[IT认证]第4章 数据链路层.pptx

第四章 数据链路层第一页，共76页本章学习要求n了解数据传输过程中差错产生的原因与性质n掌握误码率的定义与差错控制方法n掌握数据链路层的基本概念n了解面向字符型数据链路层协议实例BSCn掌握面向比特型数据链路层协议实例HDLCn掌握Internet中数据链路层协议PPP第二页，共76页4.1 差错产生与差错控制方法n4.1.1 设计数据链路层的原因在原始的物理传输线路上传输数据信号存在差错将有差错的物理线路改进成逻辑上无差错的数据链路，向网络层提供高质量的服务从参考模型的角度看，数据链路层是改善数据质量最重要的一层第三页，共76页4.1 差错产生与差错控制方法（续）n差错产生的过程出现差错010010100还原后的数据t接收到的失真信号010011100t发送的基带信号t采样时刻第四页，共76页4.1 差错产生与差错控制方法（续）n4.1.2 差错产生的原因和差错类型传输过程中存在噪声是产生差错的主要原因噪声分两种：热噪声和冲击噪声n热噪声：传输导体的电子热运动产生随时存在幅度小频谱宽n冲击噪声：外界电磁干扰产生突发性幅度大与数据传输中每比特发送时间相比延续时间相对较长第五页，共76页。

4.1 差错产生与差错控制方法（续）n4.1.3 误码率 Pe = Ne / N （N：传输的总比特数， Ne：传错的比特数）n线平均误码率10-410-6n计算机网络要求的平均误码率10-9第六页，共76页4.1 差错产生与差错控制方法（续）n4.1.4 检错码与纠错码纠错码：可自动发现并纠正错误检错码：只可检测传输信号的错误，但不能纠正，须配合重传机制第七页，共76页4.1.5 循环冗余检验的原理 n在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验 CRC（cyclic redundancy code） 的检错技术n工作原理：将要发送的数据比特序列当作一个多项式f(x)的系数，在收发双方预先约定一个多项式g(x)，用f(x)除g(x)求得一个余数多项式y(x)，将y(x)的系数加到发送数据比特序列之后一并发送接收端根据接收到的数据也除g(x)生成余数多项式y(x)若y(x) =0，则表示传送无差错；若y(x) 0 ，则表示传输有差错第八页，共76页冗余码的计算 n计算所得的y(x)，称为冗余码ng(x)为CRC生成多项式，由协议规定n若有n bit的数据M 要发送，g(x)最高幂为k 。

n先用二进制的模 二 运算进行 2k 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 k 个 0n再将得到的 (n + k ) bit 的数除以事先选定好的长度为 (k + 1) bit 的数 P （g(x)的系数），得出商是 Q 而余数是 R（冗余码），余数 R 比除数 P 至少要少1 个比特 第九页，共76页冗余码的计算举例n例1：若接收端接收到得据比特为：11，传输采用CRC检错方法，约定的生成多项式 g(x)=x5+x4+x2+1 ，问接收到得数据是否出错第十页，共76页冗余码的计算举例（续）n g(x)=x5+x4+x2+1n 得到 除数 P=110101n又接收到得数据是：M= 11n用M除以P第十一页，共76页 1101010110 Q 商 除数 P 110101 11 2nM 被除数 110101 111011 110101 111011 110101 111010 110101 111101 110101 1000 循环冗余检验实例（续）二进制模二算法，加法不进位，减法不错位相当于异或操作余数10000 传输出错第十二页，共76页冗余码的计算举例 n例2：若要发送的数据比特为：1010001101，传输采用CRC检错方法，约定的生成多项式 g(x)=x5+x4+x2+1 ，求实际发送的数据是什么。

第十三页，共76页冗余码的计算举例（续）n g(x)=x5+x4+x2+1n 得到 k=5，除数 P=110101n对要发送的数据乘以x5，得到 M=1000n用M除以P第十四页，共76页 1101010110 Q 商 除数 P 110101 1000 2nM 被除数 110101 111011 110101 111010 110101 111110 110101 101100 110101 110010 110101 01110 R 余数循环冗余检验实例（续）二进制模二算法，加法不进位，减法不错位相当于异或操作第十五页，共76页循环冗余检验实例（续）n模二运算的结果是：商 Q = 1101010110， 余数R = 01110n将余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去，即实际发送的数据是1110 第十六页，共76页冗余码的计算举例 n例3：若接收到的数据比特为： 1110 ，传输采用CRC检错方法，约定的生成多项式 g(x)=x5+x4+x2+1 ，检验数否有错第十七页，共76页 1101010110 Q 商 除数 P 110101 1110 2nM 被除数 110101 111011 110101 111010 110101 111110 110101 101111 110101 110101 110101 0循环冗余检验实例（续）二进制模二算法，加法不进位，减法不错位。

