第04章-數(shù)據(jù)鏈路層

第4章

數(shù)據(jù)鏈路層主講：袁津生2023/2/31計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)本章學(xué)習(xí)要求

理解：數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與性質(zhì)。 掌握：誤碼率的定義與差錯(cuò)控制方法。 掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念。 了解：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類(lèi)方法。 掌握：典型的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議—HDLC與PPP協(xié)議。2023/2/32計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)本章知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)2023/2/33計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

4.1.1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的原因 在原始物理傳輸線路上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)是有差錯(cuò)的； 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的：將有差錯(cuò)的物理線路改進(jìn)成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路；

方法：差錯(cuò)檢測(cè)、差錯(cuò)控制、流量控制

作用：改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的服務(wù)。2023/2/34計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

4.1.2差錯(cuò)產(chǎn)生的原因和差錯(cuò)類(lèi)型 數(shù)據(jù)在傳輸中所產(chǎn)生的差錯(cuò)都是由熱噪聲引起的。熱噪聲是影響數(shù)據(jù)在通信媒體中正常傳輸?shù)闹匾蛩?。?shù)據(jù)通信中的熱噪聲主要包括：（1）在數(shù)據(jù)通信中，信號(hào)在物理信道上的線路本身的電氣特性隨機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)幅度、頻率、相位的畸形和衰減。（2）電氣信號(hào)在線路上產(chǎn)生反射造成的回音效應(yīng)。（3）相鄰線路之間的串線干擾。（4）大氣中的閃電、電源開(kāi)關(guān)的跳火、自然界磁場(chǎng)的變化以及電源的波動(dòng)等外界因素。2023/2/35計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)兩大類(lèi)熱噪聲：

隨機(jī)熱噪聲和沖擊熱噪聲

隨機(jī)熱噪聲：通信信道上固有的、持續(xù)存在的熱噪聲。這種熱噪聲具有不固定性，所以稱為隨機(jī)熱噪聲。

沖擊熱噪聲：由外界某種原因突發(fā)產(chǎn)生的熱噪聲。沖擊噪聲幅度較大，是引起傳輸差錯(cuò)的主要原因。2023/2/36計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

傳輸差錯(cuò)

—通過(guò)通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象；

差錯(cuò)控制

—檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及如何糾正差錯(cuò)； 由熱噪聲引起的差錯(cuò)是隨機(jī)差錯(cuò)，或隨機(jī)錯(cuò)； 沖擊噪聲引起的差錯(cuò)是突發(fā)差錯(cuò)，或突發(fā)錯(cuò)； 引起突發(fā)差錯(cuò)的位長(zhǎng)稱為突發(fā)長(zhǎng)度； 在通信過(guò)程中產(chǎn)生的傳輸差錯(cuò)，是由隨機(jī)差錯(cuò)與突發(fā)差錯(cuò)共同構(gòu)成的。2023/2/37計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)噪聲對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的影響2023/2/38計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法2023/2/39計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

4.1.3差錯(cuò)控制 差錯(cuò)控制：是指在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)、檢測(cè)差錯(cuò)，對(duì)差錯(cuò)進(jìn)行糾正，從而把差錯(cuò)限制在數(shù)據(jù)傳輸所允許的盡可能小的范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。 在數(shù)據(jù)傳輸中，沒(méi)有差錯(cuò)控制的傳輸通常是不可靠的。2023/2/310計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

1．差錯(cuò)控制編碼 差錯(cuò)控制編碼是用以實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制的編碼。它分檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼兩種：

檢錯(cuò)碼：能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的編碼。

糾錯(cuò)碼：既能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，又能自動(dòng)糾正錯(cuò)誤的編碼。

2023/2/311計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

2.差錯(cuò)控制方法 差錯(cuò)控制方法主要有兩類(lèi)：自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)和向前糾錯(cuò)。

自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)是利用編碼的方法在數(shù)據(jù)接收端檢測(cè)差錯(cuò)，當(dāng)檢測(cè)出差錯(cuò)后，設(shè)法通知發(fā)送數(shù)據(jù)端重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到無(wú)差錯(cuò)為止。

向前糾錯(cuò)方法中，接收數(shù)據(jù)端不僅對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，而且當(dāng)檢測(cè)出差錯(cuò)后還能利用編碼的方法自動(dòng)糾正差錯(cuò)。2023/2/312計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

4.1.4檢錯(cuò)碼與糾錯(cuò)碼 在計(jì)算機(jī)通信中，人們提出一種方法，那就是在承認(rèn)通信信道傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)的前提下，有效地檢測(cè)出錯(cuò)誤，并進(jìn)行糾正，從而提高通信信道的傳輸質(zhì)量。人們把這種方法叫做差錯(cuò)檢測(cè)與校正，簡(jiǎn)稱為差錯(cuò)控制。 差錯(cuò)控制的主要目的是減少通信信道的傳輸錯(cuò)誤，目前還不可能做到檢測(cè)和校正所有的錯(cuò)誤。2023/2/313計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)差錯(cuò)控制的兩種策略：

糾錯(cuò)碼方案： 讓每個(gè)傳輸?shù)姆纸M帶上足夠的冗余信息，以便在接收端能發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)。

檢錯(cuò)碼方案：

讓分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的冗余信息，但不能確定哪一比特是錯(cuò)的，并且自己不能糾正傳輸差錯(cuò)。2023/2/314計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用的檢錯(cuò)碼

●奇偶校驗(yàn)碼 奇偶校驗(yàn)碼是一種最常見(jiàn)的檢錯(cuò)碼，它分為：

垂直奇偶校驗(yàn)（VRC） 水平奇偶校驗(yàn)（LRC） 水平垂直奇偶校驗(yàn)（即方陣碼）。

●循環(huán)冗余編碼（CyclicRedundancyCode,CRC） 目前應(yīng)用最廣的檢錯(cuò)碼編碼方法之一。2023/2/315計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

