《數據鏈路層》PPT課件.ppt

1、第4章 數據鏈路層,2,本章學習要求：,了解：數據傳輸過程中差錯產生的原因與性質。 掌握：誤碼率的定義與差錯控制方法。 掌握：數據鏈路層的基本概念。 了解：面向字符型數據鏈路層協(xié)議實例BSC。 掌握：面向比特型數據鏈路層協(xié)議實例 HDLC。 掌握：Internet中的數據鏈路層協(xié)議。,3,4.1.1 為什么要設計數據鏈路層,比喻：在大廳中，很多人在談話 物理層:讓對方能聽到聲音； 多路復用： FDM：兩個兩個聚在一起，互不干擾 TDM：輪流發(fā)言 CDM：使用不同的語言，同時發(fā)言 數據鏈路層：讓對方聽到的聲音能組成句子；并知道你談話的對象和使用的語言、習慣等,4,4.1 差錯產生與差錯控制方法4

2、.1.1 為什么要設計數據鏈路層,在原始物理傳輸線路上傳輸數據信號是有差錯的； 設計數據鏈路層的主要目的： 將有差錯的物理線路改進成無差錯的數據鏈路； 方法 差錯檢測 差錯控制 流量控制 作用：改善數據傳輸質量，向網絡層提供高質量的服務。,5,4.1.2 差錯產生的原因和差錯類型,傳輸差錯 通過通信信道后接收的數據與發(fā)送數據 不一致的現象; 差錯控制 檢查是否出現差錯以及如何糾正差錯； 通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲； 熱噪聲：由電子熱運動引起，是隨機差錯； 沖擊噪聲：由外界電磁干擾引起，是突發(fā)差錯； 引起突發(fā)差錯的位長稱為突發(fā)長度； 在通信過程中產生的傳輸差錯，是由隨機差錯與突發(fā)差

3、錯共同構成的。,6,傳輸差錯產生過程,7,4.1.3 誤碼率的定義誤碼率定義：,二進制比特在數據傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率， 它在數值上近似等于： Pe = Ne/N 其中，N為傳輸的二進制比特總數； Ne為被傳錯的比特數。 對于一個實際的數據傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好，要根據實際傳輸要求提出誤碼率要求； 差錯的出現具有隨機性，在實際測量一個數據傳輸系統(tǒng)時，只有被測量的傳輸二進制比特數越大，才會越接近于真正的誤碼率值。,8,4.1.4 檢錯碼與糾錯碼,糾錯碼： 每個傳輸的分組帶上足夠的冗余信息； 接收端能發(fā)現并自動糾正傳輸差錯。 需要冗余信息太多，不實用。 檢錯碼: 分組僅包含足以使接收

4、端發(fā)現差錯的冗余信息； 接收端能發(fā)現出錯，但不能確定哪一比特是錯的，并且自己不能糾正傳輸差錯。 配合確認-重傳機制，實用。,9,常用的檢錯碼,奇偶校驗碼 增加冗余位來使得碼字中“1”的個數保持奇或偶數； 能檢測出奇數位的錯，但檢測不出偶數位的錯 對于突發(fā)錯誤來說，奇數位錯與偶數位錯的概率接近于相等，因而對差錯的漏檢率接近于1 / 2 。 循環(huán)冗余編碼CRC 又稱為多項式碼，這是因為任何一個由二進制數位串組成的代碼都可以和一個只含有0和1兩個系數的多項式建立一一對應的關系。 目前應用最廣的檢錯碼編碼方法之一,10,4.1.5 循環(huán)冗余編碼工作原理,11,舉例： 生成余數 發(fā)送 校驗,12,CRC

5、正確性的證明,發(fā)送序列T(x) = f(x)*xk + R(x) 因為 ：f(x)*xk = G（x） * Q（x） + R(x) 所以： T(x) = G（x） * Q（x） + R(x) + R(x) 又 CRC校驗碼生成采用的是二進制模二算法，即異或操作，有 R(x) + R(x) = 0 所以： T(x) = G（x） * Q（x） 所以：若T(x) / G（x） = 0，則校驗成功,13,標準CRC生成多項式G（x）,CRC-12 G（x）= x12+x11+x3+x2+x+1 CRC-16 G（x）= x16+x15+x2+1 CRC-CCITT G（x）= x16+x12+x5+

