第5章数据链路层与局域网.docx

第五章数据链路层与局域网本章重难点分析1、理解数据链路层的基本功能与服务。2、理解过失编码的基本原理，掌握典型的过失编码。3、理解多路访问控制协议的作用与原理，掌握典型的MAC协议。4、理解多路复用的概念与技术，掌握CDMA的基本原理。5、掌握MAC地址、ARP、以太网、CSMA/CD协议。6、理解虚拟局域网(VLAN)基本原理。7、掌握交换机的特点及其工作原理。8、掌握叩P工作原理，了解HDLC协议。数据链路层的服务过失控制基本方式循环冗余码随机访 MAC 协议： ALOHA. CSMA. CSMA/CDARP协议、交换机、虚拟局域网 PPP与HDLC协议第一节数据链路层服务知识点1数据链路层服务L数据链路层：负责通过一条链路，从一个结点向另一个物理链路直接相连的 相邻结点，传送网络层数据报，中间不经过任何其他交换结点。数据链路：在物理链路之上。基于通信协议来控制数据帧传输的逻辑数据通 路。其主要依赖硬件实体是：网卡(NIC,网络适配器)。2、结点：从数据链路层来看，主机、路由器等统称为结点。链路：相邻结点的通信信道称为链路。数据链路层传输的数据单元是：帧。3、循环冗余码(Cyclic Redundancy Check, CRC码):在数据链路层广泛应用的差 错编码。(检 错码)基本思想：将二进制位串看成是系数为0或1的多项式的系数。例如：多项式G (x)=X5+X2+1,请写出多项式对应的二进制位串。G (x) = x5+x2+l 整理得多项式为：lx5+Ox4+Ox3+lx2+Ox1+lx° 100101 化简后为：x5 + x2 + l编码过程：1s在帧的低位端加上r个。位，使该帧扩展为m+r位(相当于左移r位)，对 应的多项式为XM (x)2、用G (x)系数对应的位串，去除(模2除法)xrM (x)系数对应的位串，求 得r位余数R3、用XM (x)系数对应的位串，减(模2减法)去余数R,结果就是完成CRC 编码的帧【例】假设CRC编码采用的生成多项式G (x) =X4 + X+1,请为位串10111001 进行CRC编码。(1)写出多项式对应的位串：10011(2)在待编码位串后面添加0。看多项式对应的位串有几位，这个数值减1就是需要添加0的个数。例如：多项式对应的位串有几位：5位那么在待编码位串后面添加0的个数：5-1=4 待编码位串改变：10111001(3)用新待编码位串除以多项式对应的位串。新待编码位串：多项式对应的位串：100111010 01 1 1匕1 looioooo>"0 oil r_niir_rT_L_1X0 o onL . 一10 0 11 rr i皿 -_ L "XLiMjeM10011ri rLLLL I i i i| i oQ同为0;不相同为T;:10 0 11110 10| | | | | | | | | | | | jlolollllt.“异或”逻辑运算相同为o ;不相同为I;(4)求得的余数添加在待编码位串后，即为CRC编码后的码。待编码位串：10111001余数：1001CRC 码：接收方在收到带CRC码的帧之后，如何判断是否有错？用收到的位串除以多项式对应的位串。余数为0,无错。余数不为0,有错，丢弃。名称生成多项式CRC-12121132X +X +X +X +X+1CRC-1616152X +X +X +1CRC-CCITT16125X +X +X +1CRC-32-IEEE802.3322623221612111087542X +x +x +x +x +x +x +x +X +X +X +X +X +X+1CRC-64-ISO64 43X +X +X +X + 1例：【计算题】假设接收方收到的二进制数字序列为CRC生成多 项式为X'+X,+X+L试说明数据传输过程中是否出错（要求写出计算过程）。1000101010011I-1 j101001110100111010011一 【参考答案】：多项式对应的位串为1010011。余数为0,接收正确。第三节多路访问控制协议点对点信道：一对一通信方式，信道被双方独享。