4.1.5奇偶校驗(yàn) 設(shè)信息碼元數(shù)為k位，校驗(yàn)碼元數(shù)為r(r=1)，k+r=k+1=n。則稱由k位信息碼和r(=1)位校驗(yàn)碼組成的位碼序列為系統(tǒng)碼。2023/2/316計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 奇偶校驗(yàn)又可以分為奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)。 如果信息碼（k1，k2，…，kn-1）中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，kn為0。 如果信息碼中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，kn為1。

例如：字符A的代碼為1000001，其中有兩個(gè)1，在偶校驗(yàn)中可得奇偶校驗(yàn)位為0，故其8位組合代碼為：10000010。前7位是信息位，最右的1位是校驗(yàn)位。在奇校驗(yàn)中可得奇偶校驗(yàn)位為1，故其8位組合代碼為：10000011。2023/2/317計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

1．水平奇偶校驗(yàn) 把數(shù)據(jù)先以適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度劃分成小組，并把碼字按表中所示的順序一列一列地排列起來(lái)，然后對(duì)水平方向的碼元進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，得到一列校驗(yàn)位，附加在其他各列之后，然后按列的順序進(jìn)行傳輸。 例如：在信道中傳送的二進(jìn)制信號(hào)序列為:

10101011010101110110…111002023/2/318計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法位12345678910校驗(yàn)位110011100011201101010101311011000011400111000100511101111010水平奇偶校驗(yàn)2023/2/319計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法位123456789101100111000120110101010311011000014001110001051110111101校驗(yàn)位1111100101垂直奇偶校驗(yàn)2023/2/320計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

2．水平垂直奇偶校驗(yàn) 這種方法是在水平奇偶校驗(yàn)和垂直奇偶校驗(yàn)的基礎(chǔ)上，把兩者結(jié)合起來(lái)對(duì)碼元進(jìn)行校驗(yàn)。傳送時(shí)先傳第1列，隨后傳第2列……最后傳第11列。因此,在信道中傳送的二進(jìn)制信號(hào)序列為:

101011011011010111101101…111001 這種方法按列傳輸時(shí)能發(fā)現(xiàn)所有長(zhǎng)度小于或等于n+1（n為列的碼元數(shù)）個(gè)突發(fā)性錯(cuò)誤和其他錯(cuò)誤。也可按行傳輸,它能發(fā)現(xiàn)所有長(zhǎng)度小于或等于每一行碼元數(shù)m+1個(gè)突發(fā)性或其他錯(cuò)誤。2023/2/321計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法位12345678910校驗(yàn)位110011100011201101010101311011000011400111000100511101111010校驗(yàn)位11111001011水平垂直奇偶校驗(yàn)2023/2/322計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

4.1.6循環(huán)冗余編碼工作原理

將要發(fā)送的數(shù)據(jù)比特序列當(dāng)做一個(gè)多項(xiàng)式f(x)的系數(shù)，在發(fā)送端用收發(fā)雙方預(yù)先約定的生成多項(xiàng)式G(x)去除，求得一個(gè)余數(shù)多項(xiàng)式。將余數(shù)多項(xiàng)式加到數(shù)據(jù)多項(xiàng)式之后發(fā)送到接收端。在接收端用同樣的生成多項(xiàng)式G(x)去除接收數(shù)據(jù)多項(xiàng)式f(x)，得到計(jì)算余數(shù)多項(xiàng)式。 如果計(jì)算余數(shù)多項(xiàng)式與接收余數(shù)多項(xiàng)式相同，則表示傳輸無(wú)差錯(cuò)；如果計(jì)算余數(shù)多項(xiàng)式與接收余數(shù)多項(xiàng)式不相同，則表示傳輸有差錯(cuò)，由發(fā)送方重發(fā)數(shù)據(jù)，直至正確為止。2023/2/323計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 CRC碼檢錯(cuò)能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)容易，是目前應(yīng)用最廣的檢錯(cuò)碼編碼方法之一。 CRC生成多項(xiàng)式G(x)由協(xié)議規(guī)定，目前已有多種生成多項(xiàng)式列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中， 例如：

CRC-12 G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1

CRC-16 G(x)=x16+x15+x2+1

CRC-CCCITTG(x)=x16+x15+x5+1

CRC-32 G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+ x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+12023/2/324計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)CRC校驗(yàn)過(guò)程2023/2/325計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

CRC校驗(yàn)的工作過(guò)程可以描述為： ①在發(fā)送端，將發(fā)送數(shù)據(jù)多項(xiàng)式f(x)xk，其中k為生成多項(xiàng)式的最高冪值，例如CRC-12的最高幕值為12，則發(fā)送f(x)x12；對(duì)于二進(jìn)制乘法來(lái)說(shuō)，f(x)x12的意義是將發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列左移12位，用來(lái)放入余數(shù)； ②將f(x)xk除以生成多項(xiàng)式G(x)，得： 式中R(x)為余數(shù)多項(xiàng)式。2023/2/326計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

③將f(x)xk+R(x)作為整體，從發(fā)送端通過(guò)通信信道傳送到接收端； ④接收端對(duì)接收數(shù)據(jù)多項(xiàng)式f(x)采用同樣的運(yùn)算，即

求得余數(shù)多項(xiàng)式R'(x)；⑤接收端根據(jù)計(jì)算余數(shù)多項(xiàng)式R'(x)是否等于接收余數(shù)多項(xiàng)式R(x)，來(lái)判斷是否出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤。2023/2/327計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 實(shí)際的CRC校驗(yàn)碼生成是采用二進(jìn)制模二算法，即減法不錯(cuò)位，加法不進(jìn)位，這是一種異或操作。我們可以用下面的實(shí)例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明CRC校驗(yàn)碼的生成過(guò)程：

①發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列為1010001101；

②事先選定的多項(xiàng)式比特序列為110101（6比特，k=5）；余數(shù)至少要比除數(shù)少1個(gè)比特。至于多項(xiàng)式的選定應(yīng)參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

