幀的一些主要參數(shù)按照“地址，幀名和序號(hào)，P/F”的先后順序標(biāo)注。這里的地址是指地址字段中應(yīng)填入的站地址；幀名是指幀的名稱(chēng)，如RR、I；序號(hào)是指監(jiān)控幀中的N(R)或信息幀中的N(S)和N(R)，如RR4、I31（第1個(gè)數(shù)字是N(S)，第2個(gè)數(shù)字是N(R)）。P/F是在其為1時(shí)才寫(xiě)上P或F，表明此時(shí)控制字段的第5比特為1。P/F位的使用方法主站A先詢(xún)問(wèn)B站：“B站，若有信息，請(qǐng)立刻發(fā)送”。這時(shí)A站發(fā)送的幀是RR監(jiān)控幀，并將N(R)置0，表示期望收到對(duì)方的0號(hào)幀。因此在圖中將這樣的幀記為“B,RR0,P”。對(duì)主站的這一命令，B站響應(yīng)以連續(xù)4個(gè)信息幀，其序號(hào)N(S)從0到3。最后在第4個(gè)信息幀中將F置1，表示“我要發(fā)送的信息已發(fā)完”。這個(gè)幀記為“B,I30,F”。A站在收到B站發(fā)來(lái)的4個(gè)信息幀后，發(fā)回確認(rèn)幀RR4（這時(shí)N(R)=4）。我們注意到這時(shí)P/F比特并未置1，所以B站收到RR4后不必應(yīng)答。接下去A站輪詢(xún)C站，P=1，雖然這時(shí)C站沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送，但也必須立即應(yīng)答。C站應(yīng)答也是RR幀，表示目前沒(méi)有信息幀發(fā)送，F(xiàn)=1表明這是回答對(duì)方命令的一個(gè)響應(yīng)。P/F位的使用方法有了P/F比特，使HDLC規(guī)程使用起來(lái)更加靈活。在兩個(gè)復(fù)合站全雙工通信時(shí)，任何一方都可隨時(shí)使P=1，這時(shí)對(duì)方就要立即回答RR幀，并置F=1，這樣就可以收到對(duì)方的確認(rèn)了。如果不使用P/F比特，則收方不一定馬上發(fā)出確認(rèn)幀，比如收方可以在發(fā)送自己的信息幀時(shí)，利用N(R)把確認(rèn)信息發(fā)出。P/F位的使用方法3.5.2因特網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPPPPP（Point-to-PointProtocol點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議）是為在同等單元之間傳輸數(shù)據(jù)包這樣的簡(jiǎn)單鏈路設(shè)計(jì)的鏈路層協(xié)議。這種鏈路提供全雙工操作，并按照順序傳遞數(shù)據(jù)包。設(shè)計(jì)目的主要是用來(lái)通過(guò)撥號(hào)或?qū)＞€(xiàn)方式建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接發(fā)送數(shù)據(jù)，使其成為各種主機(jī)、網(wǎng)橋和路由器之間簡(jiǎn)單連接的一種解決方案。

PPP協(xié)議的工作原理

現(xiàn)在使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議

PPP。用戶(hù)使用撥號(hào)電話(huà)線(xiàn)接入因特網(wǎng)時(shí)，一般都是使用PPP協(xié)議。路由器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP)用戶(hù)家庭撥號(hào)電話(huà)線(xiàn)

使用TCP/IP的

PPP連接使用TCP/IP的客戶(hù)進(jìn)程路由選擇進(jìn)程至因特網(wǎng)…PC機(jī)PPP的特性PPP協(xié)議是目前使用得最廣泛的廣域網(wǎng)協(xié)議，這是因?yàn)樗哂幸韵绿匦裕耗軌蚩刂茢?shù)據(jù)鏈路的建立；能夠?qū)P地址進(jìn)行分配和使用；允許同時(shí)采用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；能夠配置和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路；能夠進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)；有協(xié)商選項(xiàng)，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)層的地址和數(shù)據(jù)壓縮等進(jìn)行協(xié)商。PPP協(xié)議組成一個(gè)將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法。鏈路控制協(xié)議LCP(LinkControlProtocol)：LCP負(fù)責(zé)創(chuàng)建，維護(hù)或終止一次物理連接。可以使用多種物理層服務(wù)。認(rèn)證協(xié)議，最常用的包括口令驗(yàn)證協(xié)議PAP和挑戰(zhàn)握手驗(yàn)證協(xié)議CHAP。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP(NetworkControlProtocol)：負(fù)責(zé)解決物理連接上運(yùn)行什么網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以及解決上層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)生的問(wèn)題?？梢灾С侄喾N網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。PPP協(xié)議的幀格式PPP的幀格式和HDLC的相似。標(biāo)志字段F仍為0x7E（符號(hào)“0x”表示后面的字符是用十六進(jìn)制表示。十六進(jìn)制的7E的二進(jìn)制表示是01111110）。地址字段A只置為0xFF。地址字段實(shí)際上并不起作用，PPP不分配個(gè)人地址?？刂谱侄蜟通常置為0x03。要求用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)序號(hào)幀，不提供使用序號(hào)和確認(rèn)的可靠傳輸。PPP是面向字節(jié)的，所有的PPP幀的長(zhǎng)度都是整數(shù)字節(jié)。PPP協(xié)