《数据链路层》PPT课件

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1、第4章 数据链路层,主讲教师：陈盈 电子邮箱：,Page 2,本章学习要求,了解：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。,Page 3,4.1 差错产生与差错控制方法4.1.1 为什么要设计数据链路层,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：为相邻节点提高数据传输质量，向网络层提供

2、高质量的服务，传输数据单元为帧。,Page 4,4.1.2 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，简称为差错; 差错控制 检查是否出现差错以及如何纠正差错； 通信信道的噪声分为两类：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。,Page 5,传输差错产生过程,Page 6,4.1.3 误码率的定义,误码率定义： 二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于： Pe = Ne/N 其

3、中，N为传输的二进制比特总数； Ne为被传错的比特数。,Page 7,讨 论,误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数； 对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求； 对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制比特，要折合成二进制比特来计算； 差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时，只有被测量的传输二进制比特数越大，才会越接近于真正的误码率值。,Page 8,4.1.4 差错控制,差错控制就是要保证所有的帧最终都能按顺序正确传送到相邻目的节点的网络层。 数据在传输过程中会出现差错，需要对数据进行差错控制。 具体做法：在

4、原二进制代码长度的基础上增加其位长度，且对增加长度前的数据按一定规律进行变换，以形成含冗余长度的新码，称为差错编码。,Page 9,一、 检错码与纠错码,一般上，增加的位长度（冗余度）越大，对应差错编码的纠错能力就越强，但花费的处理和传输时间也越长。差错编码通常有两类： 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。,Page 10,二、常用的检错码,1.奇偶校验码 在数据块后加一位校验位，使该数据连校验位在内“1”的个数恒为偶数个则称为偶校验

5、；若“1”个数恒为奇数个则称为奇校验。 设b0-bm-1是在同一组的数据，bm为校验位，则： 偶校验位：bm=b0b1bm-1 奇校验位：bm=b0b1bm-11 例：10010111 偶校验位：bm=1 奇校验位：bm=0,Page 11,2.循环冗余码（CRC码）,在发送端产生一个循环冗余码，附加在信息位后面一起发送到接收端，接收端收到的信息按发送端形成的循环冗余码同样的算法进行校验，若有错，需重发。,Page 12,循环冗余编码工作原理,Page 13,举 例,f(x),Page 14,验 证,Page 15,标准CRC生成多项式G（x）,CRC-12 G（x）= x12+x11+x3+

6、x2+x+1 （1100000001111） CRC-16 G（x）= x16+x15+x2+1 （11000000000000101） 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,Page 16,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

7、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1-（1/2）16-1=99.997的概率检查出长度为17位的突发错，漏检概率为0.003%；,Page 17,1.反馈重发机制 在数据链路层，大多数情况都是采用检错码。为了向发送方报告数据的接收情况，接收方使用应答来进行信息反馈。,4.1.6 差错控制机制,Page 18,1.反馈重发机制,Page 19,重发：当发送方接收到否定的回答，表明数据发送错误，则需重发错误帧； 超时重发：如果数据帧或应答帧在传输过程中丢失，则发送方收不到应答，即超过接收应答的规定时间，此时也需重发帧； 帧重复：若数据帧

8、被正确接收，而应答帧被丢失，这种情况接收方会收到两个相同的帧，这种现象称为帧重复。解决办法，对帧进行编号，接收到相同编号的帧放弃。,反馈重发策略,Page 20,2.反馈重发机制的分类,停止等待方式,Page 21,连续工作方式,拉回方式 选择重发方式,Page 22,4.2 数据链路层的基本概念4.2.1 物理线路与数据链路,线路 链路 物理线路 数据链路,物理线路+链路协议=数据链路,Page 23,4.2.2 数据链路控制,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。 数据链路层功能 链路管理：数据链路的建立、维持、释放。 帧同步：从收到的比特流中准确地区分帧的边界。 流量

9、控制：收发双方速度保持协调。 差错控制：差错检查和差错纠正。 帧的透明传输：接收方能正确区分控制信息还是数据。 寻址 ：能正确传输到目的节点。,Page 24,4.2.3 数据链路层向网络层提供的服务,数据链路层是OSI参考模型的第2层； 设立数据链路层的主要目的是将原始的、有差错的物理线路变为对网络层无差错的数据链路； 为了实现这个目的，数据链路层必须实现链路管理、帧传输、流量控制、差错控制等功能； 数据链路层为网络层提供的服务主要表现在：正确传输网络层的用户数据，为网络层屏蔽物理层采用的传输技术的差异性。,Page 25,4.3 数据链路层协议的分类,面向字符型方式 面向比特型方式,Pag