③將發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列乘以25，那么產(chǎn)生的乘積應(yīng)為101000110100000；2023/2/328計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

④將乘積用生成多項(xiàng)式比特序列去除，按模二算法。 用模2運(yùn)算進(jìn)行加法時(shí)不進(jìn)位，減法和加法是一樣的。例如，1111+1010=0101。 求得余數(shù)比特序列為01110；

⑤將余數(shù)比特序列加到乘積中得：

101000110100000+01110=101000110101110 如果在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，那么接收端接收到的帶有CRC校驗(yàn)碼的接收數(shù)據(jù)比特序列一定能被相同的生成多項(xiàng)式整除。2023/2/329計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)循環(huán)冗余原理說(shuō)明2023/2/330計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)循環(huán)冗余原理說(shuō)明即：101000110101110÷110101=1101010110余數(shù)為0。2023/2/331計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 CRC校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力很強(qiáng)；只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)置好G（x）就能： ①能檢查出全部單個(gè)錯(cuò)； ②能檢查出全部離散的二位錯(cuò)； ③能檢查出全部奇數(shù)個(gè)錯(cuò)； ④能檢查出全部長(zhǎng)度小于或等于k位的突發(fā)錯(cuò)； ⑤能以[1-(1/2)k-1]的概率檢查出長(zhǎng)度為(k+1)位的突發(fā)錯(cuò)。2023/2/332計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

4.1.7校驗(yàn)和 在高層協(xié)議中使用的檢錯(cuò)的方法稱為核驗(yàn)和。和VRC，LRC和CRC一樣，校驗(yàn)和也基于冗余概念。

1．校驗(yàn)和生成器 在發(fā)送方，校驗(yàn)和生成器將數(shù)據(jù)單元細(xì)分成大小都為16比特的分段。這些分段采用反碼算法加在一起，使得整個(gè)結(jié)果仍然是16比特長(zhǎng)。該總和（校驗(yàn)和）隨后取反，并當(dāng)作冗余位加在原始數(shù)據(jù)單元的末尾，稱作校驗(yàn)和字段。如果數(shù)據(jù)段的和是T，校驗(yàn)和就是-T。2023/2/333計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法2023/2/334計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 發(fā)送方遵循以下步驟：

●數(shù)據(jù)單元被分成K段，每段n比特。

●將所有段按反碼方式相加求和。

●對(duì)最后結(jié)果取反得到校驗(yàn)和。

●將校驗(yàn)和與數(shù)據(jù)一起發(fā)送。 接收方遵循以下步驟：

●數(shù)據(jù)單元被分成k段，每段n比特。

●將所有段按反碼方式相加求和。

●和取反。

●如果結(jié)果為0，則接收數(shù)據(jù)；否則拒絕。2023/2/335計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法2023/2/336計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

2．校驗(yàn)和校驗(yàn)器 接收方按照上面的方式切分?jǐn)?shù)據(jù)單元，將所有分段相加并對(duì)結(jié)果取反。如果擴(kuò)展的數(shù)據(jù)單元是完整正確的，那么各數(shù)據(jù)段和校驗(yàn)和字段相加的最后結(jié)果應(yīng)該是零（T加-T是零）。如果結(jié)果不是零，就意味著數(shù)據(jù)包包含著差錯(cuò)，因而接收方拒絕接收該數(shù)據(jù)單元。2023/2/337計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 例假設(shè)要發(fā)送下面的16位數(shù)據(jù)，采用8位校驗(yàn)和。

←1010100100111001 采用反碼算法相加數(shù)據(jù)：

10101001

00111001

11100010

校驗(yàn)和

00011101 發(fā)送的比特模式是：

←

101010010011100100011101

校驗(yàn)和2023/2/338計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

例現(xiàn)假定接收方無(wú)差錯(cuò)地收到上例發(fā)送的比特模式。

101010010011100100011101

當(dāng)接收方將三段數(shù)據(jù)相加后得到全1。求反后,變成全0,表示沒(méi)有差錯(cuò)。

10101001 00111001 00011101

和 11111111

求反 00000000

這就是說(shuō)比特模式是正確的。2023/2/339計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

例現(xiàn)假定存在長(zhǎng)度為5的突發(fā)差錯(cuò)，改變了4比特。

101011111111100100011101

接方將三段數(shù)據(jù)相加，得到：

10101111

11111001 00011101

結(jié)果111000101

進(jìn)位 1

和 11000110

求反 00111001這就是說(shuō)比特模式被破壞了。2023/2/340計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

4.1.8糾錯(cuò) 糾錯(cuò)可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行。一種方式是當(dāng)發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，接收方可以讓發(fā)送方重新發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)單元。另一種方法是用糾錯(cuò)碼，自動(dòng)糾正一些差錯(cuò)。 理論上，可以自動(dòng)糾正任何一種二進(jìn)制編碼差錯(cuò)。但是糾錯(cuò)碼比檢錯(cuò)碼要復(fù)雜得多，并且需要占據(jù)更多的冗余比特位。因此，大多數(shù)糾錯(cuò)技術(shù)都局限于一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)比特的差錯(cuò)。2023/2/341計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

1．單比特糾錯(cuò) 通過(guò)在數(shù)據(jù)單元上增加冗余位來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。單個(gè)的附加比特可以對(duì)任意比特序列的單比特差錯(cuò)進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)樗恍枰獧z查兩種狀態(tài)：差錯(cuò)和無(wú)錯(cuò)。 如果我們?cè)跈z測(cè)出單比特差錯(cuò)的同時(shí)還想糾正差錯(cuò)。那么兩種狀態(tài)只夠用來(lái)檢錯(cuò)，卻不足以用來(lái)糾錯(cuò)。2023/2/342計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 為糾正差錯(cuò)，接收方只需要將改變的比特再改變一次就可以了。但是為實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)，必須知道差錯(cuò)的比特位。 例如，為糾正一個(gè)ASCII字符中的單比特差錯(cuò)，糾錯(cuò)碼必須確定7個(gè)比特中的哪一個(gè)發(fā)生了改變。在這種情況下，就必須在8個(gè)狀態(tài)之間進(jìn)行區(qū)分：無(wú)錯(cuò)，位置1錯(cuò)，位置2錯(cuò)，一直到位置7錯(cuò)。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就需要足夠的冗余比特來(lái)表示所有8個(gè)狀態(tài)。2023/2/343計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

