4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)提綱

1、4.1 數(shù)據(jù)鏈路層概述4.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層的功能是為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)。最主要的服務(wù)是將數(shù)據(jù)從源計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)侥繕?biāo)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層。1. 鏈路管理鏈路管理的主要功能是數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放。2. 幀定界和同步幀定界是指在每個(gè)字段之間進(jìn)行標(biāo)識(shí)和分界。幀同步是指雙方應(yīng)能從收到的比特流中準(zhǔn)確的區(qū)分出一幀的開(kāi)始和結(jié)束。3. 流量控制（滑動(dòng)窗口機(jī)制）流量控制提供保持發(fā)送和接收同步的方法和過(guò)程。發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率不能大于接收方的接收能力。4. 差錯(cuò)校驗(yàn)與恢復(fù)包括對(duì)差錯(cuò)的檢驗(yàn)、對(duì)正確信息的接收以及對(duì)出差錯(cuò)的信息請(qǐng)求再次傳送等。5. 區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和控制信息由于數(shù)據(jù)和控制信息都是在同一信道中

2、傳送的，而在許多情況下，數(shù)據(jù)和控制信息處于同一幀中，因此要有相應(yīng)的措施使收方能夠?qū)⑺鼈儏^(qū)分開(kāi)來(lái)。6. 透明傳輸透明傳輸是指不管所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是什么樣的比特組合，都應(yīng)當(dāng)能夠在鏈路上傳輸，7. 尋址在多點(diǎn)連接的情況下，必須保證每一幀都能送到正確的目的站。4.1.2 成幀數(shù)據(jù)鏈路層從網(wǎng)絡(luò)層獲取到分組，然后將這些分組封裝到幀中以便傳輸。每一幀包含一個(gè)幀頭、一個(gè)凈荷域，以及一個(gè)幀尾。幀管理構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層工作的核心。1. 字符計(jì)數(shù)法字符計(jì)數(shù)法利用頭部中的一個(gè)域來(lái)制定該幀中的字符數(shù)。2. 含字節(jié)填充的分界符法（發(fā)送方和接收方要用相同的編碼原則）含字節(jié)填充的分界符法讓每一幀都用一些特殊的字符作為開(kāi)始和結(jié)束。這

3、些特殊的字符叫做標(biāo)志字節(jié)（FLAG）。兩個(gè)連續(xù)的標(biāo)志字節(jié)代表了當(dāng)前幀的結(jié)束和下一幀的開(kāi)始。這種方法不適宜傳輸數(shù)據(jù)中包含二進(jìn)制數(shù)的幀，因?yàn)樵诎M(jìn)制數(shù)的幀中很可能出現(xiàn)與FLAG相同的bit序列。一種方法是在二進(jìn)制數(shù)中偶然出現(xiàn)的FLAG前再插入一個(gè)ESC轉(zhuǎn)義字節(jié)，這種方法稱為字節(jié)填充法。3. 含位填充的分界標(biāo)志法含位填充的分界標(biāo)志法允許數(shù)據(jù)幀包含任意長(zhǎng)度的位，也允許每個(gè)字符有任意長(zhǎng)度的位。每一幀的開(kāi)始和結(jié)束都有一個(gè)特殊的位模式：01111110。當(dāng)幀中出現(xiàn)一個(gè)與幀標(biāo)志相同的位串01111110，則在連續(xù)5個(gè)1后自動(dòng)插入一個(gè)0，即變成01111101，接收方將自動(dòng)刪除第5個(gè)1后的0。標(biāo)志序列只可能

