1、第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,2,本章學(xué)習(xí)要求：,了解：數(shù)據(jù)傳輸過程中差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與性質(zhì)。 掌握：誤碼率的定義與差錯(cuò)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。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,3,4.1 差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)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(hào)是有差錯(cuò)的； 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的： 將有差錯(cuò)的物理線路改進(jìn)成無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路； 方法 差錯(cuò)檢測(cè) 差錯(cuò)控制 流量控制 作用：改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，向網(wǎng)絡(luò)

2、層提供高質(zhì)量的服務(wù)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,4,4.1.2 差錯(cuò)產(chǎn)生的原因和差錯(cuò)類型,傳輸差錯(cuò) 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(cuò)控制 檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及如何糾正差錯(cuò)； 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(cuò)是隨機(jī)差錯(cuò)，或隨機(jī)錯(cuò)； 沖擊噪聲引起的差錯(cuò)是突發(fā)差錯(cuò)，或突發(fā)錯(cuò)； 引起突發(fā)差錯(cuò)的位長稱為突發(fā)長度； 在通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯(cuò)，是由隨機(jī)差錯(cuò)與突發(fā)差錯(cuò)共同構(gòu)成的。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,5,傳輸差錯(cuò)產(chǎn)生過程,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,6,4.1.3 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(cuò)的概率， 它在數(shù)

3、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(cuò)的比特?cái)?shù)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,7,4.1.4 檢錯(cuò)碼與糾錯(cuò)碼,糾錯(cuò)碼： 每個(gè)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(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)。 檢錯(cuò)碼: 分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的冗余信息； 接收端能發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)，但不能確定哪一比特是錯(cuò)的，并且自己不能糾正傳輸差錯(cuò)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,8,常用的檢錯(cuò)碼,奇偶校驗(yàn)碼 垂直奇（偶）校驗(yàn) 水平奇（偶）校驗(yàn)水平 垂直奇（偶）校驗(yàn)（方陣碼） 循環(huán)冗余編碼CRC 目前應(yīng)用最廣的檢錯(cuò)碼編碼方法之一,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,9,4.1.5 循環(huán)冗余編

4、碼工作原理,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,10,舉例：,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,11,標(biāo)準(zhǔn)CRC生成多項(xiàng)式G（x）,CRC-12 G（x）= x12+x11+x3+x2+x+1 CRC-16 G（x）= x16+x15+x2+1 CRC-CCITT G（x）= x16+x12+x5+1 CRC-32 G（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+ x10 +x8+x7+x5+x4 + x2+x+1,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,12,CRC校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力,CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部單個(gè)錯(cuò)； CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部離散的二位錯(cuò)； CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部奇數(shù)個(gè)錯(cuò)；

5、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(cuò)； 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(cuò)； 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(cuò)，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(cuò)，漏檢概率為0.003%；,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,13,4.1.6 流量控制機(jī)制,流量控制機(jī)制,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,14,流量控制機(jī)制的分類,停止等待方式,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,15,滑動(dòng)窗口方式：,退后N幀方式 選擇重發(fā)方式,出錯(cuò),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,16,4.2 數(shù)據(jù)鏈路層的

6、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,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,17,4.3 典型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議分析 面向比特型4.3.1 HDLC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)： 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。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,18,4.3.2 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。主站發(fā)出命令 從

7、站：接受命令，發(fā)出響應(yīng)，配合主站工作 非平衡配置中的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 點(diǎn)-點(diǎn)方式 多點(diǎn)方式,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,19,數(shù)據(jù)鏈路的非平衡配置方式,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,20,非平衡配置方式,正常響應(yīng)模式（normal response mode，NRM） 主站可以隨時(shí)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（asynchronous response mode，ARM） 主站和從站可以隨時(shí)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(cuò)恢復(fù)等功

8、能。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,21,平衡配置方式,鏈路兩端的兩個(gè)站都是復(fù)合站（combined station）； 復(fù)合站同時(shí)具有主站與從站的功能； 每個(gè)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（asynchronous balanced mode，ABM）； 異步平衡模式的每個(gè)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(duì)方復(fù)合站的許可。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,22,數(shù)據(jù)鏈路的平衡配置方式,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,23,4.3.3 HDLC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（a

9、ddress） ：地址 C（control） ：幀的類型、幀的編號(hào)、命令與控制信息 I（information） ：網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)，Nmax = 256B CRC（checksum） ：校驗(yàn)A、C、I字段的數(shù)據(jù) G(X)= X16+X12+X5+1,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,24,零比特插入/刪除工作過程,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,25,零比特填充法：,兩個(gè)標(biāo)志字段之間的比特串中，如果碰巧出現(xiàn)和F一樣的比特組合，那么就會(huì)誤會(huì)認(rèn)為是幀的邊界。 為了避免出現(xiàn)這種錯(cuò)誤，HDLC采用零比特填充法，一幀中兩個(gè)F字段之間不會(huì)出現(xiàn)6個(gè)連續(xù)的1。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,26,小結(jié),物理傳輸線路上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)是有差錯(cuò)的； 誤碼率是指二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸過程中被傳錯(cuò)的概率； 數(shù)據(jù)鏈路層是將一條原始的、有差錯(cuò)的物理線路變?yōu)閷?duì)網(wǎng)絡(luò)層無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路； 數(shù)據(jù)鏈路層完成鏈路管理、幀傳輸、流量控制、差錯(cuò)控制等功能；,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章 數(shù)據(jù)鏈路層,27,數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議基