广播信道（共享介质）：一对多通信方式，信道上连接的点很多，信道被结点共享。必须使用多路访问控制协议来协调结点的数据发送。MAC协议的根本任务：解决信道的共享问题。多路访问控制协议1）信道划分MAC协议L频分多路复用2.时分多路复用 3.波分多路复用 4.码分多路复用2)随机访问MAC协议1 .AL0HA 协议.CSMA载波监听多路访问协议2 .CSMA/CD带冲突检测的载波监听多路访问协议3)受控接入MAC协议集中式控制 分散式控制知识点1信道划分MAC协议信道划分MAC协议：利用多路复用技术实现信道共享的MAC协议。基本思想：将信道资源划分后，分配给不同的结点，各结点通信时只使用其 分配到的资源，防止多结点通信时的相互干扰。频分多路复用：FDM时分多路复用：TDM波分多路复用：WDM码分多路复用：CDM1、频分多路复用：FDM频分多路复用(Frequency-division multiplexing, FDM):在频域内将信道带 宽划分为多个子信道，将原始信号调制到对应的某个子信道的载波信号上，使 同时传输的多路信号在整个物理信道带宽的允许范围内频谱不重叠，从而共用 一个信道。频分多路复用优缺点优点：分路方便，在模拟通信中应用广泛。缺点：各路信号之间相互干扰(串扰)、不提供过失控制技术、不便于性能监测。2、时分多路复用(Time-Division Multiplexing, TDM)：将通信信道的传输信号 划分为多个等长的时隙，每路信号占用不同的时隙。使多路信号合用单一的通信 信道在时域上不重叠，从而实现信道共享。时分多路复用分为：同步时分多路复用：STDM固定的时隙轮流分配，时隙可能会空闲造成浪费。异步时分多路复用：ATDM又分为两种：异步时分多路复用(Asynchronism Time-Division Multiplexing, ATDM)统计时分多路复用(StatisticTime-Division Multiplexing, STDM)不固定，为每个时隙加上用户标识、提供信道利用率，实现技术复杂。3、波分多路复用(Wave Division Multiplexing, WDM):实质是一种频分多路复 用。广泛用于光纤通信。在光纤通信中，光载波频率很高，通常用光的波长来代 替频率讨论，所以叫做波分多路复用。在光纤通信中，为了实现长距离的高速 传输，通常采用波分多路复用和光纤放大器。4、码分多路复用(Code Division Multiplexing, CDM):通过利用 相互正交的码 组分别编码各路原始信息的每个码元，使得编码后的信号在同一信道中混合传 输。是一种扩频的通信形式。知识点2随机访问MAC随机访问MAC协议：所有用户都可以根据自己的意愿随机地向信道上发送 信息。没有其他用户：发送成功。有两个及以上用户：产生冲突或碰撞，用户发送信息失败。每个用户随机退 让一段时间后，再次尝试，直至成功。ALOHA协议CSMA载波监听多路访问协议CSMA/CD带冲突检测的载波监听多路访问协议1、ALOHA 协议最早的，最基本的无线数据通信协议。20世纪70年代夏威夷大学的教授提 出的。“只说不听”通信站点1、2、3、4随机接入共享信道，利用相同的载波频率，通过无线 电系统广播数据帧。ALOHA协议分类：(1)纯 ALOHA(2)时隙 ALOHA(1)纯 ALOHA工作原理：任何一个站点有数据发送时就可以直接发送至信道。发送数据后 对信道进行侦听：如果收到应答信号，说明发送成功。否那么说明发生冲突，等 待一个随机时间重新发送，直到成功为止。(1)纯ALOHA性能：, S吞吐量：在一帧的发送时 间内成功发送的平均帧数。 G网络负载：表示在一帧的 发送时间内发送的平均帧数 (包括成功与失败的帧)。 网络负载不能大于05。(2)时隙 ALOHA工作原理：把信道时间划分为离散的时隙，每个时隙为发送一帧所需的时 间，每个通信站点只能在每个时隙开始的时刻发送帧。如果在一个时隙内发送帧 出现冲突，下一个时隙以概率P重发该帧，以概率(1-P)不发该帧(等待下一 个时隙)，直到帧发送成功。p不能为L 否那么会出现死锁。(2)时隙ALOHA性能： G网络负载：表示在一帧的发送时间内发送的平均帧数。 