4、出現(xiàn)在幀邊界上，不可能出現(xiàn)在數(shù)據(jù)中。4. 物理層編碼標(biāo)志法（局域網(wǎng)中用的比較多；曼徹斯特編碼/差分曼徹斯特編碼）物理層編碼標(biāo)志法適用于物理介質(zhì)上編碼方法中包含冗余信息的網(wǎng)絡(luò)。高-高電平對(duì)和低-低電平對(duì)沒(méi)有使用，如在二進(jìn)制編碼中出現(xiàn)則稱為編碼違例，但這兩種違例編碼正好可用作幀界符。4.2 數(shù)據(jù)鏈路層管理機(jī)制流量控制和差錯(cuò)控制是保證數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钪饕臄?shù)據(jù)鏈路層管理機(jī)制。數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)流量控制的一個(gè)重要方法是滑動(dòng)窗口機(jī)制。差錯(cuò)控制的基本方式是確認(rèn)重發(fā)狀態(tài)。4.2.1 滑動(dòng)窗口機(jī)制發(fā)送窗口用來(lái)對(duì)發(fā)放進(jìn)行流量控制，其大小WT表明在收到對(duì)方ACK（確認(rèn)字符）之前的發(fā)送方最多可以發(fā)送多個(gè)數(shù)

5、據(jù)幀，落在窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)幀是可以連續(xù)發(fā)送的。接受窗口控制那些數(shù)據(jù)幀可以接收，只有到達(dá)的數(shù)據(jù)幀的序號(hào)落在接受窗口之內(nèi)時(shí)才可以被接收，否則將被丟棄掉。捎帶確認(rèn)是在雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，將確認(rèn)信息放在自己的數(shù)據(jù)幀的首部字段中捎帶出去。當(dāng)發(fā)送方收到接收方的確認(rèn)后，發(fā)送窗口才能向前滑動(dòng)，滑動(dòng)長(zhǎng)度取決于接收方確認(rèn)的序號(hào)。4.2.2 自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求相關(guān)概念：重發(fā)：網(wǎng)絡(luò)中采用檢錯(cuò)碼，無(wú)法糾正錯(cuò)誤，由重發(fā)原來(lái)幀的方法來(lái)恢復(fù)正確的幀。計(jì)時(shí)器：控制何時(shí)重發(fā)。幀序號(hào)：防止重發(fā)時(shí)接收端收到的重復(fù)的幀，序號(hào)還用于接收時(shí)排序。效率的計(jì)算方法：有效數(shù)據(jù)/全部數(shù)據(jù) or 有效時(shí)間/全部時(shí)間1. 空閑重發(fā)請(qǐng)求（停止等待協(xié)議）（發(fā)送窗

6、口WT=1，接收窗口WR=1）幀編號(hào)采取一位二進(jìn)制。停止等待協(xié)議的信道利用率：信道利用率=（發(fā)送延時(shí)+傳播延時(shí)）/（發(fā)送延時(shí)+傳播延時(shí)+反饋信息傳播延時(shí)+反饋信息發(fā)送延時(shí)）發(fā)送延時(shí)=數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度/信道帶寬傳播延時(shí)=信道長(zhǎng)度/電磁波在信道上的傳播速率設(shè)信道容量為B，幀長(zhǎng)度為L(zhǎng)，信道長(zhǎng)度為S，傳播速率為V，反饋信息數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為M。信道利用率=（L/B+S/V）/（L/B+2*S/V+M/B）實(shí)現(xiàn)過(guò)程：(1) 發(fā)送方每次僅將當(dāng)前信息幀作為待確認(rèn)幀保留在緩沖存儲(chǔ)器中；(2) 當(dāng)發(fā)送方開(kāi)始發(fā)送信息幀時(shí)，隨機(jī)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器；(3) 當(dāng)接收方收到無(wú)差錯(cuò)信息幀后，即向發(fā)送方返回一個(gè)確認(rèn)幀；(4) 當(dāng)接收方檢測(cè)到一個(gè)含

