計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)- 數(shù)據(jù)鏈路層(1)-數(shù)據(jù)鏈路層的兩種信道、實(shí)現(xiàn)功能

第3章數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的兩種信道點(diǎn)對點(diǎn)信道：使用一對一的點(diǎn)對點(diǎn)通信方式實(shí)現(xiàn)協(xié)議是PPP（Point-to-PointProtocol）廣播信道：使用一對多的廣播通信方式實(shí)現(xiàn)協(xié)議是CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）3.1.1鏈路、數(shù)據(jù)鏈路和幀鏈路(link)：一條點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒有任何其他交換結(jié)點(diǎn)。鏈路是一條路徑的組成部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路(datalink)：在物理線路上加上通信協(xié)議控制數(shù)據(jù)的傳輸。最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來實(shí)現(xiàn)協(xié)議的硬件和軟件。把實(shí)現(xiàn)協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路。3.1使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層IP數(shù)據(jù)報1010……0110幀取出數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層鏈路結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B物理層數(shù)據(jù)鏈路層結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B幀(a)(b)發(fā)送幀接收鏈路IP數(shù)據(jù)報1010……0110幀裝入數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀數(shù)據(jù)鏈路層像個數(shù)字管道在兩個對等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個數(shù)字管道，在數(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)鏈路層在網(wǎng)絡(luò)互連中的地位廣域網(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)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)的流動廣域網(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)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3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層解決的問題

1.封裝成幀：在網(wǎng)絡(luò)層交付下來的數(shù)據(jù)前后分別添加首部和尾部，構(gòu)成幀。首部和尾部的作用是進(jìn)行幀定界。2.透明傳輸：如何在收發(fā)兩端透明傳輸數(shù)據(jù)幀。3.差錯檢測：檢測傳輸過程中出現(xiàn)的差錯1.封裝成幀幀結(jié)束幀首部IP數(shù)據(jù)報幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部

MTU數(shù)據(jù)鏈路層的幀長開始發(fā)送幀開始SOH裝在幀中的數(shù)據(jù)部分幀幀開始符幀結(jié)束符發(fā)送在前EOT用控制字符進(jìn)行幀定界幀定界使用幀定界符：SOH（StartOfHeader）、EOT（EndOfTransmission）發(fā)送端：在網(wǎng)絡(luò)層交付下來的數(shù)據(jù)前后分別添加首部和尾部，構(gòu)成鏈路層數(shù)據(jù)幀。然后在數(shù)據(jù)幀的前后分別添加開始和結(jié)束定界符，交付到物理層。接收端：收到物理層上交的比特流后，根據(jù)開始和結(jié)束定界符，識別幀的開始和結(jié)束。2.透明傳輸SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當(dāng)作無效幀而丟棄被接收端誤認(rèn)為是一個幀數(shù)據(jù)部分EOT完整的幀發(fā)送在前解決方法：字節(jié)填充發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字“SOH”或“EOT”的前面插入一個轉(zhuǎn)義字符“ESC”(十六進(jìn)制編碼是1B)接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收端收到連續(xù)的兩個轉(zhuǎn)義字符時，就刪除前面的一個。SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據(jù)EOTEOT經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充發(fā)送在前幀開始符幀結(jié)束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴}SOH3.差錯檢測為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時，必須采用各種差錯檢測措施。在傳輸過程中可能會產(chǎn)生比特差錯：1可能會變成0，0也可能變成1。在一段時間內(nèi)，傳輸錯誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率

BER(BitErrorRate)。循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理

發(fā)送在前數(shù)據(jù)00…0（n

位）除法器FCS（n

位）得出余數(shù)發(fā)送方數(shù)據(jù)FCS除法器余數(shù)（n

位）得出余數(shù)接收方數(shù)據(jù)FCS（n

位）若余數(shù)為0則接受；否則丟棄。（n

位）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)。發(fā)送端：在數(shù)據(jù)分組的后面添加供差錯檢測用的n

位冗余碼一起發(fā)送。接收端：對收到的幀進(jìn)行CRC檢驗(yàn)。余數(shù)為

0，則沒有差錯，接受(accept)。否則丟棄。冗余碼的計算

用二進(jìn)制的模

2

運(yùn)算進(jìn)行2n乘M的運(yùn)算，這相當(dāng)于在M后面添加n個0。用得到的數(shù)除以事先選定好的長度為(n+1)位的除數(shù)

P，得出商是Q而余數(shù)是R余數(shù)R比除數(shù)P少1位，即R是n

位。舉例要發(fā)送的數(shù)：M=101001，被除數(shù)是：2nM=101001000（假設(shè)添加3位余數(shù)）設(shè)選定的除數(shù)

P=1101（n=3）模2運(yùn)算的結(jié)果是：商

Q=110101，

余數(shù)

R=001把余數(shù)R作為冗余碼添加在數(shù)據(jù)M的后面發(fā)送出去。則發(fā)送的數(shù)據(jù)是：2nM+R即：101001001

110101

←

Q

(商)P(除數(shù))→

1101101001000

←

2nM(被除數(shù))

1101

1110

1101

0111

0000

1110

1101

0110

0000

1100

1101

001←R(余數(shù))，作為FCS

接收端對收到的每一幀進(jìn)行CRC檢驗(yàn)

(1)若得出的余數(shù)R=0，則判定這個幀沒有差錯，接受(accept)。(2)若余數(shù)R

0，則判定這個幀有差錯，丟棄。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。幀校驗(yàn)序列FCS

在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀校驗(yàn)序列

FCS(FrameCheckSequence)。循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC和幀檢驗(yàn)序列FCS不等同。CRC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。FCS可以用CRC這種方法得出，但CRC并非用來獲得FCS的唯一方法。

注意用循環(huán)冗余檢驗(yàn)（CRC）技術(shù)只能做到無差錯接受(accept)?！盁o差錯接受”指：“凡是接受的幀（即不包括丟棄的幀），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”。要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）就必須再加上確認(rèn)和重傳機(jī)制。