理学数据链路层.pptx

14.1 差错产生与差错控制方法差错产生与差错控制方法在原始物理传输线路上传输数据信号是有差错的；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：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将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路；方法方法 差错检测差错检测 差错控制差错控制 流量控制流量控制作用：改善数据传输质量，向网络层提供高质量的服作用：改善数据传输质量，向网络层提供高质量的服务。务。第1页/共68页2 传输差错传输差错 通过通信信道后接收的数据与发送数通过通信信道后接收的数据与发送数据据 不一致的现象不一致的现象;差错控制差错控制 检查是否出现差错以及如何纠正差错；检查是否出现差错以及如何纠正差错；通信信道的噪声通信信道的噪声分为两类：分为两类：热噪声和冲击噪声热噪声和冲击噪声；由热噪声引起的差错是随机差错，或由热噪声引起的差错是随机差错，或随机错随机错；冲击噪声引起的差错是冲击噪声引起的差错是突发差错，或突发错突发差错，或突发错；引起突发差错的位长称为突发长度；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。发差错共同构成的。第2页/共68页3传输差错产生过程传输差错产生过程第3页/共68页4 误码率定义误码率定义：二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，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：它在数值上近似等于：Pe=Ne/N其中，其中，N为传输的二进制比特总数为传输的二进制比特总数 Ne为被传错的比特数为被传错的比特数第4页/共68页5讨论讨论误误码码率率应应该该是是衡衡量量数数据据传传输输系系统统正正常常工工作作状状态态下下传传输输可靠性的参数；可靠性的参数；对对于于一一个个实实际际的的数数据据传传输输系系统统，不不能能笼笼统统地地说说误误码码率率越低越好，越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求要根据实际传输要求提出误码率要求；差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系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。接近于真正的误码率值。第5页/共68页6 检错码检错码:分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息；息；接收端能发现出错，但不能确定哪一比特是接收端能发现出错，但不能确定哪一比特是错的，并且自己不能纠正传输差错。错的，并且自己不能纠正传输差错。纠错码纠错码：每个传输的分组带上足够的冗余信息；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。接收端能发现并自动纠正传输差错。第6页/共68页7常用的检错码常用的检错码奇偶校验码奇偶校验码 在数据后面加上一个奇偶位在数据后面加上一个奇偶位,使得码字中使得码字中”1 1”的数的数目是偶数或奇数目是偶数或奇数.循环冗余编码循环冗余编码CRC 目前应用最广的检错码编码方法之一目前应用最广的检错码编码方法之一第7页/共68页8 第8页/共68页9循环冗余校验码（多项式编码）任何一个由二进制数位串组成的代码都可以与只含有0和1两个系数的多项式建立一一对应的关系。多项式以为模式运算，进行异或操作（加法不进位，减法不借位）如：10011011 11110000 +11001010 10100110 01010001 01010110 发送方和接收方商定一个生成多项式(X)，校验和追加在帧的末尾，使该帧的多项式能被(X)除尽.当接收方收到帧，用G(X)去除它，若有余数，则出错.第9页/共68页10 举例举例：第10页/共68页11标准标准CRC生成多项式生成多项式G（x）CRC-12 G（x）=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16 G（x）=x16+x15+x2+1CRC-CCITT G（x）=x16+x12+x5+1CRC-32 G（x）=x32+x26+x23 +x22+x16+x12+x11+x10 +x8+x7+x5+x4+x2+x+1 第11页/共68页12CRC校验码的检错能力校验码的检错能力CRC校验码能检查出全部单个错；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；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；校验码能检查出全部奇数个错；CRC校校验验码码能能检检查查出出全全部部长长度度小小于于或或等等于于K位位的的突突发错发错；CRC校校验验码码能能以以1-（1/2）K-1的的概概率率检检查查出出长长度度为（为（K+1）位的突发错；位的突发错；如果如果K=16，则该则该CRC校验码能全部检查出小于或校验码能全部检查出小于或等于等于16 