7、有差錯(cuò)的信息幀時(shí)，便舍棄該幀；(5) 若發(fā)送方在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到確認(rèn)幀，即將計(jì)時(shí)器清零，繼而開(kāi)始下一幀的發(fā)送；(6) 若發(fā)送方在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未收到確認(rèn)幀（即計(jì)時(shí)器超時(shí)），則應(yīng)重發(fā)存于緩存器中的待確認(rèn)信息幀。停止等待協(xié)議的算法和程序見(jiàn)附件。優(yōu)點(diǎn)：所需的緩沖存儲(chǔ)空間最小，多用于簡(jiǎn)單終端的環(huán)境。2. 連續(xù)重發(fā)請(qǐng)求（退回N算法）（發(fā)送窗口WT=7，接收窗口WR=1）實(shí)現(xiàn)過(guò)程（不發(fā)生傳輸差錯(cuò)情況下）：(1) 發(fā)送方連續(xù)發(fā)送信息幀而不必等待確認(rèn)幀的返回；(2) 發(fā)送方在重發(fā)表中保存所發(fā)送的每一個(gè)幀的備份；(3) 重發(fā)表按先進(jìn)先出（FIFO）隊(duì)列規(guī)則操作；(4) 接收方對(duì)每一個(gè)正確收到的信息幀返回一個(gè)確認(rèn)幀；(

8、5) 每一個(gè)確認(rèn)幀包含一個(gè)唯一的序號(hào)，隨相應(yīng)的確認(rèn)幀返回；(6) 接收方保存一個(gè)接受次序表，它包含最后正確收到的信息幀的序號(hào)；(7) 當(dāng)發(fā)送方收到相應(yīng)的信息幀的確認(rèn)后，從重發(fā)表中刪除該信息幀的備份；(8) 當(dāng)發(fā)送方檢測(cè)出失序的確認(rèn)幀（即第N號(hào)信息幀和第N+2號(hào)信息幀的確認(rèn)幀返回，而N+1號(hào)的確認(rèn)幀未返回）后，便重發(fā)未被確認(rèn)的信息幀。優(yōu)點(diǎn)：鏈路傳輸效率大大提高。缺點(diǎn)：需要更大的緩沖存儲(chǔ)空間。出現(xiàn)差錯(cuò)情況下的退回N策略：退回N的算法和程序見(jiàn)附件。3. 選擇重發(fā)請(qǐng)求（發(fā)送窗口WT=4，接收窗口WR=4）選擇重發(fā)協(xié)議在退回機(jī)制的基礎(chǔ)上做了如下改進(jìn)：接受窗口WR1，這樣就可以接收和保存正確達(dá)到的失序幀；

9、出現(xiàn)傳輸差錯(cuò)時(shí)只重發(fā)出錯(cuò)的幀，后續(xù)的正確到達(dá)的幀不再重發(fā)。這樣可以提高利用率。優(yōu)點(diǎn)：避免重復(fù)傳送那些本已得到正確傳輸?shù)膸Ｈ秉c(diǎn)：在接收端要設(shè)置具有相當(dāng)容量的緩存空間。選擇重發(fā)協(xié)議的算法和程序見(jiàn)附件。4.3 差錯(cuò)控制能校驗(yàn)差錯(cuò)的編碼稱為檢錯(cuò)碼，可以糾錯(cuò)的編碼稱為糾錯(cuò)碼。差錯(cuò)控制用的最廣泛的方式還是反饋重發(fā)糾錯(cuò)。發(fā)送端計(jì)算檢錯(cuò)碼并隨信息一起發(fā)送，接收端按照同樣的方式計(jì)算，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后反饋給發(fā)送端，發(fā)送端重發(fā)信息。4.3.1 奇偶校驗(yàn)發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的字符“0”和“1”的個(gè)數(shù)確定一個(gè)校驗(yàn)位“0”和“1”，接收方檢查此位是否還保持?jǐn)?shù)據(jù)位的正確關(guān)系，以判斷是否重發(fā)。奇偶校驗(yàn)碼是一種通過(guò)增加冗余位使得碼字中