S吞吐量：在一帧的发送时间内成功发送的平均帧数。 网络负载不能大于1。ALOHA总结： 尽管时隙ALOHA协议，通过同步各个通信站发送站发送时间的方式，相对于 纯ALOHA协议而言，提高了信道利用率；36.8%。 但是还是不满意。 缺点：ALOHA协议发送之前无论信道是否空闲都进行发送，会大大增加冲突 的可能性。 如果在发送之前先判断下信道是否空闲。2、CSMA ：载波监听多路访问协议“先听后说”工作原理：通过硬件装置(载波监听装置)，在通信站发送数据之前，先监听信道上其他站点是否在发送数据，如果在发送，那么暂时不发送。分类：根据监听策略不同1)非坚持CSMA2) 1-坚持 CSMAP-坚持 CSMA分类：根据监听策略不同：1)非坚持CSMA： 先侦听，空闲发送，忙时等待一个随机时间，重新开始侦听。 优点：减少冲突概率。 缺点：增加了信道的空闲时间；延迟一个随机时间，发送时间延迟。极端情 况，始终无法发送。2) 1-坚持 CSMA： 先侦听，如空闲发送，否那么一直侦听，侦听道信道空闲，那么立即发送数据。 优点：减少信道的空闲时间。 缺点：增加了发生冲突的概率，都在侦听，侦听到信道空闲都会马上发送数 据。3) P-坚持 CSMA：假设通信站有数据发送，先侦听信道；假设发现信道空闲，那么以概率P在最近时 隙开始时刻发送数据，以概率Q=1-P延迟至下一个时隙发送。假设下一个时隙仍 空闲，重复此过程，直至数据发出或时隙被其他通信站占用；假设信道忙，那么等 待下一个时隙，重新开始发送过程；假设发送数据时发生冲突，那么等待一个随机 时间，然后重新开始发送过程。例：【简答题】简述P 坚持CSMA的基本原理。【参考答案】：假设通信站有数据发送，先侦听信道；假设发现信道空闲，那么以概率 P在最近时隙开始时刻发送数据，以概率Q=1-P延迟至下一个 时隙发送。假设下 一个时隙仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时隙被其他通信站占用；假设信 道忙，那么等待下一个时隙，重新开始发送过程；假设发送数据时发生冲突，那么等 待一个随机时间，然后重新开始发送过程。例：【简答题】简述1-坚持CSMA的基本原理。【参考答案】：假设通信站有数据发送，先侦听信道；假设发现信道空闲。那么立即发 送数据；假设发现信道忙，那么继续侦听信道，直到发现信道空闲然后立即发送数 据。3、CSMA/CD带冲突检测的载波监听多路访问协议"先听后说，边听边说"(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,CSMA/CD)工作原理：通信站使用CSMA协议进行数据发送，在发送期间如果能检测到 碰撞，立即终止发送，并发出一个冲突强化信号，使所有通信站点都知道冲突 的发生。发出冲突强化信号后，等待一个随机时间，再重复上述过程。CSMA/CD的工作状态分为：传输周期、竞争周期、空闲周期。信道有3种状态： 传输状态：一个通信站在使用，其他站禁止使用。3、数据链路层提供的服务： 1）组帧2）链路接入3）可靠交付4）过失控制1）组帧数据链路层将要传输的数据封装成帧，称为组帧或者成帧。 帧头（帧首）：发送结点和接收结点的地址信息。 帧尾：用于过失检测的过失编码。 帧定界：识别一个帧的开始和结束。帧头和帧尾的一个字节都是：01111110,用作帧的定界。2）链路接入物理链路可以分为：点对点链路和广播链路。点对点链路：发送结点和接收结点独占信道链路（第5节）。广播链路：通信链路被多个结点共享，会彼此干扰，导致传输失败。结点必须运行MAC协议（媒介访问控制协议）协调各结点共享物理传输媒 介（第3节）。竞争状态：所有通信站都有权尝试对信道的使用权。空闲状态：没有通信站使用信道。仍然会有冲突，因为信号传播延迟。使用CSMA/CD协议实现多路访问时，通过共享信道通信的两个通信 站之间相距的最远距离D,信号的传播速度V,数据帧长度L以及信道信息传输速率R之间满足以下约束：【例】在一个采用CSMA/CD协议的网络中，传输介质是一根完整的电缆，数据传输速率为IGbit/s,电缆中的信号传播速度是200000km/so假设最小数据帧 长度为800bit,那么最远的两个站点之间的距离至少需要减少多少？