《计算机网络教学课件 PPT 作者 杨心强 第3章+数据链路层[1]..》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络教学课件 PPT 作者 杨心强 第3章+数据链路层[1]..（135页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,21世纪高等学校 计算机规划教材精品系列之一 计算机网络 课 件 杨心强制作 人民邮电出版社，2010 年 6 月,2,课件制作人声明,本课件是“21世纪高等学校计算机规划教材”精品系列之一计算机网络的配套服务资料。 本课件共有9个Powerpoint文件(每章一个)。教师可根据教学需要，自行修改或增删此课件内容，但不能自行出版销售。 对于课件中存在的缺点和错误，欢迎读者提出宝贵意见，以便及时修订。 课件制作人的电邮地址：yang_。 课件制作人 杨心强 2010年6月,3,计算机网络 第 3 章 数据链路层,4,第 3 章 数据链路层,教学目的 掌握两种类型信道的数据链路层的基本概念 掌
2、握点对点信道数据链路层的三个基本问题：帧定界、透明传输和差错检测 掌握PPP协议的基本内容 掌握广播信道数据链路层的基本内容基本概念、局域网的体系结构和IEEE 802标准 掌握以太网及其协议 掌握扩展以太网的方法 了解高速局域网,学习内容 数据链路层概述 点对点信道数据链路层的基本问题 点对点协议PPP 广播信道的数据链路层 以太网 扩展的以太网 高速局域网,5,第 3 章 内容提纲,*3.1 数据链路层概述 *3.2 点对点信道数据链路层的基本问题 *3.3 点对点协议PPP *3.4 广播信道的数据链路层 *3.5 以太网 3.6 扩展的以太网 3.7 高速局域网,6,3.1 数据链路层
3、概述,数据链路层是网络体系结构的次低层，位于物理层与网络层之间。 数据链路层使用的信道主要有两种类型： 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。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送。,7,3.1 数据链路层概述(续1),主机 H1 向 H2 发送数据,8,3.1 数据链路层概述(续2),主机 H1 向 H2 发送数据,9,3.1 数据链路层概述(续3),简化的下三层模型,10,3.1 数据链路层概述(续4),物理链路与数据链路 物理链路 (link，链路) 是指相邻两结点之间无源的物理线路段，中间
4、没有任何其他的交换结点。 当两台计算机通信时，其通路是由多条链路串接构成的，这说明一条链路只是一条通路的一个组成部分。 数据链路(datalink，逻辑链路) 由物理线路以及实现通信协议的硬件和软件组成的。数据链路层协议(即链路控制规程)是在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输所必不可少的。 现在最常用的方法是使用适配器(即网卡)来实现这些协议的硬件和软件。 一般的适配器都具有数据链路层和物理层这两层的功能。,11,3.1 数据链路层概述(续5),物理链路与数据链路的区别,实用的物理链路常采用多路复用技术，此时一条物理链路可以构成多条数据链路，从而提高了链路利用率。,12,3.1 数据链路层
5、概述(续6),讨论数据链路层时，通常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧(包括首部、数据和尾部)。 早期的数据通信协议曾叫作通信规程(procedure)。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。 数据链路层的主要任务是：把网络层下传的IP数据报封装成帧往下传给物理层；从物理层上传接收到的无差错帧中提取IP数据报上交给网络层；如是差错帧则将其丢弃。,13,3.1 数据链路层概述(续7),数据链路层的主要功能 链路管理 数据链路的建立、维持和释放 帧的封装与拆装 发送端帧的封装和接收端帧的拆装 帧定界 接收方应当从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结
6、束的位置 透明传输 任意的比特组合数据均可正确传输 差错检测 通常采用发送端对被传输的比特流后面附加差错检测码，接收端重新计算检测码，两者进行比较，判别差错存在与否。,14,第 3 章 内容提纲,*3.1 数据链路层概述 *3.2 点对点信道数据链路层的基本问题 *3.3 点对点协议PPP *3.4 广播信道的数据链路层 *3.5 以太网 3.6 扩展的以太网 3.7 高速局域网,15,3.2 点对点信道的数据链路层,点对点信道的数据链路层协议要解决三个基本问题 帧定界 透明传输 差错检测,16,3.2.1 帧定界,帧定界(framing)就是从传送的比特流中正确地区分出帧的边界。,17,3.
