《计算机网络-数据链路层资料课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络-数据链路层资料课件（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数据链路层,数据链路层使用的信道主要有以下两种类型： 点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。 广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发,数据链路层的简单模型,局域网,广域网,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,路由器 R2,路由器 R3,电话网,局域网,主机 H1 向 H2 发送数据,从层次上来看数据的流动,数据链路层的简单模型( 续）,局域网,广域网,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,路由器 R2,路由器 R3,电话网,局域网,主机 H1 向 H2 发送数据,链路层,应用层,运
2、输层,网络层,物理层,链路层,应用层,运输层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,R1,R2,R3,H1,H2,仅从数据链路层观察帧的流动,理解：数据传输过程中差错产生的原因与性质 掌握：误码率的定义与差错控制方法 掌握：数据链路层的基本概念 了解：面向字符型数据链路层协议实例BSC 掌握：面向比特型数据链路层协议实例 HDLC 掌握：Internet中的数据链路层协议ppp,数据链路层学习目的,数据链路层,数据链路层基本概念 成帧 差错控制 流量控制 数据链路层协议 数据链路层协议实例,数据链路：数据链路层实体的连接叫数据链路。多个数据链路
3、复用一条物理连接。 帧：数据链路层的分组 链路层工作的前提：物理层必须导通,数据链路层基本概念,为什么要设置数据链路层 在原始物理传输线路上传输数据信号是有差错的； 设计数据链路层的主要目的： 将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路； 方法 差错检测 差错控制 流量控制 作用：改善数据传输质量，向网络层提供高质量的服务。 数据链路层协议 为实现数据链路控制功能而制定的规程或协议。,数据链路层基本概念,功能 建立、维护、拆除数据链路 组帧、同步 差错控制 流量控制 透明传输 寻址（多点链路） 总之解决相邻两点的传输问题,数据链路层基本概念,DL协议的一般特性 面向字符的协议特性：用控制字符实现
4、控制，报文里出现与控制字符相同的字符加转义字符DLE。 面向字符的协议有：BSC（IBM Binary Synchronous Communication）二进制同步通信规程、SLIP（Serial Line Internet Protocol）串行线路接口协议。 面向比特协议特性：采用统一帧格式，用特殊二进制串做帧开始和结束的标志。 面向比特的协议有：HDLC（High Level Data Link Control）高级数据链路控制协议、PPP（Peer-Peer Protocol）端对端协议。,数据链路层基本概念,其他特性： 通信方式：全双工、半双工 发送方式：停等方式、连续方式 同步方
5、式： 同步 NOR 正常响应 主次站应答工作 异步 异步平衡方式ABM 非正常响应 各自自主发送 异步响应方式 ARM 主次可互换的应答方式 传输代码：比特、ASCII、EBCD 差错控制：BCC 面向字符 CRC 面向比特 传输协议：ARQ、连续ARQ、选择ARQ 速率、帧长,数据链路层基本概念,数据链路层向网络层提供的服务 面向连接确认服务 （acknowledged connection-oriented service） 无连接确认服务 （acknowladged connectionless service） 无连接不确认服务 （unacknowledged connectionle
6、ss service）,数据链路层基本概念,实际数据路径 与 虚拟数据路径,数据链路层,数据链路层基本概念 成帧 差错控制 流量控制 数据链路层协议 数据链路层协议实例,（1） 字符记数法 在帧头部使用一个字段表示帧内字符数。目标机接收到该帧时，根据字段提供的字节数，可以知道帧的结束位置。 问题：计数字段出错，收方无法判断帧结束位置。失去同步。目标机无法知道下一帧位置。即使知道出错也无法说明重新发送应该跳回多少字符。 很少使用或与其它方法合用。,成帧,成帧,（2）带填充字符首尾界符法 每一帧开始用帧开始字符STX标记，帧尾部用帧结束字符ETX标记。 透明传输：数据传输中，如果帧的首尾定界符出现
7、在信息位，采用在信息位的定界符前面填充一个转义字符DLE来区分。 接收：单独的控制字符是标记，和DLE成对出现的控制字符是数据本身。,成帧,发送前： 发送序列：,成帧,问题：依赖8位字符，特别是ASCII码 STX :Start of Text ETX: End of Text DLE: Data Link Escape,（3）带填充位的首尾标志法 使用特殊位模式“01111110”作为帧的开始和结束标志。 透明传输：信息位中出现和开始标志相同的串，在5个连续的“1”后自动插入一个“0” 。 接收：自动删除5个连续“1”后的“0”。,成帧,发送前： 发送码：,成帧,（4）物理层编码违例法 在物
8、理层编码中有冗余的网络。如曼码的1：高-低 0：低-高，则用高-高或低-低电平表示帧边界。 很多数据链路层协议使用字符记数和其它方法结合来提高可靠性。帧到达时，用记数字段确定帧尾，只有当帧结束标志出现在帧尾并且检验和正确的时候，才接受帧。否则继续扫描到下一个定界符。,成帧,数据链路层,数据链路层基本概念 成帧 差错控制 流量控制 数据链路层协议 数据链路层协议实例,差错控制,（1）差错产生的原因和差错类型 传输差错 通过通信信道后接收的数据与发送数据 不一致的现象 差错控制 检查是否出现差错以及如何纠正差错 差错原因 噪声、畸变、串音回声、衰减、PCM失去同步 差错分类 突发错（连续错）、随机
