第4章數(shù)據(jù)鏈路層2021/3/71CHENLI本章學(xué)習(xí)要求：了解：數(shù)據(jù)傳輸過程中差錯產(chǎn)生的原因與性質(zhì)。掌握：誤碼率的定義與差錯控制方法。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)議實(shí)例—BSC。掌握：面向比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實(shí)例—HDLC。掌握：Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。2021/3/72CHENLI4.1.1為什么要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層

比喻：在大廳中，很多人在談話物理層:讓對方能聽到聲音；多路復(fù)用：FDM：兩個兩個聚在一起，互不干擾TDM：輪流發(fā)言CDM：使用不同的語言，同時發(fā)言數(shù)據(jù)鏈路層：讓對方聽到的聲音能組成句子；并知道你談話的對象和使用的語言、習(xí)慣等2021/3/73CHENLI4.1差錯產(chǎn)生與差錯控制方法

4.1.1為什么要設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的：

將有差錯的物理線路改進(jìn)成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路；方法—差錯檢測差錯控制流量控制作用：改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的服務(wù)。2021/3/74CHENLI4.1.2差錯產(chǎn)生的原因和差錯類型

傳輸差錯—通過通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象;差錯控制—檢查是否出現(xiàn)差錯以及如何糾正差錯；通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲；熱噪聲：由電子熱運(yùn)動引起，是隨機(jī)差錯；沖擊噪聲：由外界電磁干擾引起，是突發(fā)差錯；引起突發(fā)差錯的位長稱為突發(fā)長度；在通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯，是由隨機(jī)差錯與突發(fā)差錯共同構(gòu)成的。2021/3/75CHENLI傳輸差錯

產(chǎn)生過程2021/3/76CHENLI

4.1.3誤碼率的定義

誤碼率定義：二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，它在數(shù)值上近似等于：

Pe=Ne/N其中，N為傳輸?shù)亩M(jìn)制比特總數(shù)；

Ne為被傳錯的比特?cái)?shù)。對于一個實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好，要根據(jù)實(shí)際傳輸要求提出誤碼率要求；差錯的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，在實(shí)際測量一個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時，只有被測量的傳輸二進(jìn)制比特?cái)?shù)越大，才會越接近于真正的誤碼率值。2021/3/77CHENLI4.1.4檢錯碼與糾錯碼

糾錯碼：每個傳輸?shù)姆纸M帶上足夠的冗余信息；接收端能發(fā)現(xiàn)并自動糾正傳輸差錯。需要冗余信息太多，不實(shí)用。檢錯碼:分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯的冗余信息；接收端能發(fā)現(xiàn)出錯，但不能確定哪一比特是錯的，并且自己不能糾正傳輸差錯。配合確認(rèn)-重傳機(jī)制，實(shí)用。2021/3/78CHENLI常用的檢錯碼奇偶校驗(yàn)碼增加冗余位來使得碼字中“1”的個數(shù)保持奇或偶數(shù)；能檢測出奇數(shù)位的錯，但檢測不出偶數(shù)位的錯對于突發(fā)錯誤來說，奇數(shù)位錯與偶數(shù)位錯的概率接近于相等，因而對差錯的漏檢率接近于1/2。循環(huán)冗余編碼CRC又稱為多項(xiàng)式碼，這是因?yàn)槿魏我粋€由二進(jìn)制數(shù)位串組成的代碼都可以和一個只含有0和1兩個系數(shù)的多項(xiàng)式建立一一對應(yīng)的關(guān)系。目前應(yīng)用最廣的檢錯碼編碼方法之一2021/3/79CHENLI4.1.5循環(huán)冗余編碼工作原理