6、1 CRC-32 G（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+ x10 +x8+x7+x5+x4 + x2+x+1,14,CRC校驗碼的檢錯能力,CRC校驗碼能檢查出全部單個錯； CRC校驗碼能檢查出全部離散的二位錯； CRC校驗碼能檢查出全部奇數個錯； CRC校驗碼能檢查出全部長度小于或等于K位的突發(fā)錯； CRC校驗碼能以1-（1/2）K-1的概率檢查出長度為（K+1）位的突發(fā)錯； 如果K=16，則該CRC校驗碼能全部檢查出小于或等于16 位的所有的突發(fā)差錯，并能以1-（1/2）16-1=99.997的概率檢查出長度為17位的突發(fā)錯，漏檢概率為0.003%；,15,4

7、.1.6 差錯控制機制,反饋重發(fā)機制,16,反饋重發(fā)機制的分類,停止等待方式,17,連續(xù)工作方式,拉回方式 選擇重發(fā)方式,18,4.2 數據鏈路層的基本概念4.2.1 物理線路與數據鏈路,線路 鏈路 物理線路 數據鏈路（帶控制規(guī)程）,19,4.2.2 數據鏈路控制,鏈路管理 ：收發(fā)雙方的呼應 幀同步 ：確定幀頭幀尾 流量控制 ：窗口協(xié)議 差錯控制 ：檢錯、重傳 幀的透明傳輸 ：當數據中出現控制字符 尋址 ：多點連接,20,4.2.3 數據鏈路層向網絡層提供的服務,數據鏈路層服務的類型： 面向連接確認服務：廣域網適用； 無連接確認服務：無線通信適用； 無連接不確認服務：局域網適用，由高層負責糾錯

8、。 數據鏈路層提供的服務： 正確性的校驗； 判斷目的MAC地址是否本機； 提交網絡層（實現路由）； 為數據傳輸到下一站建立數據鏈路。,21,實際數據路徑 與虛擬數據路徑,22,4.3 面向字符型數據鏈路層協(xié)議實例：BSC4.3.1 數據鏈路層協(xié)議的分類,23,4.3.2 面向字符型協(xié)議實例：BSC,什么是面向字符型協(xié)議? 以字符為控制傳輸信息的基本單元 ASIIC碼： 格式字符：SOH（start of heading） STX（start of text） ETB（end of transmission block） ETX（end of text） 控制字符：ACK（acknowledge

9、） NAK（negative acknowledge） ENQ（enquire） EOT（end of transmission） SYN（synchrous） DLE（data link escape）,24,面向字符型BSC協(xié)議的數據報文格式,25,面向字符型 BSC協(xié)議中 數據鏈路的 建立、維護 與釋放,26,4.4 面向比特型數據鏈路層協(xié)議4.4.1 HDLC產生的背景,面向字符型數據鏈路層協(xié)議的缺點： 控制與數據報文格式不一樣； 傳輸透明性不好；（使用DLE轉義實現透明） 等待發(fā)送方式，傳輸效率低。 面向比特型協(xié)議的設計目標： 以比特作為傳輸控制信息的基本單元； 數據幀與控制幀格式相

10、同； 傳輸透明性好； （在連續(xù)5個1后插入0實現透明） 連續(xù)發(fā)送，傳輸效率高。,27,4.4.3 HDLC的幀結構,F（flag） ：固定格式 01111110 作用 幀同步 傳輸數據的透明性（零比特插入與刪除） A（address） ：地址 C（control） ：幀的類型、幀的編號、命令與控制信息 I（information） ：網絡層數據，Nmax = 256B FCS（checksum） ：校驗A、C、I字段的數據 G(X)= X16+X12+X5+1,28,零比特插入/刪除工作過程,29,4.4.2 數據鏈路的配置和數據傳送方式,數據鏈路的配置 非平衡配置 平衡配置 非平衡配置中的主

11、站與從站 主站：控制數據鏈路的工作過程，發(fā)出命令 從站：接受命令，發(fā)出響應，配合主站工作 一主多從,30,數據鏈路的非平衡配置方式,31,非平衡配置方式,正常響應模式（normal response mode，NRM） 主站可以隨時向從站傳輸數據幀； 從站只有在主站向它發(fā)送命令幀進行探詢（poll），從站響應后才可以向主站發(fā)送數據幀。 異步響應模式（asynchronous response mode，ARM） 主站和從站可以隨時相互傳輸數據幀； 從站可以不需要等待主站發(fā)出探詢就可以發(fā)送數據； 主站負責數據鏈路的初始化、鏈路的建立、釋放與差錯恢復等功能。,32,平衡配置方式,鏈路兩端的兩個站都

