計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)CH3-5ed 數(shù)據(jù)鏈路層.ppt

1、1、第3章數(shù)據(jù)鏈路層，講師：謝毅，2、數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層主要使用以下兩種類型的通道：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通道，采用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式。廣播頻道該頻道采用一對(duì)多的廣播通信模式，因此過(guò)程復(fù)雜。廣播信道上連接了許多主機(jī)，因此必須使用特殊的共享信道協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。3，數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)單模型，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)絡(luò)，局域網(wǎng)，主機(jī)H1向H2發(fā)送數(shù)據(jù)，從層次結(jié)構(gòu)的角度看數(shù)據(jù)流。路由器R2、路由器R3、電話網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、主機(jī)H1將數(shù)據(jù)發(fā)送到H2、鏈路層、應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、物理層、鏈路層、應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和物理層。H2 H1，僅觀察來(lái)自

2、數(shù)據(jù)鏈路層的幀流，5，3.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀，鏈路是無(wú)源點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物理線段，中間沒(méi)有任何其他交換節(jié)點(diǎn)。鏈接只是路徑的一個(gè)組成部分。除了物理線路，數(shù)據(jù)鏈路還必須有通信協(xié)議來(lái)控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。如果將實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件添加到鏈路中，它將構(gòu)成一條數(shù)據(jù)鏈路。目前，最常見(jiàn)的方法是使用適配器(即網(wǎng)卡)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。通用適配器包括數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的功能。IP數(shù)據(jù)報(bào)，1010 0110，幀，取出，鏈路，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，鏈路，節(jié)點(diǎn)a，節(jié)點(diǎn)b，物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，節(jié)點(diǎn)a，節(jié)點(diǎn)b，(。數(shù)據(jù)鏈路層傳輸幀。7.數(shù)據(jù)鏈路層就像一個(gè)數(shù)字管道。數(shù)字管道通常在兩個(gè)對(duì)等數(shù)據(jù)鏈路層之間繪制，在該數(shù)字管道上傳輸

3、的數(shù)據(jù)單元是幀。早期的數(shù)據(jù)通信協(xié)議被稱為通信程序。因此，在數(shù)據(jù)鏈路層，過(guò)程和協(xié)議是同義的。8，3.1.2，數(shù)據(jù)鏈路層通信的主要步驟，第65頁(yè)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議需要解決的三個(gè)基本問(wèn)題。(1)封裝和成幀(2)透明傳輸(3)差錯(cuò)控制，9)補(bǔ)充：幀同步，在數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)的傳輸單位是幀。當(dāng)數(shù)據(jù)逐幀傳輸時(shí)，有錯(cuò)誤的幀可以再次重傳，從而避免重傳所有數(shù)據(jù)。幀同步意味著接收器應(yīng)該能夠從接收的比特流中準(zhǔn)確區(qū)分幀的開(kāi)始和結(jié)束。10，1。封裝到一個(gè)幀中，這意味著在一段數(shù)據(jù)之前和之后添加一個(gè)頭和一個(gè)尾，然后組成一個(gè)幀。確定框架的邊界。首部和尾部的一個(gè)重要功能是界定幀。幀結(jié)束，幀頭，IP數(shù)據(jù)報(bào)，幀的數(shù)據(jù)部分，幀結(jié)束，MTU

4、，數(shù)據(jù)鏈路層的幀長(zhǎng)度，傳輸開(kāi)始，幀開(kāi)始，11。帶有控制字符的幀定界示例，SOH，安裝在幀中的數(shù)據(jù)部分，幀，幀的開(kāi)始，幀的結(jié)束。由ASCII碼組成的文本文件可以使用特殊的幀分隔符：控制符號(hào)SOH:0000001控制符號(hào)EOT: 0000100，12，2。透明傳輸SOH、EOT出現(xiàn)“EOT”，被接收端作為無(wú)效幀丟棄，被接收端誤認(rèn)為是幀。傳輸非ASCII數(shù)據(jù)時(shí)，13。為了解決透明傳輸?shù)膯?wèn)題，發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”之前插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“ESC”(其十六進(jìn)制代碼為1B)。字節(jié)填充或字符填充接收器的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(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