初看起來(lái)，三比特的冗余碼就足夠了，因?yàn)槿忍乜梢源?種不同狀態(tài)（000~111）且隨之還為8種不同可能進(jìn)行了定位。但是如果差錯(cuò)發(fā)生在冗余位本身上呢？七位數(shù)據(jù)（ASCII字符）加上三位冗余共是10位。但是三比特只能識(shí)別8種可能。為覆蓋所有的差錯(cuò)可能性，還必須有附加的比特。2023/2/344計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

冗余比特 為計(jì)算糾正一個(gè)給定數(shù)量（m）的數(shù)據(jù)位數(shù)所需要的冗余位的數(shù)量（r），必須找到m和r之間的關(guān)系。下圖顯示了m位數(shù)據(jù)和附加的r冗余位。最后編碼的總長(zhǎng)是m+r。2023/2/345計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 如果可傳輸單元的總比特?cái)?shù)是m+r，那么r必須能至少代表m+r+1種狀態(tài)。在這些狀態(tài)中，一種狀態(tài)代表無(wú)錯(cuò)，其他m+r種狀態(tài)代表在m+r位每個(gè)位置上發(fā)生的差錯(cuò)。 因此，必須能夠通過(guò)r位來(lái)發(fā)現(xiàn)所有的m+r+1種狀態(tài)，而r比特可以代表2r種不同狀態(tài)。2r必須大于或等于m+r+1：

2r≥m+r+12023/2/346計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 r的值可以通過(guò)插入m（要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元的原始長(zhǎng)度）的值來(lái)得到。例如，如果m的值是7（就如同七位ASCII碼一樣），滿足上述公式的最小的位是4：

24≥7+4+12023/2/347計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

2．海明碼

R.W.Hamming提出的一種利用冗余比特來(lái)發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)狀態(tài)的技術(shù)，叫海明碼。 （1）定位冗余比特 海明碼可以在任意長(zhǎng)度的單元上應(yīng)用，并能利用上面討論的數(shù)據(jù)和冗余比特之間的關(guān)系。例如，一個(gè)七位ASCII碼需要在數(shù)據(jù)單元末尾附加或者在原始數(shù)據(jù)中間插入4個(gè)冗余比特。2023/2/348計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 圖中，冗余比特被放在位置1，2，4和8上（這些位置都是2的冪次序列）。為清楚表明下面的例子，我們將這些位表示為，r1，r2，r4以及r8。2023/2/349計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 在海明碼中，每個(gè)冗余比特都是一組數(shù)據(jù)比特的VRC位；r1是一組數(shù)據(jù)比特的VRC位，r2是另一組數(shù)據(jù)比特的VRC位，等等。在七位數(shù)據(jù)序列中用來(lái)計(jì)算四個(gè)冗余比特位的比特組合如下：

r1:第1,3,5,7,9,11比特 r2:第2,3,6,7,10,11比特 r4:第4,5,6,7比特

r8:第8,9,10,11比特2023/2/350計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

（2）計(jì)算冗余比特值 首先將原始字符的每個(gè)比特都填入單元中的對(duì)應(yīng)位置。隨后，對(duì)不同的比特組合計(jì)算它們的偶校驗(yàn)。每一種組合的校驗(yàn)值就對(duì)應(yīng)冗余位的值。例如：r1是第3,5,7,9和11位的偶校驗(yàn)，r2是第3,6,7,10和11位的偶校驗(yàn)，等等。最后的11位編碼通過(guò)傳輸線路發(fā)送出去。2023/2/351計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)海明碼編碼2023/2/352計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 （3）檢錯(cuò)與糾錯(cuò) 假設(shè)在上述傳輸被接收時(shí)，第7位從1變成了0。2023/2/353計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法 接收方接收該傳輸并采用與發(fā)送方計(jì)算每個(gè)冗余比特時(shí)相同的比特組加上對(duì)應(yīng)每一組的驗(yàn)位來(lái)重新計(jì)算4個(gè)新的VRC。然后將新的校驗(yàn)值按照冗余比特位置（r8,r4,r2,r1）組裝成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)。在本例中，這一步的結(jié)果是0111（十進(jìn)制7），這就指出了發(fā)生差錯(cuò)比特的位置在第7位。 一旦確定了發(fā)生差錯(cuò)的比特，接收方就可以將該比特值取反并糾正該差錯(cuò)。2023/2/354計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)海明碼糾錯(cuò)2023/2/355計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

4.1.9差錯(cuò)控制機(jī)制

1.反饋重發(fā)機(jī)制 接收端可以通過(guò)檢錯(cuò)碼檢查傳送一幀數(shù)據(jù)是否出錯(cuò)，一旦發(fā)現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤，則通常采用反饋重發(fā)（AutomaticRepeatreQuest）ARQ方法來(lái)糾正。

2.反饋重發(fā)機(jī)制的分類(lèi)

反饋重發(fā)糾錯(cuò)實(shí)現(xiàn)方法有兩種：

●停止等待方式●連續(xù)工作方式2023/2/356計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法反饋重發(fā)機(jī)制2023/2/357計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

(1)停止等待方式 在停止等待方式中，發(fā)送方在發(fā)送完一數(shù)據(jù)幀后，要等待接收方的應(yīng)答幀的到來(lái)。應(yīng)答幀表示上一幀已正確接收，發(fā)送方就可以發(fā)送下一數(shù)據(jù)幀，否則重發(fā)出錯(cuò)數(shù)據(jù)幀。停止等待ARQ協(xié)議簡(jiǎn)單，但系統(tǒng)通信效率低。2023/2/358計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