L=800bit R=lGbit/s v=200000km/s 求D?D= (L/R) *v) /2=80m 例：【简答题】简述CSMA/CD协议的基本原理。【参考答案】：通信站使用CSMA协议进行数据发送；在发送期间如果检测到碰 撞，立即终止发送，并发出一个冲突强化信号，使所有通信 站都知道冲突的发 生；发出冲突强化信号后，等待一个随机时间，再重复上述过程。知识点3受控接入MAC协议受控接入：各个用户不能随意的接入信道而必须服从一定的控制。集中式控制分散式控制1、集中式控制集中式控制：系统有一个主机负责调度其他通信站接入信道，从而防止冲突。方法：轮询技术。(轮叫轮询和传递轮询)轮叫轮询：从站1开始，站1如果有数据就发给主机，无数据那么发送控制帧；然后主机轮 询站2,一直到站N。又重复询问站1。缺点：轮询帧在共享线路上不听的循环往返，较大开销，导致帧发送的时间延 长。传递轮询：主机先向站N发出轮询帧，站N在发送数据后或在告诉主机没有数据发送 时，将其相邻站(N-1)的地址附上。每个站有两条线，一条用来接收主机发来的数据；另一条用来接收允许该 站发送数据的控制信息。2、分散式控制： 方法是令牌技术。令牌是一种特殊的帧, 代表了通信站使用信道的 许可。在信道空闲时一直 在信道上传输。一个通信 站想要发送数据就必须首 先获得令牌。令牌环的操作过程（5点）：1、网络空闲时，只有一个令牌在环路上绕行。（空令牌：标志位置为“0” O 被占用:标志位置为"V ）。2、当一个站点要发送数据时，必须等待并获得一个令牌，将令牌的标志位置为'T ,随后便可发送数据。3、环路中的每个站点边转发数据，边检查数据帧中的目的地址，假设为本站点的 地址，便读取其中所携带的数据。4、数据帧绕环一周返回时，发送站将其从环路上撤销，即“自生自灭”。5、发送站点完成数据发送后，重新产生一个令牌传至下一个站点，以使其他站 点获得发送数据帧的许可权。令牌丧失和数据帧无法撤销是环网上最严重的两种错误。第四节局域网局域网(LAN)：局部区域网络，覆盖面积小，网络传输速率高，传输的误 码率低。局域网常见的拓扑类型：星形网络，总线型网络，环形网络等。为了使数据链路层更好地适应多种局域网标准，IEEE802委员会将局域网 的数据链路层拆分为两个子层：逻辑链路控制(Logical Link Control, LLC)子层(名存实亡)介质访问控制(medium access control, MAC) MAC 子层局域网数据链路层寻址与ARP以太网交换机虚拟局域网知识点1数据链路层寻址与ARP数据链路层的帧，需要携带发送结点的数据链路层地址，以及接收结点的数据链 路层地址，标识帧的发送方与接收方。1、MAC地址(1) MAC地址基本概念MAC地址(物理地址、局域网地址)：MAC地址具有唯一性，每个网络适配 器对应一个MAC地址。MAC地址空间的分配：由电气和电子工程师协会(IEEE)统一管理。IEEE 分配前24位的MAC地址块。后24位由生产公司分配。(2) MAC地址表示以太网和IEEE 802.11无线局域网，使用的MAC地址长度为6字节（48 位）。一共有248个可能的MAC地址。通常采用十六进制表示法，每个字节表示一个十六进制数，用-或：连接 起来：例如：00-2A-E1-76-8C-39 或 00 ： 2A ： E1 ： 76 ： 8C ： 39【十六进制1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F MAC广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF2、地址解析协议（Address Resolution Protocol, ARP）：根据本网内目的主机 或默认网关的IP地址获取其MAC地址。IP 地址：178.169.1.93 MAC 地址：71-65-F7-2B-08-53地址解析协议的基本思想：在每一台主机中设置专用内存区域，称为ARP 高速缓存（也称ARP表）。