5、現(xiàn)在數(shù)據(jù)中，應(yīng)該在轉(zhuǎn)義字符之前插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收方收到兩個(gè)連續(xù)的轉(zhuǎn)義字符時(shí)，它會(huì)刪除第一個(gè)字符。，14，soh，eot，soh，ESC，ESC，eot，ESC，soh，ESC，ESC，soh，原始數(shù)據(jù)，EOT，EOT，字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)，字節(jié)填充使用字節(jié)填充解決透明傳輸問(wèn)題，SOH，15，3。錯(cuò)誤檢測(cè)，傳輸過(guò)程中可能出現(xiàn)位錯(cuò)誤：1可能變?yōu)?，0也可能變?yōu)?。在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特?cái)?shù)與傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率。誤碼率與信噪比有很大關(guān)系。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)必須采取各種錯(cuò)誤檢測(cè)措施。16，補(bǔ)充：錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正，錯(cuò)誤發(fā)生的特點(diǎn)：隨機(jī)，連續(xù)突發(fā))-兩種難

6、以糾正和處理錯(cuò)誤的基本策略糾錯(cuò)碼：發(fā)送方在每個(gè)數(shù)據(jù)塊中添加足夠的冗余信息，以便接收方能夠判斷接收的數(shù)據(jù)是否錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤。開(kāi)銷大，適用于差錯(cuò)頻繁的信道(如無(wú)線鏈路)中前向糾錯(cuò)技術(shù)的檢錯(cuò)碼：發(fā)送方在每個(gè)數(shù)據(jù)塊中加入足夠的冗余信息，使接收方可以判斷接收的數(shù)據(jù)是否錯(cuò)誤，但不能判斷錯(cuò)誤在哪里。接收者要求發(fā)送者重復(fù)發(fā)送該幀，直到接收者正確接收到該幀。計(jì)算機(jī)通信是最常用的，它適用于可靠的信道(如光纖)。循環(huán)冗余校驗(yàn)原理循環(huán)冗余校驗(yàn)的檢錯(cuò)技術(shù)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)膸小Ｔ诎l(fā)送端，數(shù)據(jù)被分成組。假設(shè)每組k位。假設(shè)要傳輸?shù)囊唤M數(shù)據(jù)是M=101001(現(xiàn)在k=6)。我們?cè)贛后添加N位冗余碼進(jìn)行檢錯(cuò)，并一起發(fā)送

7、。18，冗余碼計(jì)算，2n倍m，二進(jìn)制模2運(yùn)算，這相當(dāng)于在m后加n個(gè)零。獲得的(k n)比特?cái)?shù)除以長(zhǎng)度為(n 1)比特的預(yù)選除數(shù)p，商為q，余數(shù)為r，比除數(shù)p小一位，即r為n比特。19，冗余代碼計(jì)算的一個(gè)例子，現(xiàn)在k=6，M=101001。假設(shè)n=3，除數(shù)P=1101，被除數(shù)為2nM=101001000。模2運(yùn)算的結(jié)果是：商=110101，余數(shù)=001。將余數(shù)r作為冗余代碼添加到數(shù)據(jù)m的后面，并將其發(fā)送出去，即101001001，總共為(k n)位。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是：2納米，為什么？20，110101 Q(商)p(除數(shù))1101 101001000 2nM(被除數(shù))1101 1110 1101 01

8、11 0000 1110 1101 0000 1100 1100 1101 001 r(余數(shù))，作為FCS的原理說(shuō)明，循環(huán)冗余測(cè)試。例如，如果n=5，P=110101，M=1010001101，模2運(yùn)算的結(jié)果是：商Q=？余數(shù)R=？余數(shù)R作為冗余碼被加到數(shù)據(jù)m的后面并被發(fā)送出去，也就是說(shuō)，發(fā)送的數(shù)據(jù)是T=2nM-R=？22，23，幀校驗(yàn)序列FCS，在數(shù)據(jù)之后添加的冗余碼稱為幀校驗(yàn)序列FCS。循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)和幀校驗(yàn)序列不相等。CRC是一種常見(jiàn)的錯(cuò)誤檢測(cè)方法，而FCS是添加到數(shù)據(jù)中的冗余代碼。循環(huán)冗余校驗(yàn)可以獲得循環(huán)冗余校驗(yàn)，但循環(huán)冗余校驗(yàn)不是獲得循環(huán)冗余校驗(yàn)的唯一途徑。24，接收端對(duì)每一