(2)連續(xù)工作方式 為了克服停止等待ARQ協(xié)議的缺點(diǎn)，人們提出了連續(xù)ARQ協(xié)議。實(shí)現(xiàn)連續(xù)ARQ協(xié)議的方法有兩種：

●拉回方式●選擇重發(fā)方式 在拉回方式中，發(fā)送方可以連續(xù)向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接收方對(duì)接收的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行校驗(yàn)，然后向發(fā)送方發(fā)回應(yīng)答幀。2023/2/359計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連續(xù)ARQ-拉回方式2023/2/360計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.1差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法

選擇重發(fā)方式與拉回方式的區(qū)別： 如果在發(fā)送完編號(hào)為5的數(shù)據(jù)幀時(shí)，接收到編號(hào)為2的數(shù)據(jù)幀傳輸出錯(cuò)的應(yīng)答幀，那么發(fā)送方在發(fā)送完編號(hào)為5的數(shù)據(jù)幀后，只重發(fā)出錯(cuò)的2號(hào)數(shù)據(jù)幀。 選擇重發(fā)完后，接著發(fā)送編號(hào)為6的數(shù)據(jù)幀。 選擇重發(fā)方式的效率將高于拉回方式。2023/2/361計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連續(xù)ARQ-選擇重發(fā)方式2023/2/362計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.2數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念

4.2.1物理線路與數(shù)據(jù)鏈路

鏈路：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線路段，也就是物理線路。

數(shù)據(jù)鏈路：將通信協(xié)議的硬件和軟件加到物理線路上。2023/2/363計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.2數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念

4.2.2數(shù)據(jù)鏈路控制

數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議：為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路控制功能而制定的規(guī)程或協(xié)議。 數(shù)據(jù)鏈路控制的主要功能：

（1）鏈路管理 數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放。

（2）幀同步 物理層的比特流按照數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的規(guī)定被封裝在數(shù)據(jù)幀中傳送。幀同步是指接收方應(yīng)當(dāng)從收到的比特流中區(qū)分完整的數(shù)據(jù)幀。2023/2/364計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.2數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念

（3）流量控制 控制收發(fā)方的速率。

（4）差錯(cuò)控制 使接收方能發(fā)現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤并能糾正錯(cuò)誤。

（5）透明傳輸 能正確區(qū)分控制字符和數(shù)據(jù)。

（6）尋址 保證數(shù)據(jù)幀能正確到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)。2023/2/365計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.2數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念

4.2.3數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)

數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)的類(lèi)型：

(1)面向連接確認(rèn)服務(wù) 具有數(shù)據(jù)鏈路的建立、傳輸、釋放等階段。

(2)無(wú)連接確認(rèn)服務(wù) 源主機(jī)要對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行編號(hào)，目的主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行確認(rèn)。

(3)無(wú)連接不確認(rèn)服務(wù)2023/2/366計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬數(shù)據(jù)路徑2023/2/367計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際數(shù)據(jù)路徑2023/2/368計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.3面向字符型協(xié)議實(shí)例

4.3.1數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類(lèi)2023/2/369計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.3面向字符型協(xié)議實(shí)例

面向字符型協(xié)議可以利用ASCII碼中的10個(gè)控制字符（如：SOH，ACK，SYN）來(lái)實(shí)現(xiàn)通信控制功能。

缺點(diǎn)： 使用不同字符集的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)很難利用面向字符型協(xié)議進(jìn)行通信。 控制字符的編碼不能在用戶數(shù)據(jù)字段中出現(xiàn)。 如：SYN編碼為：0010110，如果出現(xiàn)就會(huì)引起通信控制錯(cuò)誤。2023/2/370計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.3面向字符型協(xié)議實(shí)例

4.3.2面向字符型協(xié)議實(shí)例：BSC 面向字符型協(xié)議是以字符為控制傳輸信息的基本單元。

1.控制字符 （1）格式字符 SOH（startofheading） 報(bào)頭開(kāi)始

STX（startoftext） 正文開(kāi)始

ETB（endoftransmissionblock）信息結(jié)束 ETX（endoftext） 正文結(jié)束B(niǎo)SC:BinarySynchronousCommunication2023/2/371計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.3面向字符型協(xié)議實(shí)例

（2）控制字符 ACK（acknowledge） 肯定應(yīng)答

NAK（negativeacknowledge）否定應(yīng)答 ENQ（enquire） 詢問(wèn) EOT（endoftransmission）傳輸結(jié)束 SYN（synchrous） 同步 DLE（datalinkescape） 轉(zhuǎn)義字符2023/2/372計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.3面向字符型協(xié)議實(shí)例2.數(shù)據(jù)報(bào)文格式 面向字符型BSC協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文格式：2023/2/373計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)BSC數(shù)據(jù)幀實(shí)例2023/2/374計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)BSC數(shù)據(jù)幀實(shí)例2023/2/375計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2023/2/376計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)透明性

數(shù)據(jù)通信中的數(shù)據(jù)透明性意味著必須能夠把任何比特組合當(dāng)作數(shù)據(jù)發(fā)送。BSC中的數(shù)據(jù)透明性是通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路轉(zhuǎn)義DLE字符定義透明文本區(qū)域，然后在透明文本區(qū)域內(nèi)的DLE字符之前加上一個(gè)附加的DLE字符。2023/2/377計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.3面向字符型協(xié)議實(shí)例

3.轉(zhuǎn)義字符的使用 當(dāng)正文出現(xiàn)與控制字符相同的編碼時(shí)，自動(dòng)在前面插入一個(gè)DLE字符。接收方則自動(dòng)刪除多余的DLE字符。