10、e 26,一、面向字符型的方式,面向字符型的同步传输帧格式如下:,这种方法使用特殊的“ASCII字符对”作为帧的起始与终止定界符，由于帧同步信息、帧内容、帧终止信息都是以字符形式表示，所以称为“面向字符型的同步传输”。,Page 27,举 例,例如：采用ASCII字符对DLE STX表示帧的开始，DLE ETX表示帧的结束。若要发送AB两个字符，则发送信息应表示成：,由于面向字符方式的帧使用特定的字符来控制帧的传输，对采用的字符编码集依赖比较大，因而兼容性差。,Page 28,若当数据中恰好出现DLE STX 或DLE ETX时，则应在DLE前再插入一个DLE，如下图所示： 发送前数据：DLE

11、 STX A DLE ETX B 发送时数据：DLE STX DLE DLE STX A DLE DLE ETX B DLE ETX 接收后数据：DLE STX A DLE ETX B,传输起止字符处理,Page 29,二、面向比特位的方式,使用一个特殊的比特数据作为帧的起始与终止定界符，由于帧起始信息、帧内容、帧终止信息都是以比特形式表示，所以称为“面向比特位的同步传输”。,由于面向比特位的同步传输的基本单位是比特，因而可以用来传输任意长度的二进制比特串，通用性强。,Page 30,为了防止在传输过程中，帧内容与帧起止标志具有相同的比特，发送方边发送边检查数据，每连续发送5个1后，自动在其后

12、插入一个0；而接收端则逆操作。如下图所示： 发送前数据：0110111111100011111010 发送时数据：01111110 0110111110110001111 10010 01111110 接收后数据：0110111111100011111010,传输起止定界符处理,Page 31,4.4 面向字符型数据链路层协议实例:BSC,ASIIC码控制字符 SOH（start of heading） STX（start of text） ETB（end of transmission block） ETX（end of text） ACK（acknowledge） NAK（negative

13、 acknowledge） ENQ（enquire） EOT（end of transmission） SYN（synchrous） DLE（data link escape）,Page 32,面向字符型BSC协议的数据帧格式,Page 33,建立、维护与释放数据链路流程图,Page 34,4.5 高级数据链路层协议实例面向比特型 4.5.1 HDLC产生的背景,面向字符型数据链路层协议的缺点： 报文格式不一样； 传输透明性不好； 等待发送方式，传输效率低。,Page 35,4.5.2 数据链路的配置和数据传送方式,数据链路的配置 非平衡配置 平衡配置 非平衡配置中的主站与从站 主站：控制数据

14、链路的工作过程。主站发出命令 从站：接受命令，发出响应，配合主站工作 非平衡配置中的结构特点 点-点方式 多点方式,Page 36,数据链路的非平衡配置方式,Page 37,非平衡配置方式,正常响应模式（NRM） 主站可以随时向从站传输数据帧； 从站只有在主站向它发送命令帧进行探询（poll），从站响应后才可以向主站发送数据帧。 异步响应模式（ARM） 主站和从站可以随时相互传输数据帧； 从站可以不需要等待主站发出探询就可以发送数据； 主站负责数据链路的初始化、链路的建立、释放与差错恢复等功能。,Page 38,平衡配置方式,链路两端的两个站都是复合站； 复合站同时具有主站与从站的功能； 每个

15、复合站都可以发出命令与响应； 平衡配置结构中只有异步平衡模式； 异步平衡模式的每个复合站都可以平等地发起数据传输，而不需要得到对方复合站的许可。,Page 39,数据链路的平衡配置方式,Page 40,4.5.3 HDLC的帧结构,F（flag） ：固定格式 01111110 ；作用 帧同步； 传输数据的透明性（零比特插入与删除） A（address） ：地址（数据链路层地址） C（control） ：帧的类型、帧的编号、命令与控制信息 I（information） ：网络层数据，Nmax = 256B CRC（checksum） ：校验A、C、I字段的数据 G(X)= X16+X12+X5+

16、1,Page 41,零比特插入/删除工作过程,Page 42,帧类型及控制字段的意义,Page 43,帧类型,I帧 ： N（S） 发送帧的顺序号 N（R） 接收帧的顺序号 P/F= Poll / Final， P=1 询问，F=1 响应 P与F成对出现 S帧 ：监控功能位(起确认、流量控制等作用) S = 00，RR（receive ready） S = 01，RNR（receive not ready） S = 10，RJE（reject） S = 11，SREJ（select reject） U帧 ：用于实现数据链路控制功能,Page 44,U帧的格式与链路控制功能,Page 45,4.5