位的所有的突发差错，并能以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的概率检查出长度为17位的突发错，位的突发错，漏检概率为漏检概率为0.003%；第12页/共68页13第13页/共68页14第14页/共68页15第15页/共68页16第16页/共68页17第17页/共68页18第18页/共68页19第19页/共68页20 反馈重发机制反馈重发机制 第20页/共68页21反馈重发机制的分类反馈重发机制的分类 停止等待方式停止等待方式 第21页/共68页22连续工作方式连续工作方式 拉回方式拉回方式选择重发方式选择重发方式 第22页/共68页23 滑动窗口协议n滑动窗口技术被广泛使用，它将错误控制和流控制结合起来考虑n允许连续发送多个帧（PDU),用于支持面向连接的服务。n支持双工通信n引入捎带确认的概念捎带技术原理：数据帧到达时接收过程延迟待发确认，把确认附加到下一个将发送的数据帧上传送。特点：能较好地利用有效的信道带宽，帧头部的ack字段花费小；增加了复杂性（与单独确认比）。第23页/共68页24滑动窗口协议（）所有滑动窗口协议 每个发帧包含一个序列号，其范围02n-1,发送过程始终保持一组序列号对应允许发帧,称这些帧落在发送窗口内，代表可以发送的帧（包括已经发送但未确认的帧）。接收过程维持接收窗口，对应允许收帧，接收窗口始终保持初始大小，窗口外的帧一概丢弃。第24页/共68页25 1位滑动窗口协议 使用停等协议发送过程发帧后，需等待已发帧的确认，才能发送下一帧。过程第25页/共68页264.2 数据链路层的基本概念数据链路层的基本概念线路线路 链路链路物理线路物理线路 数据链路数据链路第26页/共68页27 链路管理链路管理 帧同步帧同步 流量控制流量控制 差错控制差错控制 帧的透明传输帧的透明传输 寻址寻址 数据链路层协议数据链路层协议 为实现数据链路控制功能为实现数据链路控制功能而而 制定的规程或协议。制定的规程或协议。第27页/共68页28 数据链路层是数据链路层是OSI参考模型的第参考模型的第2层；层；设立数据链路层的主要目的设立数据链路层的主要目的是将原始的、有差是将原始的、有差错的物理线路变为对网络层无差错的数据链路；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为了实现这个目的，数据链路层必须实现链路链路管理、帧传输、流量控制、差错控制等功能管理、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数据链路层为网络层提供的服务主要表现在表现在：正确传输网络层的用户数据，为网络层屏蔽物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。理层采用的传输技术的差异性。第28页/共68页29数据链路层提供的服务v数据数据链路路层的服的服务是通是通过有无有无连接、接、有无确有无确认来区分的来区分的无确无确认无无连接的服接的服务有确有确认无无连接的服接的服务有确有确认有有连接的服接的服务第29页/共68页30确认和连接v确确认：接收方在收到数据：接收方在收到数据帧后，必后，必须给发送方送方发回一个确回一个确认v面向面向连接接：发送方和接收方在送方和接收方在传输数据数据之前必之前必须建立一条数据建立一条数据链路，路，传输结束束后必后必须释放放该链路路 第30页/共68页31无确认面向无连接的服务无确认面向无连接的服务 v无确无确认是指接收方在收到数据是指接收方在收到数据帧后，毋需后，毋需发回一个确回一个确认v无无连接接的服的服务是指在数据是指在数据传输前毋需建立数据前毋需建立数据链路路v物理物理线路的路的连接并非意味着提供了有接并非意味着提供了有连接的服接的服务v无确无确认并非不可靠，其可靠性可由上并非不可靠，其可靠性可由上层负责例如：局域网例如：局域网1.共享信道不需要、也不允许建立连接2.信道较为理想，数据传输的误码率很低3.即使出错或丢失由上层负责恢复第31页/共68页32有确认面向无连接的服务有确认面向无连接的服务 v使用前不建立使用前不建立连接，即不建立数据接，即不建立数据链路，但每路，但每帧传输必必须得到确得到确认v这在信号在信号传播延播延时较大、大、线路状路状态不一定很可靠的情不一定很可靠的情况下是有效的况下是有效的例如：无例如：无线通信通信 1.如建立连接，则信道使用率很低2.然而，由于数据传输的误码率相对较高，所以确认是必要的第32页/共68页33有确认的面向连接服务有确认的面向连接服务 v使用前先建立使用前先建立连接，即先建立数据接，即先建立数据链路，并且每路，并且每帧的的传输必必须得到确得到确认v有有连接的服接的服务必必须在使用前先建立在使用前先建立连接（即建立接（即建立数据数据链路），然后使用，最后路），然后使用，最后释放放连接接例如：例如：电话 1.电话是一种实时的应用，如不是面向连接，则实时性难以得到保证2.