2021/3/710CHENLI

舉例：生成余數(shù)發(fā)送校驗(yàn)2021/3/711CHENLICRC正確性的證明發(fā)送序列T(x)=f(x)*xk+R(x)因?yàn)椋篺(x)*xk=G（x）*Q（x）+R(x)所以：T(x)=G（x）*Q（x）+R(x)+R(x)又CRC校驗(yàn)碼生成采用的是二進(jìn)制模二算法，即異或操作，有R(x)+R(x)=0所以：T(x)=G（x）*Q（x）所以：若T(x)/G（x）=0，則校驗(yàn)成功2021/3/712CHENLI標(biāo)準(zhǔn)CRC生成多項(xiàng)式G（x）CRC-12G（x）=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16G（x）=x16+x15+x2+1CRC-CCITTG（x）=x16+x12+x5+1CRC-32G（x）=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+

x2+x+12021/3/713CHENLICRC校驗(yàn)碼的檢錯能力CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部單個錯；CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部離散的二位錯；CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部奇數(shù)個錯；CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部長度小于或等于K位的突發(fā)錯；CRC校驗(yàn)碼能以[1-（1/2）K-1]的概率檢查出長度為（K+1）位的突發(fā)錯；如果K=16，則該CRC校驗(yàn)碼能全部檢查出小于或等于16位的所有的突發(fā)差錯，并能以1-（1/2）16-1=99.997％的概率檢查出長度為17位的突發(fā)錯，漏檢概率為0.003%；

2021/3/714CHENLI4.1.6差錯控制機(jī)制

反饋重發(fā)機(jī)制

2021/3/715CHENLI反饋重發(fā)機(jī)制的分類

停止等待方式

2021/3/716CHENLI連續(xù)工作方式

拉回方式選擇重發(fā)方式

2021/3/717CHENLI4.2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（帶控制規(guī)程）2021/3/718CHENLI4.2.2數(shù)據(jù)鏈路控制

鏈路管理：收發(fā)雙方的呼應(yīng)幀同步：確定幀頭幀尾流量控制：窗口協(xié)議差錯控制：檢錯、重傳幀的透明傳輸：當(dāng)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符尋址：多點(diǎn)連接2021/3/719CHENLI4.2.3數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)

數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)的類型：面向連接確認(rèn)服務(wù)：廣域網(wǎng)適用；

無連接確認(rèn)服務(wù)：無線通信適用；

無連接不確認(rèn)服務(wù)：局域網(wǎng)適用，由高層負(fù)責(zé)糾錯。

數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)：正確性的校驗(yàn)；

判斷目的MAC地址是否本機(jī)；提交網(wǎng)絡(luò)層（實(shí)現(xiàn)路由）；為數(shù)據(jù)傳輸?shù)较乱徽窘?shù)據(jù)鏈路。2021/3/720CHENLI實(shí)際數(shù)據(jù)路徑與虛擬數(shù)據(jù)路徑2021/3/721CHENLI4.3面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實(shí)例：BSC

4.3.1數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類

2021/3/722CHENLI4.3.2面向字符型協(xié)議實(shí)例：BSC

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）STX（startoftext）ETB（endoftransmissionblock）ETX（endoftext）

控制字符：ACK（acknowledge）NAK（negativeacknowledge）ENQ（enquire）EOT（endoftransmission）SYN（synchrous）DLE（datalinkescape）2021/3/723CHENLI面向字符型BSC協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文格式2021/3/724CHENLI面向字符型BSC協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)與釋放2021/3/725CHENLI4.4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)：控制與數(shù)據(jù)報(bào)文格式不一樣；傳輸透明性不好；（使用DLE轉(zhuǎn)義實(shí)現(xiàn)透明）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；（在連續(xù)5個1后插入0實(shí)現(xiàn)透明）連續(xù)發(fā)送，傳輸效率高。2021/3/726CHENLI4.4.3HDLC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、命令與控制信息I（information）：網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)，Nmax=256BFCS（checksum）：校驗(yàn)A、C、I字段的數(shù)據(jù)

G(X)=X16+X12+X5+12021/3/727CHENLI零比特插入/刪除工作過程2021/3/728CHENLI4.4.2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)鏈路的工作過程，發(fā)出命令從站：接受命令，發(fā)出響應(yīng)，配合主站工作一主多從2021/3/729CHENLI數(shù)據(jù)鏈路的非平衡配置方式2021/3/730CHENLI非平衡配置方式正常響應(yīng)模式（normalresponsemode，NRM）主站可以隨時向從站傳輸數(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、釋放與差錯恢復(fù)等功能。2021/3/731CHENLI平衡配置方式