存储该主机所在局域网中其他主机 和路由器的IP地 址与MAC地址的映射关系。ARP通过广播ARP查询报文，来询问某目的IP地址对应的MAC地址，即知道本网内某主机的IP地址，可以查询得到其MAC地址。关于ARP注意的两点：(1) ARP查询分组是通过一个广播帧发送的；而ARP响应分组是通过一个标准 的单播帧发送的。(2)ARP是即插即用的，一个ARP表是自动建立的，不需要系统管理员来配置。从功能上看：ARP与DNS类似，但有明显的区别(3点)：(1)解析内容不同DNS在应用层，输入域名。利用DNS将域名解析成IP地址。而ARP是在数据链路层，是结点到结点的通信，利用ARP将IP地址解析成 MAC地址。(2)解析范围不同DNS可以解析internet内任何位置的主机域名；而ARP只为在同一个子网 上的主机和路由器接口解析IP地址。(3)实现机制不同DNS是一个分布式数据库，需要在层次结构的DNS服务器之间查询；ARP 通过局域网内广播查询，维护ARP表，获取同一子网内主机和路由器接口的IP 地址与MAC地址的映射关系。例：【简答题】简述地址解析协议ARP的作用及其基本思想。【参考答案】：ARP用于根据本网内目的主机或默认网关的IP地址获取其MAC 地址。基本思想：在每一台主机中设置专用内存区域作为ARP高速缓存区域， 存储该主机所在局域网中其他主机和路由器(即默认网关)的IP地址与MAC地 址的对应关系，并且要经常更新这个地址表。ARP通过广播ARP查询报文的方 式来询问某目的站的IP地址对应的MAC地址。即知道本网内某主机的IP地址，可以查询得到其MAC地址。知识点2以太网1、以太网（ethernet）：目前为止最流行的有线局域网技术。以太网与IEEE802.3 是等价的。2、以太网成功的原因：1）以太网是第一个广泛部署的高速局域网。2）令牌环网、FDDI （纤分布式数据接口）和ATM （异步传输模式）等比以太网 技术更复杂、昂贵，阻止了网络管理员改用其他技术。3）以太网数据速率也快，比起其他技术，毫不逊色。4）以太网硬件价格极其廉价，网络造价本钱低。3、经典的以太网技术：1）采用粗同轴电缆连接的总线型以太网（10Base-5）（10 ：10Mbit/s ； BASE ：传输信号为基带信号；5 ： 5个网段、单段最大传输距离为500米）。2）数据传输速率为10Mbit/s,无连接不可靠。3） MAC协议采用CSMA/CD协议。4）相距最远主机信号往返的传播时延为51.2,所以以太网最短帧长为64字 节。4、冲突域：一个局域网内，任意两个结点同时向物理介质中发送信号（数据）， 这两路信号一定会在物理介质中相互干扰，从而导致发送失败，即这两个结点 位于同一个冲突域。广播域：任一结点发送链路层广播帧目的MAC ： FF-FF-FF-FF-FFFF）,接收该广播帧的所有结点与发送结点属于同一个广播域。一个局域网的广播域通常对应一个子网。5、以太网帧结构6字节6字节 2字节461500字节4字节目的地址源地址类型数据CRC5、以太网帧结构1）目的地址和源地址：48位MAC地址2）类型：标识上层协议。例如：0x0800二IP数据报3）数据：封装的上层协议的分组CRC ：校验采用循环冗余校验，4字节注意：无连接服务：发送数据帧之前没有握手。不可靠服务：丢弃无效的MAC帧（帧的长度不是整数字节，CRC检验过失的帧），没有重传等措施。6、以太网技术知识点3交换机分类传输介质传输速率标准10Base-T非屏蔽双绞线（UTP）10Mbit/sIEEE 802.3100Base-T（快速以太网）UTP100Mbit/sIEEE 802.3u千兆位以太网光纤、UTP屏蔽双绞线（STP）1000Mbit/sIEEE 802.3标准的扩展万兆位以太网10Gbit/sIEEE 802.3a1、网桥网桥：工作在数据链路层，和交换机功能类似。对数据帧实现转发。 适合用户数不太多和通信量不太大的局域网。 典型网桥：透明网桥，一种即插即用设备。局域网上的站点并不知道所发送的 帧经过哪几个网桥。