10、“”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法，是一種檢錯(cuò)碼。1. 水平奇偶校驗(yàn)水平奇偶校驗(yàn)又稱為橫向奇偶校驗(yàn),它是對(duì)各個(gè)信息段的相應(yīng)位橫向進(jìn)行編碼,產(chǎn)生一個(gè)奇偶校驗(yàn)冗余位。若每個(gè)信息段就是一個(gè)字符的話,這里的q就是發(fā)送的信息塊中的字符數(shù)。水平奇偶校驗(yàn)的編碼效率為R=q/(q+1)。2. 垂直奇偶校驗(yàn)垂直奇偶校驗(yàn)又稱為縱向奇偶校驗(yàn),它是將要發(fā)送的整個(gè)信息塊分為定長(zhǎng)p位的若干段(比如說(shuō)q段),每段后面按1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)的規(guī)律加上一位奇偶位。垂直奇偶校驗(yàn)方法的編碼效率為R=p/(p+1)。水平或垂直奇偶校驗(yàn)只能檢驗(yàn)出奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤而不能檢驗(yàn)出偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤。3. 水平垂直奇偶校驗(yàn)水平垂直奇偶校驗(yàn)的編碼效率為R=pq

11、/(p+1)(q+1)。水平垂直奇偶校驗(yàn)?zāi)軝z出以下類型的錯(cuò)誤：(1) 可檢出某行、某列所有的奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤(2) 能發(fā)現(xiàn)大部分偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤(3) 能發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度不大于N+1（N為行數(shù)，即碼字長(zhǎng)度）的突發(fā)性錯(cuò)誤(4) 通過(guò)水平垂直奇偶校驗(yàn)碼不僅可以檢測(cè)出一位錯(cuò)誤，還可以糾正一位錯(cuò)誤海明碼，見(jiàn)附件。4.3.2 循環(huán)冗余檢驗(yàn)(CRC,多用于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng))在數(shù)據(jù)后面附加上用于差錯(cuò)檢驗(yàn)的冗余碼，在數(shù)據(jù)鏈路層的幀結(jié)構(gòu)中成為幀校驗(yàn)序列。冗余的位數(shù)常有12、16和32位，一般要附加的用于校驗(yàn)的冗余碼的位數(shù)越多，檢錯(cuò)能力就越強(qiáng)，但傳輸?shù)念~外開(kāi)銷也就越大。工作原理：舉例：注：冗余碼的位數(shù)是G(x)的最高次數(shù)項(xiàng)的次數(shù)，即G

12、(x)的位數(shù)減1CRC-16G（x）= x16+x15+x2+1CRC-CCITT G（x）= x16+x12+x5+1CRC-32G（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+ x10+x8+x7+x5+x4 +x2+x+1 4.3.3 校驗(yàn)和校驗(yàn)和是針對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)塊（包）進(jìn)行處理的。在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，隨著每一個(gè)數(shù)據(jù)塊（包）一起發(fā)送一個(gè)校驗(yàn)和，目的是為接收方的計(jì)算機(jī)進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)。校驗(yàn)和的計(jì)算機(jī)方法有很多種，但發(fā)送方和接收方必須采用相同的方法。4.4 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議4.4.1 HDLC幀格式和操作方式1. HDLC幀的格式注：8比特=1字節(jié)標(biāo)志8比特：標(biāo)識(shí)符“0111111

13、0”，發(fā)送方“0比特插入”，接收方“0比特刪除”。地址8比特：非平衡配置時(shí)總是寫(xiě)入從站地址，平衡配置時(shí)總是寫(xiě)入應(yīng)答站的地址。當(dāng)?shù)刂啡珵椤?”時(shí)表示廣播地址，全為“0”時(shí)無(wú)效?？刂?比特：定義不同類型的幀，進(jìn)行鏈路的建立與拆除、信息的傳輸以及流量和差錯(cuò)的控制等。信息不定長(zhǎng)，信息字段攜帶用戶數(shù)據(jù)。幀校驗(yàn)序列16比特：采用CRC，生成多項(xiàng)式是CRCCCITT，校驗(yàn)范圍包括地址字段到信息字段的全部比特。2. 三種類型的幀(1) 信息幀I控制字段的第0比特為“0”，便表示該幀為信息幀。信息幀包含信息字段，用于傳輸數(shù)據(jù)。N(S)是發(fā)送序號(hào)，表示當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的序號(hào)。N(R)是接收序號(hào)，表示該站期待接收的