相当于异或操作余数为0 接收正确第十八页，共76页检测出差错 n接收方用g(x)除接收到的数据，只要得出的余数 R 不为 0，就表示检测到了差错n但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错n一旦检测出差错，就丢弃这个出现差错的帧n只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小 第十九页，共76页CRC检错的特点n全部单个错n全部离散的二位错n全部奇数个错n全部长度小于或等于生成多项式位n-1的突发错n以（1-（1/2）n-2）的概率检测长度为n的突发错第二十页，共76页应当注意 n仅用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到无差错接受(accept)n“无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于 1 的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”n也就是说：“凡是接受的帧都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受）n要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上确认和重传机制（差错控制机制） 第二十一页，共76页4.1.6 差错控制机制-反馈重发机制n反馈重发机制分类停止等待方式连续工作方式n拉回方式n选择重发方式第二十二页，共76页。

停止等待方式第二十三页，共76页停止等待协议（续）时间ABDATA0送主机ACKDATA1送主机ACK(a) 正常情况ABDATA0DATA0送主机ACK(c) 数据帧丢失重传tout丢失 ！ABDATA0送主机ACKDATA0丢弃ACK(d) 确认帧丢失重传tout丢失 ！ABDATA0NAKDATA0送主机ACK(b) 数据帧出错重传出错四种情况第二十四页，共76页连续工作方式拉回方式选择重发方式第二十五页，共76页4.2 数据链路层的基本概念 n链路(link)是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点一条链路只是一条通路的一个组成部分n数据链路(data link) 除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能 第二十六页，共76页数据链路层像个数字管道 n常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧n早期的数据通信协议曾叫作通信规程(procedure)。

因此在数据链路层，规程和协议是同义语 结点结点帧帧第二十七页，共76页4.2.2 数据链路层的主要功能(1) 链路管理：数据链路的建立、维持和释放 (2) 帧定界：接收方能准确区分帧的起始和结束位置3) 流量控制：使发送的数据能来得及接收4) 差错控制：检测差错，重传解决5) 透明传输：将数据和控制信息区分开 6) 寻址 ：保证每一帧能送到正确目的结点 第二十八页，共76页4.2.3 数据链路层提供的服务n面向连接确认服务n无连接确认服务n无连接不确认服务第二十九页，共76页数据链路层的简化模型局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动第三十页，共76页数据链路层的简化模( 续）局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2仅从数据链路层观察帧的流动第三十一页，共76页。

4.3 数据链路层协议实例n数据链路层协议分类面向字符型n软件编程符合人们思维习惯n需要进行通信的计算机要使用相同的字符集n用户数据字段中要规避控制字符面向比特型第三十二页，共76页4.3.2 面向字符型协议实例-BCSn实例一：IBM BCS（二进制同步通讯）n用10 个字符完成通讯控制n定义了数据报文、控制报文的格式n定义了协议操作过程第三十三页，共76页4.3.2 面向字符型协议实例BCS（续）n控制字符 - 以字符为控制传输信息的基本单元； ASIIC码： 格式字符：SOH (start of heading) STX (start of text) ETB (end of transmission block) ETX (end of text) 控制字符：ACK (acknoledge) NAK (negative acknoledge) ENQ (enquire) EOT (end of transmission) SYN (synchrous) DLE (data link escape)第三十四页，共76页4.3.2 面向字符型协议实例BCS（续）n面向字符型BSC协议的数据报文格式：SYNSYNSOH报头STXBCCETB/ETX正 文同步字符报头开始用户定义分组结束正文结束校验正文开始第三十五页，共76页。

4.3.2 面向字符型协议实例BCS（续）n协议执行过程发送ENQ接收ACKACK?发送数据接收应答ACK/NAK结束?重发发送EOT准备数据接收ENQ发送ACK接收数据,EOT发送ACK发送NAKENQ?EOT?BCC正确?结束结束YYYYNNNNNYACKNAK第三十六页，共76页4.4 面向比特型数据链路层协议-HDLCn面向字符型数据链路层协议的主要缺点： 停止等待发送方式，传输效率低； 不同字符集的控制字符不同； 差错控制只限于数据部分； 不易扩展n面向比特型协议设计目标： 连续发送，传输效率高； 数据帧与控制帧格式相同； 差错控制包括控制信息； 以比特作为传输控制信息的基本单元，易扩展且传输透明性好第三十七页，共76页4.4.2 数据链路的配置方式和数据传送方式n非平衡配置方式主从站结构n点对点和点对多数据传输n正常响应模式n异步响应模式n平衡配置方式：复合站结构第三十八页，共76页4.4.3 HDLC 帧nHDLC:High-Level Data Link Control 高级数据链路控制 是一个在同步网上传输 数据、面向比特的数据链路层协议 第三十九页，共76页HDLC的特点n协议不依赖于任何一种字符编码集；n数据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现；n全双工通信，不必等待确认便可连续发送数据，有较高的数据链路传输效率；n。