2、交换机（转发与过滤）交换机可以认为是多端口的网桥，目前应用最广泛的数据链路层设备。交换机的基本工作原理：当一帧到达时，交换机首先需要决策将该帧丢弃还 是转发。如果是转发的话，还必须进一步决策应该将该帧转发到哪个（或哪些） 端口去。决策依据是，以目的MAC为主键查询内部转发表（无须转发、选择性 转发、泛洪）。3、以太网交换机的自学习如下图以太网交换机有4个端口，各连接一台计算机，其MAC地址分别 是ABCD。开始，以太网交换机里面的转发表是空白的。1） A向B发送一个帧，从端口 1进入交换机。2）交换机查询转发表，没找到往哪里转发该帧。3）交换机把这个帧的源MAC地址A和端口 1写入交换表，完成第一次学习。4）交换机向除端口 1以外所有端口泛洪（广播）这个帧。5） C和D丢弃该帧。B收下该帧。下入的表项（A, 1）可以看出，以后不管哪个端口接收的帧，只要目的地址是A,就讲该帧从接口 1转发出去，无须再进行泛洪，这就是过滤功能。B通过端口2向A发送一个帧； C、D向其他主机发送帧。注意：端口更换主机或者主机更换其他网络适配器时，需要更改交换表的内 容。失效的工程会删除。4、以太网交换机的优点（3点）1）消除冲突交换机分割了冲突域，交换机具有缓存机制，某一时间点只会传输一个帧 或者不传输；与集线器不一样。2）支持异质链路交换机的多个端口，可以连接多种不同的链路，例如接口 1连接10Mbit/s 的1OBASE-T双绞线；接口 2连接lGbit/s的1OOOBASE-LX光纤。3）网络管理易于网络管理。检测到一个异常的适配器。把适配器隔离。不用管理员手 动隔离。3）可靠交付第三章的可靠数据传输原理，停-等协议，滑动窗口协议都适用。 无线链路（出错率高）：支持可靠数据传输。 光纤、双绞线（出错率低）：不提供可靠数据传输服务。4）过失控制数据链路层帧在物理媒介上的传播过程，可能会出现比特翻转的过失。误比 特率：一段时间内出现过失的比特数/传输比特总数。与线路信噪比有很大关系。 措施：过失控制（第2节）。例：【简答题】简述数据链路层提供的主要服务。【参考答案】：1）组帧2）链路接入3）可靠交付4）过失控制第二节过失控制信号在信道传输过程中，会受到各种噪声的干扰，从而导致传输过失。随机噪声随机过失或独立过失。冲击噪声突发过失。过失控制就是通过过失编码技术,种机制进行过失纠正和处理。过失控制1）过失控制的基本方式2）过失编码的基本原理3）过失编码的检错与纠错能力实现对信息传输过失的检测，并基于某典型的过失控制方式包括：1）检错重发2）前向纠错3）反应校验4）检错丢弃4）典型的过失编码知识点4虚拟局域网1、数据链路层交换机互连的网络属于一个广播域，当使用太多的交换机互连大 量的主机时，就构成了一个大的广播域。如果网络广播域太大，广播域内任一主机发送的广播帧，其他所有主机都会 收到。并且如果交换机存在环路，那么广播帧就会被大量复制，从而产生广播风暴, 消耗带宽，影响网络正常运行。解决措施一：利用路由器将一个大的广播域网络分割为多个广播域。解决措施二：一种广泛使用的技术就是虚拟局域网技术。2、虚拟局域网（Virtual Local Area Network, VLAN）一种基于交换机（必须支持VLAN）的逻辑分割广播域的局域网应用形式。以软件的方式划分和管理局域网中的工作组，限制接收广播信息的主机数, 不会因为传播过多的广播信息而引起性能的恶化（“抑制广播风暴”）。3、划分虚拟局域网的方法：1）基于交换机端口划分：每个交换机端口属于一个VLAN。2）基于MAC地址划分：按主机MAC地址定义VLAN成员。3）基于上层协议类型或地址划分：根据数据中的上层协议类型（IP）或者地址 （IP地址）定义VLAN成员。例：【简答题】简述虚拟局域网（VLAN）的概念及其划分方法。【参考答案】：一种基于交换机（必须支持VLAN）的逻辑分割广播域的局域网 应用形式。划分虚拟局域网的方法：1）基于交换机端口划分2）基于MAC地 址划分3）基于上层协议类型或地址划分第五节点对点链路协议MAC协议是共享链路的，网络中还有一种是点对点的链路。这类链路大多 用于广域网中，由于不存在介质共享的问题，所有这类的链路不需要MAC协议。 