9、個(gè)接收到的幀進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)，(1)如果得到的余數(shù)R=0，則判斷該幀無(wú)錯(cuò)并接受。(2)如果余數(shù)R 0，則判斷該幀有錯(cuò)誤并將其丟棄。然而，這種檢測(cè)方法不能確定哪個(gè)或哪些位有錯(cuò)誤。只要我們嚴(yán)格選擇并使用有足夠位數(shù)的除數(shù)P，不可檢測(cè)錯(cuò)誤的概率是非常小的。，25，總結(jié)10月11日數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)單模型(不同層次的幀傳輸)，數(shù)據(jù)鏈路層通信的主要步驟和協(xié)議的三大任務(wù)：幀同步1封裝成幀，幀定界2透明傳輸字節(jié)填充3差錯(cuò)控制位差錯(cuò)及其特征，處理差錯(cuò)的基本策略，檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼字，漢明距離，原理，計(jì)算方法，校驗(yàn)方法和實(shí)例一位糾錯(cuò)碼設(shè)計(jì)公式奇偶校驗(yàn)碼海明碼，26。循環(huán)冗余校驗(yàn)的表達(dá)式和計(jì)算方法(發(fā)送方和接收方)，26。

10、循環(huán)冗余校驗(yàn)過(guò)程(1)用多項(xiàng)式表示，循環(huán)冗余校驗(yàn)碼校驗(yàn)和的基本思想加在幀的末尾，這樣帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式可以除以P(x)；當(dāng)接收時(shí)，接收器用P(x)去除它，如果有余數(shù)，傳輸錯(cuò)誤發(fā)生。在校驗(yàn)和計(jì)算算法中，生成多項(xiàng)式P(x)是N階的，并且在幀M(x)的末尾添加N個(gè)零以使幀K為N比特，并且對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式是xnm (x)。除以模2以去除對(duì)應(yīng)于xnM(x)的位串和對(duì)應(yīng)于P(x)的位串；27，循環(huán)冗余校驗(yàn)過(guò)程(2)用多項(xiàng)式表示，余數(shù)(等于或小于n位)用模2減法從對(duì)應(yīng)于xnM(x)的位串中減去，結(jié)果是要發(fā)送的帶校驗(yàn)和的多項(xiàng)式T(x)。循環(huán)冗余校驗(yàn)的檢錯(cuò)能力：t(x)；接收錯(cuò)誤：T(x) E(x)，E(x)0；

11、余數(shù)(T(x)E(x)/P(x)=0(E(x)/P(x)；如果余數(shù)(E(x)/P(x)=0，則找不到錯(cuò)誤；否則，可以找到它。28，分析幾種情況下的循環(huán)冗余校驗(yàn)錯(cuò)誤檢測(cè)能力(1)，如果只有單比特錯(cuò)誤，即E(x)=xi，并且至少有兩個(gè)項(xiàng)目在P(x)(即n=1)，并且余數(shù)(E(x)/P(x)為0，那么可以檢測(cè)到單比特錯(cuò)誤；如果出現(xiàn)兩個(gè)孤立的單比特錯(cuò)誤，即E(x)=xi xj=xj (xi-j 1)，假設(shè)P(x)不能被X整除，則發(fā)現(xiàn)兩個(gè)比特錯(cuò)誤的充分條件是xk 1不能被P(x) (KI-J)整除；如果存在奇數(shù)位錯(cuò)誤，即E(x)包含奇數(shù)項(xiàng)，P(x)可以通過(guò)選擇(x 1)的倍數(shù)來(lái)找出奇數(shù)位錯(cuò)誤；29，分析