9、错（单个错） 噪声分为两类：热噪声和冲击噪声 由热噪声引起的差错是随机差错，或随机错； 冲击噪声引起的差错是突发差错，或突发错； 引起突发差错的位长称为突发长度 在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发差错共同构成的。,差错控制,差错产生的原因和差错类型 差错分类 突发错（连续错）、随机错（单个错） 误码率 二进制比特在数据传输系统中被传错的概率 比较： 有利面，计算机数据成块传送，设块大小1000位，差错率0.001，如果是单个错，每个块都会有误码，如果是100位集中的误码串，每100块平均只有一个或两个块受到影响。 不利面，突发错更难检测和纠正,传输差错产生过程,差错控制,（2）纠错
10、和检错的概念 纠错码 每个传输的分组带上足够的冗余信息； 接收端能发现并自动纠正传输差错。 检错码 分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息； 接收端能发现出错，但不能确定哪一比特是错的，并且自己不能纠正传输差错。,差错控制,常用的检错码 奇偶校验码 垂直奇（偶）校验 水平奇（偶）校验水平 水平垂直奇（偶）校验（方阵码BCC） 循环冗余编码CRC 国际标准： CRC-12=x12+x11+x8+x2+x+1 CRC-16=x16+x15+x2+1 CRC-CCITT=x16+x12+x5+1 CRC-32=x32+ x26+ x22+ x16+ x12+ x11+ x10+ x8+ x7+ x
11、5+ x5+ x2+x+1 目前应用最广的检错码编码方法之一,循环冗余编码工作原理,循环冗余编码工作原理,循环冗余编码工作原理,用收到的数据（带校验码）除以同一个生成多项式，整除则无差错（余数为0）,举例： 发送 传输 接收,CRC校验码的检错能力 CRC校验码能检查出全部单个错； CRC校验码能检查出全部离散的二位错； CRC校验码能检查出全部奇数个错； CRC校验码能检查出全部长度小于或等于K位的突发错； CRC校验码能以1-（1/2）K-1的概率检查出长度为（K+1）位的突发错； 如果K=16，则该CRC校验码能全部检查出小于或等于16 位的所有的突发差错，并能以99.997的概率检查出
12、长度为17位的突发错，漏检概率为0.003%；,差错控制,CRC内容组成原理课上有详细的介绍，要求掌握以下重点： 二进制串的多项式表示 模2运算方法 生成多项式概念 发送和接收方的运算,差错控制,（3）差错控制方法 反馈 收方向数据发送方提供有关收方情况的反馈信息。 典型方法： 收方发回确认帧表示某帧正确到达 收方发回否认帧表示发生了错误。相应帧必须重发。,差错控制,（3）差错控制方法 计时器方法 发方发出一帧后，开始计时，超时重发。 数据帧丢失，收方没有收到数据，当然不会采取任何动作，只有发送方控制重发。超时的定时，至少2倍于传播时延（保证应答信息能够返回） 帧编号 确认帧丢失，发方超时重发
13、，收方收到重复帧，需要区别是否是重复帧。,差错控制,数据链路层,数据链路层基本概念 成帧 差错控制 流量控制 数据链路层协议 数据链路层协议实例,流量控制是保证发送实体不会因过量的数据而把接收实体冲垮的技术。 解决发送方发送能力比接收方接收能力大的问题，需要流量控制机制来限制发方所发出的数据流量不要超过接收方的处理速度。需要反馈机制，使发方能够知道接收方是否能接收到。基本的策略是由接收方控制发送速度。,流量控制,（1）停等协议ARQ（Automatic Request Repeat） 前提 a. 物理信道不可靠 b. 收端能力不足 处理：数据帧内加校验码，供收方判断是否正确接收一帧。 收方根据
14、接收是否错发送确认帧ACK和否认帧NAK （Negative Acknowledgement）。 收到重复帧要发确认帧 特点：接收缓冲区一个帧大小，发送缓冲区一个帧大小，每发送一帧设置一个计时器，帧编号使用1个比特。帧中包含发送序号N（S）。半双工方式。,数据链路层协议,停止等待协议,(a) 无差错情况,A,发送 M1,确认 M1,B,发送 M2,发送 M3,确认 M2,确认 M3,A,发送 M1,B,超时重传 M1,发送 M2,确认 M1,丢弃有差错 的报文,(b) 数据帧出错、丢失超时重传,t,t,t,t,A,发送 M1,B,超时 重传 M1,发送 M2,丢弃 重复的 M1 重传确认 M1
15、,(a) 确认丢失,确认 M1,A,发送 M1,B,超时 重传 M1,发送 M2,丢弃 重复的 M1 重传确认M1,(b) 确认迟到,确认 M1,收下迟到 的确认 但什么也不做,t,t,t,t,停止等待协议,请注意,在发送完一个分组后，必须暂时保留已发送的分组的副本。 分组和确认分组都必须进行编号。 超时计时器的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。 重复帧要发确认,停止等待协议,可靠通信的实现,使用上述的确认和重传机制，我们就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。 这种可靠传输协议常称为自动重传请求ARQ (Automatic Repeat reQuest)。 ARQ 表明重
16、传的请求是自动进行的。接收方不需要请求发送方重传某个出错的分组 。,停止等待协议,信道利用率,停止等待协议的优点是简单，但缺点是信道利用率太低。,TD,RTT,A,TD + RTT + TA,B,分组,确认,t,t,分组,确认,停止等待协议,信道的利用率 U,停止等待协议,（2）连续ARQ协议 （后退ARQ协议、拉回） 停等ARQ协议信道利用率低，双工信道也只能用半双工方式通信，发送方发送一帧后总要停下来等待确认帧。第一种改进考虑增加发送方的发送缓存，连续发送多帧。 控制特点： 发方发完一帧后不停止，连续发送后续帧 收方按顺序接收数据帧，对每一帧发确认帧或否认帧 数据帧出错或超时，发方从出错帧开始重