4.面向字符型協(xié)議的執(zhí)行過(guò)程 在正式發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文之前，首先發(fā)送控制報(bào)文ENQ，詢問(wèn)是否同意接收。同意后發(fā)送確認(rèn)報(bào)文ACK。然后雙方進(jìn)入數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸狀態(tài)。2023/2/378計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.3面向字符型協(xié)議實(shí)例2023/2/379計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

4.4.1HDLC產(chǎn)生的背景 面向字符型協(xié)議的特點(diǎn)是建立、維護(hù)與釋放數(shù)據(jù)鏈路的控制由一些規(guī)定的控制字符完成。

BSC協(xié)議的主要缺點(diǎn)：

①控制報(bào)文與數(shù)據(jù)報(bào)文格式不一致； ②采用停止等待發(fā)送方式，收發(fā)雙方交替地工作，協(xié)議效率低，通信線路利用率低。 ③協(xié)議只對(duì)數(shù)據(jù)部分進(jìn)行差錯(cuò)控制，系統(tǒng)可靠性較差。 ④每增加一種功能就要設(shè)定一個(gè)新的控制字符2023/2/380計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

4.4.2數(shù)據(jù)鏈路的配置和數(shù)據(jù)傳送方式 數(shù)據(jù)鏈路的配置方式有兩種：非平衡配置與平衡配置。

1.非平衡配置方式 （1）非平衡配置中的主站與從站

主站：控制數(shù)據(jù)鏈路的工作過(guò)程。發(fā)出命令

從站：接受命令，發(fā)出響應(yīng)，配合主站工作

非平衡配置方式又分為：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多點(diǎn)方式2023/2/381計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路配置2023/2/382計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例 （2）正常響應(yīng)模式與異步響應(yīng)模式 非平衡配置有兩種數(shù)據(jù)傳送方式：正常響應(yīng)模式與異步響應(yīng)模式

正常響應(yīng)模式(normalresponsemode,NRM) 主站可以隨時(shí)向從站傳輸數(shù)據(jù)幀； 從站只有在主站向它發(fā)送命令幀進(jìn)行探詢，從站響應(yīng)后才可以向主站發(fā)送數(shù)據(jù)幀。2023/2/383計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)輪詢2023/2/384計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

異步響應(yīng)模式(asynchronousresponsemode,ARM) 主站和從站可以隨時(shí)相互傳輸數(shù)據(jù)幀； 從站可以不需要等待主站發(fā)出探詢就可以發(fā)送數(shù)據(jù)； 主站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的初始化、鏈路的建立、釋放與差錯(cuò)恢復(fù)等功能。2023/2/385計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

2.平衡配置方式

鏈路兩端的兩個(gè)站都是復(fù)合站（combinedstation）； 復(fù)合站同時(shí)具有主站與從站的功能； 每個(gè)復(fù)合站都可以發(fā)出命令與響應(yīng)； 平衡配置結(jié)構(gòu)中只有異步平衡模式（asynchronousbalancedmode，ABM）； 異步平衡模式的每個(gè)復(fù)合站都可以平等地發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，而不需要得到對(duì)方復(fù)合站的許可。2023/2/386計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

4.4.3HDLC的幀結(jié)構(gòu)

1.幀結(jié)構(gòu)中各字段的意義

幀在OSI術(shù)語(yǔ)中是數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元（DL-PDU）。網(wǎng)絡(luò)層向數(shù)據(jù)鏈路層提交的傳輸分組在HDLC中叫做信息字段。數(shù)據(jù)鏈路層在信息字段的頭尾加上控制信息，就構(gòu)成了一個(gè)完整的幀。2023/2/387計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

（1）標(biāo)志字段F（Flag） 固定格式—01111110

作用—幀同步傳輸數(shù)據(jù)的透明性（零比特插入與刪除） 在傳輸過(guò)程中，如果出現(xiàn)和標(biāo)志字段一樣的比特組合，就要采用零比特插入與刪除方法。 采用0比特插入與刪除方法后，幀內(nèi)就可以傳送任意組合的比特序列，即可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的透明傳輸。2023/2/388計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)零比特插入/刪除工作過(guò)程2023/2/389計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

（2）地址字段A（Address） 地址字段長(zhǎng)度可以是8位的整數(shù)倍。當(dāng)?shù)刂纷侄蔚氖孜粸?時(shí)表示地址字段為8位；當(dāng)首位為0時(shí)表示地址字段長(zhǎng)度為16位。因此HDLC可以標(biāo)識(shí)多于256個(gè)站地址。 當(dāng)使用非平衡方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，地址字段總是填入從站地址；當(dāng)使用平衡方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，地址字段填入應(yīng)答站地址。如果地址字段為全1時(shí)，表示為廣播地址，則要求網(wǎng)中所有站都要接收該幀。2023/2/390計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

（3）控制字段C（Control） 控制字段C共8位，HDLC的許多重要功能都要靠控制字段來(lái)實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)控制字段最前面兩個(gè)比特的取值，可以將HDLC幀劃分為3大類(lèi)：

信息幀—I(Information)幀

監(jiān)控幀—S(Supervisory)幀

無(wú)編號(hào)幀—U(Unnumbered)幀 2023/2/391計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例N(S)—發(fā)送序號(hào)N(R)—接收序號(hào)P/F—探詢/終止2023/2/392計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

（4）信息字段I（Information） 由于采用了0比特插入／刪除方法，因此信息字段允許任意的二進(jìn)制比特序列的組合。信息字段僅出現(xiàn)在信息幀與無(wú)編號(hào)幀中，它是網(wǎng)絡(luò)層的用戶數(shù)據(jù)。

（5）幀校驗(yàn)字段

FCS（FrameCheckSequence） HDLC采用CRC校驗(yàn)方式，含有兩字節(jié)或四字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼。生成多項(xiàng)式采用CRC-CCITT（即：G(X)=X16+X12+X5+1）校驗(yàn)A、C、I字段的數(shù)據(jù)。2023/2/393計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