鏈路兩端的兩個站都是復(fù)合站（combinedstation）；復(fù)合站同時具有主站與從站的功能；每個復(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：每個復(fù)合站都可以平等地發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，而不需要得到對方的許可。一對一2021/3/732CHENLI數(shù)據(jù)鏈路的平衡配置方式2021/3/733CHENLI4.4.3幀類型及控制字段的意義2021/3/734CHENLI幀類型I幀：

N（S）—發(fā)送幀的順序號

N（R）

—

接收幀的順序號

P/F=Poll/Final，P=1主站詢問，允許發(fā)送，F(xiàn)=1從站響應(yīng)，發(fā)送結(jié)束。P與F成對出現(xiàn)S幀：監(jiān)控功能位，幀確認(rèn)及流量控制

S=00，RR（receiveready），繼續(xù)

S=01，RNR（receivenotready），暫停S=10，RJE（reject），連續(xù)重發(fā)S=11，SREJ（selectreject），選擇重發(fā)U幀：控制功能2021/3/735CHENLIU幀的格式與鏈路控制功能2021/3/736CHENLI4.4.4數(shù)據(jù)鏈路層的工作過程

簡化的信息幀結(jié)構(gòu)的表示方法一個信息幀的表示

2021/3/737CHENLI無編號幀的簡化的表示方法

SNRM幀與UA幀結(jié)構(gòu)2021/3/738CHENLI正常響應(yīng)模式數(shù)據(jù)鏈路的工作過程2021/3/739CHENLI數(shù)據(jù)鏈路層

與物理層的關(guān)系

2021/3/740CHENLI4.5Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層

4.5.1Internet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線路上，是目前家庭計(jì)算機(jī)或公司用戶通過ISP接到Internet主要的協(xié)議。HDLC主要用于分組交換網(wǎng)中，在DTE與DCE之間建立虛電路，或在DCE與DCE之間建立數(shù)據(jù)鏈路2021/3/741CHENLI4.5.2SLIP協(xié)議SLIP出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代初，最早是在BSDUNIX4.2版操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的;SLIP協(xié)議支持TCP/IP協(xié)議;對IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行了簡單的封裝，然后來用RS-232接口串行線路進(jìn)行傳輸;SLIP通常也用來將遠(yuǎn)程終端連接到UNIX主機(jī)，也可通過租用或撥號串行線路進(jìn)行主機(jī)到路由器，以及路由器到路由器的通信。2021/3/742CHENLI典型的SLIP接入方式家庭或小型公司用戶通過調(diào)制解調(diào)器、電話網(wǎng)絡(luò)連接到ISP的調(diào)制解調(diào)器；ISP的調(diào)制解調(diào)器再通過它的路由器接入Internet；用戶與路由器之間的數(shù)據(jù)鏈路由SLIP協(xié)議維護(hù)。2021/3/743CHENLISLIP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)SLIP幀頭與幀尾的“CO”，是協(xié)議使用的惟一的一個控制字符;CO的二進(jìn)制編碼比特序列是10000110000000;CO的使用將影響SLIP幀數(shù)據(jù)的透明性;2021/3/744CHENLI

SLIP協(xié)議的缺點(diǎn)使用SLIP協(xié)議時，通信的雙方都必須知道對方的IP地址，因?yàn)镾LIP協(xié)議沒有為它們提供相互交換地址信息的方法；沒有設(shè)置協(xié)議類型字段，不具備同時處理多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的能力；沒有校驗(yàn)和字段，差錯控制功能由高層的協(xié)議承擔(dān)；SLIP協(xié)議并不是Internet的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因此不同版本的之間就會存在著差別，使得互連變得困難。2021/3/745CHENLI4.5.4PPP協(xié)議基本特點(diǎn)PPP協(xié)議是Internet標(biāo)準(zhǔn)；PPP協(xié)議處理了差錯檢測，可以支持IP協(xié)議及其他一些網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；PPP協(xié)議是在大多數(shù)家庭個人計(jì)算機(jī)和ISP之間使用的協(xié)議;PPP協(xié)議不僅在撥號電話線，并且在路由器─路由器之間的專用