17、.4 数据链路层的工作过程,简化的信息帧结构的表示方法 一个信息帧的表示,Page 46,无编号帧的表示方法 SNRM帧与UA帧结构的表示方法,Page 47,正常响应模式数据链路工作,Page 48,讨论：数据链路层与物理层的关系,Page 49,4.6 Internet中的数据链路层 4.6.1 Internet中主要的数据链路层协议,SLIP （Serial Line IP）:串行线路的Internet数据链路层协议 。 PPP （ Point-to-Point Protocol）：点-点协议。 SLIP与PPP用于串行通信的拨号线路上，是目前家庭计算机或公司用户通过ISP接到Inter

18、net主要的协议。,Page 50,4.6.2 SLIP协议,SLIP出现于20世纪80年代初; SLIP协议支持TCP/IP协议; 对数据报进行了简单的封装，然后用RS-232接口串行线路进行传输; SLIP通常也用来将远程终端连接到UNIX主机，也可通过租用或拨号串行线路进行主机到路由器，以及路由器到路由器的通信。,Page 51,典型的SLIP接入方式,Internet的家庭或小型公司用户通过调制解调器、电话网络连接到ISP的调制解调器； ISP的调制解调器再通过它的路由器接入Internet； SLIP系统一般可以发送和接收1006B的IP数据报。,Page 52,SLIP协议的帧结构

19、,RFC 1055文件对SLIP帧格式进行了讨论; SLIP帧头与帧尾的“C0”，是协议使用的惟一的一个控制字符; C0的二进制编码比特序列是1000011 0000000; C0的使用将影响SLIP帧数据的透明性;,Page 53,SLIP协议的缺点,使用SLIP协议时，通信的双方都必须知道对方的IP地址，因为SLIP协议没有为它们提供相互交换地址信息的方法； 没有设置协议类型字段，不具备同时处理多种网络层协议的能力； 没有校验和字段，差错控制功能由高层的协议承担； SLIP协议并不是Internet的协议标准，因此不同版本的之间就会存在着差别，使得互连变得困难。,Page 54,4.6.3

20、 CSLIP协议,SLIP协议通常运行于传输速率相对较低的串行线路上; 在常用于Telnet之类的应用程序中，人们提出了一种压缩的SLIP（CSLIP ）协议; RFC 1144对CSLIP进行了定义; Telnet是一种交互式的应用程序，每次常常只传送几个字节的信息，通信效率低。,Page 55,4.6.4 PPP协议基本特点,PPP协议是Internet标准，RFC 1660、RFC 1661定义了PPP协议与帧结构； PPP协议处理了差错检测，支持面向字符型协议与面向比特型协议,可以支持IP协议及其他一些网络层协议（例如IPX协议），即多协议； PPP协议不仅在拨号电话线，并且在路由器路

21、由器之间的专用线上广泛应用; PPP协议是在大多数家庭个人计算机和ISP之间使用的协议，它可以作为在高速广域网和社区宽带网协议族的一部分。,Page 56,PPP信息帧格式,标志（flag）：01111110 地址（address）：值为“FF”（11111111），表示网中所有的站都接收该帧 控制（control）：值为“03”（00000011） 协议（protocol）：长度为2字节，它标识出网络层协议数据域的类型。常用的网络层协议的类型主要有： 0021HTCP/IP 0023HOSI 0027HDEC 数据字段：长度可变,Page 57,链路控制帧（LCP）与网络控制帧（NCP）,链

22、路控制帧（LCP） 网络控制帧（NCP）,Page 58,小 结,物理传输线路上传输数据信号是有差错的； 误码率是指二进制比特在数据传输过程中被传错的概率； 数据链路层是将一条原始的、有差错的物理线路变为对网络层无差错的数据链路； 数据链路层完成链路管理、帧传输、流量控制、差错控制等功能； 数据链路层协议基本可以分为两类：面向字符型与面向比特型； 数据链路层的数据传送单位是帧，帧具有固定的结构； HDLC的帧分为信息帧（I帧）、无编号帧（U帧）与监控帧（S帧）； Internet数据链路层主要的协议是SLIP与PPP协议； PPP协议不仅用于拨号电话线，并且可以用于路由器路由器之间的专用线路上。,Page 59,Thank You !,