电话是一对一的、双向的数据传输第33页/共68页344.3 面向字符型协议实例面向字符型协议实例面向字符型协议面向字符型协议 以字符为控制传输信息的基本单元以字符为控制传输信息的基本单元 ASCII码：码：格式字符：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：控制字符：ACK（acknowledge）NAK（negative acknowledge）ENQ（enquire）询问对方，并要求回答询问对方，并要求回答 EOT（end of transmission）SYN（synchrous）DLE（data link escape）转义字符转义字符第34页/共68页35面向字符型面向字符型BSC协议的数据报文格式：协议的数据报文格式：第35页/共68页36建立、维护建立、维护与释放数据与释放数据链路流程图链路流程图第36页/共68页374.4 典型数据链路层协议分析典型数据链路层协议分析 面向比特型面向比特型HDLC产生的背景产生的背景 面向字符型数据链路层协议的缺点面向字符型数据链路层协议的缺点：控制报文与数据报文的格式不一样；控制报文与数据报文的格式不一样；停止等待发送方式，传输效率低。停止等待发送方式，传输效率低。只对数据部分差错控制，控制字符出错无法控制，只对数据部分差错控制，控制字符出错无法控制，可靠性低；可靠性低；系统每增加一种功能需要设定一个新的控制字符，功能扩展困难第37页/共68页最早由IBM SNA提出SDLC（Synchronous Data Link Control）ISO根据SDLC，提出了HDLC（High level Data Link Control）HDLC是面向bit的同步通信协议 面向比特型协议的设计目标面向比特型协议的设计目标：以比特作为传输控制信息的基本单元；以比特作为传输控制信息的基本单元；数据帧与控制帧格式相同；数据帧与控制帧格式相同；传输透明性好；传输透明性好；连续发送，传输效率高。连续发送，传输效率高。38第38页/共68页39数据链路的配置数据链路的配置非平衡配置非平衡配置平衡配置平衡配置非平衡配置中的主站与从站非平衡配置中的主站与从站主站：控制数据链路的工作过程。主站发出主站：控制数据链路的工作过程。主站发出命令命令 从站：接受命令，发出从站：接受命令，发出响应响应，配合主站工作，配合主站工作非平衡配置中的结构特点非平衡配置中的结构特点点点-点方式点方式多点方式多点方式第39页/共68页40数据链路的非平衡配置方式数据链路的非平衡配置方式第40页/共68页41非平衡配置方式的两种数据传送方式非平衡配置方式的两种数据传送方式正常响应模式（正常响应模式（normal response mode，NRM）主站可以随时向从站传输数据帧；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（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。从站响应后才可以向主站发送数据帧。异步响应模式（异步响应模式（asynchronous response mode，ARM）主站和从站可以随时相互传输数据帧；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；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。差错恢复等功能。第41页/共68页42平衡配置方式平衡配置方式 链路两端的两个站都是复合站（链路两端的两个站都是复合站（combined station）；）；复合站同时具有主站与从站的功能；复合站同时具有主站与从站的功能；每个复合站都可以发出命令与响应；每个复合站都可以发出命令与响应；平衡配置结构中只有一种工作模式，平衡配置结构中只有一种工作模式，异步平异步平衡模式衡模式（asynchronous balanced mode，ABM）；）；异步平衡模式的每个复合站都可以平等地发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起数据传输，而不需要得到对方复合站的许可。可。第42页/共68页43数据链路的平衡配置方式数据链路的平衡配置方式第43页/共68页44HDLC的帧结构的帧结构 F（flag）：固定格式固定格式 01111110 作用作用 帧同步帧同步 传输数据的透明性（传输数据的透明性（零零比特插入与删比特插入与删除除）A（address）：地址地址C（control）：帧的类型、帧的编号、命令与控制信帧的类型、帧的编号、命令与控制信息息I（information）：网络层数据，网络层数据，Nmax=256BCRC（checksum）：校验校验A、C、I字段字段的数据的数据 G(X)=X16+X12+X5+1第44页/共68页45零比特插入零比特插入/删除工作过程删除工作过程第45页/共68页46帧类型及控制字段的意义帧类型及控制字段的意义第46页/共68页47帧类型帧类型I帧帧：N（S）发送发送帧的顺序号帧的顺序号 N（R）接收帧的顺序号接收帧的顺序号 P/F=Poll/Final，P=1 询问，询问，F=1 响应响应 P与与F成对出现成对出现第47页/共68页48nS帧：监控功能位 