7、2.1 帧定界(续1),帧定界采用的几种方法 (1) 字节填充法 采用一些特定的控制字符来定界一帧的开始和结束。,18,3.2.1 帧定界(续2),一个值得注意的问题 采用插入一个转义字符“ESC”(1BH)来解决传送的数据中出现控制字符。如果转义字符也出现数据当中，应在转义字符前面再插入一个转义字符。接收端应删除其插入的转义字符。,19,3.2.1 帧定界(续3),(2) 比特填充法 采用一特定的比特组合01111110来定界一帧的开始和结束，是目前最常用的方法。 采用“零比特插入、删除”技术来解决传送的数据信息中出现特定比特组合的问题。,20,3.2.1 帧定界(续4),(3) 字节计数法
8、 采用一特定字符来表示一帧的开始，随后使用一个字节计数字段指明该帧所要求传输的字节数。 此方法存在的问题在于字节计数值在传输过程中出现错误，就无法确定帧的结束边界。 (4) 非法比特编码法 采用非法编码作为帧的边界。 此法仅适用于物理媒体上采用特定比特编码的场合。例如，在局域网中采用双相码传输时，每个码元的中点都存在电平跳变。显然，对于码元中点不发生电平跳变的比特编码就属于非法比特编码，这种非法比特编码就可用作帧的定界。,21,3.2.1 帧定界(续5),小结： 字节填充法与特定的字符编码集关系密切，且实现较为复杂。 字节计数法的字节计数字段的正确性十分重要，其错误不但影响本帧，还会涉及下一帧
9、。 非法比特编码法只适用于采用冗余编码的特殊环境，且对其码型有一定的要求。 目前较常用的是比特填充法，或者字节计数法与其他某种方法联合使用，以提高其安全性。,22,3.2.2 透明传输,透明传输是指不管链路上传输的是何种形式的比特组合，都不会影响数据传输的正常进行。 在字节填充法中，采用字节填充技术。被填入的字节是转义字节(ESC)。 在比特填充法中，采用“零比特插入、删除”技术。如插入特定的比特组合“01111110”。 在字节计数法中，采用字节计数字段指明所要传输的字节数。,23,3.2.3 差错控制,比特在传输过程中可能会产生差错：1 变成 0 ，而 0 变成 1。 误码率 BER (B
10、it Error Rate)是衡量传输差错的度量指标。该指标表示：在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率。如误码率为10-12，表示平均每传送1012个比特就会出现一个比特的差错。 误码率与信噪比有着很大的关系。 为了保证数据传输的可靠性，利用计算机网络传输数据必须采用各种差错检测措施。循环冗余检验CRC是数据链路层被广泛采用的一种差错检测技术。,24,3.2.3 差错控制(续1),循环冗余校验码 循环冗余校验码简称循环码或CRC(Cycle Redundancy Code)码，是一种高性能的检错、纠错码。在实际应用中常用作检错码。由于它的检错能力强、实现简单容易，因而在数据通信中
11、得到了非常广泛的应用。 循环码的特点是有严密的数学结构，对其进行分析要用到近代代数理论。 循环码是线性码的一个子集。,25,3.2.3 差错控制(续2),线性码与循环码 由 k 个信息码元和 r 个校验码元构成的码组，其中每一个校验码元是该码组中某些信息码元的模2和，具有这种结构格式的码组称为线性码。 线性码具有封闭性，意即线性码的任何两个码组对应位按模2相加所得到的新码组仍然是该线性码的一个码组。例如，线性码中两个码组分别为1101001和1110100，将对应位按模2相加得到新的码组为0011101，它仍是该信息码一个码组。,26,3.2.3 差错控制(续3),线性码与循环码(续) 对于码
12、长为n、有k个信息码元的线性码，若它具有如下性质：任一码组的每一次循环左移或右移所得到的是码中另一码组。即若(Cn-1,Cn-2, C0 ) 是(n,k)码的码组，则(Cn-2, Cn-3 , , C0, Cn-1) 或(C0, Cn-1, C1) 也是(n，k)码的码组。我们把具有这种循环移位不变性的线性码称为循环码。 对于循环码来说，码组C和它的循环左移一位或右移一位的新码组C都是循环码的码组。 循环码的重要特性：在一个(n,k)循环码中，有一个且仅有一个(n-k)次的生成多项式g(x)，且此循环码中的每个码多项式C(x)都是的g(x)倍式。,27,3.2.3 差错控制(续4),循环码的编
13、码原理 设待编码位信息的码组为,它所对应的码多项式是,用Xn-k乘以M(x)，得,再用给定的(n,k)循环码的生成多项式g(x)除M(x) Xn-k，得,（3-2）,28,3.2.3 差错控制(续5),按模运算规则，加与减是相同的，故上式移项后，可得,（3-3）,循环码计算步骤: 在发送端，先把数据划分为组。假定每组k个比特。 假设待传送的一组数据M 。用二进制的模2运算进行2n乘M的运算，这相当于在M后面添加n个0。 冗余码的求法是：将得到的(k+n)位数除以除数，此除数P是事先选定好的长度为(n+1) 位的生成多项式g(x)，得出商是Q而余数是R，此时余数R比除数P少1位(即只有n位)。在
14、M后面添加的是供差错检测用的nbit冗余码(即余数R)，将其发送出去。,29,3.2.3 差错控制(续6),注意：在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列 FCS (Frame Check Sequence)。循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS并不等同。 CRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。 FCS 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非是用来获得 FCS 的唯一方法。,30,3.2.3 差错控制(续7),发送端的循环码计算举例 假设 M = 101001，即 k = 6。 再设除数 P = 1101，即 n = 3。 被除数是 2nM = 101
15、001000。 模 2 运算的结果是：商Q =110101，余数R= 001。 把余数R作为冗余码添加在数据M的后面发送出去。发送的数据是：2nM+R ，即：101001001，共 (k+n) 位。,31,3.2.3 差错控制(续8),110101 Q (商) P (除数) 1101 101001000 2nM (被除数) 1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R (余数)，作为 FCS,除法操作过程,32,3.2.3 差错控制(续9),接收端的循环冗余校验 (1) 重新计算循环码，若得出的余数R=0，则判定传输没
16、有差错，就接受(accept)。 (2) 若余数R 0，则判定传输出现差错，就丢弃。 循环冗余校方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数P，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。,33,3.2.3 差错控制(续10),常用的生成多项式 CRC-16 g(x)=X16+X15+X2+1 CRC-CCITT g(x)=X16+X12+X5+1 CRC-32 g(x)=X32+X26+X23+X22+X16 +X12 X11+X10 +X8+X7+X5+X4+X2+X+1 循环码的校验能力与生成多项式有关。,34,3.2.3 差错控制(续11),注意 仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做到无差错接受(accept)。 “无差错接受”是指：“凡是接受的帧(即不包括丢弃的帧)，我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。这也就是说：“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有