点对点链路协议。1)点对点协议(PPP协议)2)高级数据链路控制协议(HDLC协议)知识点1 PPP1、点对点协议(Point to Point Protocol, PPP):适合单个发送方和单个接收方 的点对点链路。P叩的一个典型应用是家庭用户拨号上网。2、PPP主要提供3类功能(1)成帧：确定一帧的开始和结束，支持过失检测。开始标志字节：01111110结束标志字节：01111110(2)链路控制协议(Link Control Protocol, LCP)启动线路、检测线路、协商参数、关闭线路。(3)网络控制协议(Network Control Protocol, NCP)协商网络层选项3、不要求PPP实现的功能：(1)过失纠正(2)流量控制(3)按序交付 4、PPP的字节填充：叩P帧的长度都是整数字节。特殊的控制转义字节01111101。知识点2HDLC协议1、高级数据链路控制(High-level Data Link Control, HDLC):应用于点对点链路和点对多点链路。2、HDLC帧格式(6字节)1字节1字节1字节2畤节 2字节1字节01111110 W 福) 校验和 011111103、HDLC有3种类型的帧（根据控制位的不同）：信息帧（I格式Information）管理帧（S格式Supervisory）无序号帧（U格式Unnumbered）4、HDLC协议是面向位的协议：位填充技术数据字段出现与标志字段相同的比华寺流1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0发送端：发现5个连续的1,在其后插入 o1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0接收端：发现5个连续的1,删除其后的 o1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0本章小结L数据链路层的服务2、过失控制基本方式、基本原理、过失编码的检错与纠错能3、典型的过失编码：奇偶校验码、汉明码、循环冗余码4、多路访问控制协议：信道划分MAC协议、随机访问MAC协议、受控接入MAC协议5、MAC地址、ARP协议、以太网、交换机、虚拟局域网 6、 PPP与HDLC协议1、检错重发 发送端：待发送数据进行过失编码，再通过信道传输。 接收端：利用过失编码检测数据是否出错。假设出错，接收端请求发送端重发数 据加以纠正，直到正确为止。第三章的停-等协议、滑动窗口协议。2、前向纠错:(Forward Error Correction, FEC):利用纠错编码。 发送端：对数据进行纠错编码，发送包含纠错编码的帧。 接收端：收到数据，利用纠错编码进行过失检测，对错误的帧纠错。 适用：单工链路、对实时性要求比拟高的应用。3、反应校验接收端：将收到的数据原封不动发回发送端。 发送端：通过比照接收端反应的数据与发送的数据确认接收端是否正确接收 的已发送数据。假设有不同，立即重传数据，直到一致为止。 优点：原理简单，易于实现，无须过失编码。 缺点：需要相同传输能力的反向信道，传输效率低，实时性差。4、检错丢弃网络应用对可靠性要求不高，可以采用不纠正出错数据，直接丢弃错误数据。 只适用于实时性高的系统。例：【简答题】简述过失控制的概念及过失控制的基本方式。【参考答案】：过失控制就是通过过失编码技术，实现对信息传输过失的检测, 并基于某种机制进行过失纠正和处理。过失控制的基本方式主要包括检错重发、 前向纠错、反应校验、检错丢弃。知识点2过失编码的基本原理1、过失编码原理：在待传输数据信息基础上，附加一定的冗余信息。冗余信息：与数据信息建立某种关联关系。接收方检测冗余信息与数据信息的关联关系是否存在，存在那么没有错误，否 那么就有错误。2、过失编码基本原理例如原数据：00、01s 10、11增加冗余信息的数据：0000、0101s 1010、1111假设接收端收到：1011, 一定出错，收和11不满足复制关系。但是不能确定是哪位发生了错误。