2.信息幀 （1）發(fā)送序號(hào)N(S)與接收序號(hào)N(R)

當(dāng)b0=

0時(shí)，該幀為信息幀。b1、b2、b3為發(fā)送序號(hào)N(S)，b5、b6、b7為接收序號(hào)N(R)。由于是全雙工通信，所以通信的每一方都各有一個(gè)N(S)和N(R)。 例如，一個(gè)幀中N(S)=3，N(R)=7的意義是：目前發(fā)送的是序號(hào)為3的幀，已經(jīng)正確接收了序號(hào)為6的幀，要求對(duì)方下一次發(fā)送序號(hào)為7的幀。這樣雙方就可以在交換信息幀的同時(shí)完成接收確認(rèn)的功能，而不需要專門(mén)為接收信息幀而發(fā)送確認(rèn)應(yīng)答幀。2023/2/394計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例 （2）探詢／終止位的意義 控制字段C的b4為探詢/終止(Poll/Final)位，簡(jiǎn)稱為P/F位。 如果P/F=0，則表示該位沒(méi)有意義； 如果P=1，則為探尋；F=1，則為終止。 P=1與F=1在交換過(guò)程中應(yīng)成對(duì)的出現(xiàn)。2023/2/395計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

3．監(jiān)控幀 若控制字段C的b0=1、b1=0則對(duì)應(yīng)的幀為監(jiān)控幀（S幀）。監(jiān)控幀共有4種，取決于b2、b3的取值。 S=00，RR（receiveready）準(zhǔn)備接收 S=01，RNR（receivenotready）沒(méi)準(zhǔn)備好

S=10，RJE（reject）拒絕

S=11，SREJ（selectreject）選擇性拒絕 上述4種監(jiān)控幀中，前3種用在連續(xù)ARQ協(xié)議中，而最后一種只用于選擇重傳ARQ協(xié)議中。2023/2/396計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例 所有的監(jiān)控幀都不包含要傳送的數(shù)據(jù)信息，因此監(jiān)控幀只有48位長(zhǎng)。監(jiān)控幀不需要有發(fā)送序號(hào)N(S)，但是需要有接收序號(hào)N(R)。 RR幀和RNR幀除具有幀確認(rèn)作用外，還具有流量控制的作用。RR幀表示已做好接收幀的準(zhǔn)備，希望對(duì)方繼續(xù)發(fā)送，而RNR幀則表示要求對(duì)方暫停發(fā)送，這可能是由于接收端來(lái)不及處理到達(dá)的幀，或緩沖區(qū)已滿。 監(jiān)控幀的b4也是P/F位。P/F=1時(shí)才有意義。P=1與F=1是成對(duì)出現(xiàn)的，一方作為探詢，要求另一方應(yīng)答。探詢方要將置P=1，應(yīng)答方在發(fā)送狀態(tài)信息的同時(shí)將置F=1，作為對(duì)探詢的應(yīng)答。2023/2/397計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例4.無(wú)編號(hào)幀用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路控制功能2023/2/398計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

4.4.4數(shù)據(jù)鏈路層的工作過(guò)程 簡(jiǎn)化的信息幀結(jié)構(gòu)的表示方法2023/2/399計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例2023/2/3100計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例

SNRM幀與UA幀結(jié)構(gòu)的表示方法

數(shù)據(jù)鏈路層的工作，使收發(fā)雙方可以有條不紊、正確地完成數(shù)據(jù)幀的傳輸，使得在物理線路上可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤得到及時(shí)的發(fā)現(xiàn)與糾正，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?023/2/3101計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正常響應(yīng)模式數(shù)據(jù)鏈路工作2023/2/3102計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例2023/2/3103計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例 兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間要傳輸數(shù)據(jù)首先要建立物理線路的連接，建立了物理線路的連接才能傳輸比特流。在系統(tǒng)傳輸比特流之后才有可能建立數(shù)據(jù)鏈路。建立數(shù)據(jù)鏈路之后才能進(jìn)入數(shù)據(jù)幀的傳輸階段。 當(dāng)數(shù)據(jù)幀傳輸結(jié)束時(shí)，需要釋放數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路釋放了，但物理線路連接還應(yīng)該是存在著的。最后才是釋放物理線路的連接。只有在釋放了物理線路的連接之后，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的通信關(guān)系才完全解除。因此，物理連接與數(shù)據(jù)鏈路連接是有區(qū)別的。2023/2/3104計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.4面向比特型協(xié)議實(shí)例 數(shù)據(jù)鏈路連接是建立在物理連接之上的。在物理層完成物理連接并提供比特流傳輸能力的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)鏈路層使用物理層的服務(wù)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（幀）。HDLC中的控制幀用于數(shù)據(jù)鏈路的建立、數(shù)據(jù)鏈路維護(hù)與數(shù)據(jù)鏈路釋放，以及信息幀發(fā)送過(guò)程中的流量控制與差錯(cuò)控制功能，以保證信息幀在數(shù)據(jù)鏈路上的正確傳輸，從而完成參考模型規(guī)定數(shù)據(jù)鏈路層基本功能得實(shí)現(xiàn)，為網(wǎng)絡(luò)層提供可靠得結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)間幀傳輸服務(wù)。2023/2/3105計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)輪詢實(shí)例2023/2/3106計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)輪詢實(shí)例2023/2/3107計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2023/2/3108計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)無(wú)編號(hào)幀2023/2/3109計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2023/2/3110計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.5數(shù)據(jù)鏈路層滑動(dòng)窗口協(xié)議與幀傳輸效率分析4.5.1數(shù)據(jù)鏈路層滑動(dòng)窗口協(xié)議的分類(lèi)2023/2/3111計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.5數(shù)據(jù)鏈路層滑動(dòng)窗口協(xié)議與幀傳輸效率分析4.5.2單幀停止等待協(xié)議2023/2/3112計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)單幀停止等待協(xié)議效率的分析2023/2/3113計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀傳輸延時(shí)討論傳播延時(shí)：tp發(fā)送延時(shí)：tf，ta處理延時(shí)：tpr幀傳輸總延時(shí)：tT=tp+tf+tpr+ta+tp+tpr簡(jiǎn)化后的總延時(shí)：tT≈tf+2tp停止等待協(xié)議幀傳輸效率：U=tf/（tf+2tp）=1/（1+2a）其中：a=傳播延時(shí)/發(fā)送延時(shí)=tp/tf2023/2/3114計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)多幀連續(xù)發(fā)送協(xié)議2023/2/3115計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)滑動(dòng)窗口控制機(jī)制的基本工作原理2023/2/3116計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)選擇重發(fā)糾錯(cuò)滑動(dòng)窗口控制過(guò)程2023/2/3117計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.6Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層