12、幾種情況下的循環(huán)冗余校驗(yàn)錯(cuò)誤檢測(cè)能力(2)，具有n個(gè)奇偶校驗(yàn)位的多項(xiàng)式可以檢測(cè)長(zhǎng)度為n的所有突發(fā)錯(cuò)誤。長(zhǎng)度為k的突發(fā)連續(xù)錯(cuò)誤可以表示為xi (xk-1 1)。如果P(x)包含x0項(xiàng)，并且k-1小于P(x)的階，則余數(shù)(e (x)/p (x)為0；如果突發(fā)錯(cuò)誤長(zhǎng)度為n 1，當(dāng)且僅當(dāng)突發(fā)錯(cuò)誤與P(x)相同時(shí)，余數(shù)(E(x)/P(x)=0，概率為1/2n-1；在長(zhǎng)度大于n 1的突發(fā)錯(cuò)誤或幾個(gè)短突發(fā)錯(cuò)誤之后，接收到壞幀的概率是1/2n。30，并且循環(huán)冗余校驗(yàn)過(guò)程(4)由多項(xiàng)式表示。四個(gè)多項(xiàng)式已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)crc-12=x12x 11x 2x 1crc-16=x16x 15x 21 cc-CCITT=

13、x16x 51 cc-32p . 69，只要嚴(yán)格選擇它們并使用具有足夠位數(shù)的除數(shù)P(x)，將不可檢測(cè)錯(cuò)誤發(fā)生的概率。硬件實(shí)現(xiàn)的CRC校驗(yàn)網(wǎng)卡網(wǎng)卡網(wǎng)卡(網(wǎng)絡(luò)接口卡)，31，應(yīng)該注意的是，CRC檢錯(cuò)技術(shù)只有使用循環(huán)冗余校驗(yàn)才能實(shí)現(xiàn)無(wú)錯(cuò)誤接受?！盁o(wú)差錯(cuò)接受”是指：“所有被接受的幀(即，被丟棄的幀不包括在內(nèi))可以被認(rèn)為在傳輸期間沒(méi)有差錯(cuò)，概率接近1”。也就是說(shuō)，“在接收端被數(shù)據(jù)鏈路層接受的所有幀都沒(méi)有傳輸錯(cuò)誤”(有錯(cuò)誤的幀被丟棄并且不被接受)。為了實(shí)現(xiàn)“可靠傳輸”(即接收發(fā)送的任何內(nèi)容)，有必要添加確認(rèn)和重傳機(jī)制。幀丟失、幀重復(fù)和幀無(wú)序是32 . 3 . 2 . 1 PPP協(xié)議的特點(diǎn)。現(xiàn)在世界上使用最

14、廣泛的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議。當(dāng)用戶使用撥號(hào)電話線訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，他們通常使用PPP協(xié)議。，33，用戶和ISP之間的鏈接使用PPP協(xié)議，用戶，到互聯(lián)網(wǎng)，已經(jīng)向互聯(lián)網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)申請(qǐng)了多個(gè)IP地址，ISP，接入網(wǎng)絡(luò)，PPP協(xié)議，34，1。PPP協(xié)議應(yīng)滿足的要求，簡(jiǎn)單性這是封裝和成幀透明性的第一個(gè)要求，多網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，多種類型的鏈路，錯(cuò)誤檢測(cè)，連接狀態(tài)，最大傳輸單元，網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商，數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商，35，2。PPP協(xié)議不需要的功能，糾錯(cuò)流控制序列號(hào)，多點(diǎn)線路半雙工或單工鏈路，36，3。1992年制定的公私伙伴關(guān)系協(xié)議的組成。經(jīng)過(guò)1993年和1994年的修訂，PPP已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)RFC 1661。PPP協(xié)議有三個(gè)組成部分：一是將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝成串行鏈路的方法。鏈路控制協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議。37，3 . 2 . 2 PPP協(xié)議的幀格式，標(biāo)志字段F=0 x7E(符號(hào)“0 x”表示以下字符以十六進(jìn)制表示)。7E的十六進(jìn)制二進(jìn)制表示是0111110)。地址字段a僅設(shè)置為0 xFF。地址字