知识点3过失编码的检错与纠错能力1、编码集的汉明距离过失编码的检错和纠错能力与编码集的汉明距离有关。1）汉明距离：两个等长码字之间，对应位数不同的位数。码字 1 ： 01100101码子 2:10011101汉明距离de=52）编码集的汉明距离：编码集中任意两个码字之间汉明距离的最小值，记为ds编码集10000111, 10010110, 10100101, 10110100）编码集的汉明距离：ds=min2, 2, 4, 4, 2, 2编码集的汉明距离：ds =22、过失编码1）检错编码2）纠错编码1）检错编码如果编码集的汉明距离ds二r+L那么该检错编码可以检测r位的过失。例：发送2位数据信息，冗余信息是数据的一次复制编码集：0000, 0101, 1010, 1111）编码集汉明距离：ds=2 （2即1+L r为1）因此可以检测出来1位过失。如发生一位过失，可以100%被检测出来。2）纠错编码编码集的汉明距离或=2r+l,那么该过失编码可以纠正r位的过失。例：发送2位数据信息，冗余信息是数据的两次复制编码集：000000, 010101, 101010, 111111编码集汉明距离：ds=3 （即：2x1+1, r为1）因此可以纠正出来1位过失例：编码集000000, 010101, 101010, 111111发生一位过失，那么错码距离发生错误的有效码字的汉明距离最近，可以恢复为有效码字。如果收到码字为100010,那么有效码字应该是？100010 与 000000, 010101, 101010,的汉明距离分别为：2514因此有效码字就是101010错成无效字码100010概率最大，所以恢复IOIOIOo知识点4典型的过失编码“异或”逻辑运算1异或1=00异或0=01异或0=10异或1=1典型的过失编码：1、奇偶校验：奇校验码、偶校验码2、汉明码3、循环冗余码1、奇偶校验：奇校验码、偶校验码最简单的检错码。利用1位冗余信息实现过失检测。1）奇校验码1位冗余位，取值为“0”或"1” ，使得编码后的码字中1的个数为奇数。例如：数据10110111,采用奇校验码编码后的码字为：101101111数据10100111,采用奇校验码编码后的码字为：1010011102）偶校验码1位冗余位,取值为“0”或“1” ，使得编码后的码字中1的个数为偶数。例如:数据10110111,采用偶校验码编码后的码字为：101101110数据10100111,采用偶校验码编码后的码字为：101001111 奇数位出错能检测出来，偶数位发生错误无法检测出来。 奇偶校验可以实现50%的检错率。 优点：编码简单、编码效率高、开销最小的检错编码；,缺点：检错率不图。2、汉明码信息位足够长时，编码效率很高。信息位为k=n-1,加上偶校验位，构成一个n位的码字，Qn-i, an-2a。S= an-ian-2©-"aiao 监督关系式。s=o,表示无错，S=1表示有错，S是校正因子。只能判断有错、无错，不 能指出出错位置。假设有两个校正因子，那么取值有4种可能： 00, 01、10、11能区分4种不同的情况。一种表示无错，另外三种表示有错，还可以区分是哪 一位出错，可以实现纠错。信息位为K位，冗余位r位构成的n=k+r位码字。用r个监督关系来产生 r个校正因子，那么要求：2，> = n + l 或者 2>> = k+r+l例如k=4,那么r>=3,取二3,那么n=k+r=4+3=7。4位信息位，3位冗余位， 构成7位字码。有三个校正因子，分别由8种情况，校正因子的值与错码位置 的对应关系如下：由信息位算出各冗余位，如下表: 假设接收方收到每个字码全为0,表示无错，否那么根据下表确定哪位出错。信息位冗余位信息位冗余位a6a5a4a3323130a6a5a4a3323130000000010001110001Oil1001100001010110100100011110101100101001101100001010110111010100110Oil111010001110001111111如：接收方收到0011101,代入关系式可算得S2=0, S1=1, So=io查表可知 on对应a3出错。编码效率为4/7o