數(shù)據(jù)鏈路層](1)

1、.第三講 數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)中相鄰結(jié)點(diǎn)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù).第三講 數(shù)據(jù)鏈路層o教學(xué)目的 通過本節(jié)的學(xué)習(xí)掌握，應(yīng)清楚地理解數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念，了解常用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 。o教學(xué)重點(diǎn) 理解數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能 o教學(xué)難點(diǎn)n數(shù)據(jù)鏈路層的流量控制流量控制功能n數(shù)據(jù)鏈路層的差錯控制差錯控制功能 .3.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 o鏈路(link)是一條點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。n一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。o數(shù)據(jù)鏈路(data link) 除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(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。n現(xiàn)在最常用的方法是使

2、用適配器（即網(wǎng)卡）來實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。n一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。 .數(shù)據(jù)鏈路層像個數(shù)字管道 o常常在兩個對等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個數(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。結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)幀幀.數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能o鏈路管理 nPoint-to-point (single wire, e.g. PPP, SLIP)nBroadcast (shared wire or medium, e.g. Ethernet, Wavelan)nSwitched (e.g. switched Ethernet, ATM)o流量控制流量控制nPacing between se

3、nder and receivero差錯控制差錯控制 nError detection & Error Correctiono尋址 .3.2 停止等待協(xié)議o先研究一下數(shù)據(jù)鏈路層的模型。.數(shù)據(jù)鏈路層的簡化模型局域網(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從層次上來看數(shù)據(jù)的流動.數(shù)據(jù)鏈路層的簡化模( 續(xù)）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電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機(jī) H1

4、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.3.2.1 完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī) A緩存主機(jī) B數(shù)據(jù)鏈路AP2AP1緩存發(fā)送方接收方幀高層幀.完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸所基于的兩個假定 o假定 1： 鏈路是理想的傳輸信道，所傳送的任何數(shù)據(jù)既不會出差錯也不會丟失。o假定 2： 不管發(fā)方以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，收方總是來得及收下，并及時上交主機(jī)。n這個假定就相當(dāng)于認(rèn)為：接收端向主機(jī)交付數(shù)據(jù)的速率永遠(yuǎn)不會低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。 .3.2.2 具有最簡單流量控制

5、流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議o現(xiàn)在去掉上述的第二個假定。但是，仍然保留第一個假定，即主機(jī) A 向主機(jī) B傳輸數(shù)據(jù)的信道仍然是無差錯的理想信道。然而現(xiàn)在不能保證接收端向主機(jī)交付數(shù)據(jù)的速率永遠(yuǎn)不低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。o由收方控制發(fā)方的數(shù)據(jù)流，是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中流量控制的一個基本方法。 .具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議算法在發(fā)送結(jié)點(diǎn)： (1) 從主機(jī)取一個數(shù)據(jù)幀。 (2) 將數(shù)據(jù)幀送到數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送緩存。 (3) 將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去。 (4) 等待。 (5) 若收到由接收結(jié)點(diǎn)發(fā)過來的信息(此信息 的格式與內(nèi)容可由雙方事先商定好)，則 從主機(jī)取一個新的數(shù)據(jù)幀，然后轉(zhuǎn)到(2)。.具有最簡單流

6、量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議算法（續(xù)）在接收結(jié)點(diǎn)： (1) 等待。 (2) 若收到由發(fā)送結(jié)點(diǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)幀， 則將其放入數(shù)據(jù)鏈路層的接收緩存。 (3) 將接收緩存中的數(shù)據(jù)幀上交主機(jī)。 (4) 向發(fā)送結(jié)點(diǎn)發(fā)一信息，表示數(shù)據(jù)幀已 經(jīng)上交給主機(jī)。 (5) 轉(zhuǎn)到(1)。.兩種情況的對比（傳輸均無差錯）ABDATADATADATADATA送主機(jī) B送主機(jī) B送主機(jī) B送主機(jī) BABDATA送主機(jī) BDATA送主機(jī) B時間不需要流量控制需要流量控制.3.2.3 實(shí)用的停止等待協(xié)議時間ABDATA0送主機(jī)ACKDATA1送主機(jī)ACK(a) 正常情況ABDATA0DATA0送主機(jī)ACK(c) 數(shù)據(jù)幀丟失重傳tout

7、丟失 ！ABDATA0送主機(jī)ACKDATA0丟棄ACK(d) 確認(rèn)幀丟失重傳tout丟失 ！ABDATA0NAKDATA0送主機(jī)ACK(b) 數(shù)據(jù)幀出錯重傳出錯四種情況.可靠傳輸 o雖然物理層在傳輸比特時會出現(xiàn)差錯，但由于數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議采用了有效的檢錯重傳機(jī)制，數(shù)據(jù)鏈路層對上面的網(wǎng)絡(luò)層就可以提供可靠傳輸?shù)姆?wù)。 .3.2.4 循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理 o在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 的檢錯技術(shù)。o假設(shè)待傳送的數(shù)據(jù) M = 1010001101（共k bit）。我們在M的后面再添加供差錯檢測用的 n bit 冗余碼一起發(fā)送。 .冗余碼的計算 o用二進(jìn)制的模 2 運(yùn)算進(jìn)行 2

8、n 乘 M 的運(yùn)算，這相當(dāng)于在 M 后面添加 n 個 0。o得到的 (k + n) bit 的數(shù)除以事先選定好的長度為 (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 至少要少1 個比特。 .冗余碼的計算舉例 o設(shè) n = 5, P = 110101，模 2 運(yùn)算的結(jié)果是：商 Q = 1101010110， 余數(shù)R = 01110。o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1110，或 2nM + R。 . 1101010110 Q 商 除數(shù) P 110101 1000 2nM 被除數(shù) 110101 111011 110101 1

9、11010 110101 111110 110101 101100 110101 110010 110101 01110 R 余數(shù)循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說明 .幀檢驗(yàn)序列 FCS o在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗(yàn)序列 FCS (Frame Check Sequence)。o循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 和幀檢驗(yàn)序列 FCS并不等同。nCRC 是一種常用的檢錯方法，而 FCS 是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼。nFCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 并非用來獲得 FCS 的惟一方法。 .檢測出差錯 o只要得出的余數(shù) R 不為 0，就表示檢測到了差錯。o但這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個或哪幾個比特出現(xiàn)了差錯。o一旦檢測出差錯，就丟棄這個出現(xiàn)差錯的幀。o只要經(jīng)過嚴(yán)格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù) P，那么出現(xiàn)檢測不到的差錯的概率就很小很小。 .應(yīng)當(dāng)注意 o僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 差錯檢測技術(shù)只能做到無差錯接受(accept)。o“無差錯接受”是指：“凡是接受的幀（即不包括丟棄的幀），我們都能以非常接近于 1 的概率認(rèn)為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯”。o也就是說：“凡是接受的幀都沒有傳輸差錯”（有差錯的幀就丟棄而不接受）。o要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送