12、是復合站（combined station）； 復合站同時具有主站與從站的功能； 每個復合站都可以發(fā)出命令與響應； 平衡配置結構中只有異步平衡模式：每個復合站都可以平等地發(fā)起數據傳輸，而不需要得到對方的許可。 一對一,33,數據鏈路的平衡配置方式,34,4.4.3 幀類型及控制字段的意義,35,幀類型,I幀 ： N（S） 發(fā)送幀的順序號 N（R） 接收幀的順序號 P/F= Poll / Final， P=1 主站詢問，允許發(fā)送，F=1 從站響應，發(fā)送結束。P與F成對出現 S幀 ：監(jiān)控功能位，幀確認及流量控制 S = 00，RR（receive ready），繼續(xù) S = 01，RNR（rece

13、ive not ready），暫停 S = 10，RJE（reject），連續(xù)重發(fā) S = 11，SREJ（select reject），選擇重發(fā) U幀 ：控制功能,36,U幀的格式與鏈路控制功能,37,4.4.4 數據鏈路層的工作過程,簡化的信息幀結構的表示方法 一個信息幀的表示,38,無編號幀的簡化的表示方法 SNRM幀與UA幀結構,39,正常響應 模式數據 鏈路的 工作過程,40,數據鏈路層與物理層的關系,41,4.5 Internet中的數據鏈路層 4.5.1 Internet中主要的數據鏈路層協(xié)議,SLIP （Serial Line IP） 串行線路的Internet數據鏈路層協(xié)議

14、PPP （ Point-to-Point Protocol） 點-點協(xié)議 SLIP與PPP用于串行通信的撥號線路上，是目前家庭計算機或公司用戶通過ISP接到Internet主要的協(xié)議。 HDLC主要用于分組交換網中，在DTE與DCE之間建立虛電路，或在DCE與DCE之間建立數據鏈路,42,4.5.2 SLIP協(xié)議,SLIP出現于20世紀80年代初，最早是在BSD UNIX 4.2版操作系統(tǒng)上實現的; SLIP協(xié)議支持TCP/IP協(xié)議; 對IP數據報進行了簡單的封裝，然后來用RS-232接口串行線路進行傳輸; SLIP通常也用來將遠程終端連接到UNIX主機，也可通過租用或撥號串行線路進行主機到路

15、由器，以及路由器到路由器的通信。,43,典型的SLIP接入方式,家庭或小型公司用戶通過調制解調器、電話網絡連接到ISP的調制解調器； ISP的調制解調器再通過它的路由器接入Internet； 用戶與路由器之間的數據鏈路由SLIP協(xié)議維護。,44,SLIP協(xié)議的幀結構,SLIP幀頭與幀尾的“CO”，是協(xié)議使用的惟一的一個控制字符; CO的二進制編碼比特序列是1000011 0000000; CO的使用將影響SLIP幀數據的透明性;,45,SLIP協(xié)議的缺點,使用SLIP協(xié)議時，通信的雙方都必須知道對方的IP地址，因為SLIP協(xié)議沒有為它們提供相互交換地址信息的方法； 沒有設置協(xié)議類型字段，不具備

16、同時處理多種網絡層協(xié)議的能力； 沒有校驗和字段，差錯控制功能由高層的協(xié)議承擔； SLIP協(xié)議并不是Internet的協(xié)議標準，因此不同版本的之間就會存在著差別，使得互連變得困難。,46,4.5.4 PPP協(xié)議基本特點,PPP協(xié)議是Internet標準； PPP協(xié)議處理了差錯檢測，可以支持IP協(xié)議及其他一些網絡層協(xié)議； PPP協(xié)議是在大多數家庭個人計算機和ISP之間使用的協(xié)議; PPP協(xié)議不僅在撥號電話線，并且在路由器路由器之間的專用線上廣泛應用。,47,PPP信息幀格式,標志（flag）：01111110 地址（address）：值為“FF”（11111111），表示網中所有的站 都接收該幀 控制（control）：值為“03”（00000011） 協(xié)議（protocol）：長度為2字節(jié)，它標識出網絡層協(xié)議數據域的類型。常用的網絡層協(xié)議的類型主要有： 0021HTCP/IP 0023HOSI 0027HDEC 數據字段：長度可變,48,鏈路控制幀（LCP）與網絡控制幀（NCP）,鏈路控制幀（LCP）：指定數據鏈路的若干選項（長度、格式、如何轉義、是否壓縮） 網絡控制幀（NCP）（動態(tài)協(xié)商、釋放IP）,49,小結,物理傳輸線路上傳