4.6.1Internet中主要的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

SLIP（SerialLineIP）

—

串行線路的Internet數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

PPP（Point-to-PointProtocol）

—

點(diǎn)-點(diǎn)協(xié)議 SLIP與PPP用于串行通信的撥號(hào)線路上，是目前家庭計(jì)算機(jī)或公司用戶通過(guò)ISP接到Internet主要的協(xié)議。

2023/2/3118計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.6Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層

4.6.2SLIP協(xié)議

SLIP出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代初，最早是在BSDUNIX4.2版操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的; SLIP協(xié)議支持TCP/IP協(xié)議; 對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的封裝，然后來(lái)用RS-232接口串行線路進(jìn)行傳輸; SLIP通常也用來(lái)將遠(yuǎn)程終端連接到Unix主機(jī)，也可通過(guò)租用或撥號(hào)串行線路進(jìn)行主機(jī)到路由器，以及路由器到路由器的通信。2023/2/3119計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.6Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層

1.典型的SLIP接入方式

Internet的家庭或小型公司用戶通過(guò)調(diào)制解調(diào)器、電話網(wǎng)絡(luò)連接到ISP的調(diào)制解調(diào)器； ISP的調(diào)制解調(diào)器再通過(guò)它的路由器接入Internet; SLIP系統(tǒng)一般可以發(fā)送和接收1006B的IP數(shù)據(jù)報(bào)。2023/2/3120計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.6Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層

2.SLIP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)

SLIP幀頭與幀尾的“C0”，是協(xié)議使用的惟一的一個(gè)控制字符; C0的二進(jìn)制編碼比特序列是10110000; C0的使用將影響SLIP幀數(shù)據(jù)的透明性。

2023/2/3121計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)SLIP報(bào)文的封裝2023/2/3122計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.6Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層 3.SLIP協(xié)議的缺點(diǎn) 使用SLIP協(xié)議時(shí)，通信的雙方都必須知道對(duì)方的IP地址，因?yàn)镾LIP協(xié)議沒(méi)有為它們提供相互交換地址信息的方法； 沒(méi)有設(shè)置協(xié)議類(lèi)型字段，不具備同時(shí)處理多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的能力； 沒(méi)有校驗(yàn)和字段，差錯(cuò)控制功能由高層的協(xié)議承擔(dān)； SLIP協(xié)議并不是Internet的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因此不同版本的之間就會(huì)存在著差別，使得互連變得困難。2023/2/3123計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.6Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層

4.6.3PPP協(xié)議基本特點(diǎn)

PPP協(xié)議是Internet標(biāo)準(zhǔn)，RFC1660、RFC1661定義了PPP協(xié)議與幀結(jié)構(gòu)； PPP協(xié)議處理了差錯(cuò)檢測(cè)，支持面向字符型協(xié)議與面向比特型協(xié)議，可以支持IP協(xié)議及其他一些網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（例如IPX協(xié)議）； PPP協(xié)議在撥號(hào)電話線路上和路由器─路由器之間的專用線上廣泛應(yīng)用； PPP協(xié)議是在大多數(shù)家庭個(gè)人計(jì)算機(jī)和ISP之間使用的協(xié)議，它可以作為在高速?gòu)V域網(wǎng)和社區(qū)寬帶網(wǎng)協(xié)議族的一部分。2023/2/3124計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)PPP協(xié)議的功能 用于串行鏈路的基于HDLC數(shù)據(jù)幀封裝機(jī)制。

鏈路控制協(xié)議LCP（LinkControlProtocol）用于建立、配置、管理和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路連接。

網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP（NetworkControlProtocol）用以建立和配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。 建立通信時(shí)：PPP鏈路的每個(gè)端結(jié)點(diǎn)首先要發(fā)送LCP數(shù)據(jù)幀，配置和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路。然后發(fā)送NCP數(shù)據(jù)幀，以選擇和配置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

PPP協(xié)議幀可以分為：PPP信息幀、LCP幀和NCP幀。2023/2/3125計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.6Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層

1.PPP信息幀格式

PPP信息幀格式與HDLC幀格式類(lèi)似，由幀頭、信息字段和幀尾3部分組成。 （1）標(biāo)志（flag）字段 長(zhǎng)度為1字節(jié)，用于比特流的同步。標(biāo)志為：011111102023/2/3126計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.6Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層 （2）地址（address）字段 長(zhǎng)度為1字節(jié)，值為“FF”（11111111），表示網(wǎng)中所有的站都接收該幀。 （3）控制（control）字段 長(zhǎng)度為1字節(jié)，值為“03”（00000011）。 （4）協(xié)議（protocol）字段 長(zhǎng)度為2字節(jié)，它標(biāo)識(shí)出網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)域的類(lèi)型。常用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的類(lèi)型主要有：

0021H—TCP/IP0023H—OSI0027H—DEC2023/2/3127計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4.6Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層

（5）數(shù)據(jù)字段 數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度可變，包含要傳送的數(shù)據(jù)。 （6）幀校驗(yàn)字段（FCS）

長(zhǎng)度為2個(gè)字節(jié)，用于保證數(shù)