14、下一幀的序號(hào)。 P/F是探詢（Poll）和終止（Final）位。P=1表示主站詢問(wèn)，F(xiàn)=1表示響應(yīng)終止。(2) 監(jiān)督幀S若控制字段的第1、2比特為1、0，則對(duì)應(yīng)的幀為監(jiān)督幀。監(jiān)督幀共有四種，取決于第3位、第4位比特的值。RR（Receive Ready）幀，SS=00， 接收準(zhǔn)備就緒。RNR（Receive Not Ready）幀，SS=10，接收未準(zhǔn)備好，暫停接收。REJ（Reject）幀，SS=01，拒絕。否認(rèn)N(R) 起的所有幀。 SREJ（Select Reject）幀，SS=11，選擇拒絕。只否認(rèn)N(R)幀。以上四種監(jiān)督幀，前三種用于連續(xù)ARQ協(xié)議中，而最后一種只用于選擇重發(fā)ARQ協(xié)

15、議中。所有的監(jiān)督幀都不包含要傳送的數(shù)據(jù)信息。(3) 無(wú)編號(hào)幀U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。無(wú)編號(hào)幀本身不帶編號(hào)，而是用5位來(lái)表示不同功能的無(wú)編號(hào)幀?？梢远x出32種附加命令和附加響應(yīng)功能，目前已定義了15種無(wú)編號(hào)幀。無(wú)編號(hào)幀主要起控制作用，在需要時(shí)隨時(shí)發(fā)出。3. HDLC的操作方式三種類型的通信站：主站、次站和復(fù)合站。(1) 主站：在鏈路中用于控制目的的站成為主站。功能：發(fā)送命令幀、數(shù)據(jù)信息幀和響應(yīng)幀；系統(tǒng)初始化、流量控制以及差錯(cuò)控制。(2) 次站在鏈路中受主站控制的站。功能：接收主站發(fā)來(lái)的命令幀，向主站發(fā)送響應(yīng)幀，并配合主站控制鏈路。(3) 復(fù)合站既具備主站功能又具

16、備次站的功能。兩種基本配置：非平衡配置和平衡配置。(1) 非平衡配置：由一個(gè)主站和一個(gè)或多個(gè)次站構(gòu)成。主站控制次站實(shí)現(xiàn)鏈路管理。信道可以是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，也可以是多點(diǎn)共享的鏈路。可支持全雙工或半雙工通信。(2) 平衡配置：由兩個(gè)復(fù)合站點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地互連而成。兩個(gè)站點(diǎn)地位均等，負(fù)有同等的鏈路控制責(zé)任。信道可支持全雙工或半雙工通信。三種操作方式：正常響應(yīng)模式（NRM）、異常響應(yīng)模式（ARM）和異步平衡模式（ABM）。(1) 正常響應(yīng)模式（用于非平衡配置）：主站具有選擇、輪詢次站的能力，并可向次站發(fā)送命令或數(shù)據(jù)；次站只有在主站輪詢時(shí)才能作出響應(yīng)。(2) 異常響應(yīng)模式（用于非平衡配置）：主站具有初始化鏈路，差錯(cuò)校正、鏈路的建立和釋放等功能；次站可以主動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)。(3) 異步平衡模式（用于平衡配置）：任一組合站均可控制鏈路，主動(dòng)傳送數(shù)據(jù)。4.4.2 PPP協(xié)議1. PPP協(xié)議組成一個(gè)將IP數(shù)據(jù)報(bào)封到串行鏈路的方法異步鏈路或同步鏈路。一個(gè)用來(lái)建立、配置和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路的鏈路控制協(xié)議（LCP）。一套網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP，支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。2. PPP幀格式PPP幀格式和HDLC幀格式相似，二者主要的區(qū)別是：PPP是面向字符的，而HDLC是面向位的。PPP協(xié)議不是面向比特的，因而所有的PPP幀長(zhǎng)度都