S=00，RR（receive ready）接收准备好 S=01，RNR（receive not ready）接收未准备好 S=10，RJE（reject）拒绝接收 S=11，SREJ（select reject）选择性拒收第48页/共68页49nU帧：用于实现数据链路控制功能第49页/共68页50简化的信息帧结构的表示方法简化的信息帧结构的表示方法一个信息帧的表示一个信息帧的表示 第50页/共68页51无编号帧的表示方法无编号帧的表示方法 SNRM帧与帧与UA帧结构的表示方法帧结构的表示方法 第51页/共68页52正常响应正常响应模式数据模式数据链路工作链路工作第52页/共68页53讨论：数据链路层讨论：数据链路层与物理层的关系与物理层的关系第53页/共68页54因特网模型 1v因特网中的网络互联其中的路由器之间是一根点对点的数据传输信道 InternetRRSPCPCPCPCRSPCPCPCPCR4.5 Internet中的数据链路层中的数据链路层 第54页/共68页55因特网模型 2v因特网中家庭用因特网中家庭用户的入网的入网InternetRSWPCPCServerISPAccess ServerPSTNPCPCMM家庭用户通过拨号与远程家庭用户通过拨号与远程ISP联接后，采用点对点方式通信联接后，采用点对点方式通信 M M M M M第55页/共68页56Internet中主要的数据链路层协议中主要的数据链路层协议SLIP（Serial Line IP）串行线路的串行线路的Internet数据链路层协议数据链路层协议PPP（Point-to-Point Protocol）点点-点协议点协议SLIP与与PPP用于串行通信的拨号线路上，是目前家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庭计算机或公司用户通过ISP接到接到Internet主要的主要的协议。协议。第56页/共68页57SLIP-串型线路串型线路IPvSLIP-串型串型线路路IP（Serial Line IP）协议简单，无差错控制，只适用于IP，通信的每一方必须事先知道对方的IP地址，只支持低速的业务（19.2K）未成为标准，不详细介绍第57页/共68页58PPP协议及其基本特点协议及其基本特点PPP协议是协议是Internet标准，标准，RFC 1660、RFC 1661定义了定义了PPP协议与帧结构；协议与帧结构；PPP协议处理了协议处理了差错检测，支持面向字符型协议与差错检测，支持面向字符型协议与面向比特型协议面向比特型协议,可以支持可以支持IP协议及其他一些网络层协议及其他一些网络层协议（例如协议（例如IPX协议）协议）；PPP协议不仅在拨号电话线，并且在路由器协议不仅在拨号电话线，并且在路由器路由路由器之间的专用线上广泛应用器之间的专用线上广泛应用;连接时允许连接时允许协商协商IP地址地址 允许允许身份身份认证认证PPP协议是在大多数家庭个人计算机和协议是在大多数家庭个人计算机和ISP之间使用之间使用的协议，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。议族的一部分。第58页/共68页59PPP的组成部分 vPPP提供了串行点提供了串行点对点点链路上路上传输数据数据报的方的方法，包括以下三个部分：法，包括以下三个部分：串行串行链路上路上封装数据封装数据报的方法的方法，既支持异步，既支持异步链路，路，也支持面向也支持面向bit的同步的同步链路路扩展的展的链路控制路控制协议（Link Control Protocol-LCP），用于建立、配置和），用于建立、配置和测试数据数据链路的路的连接接网网络控制控制协议（NCP）簇，支持各种网）簇，支持各种网络层协议第59页/共68页60PPP信息帧格式信息帧格式 标志（标志（flag）：）：01111110 地地址址（address）：值值为为“FF”（11111111），表表示示网网中中所所有的站都接收该帧有的站都接收该帧 控控制制（control）：值值为为“03”（00000011），无无序序号号帧帧（即毋需确认）（即毋需确认）协协议议（protocol）：长长度度为为2字字节节，它它标标识识出出网网络络层层协协议议数数据域的类型。常用的网络层协议的类型主要有：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：数据字段：长度可变长度可变第60页/共68页61链路控制帧（链路控制帧（LCP）与网络控制帧（与网络控制帧（NCP）链路控制帧（链路控制帧（LCP）网络控制帧（网络控制帧（NCP）第61页/共68页62PPP的链路控制协议的链路控制协议LCPvPPP的的LCP（Link Control Protocol）提供）提供了了建立、配置、建立、配置、维护和和终止止点点对点点链接的方法接的方法 vLCP的的过程按以下四个程按以下四个阶段段进行：行：链路的建立和配置路的建立和配置协调 链路路质量量检测 网网络层协议配置配置阶段段 关关闭链路路第62页/共68页63LCP帧的类型帧的类型 vLCP帧的的类型有三种型有三种：链路建立路建立帧：建立和配置：建立和配置链路路 链路路终止止帧：终止止链路路 链路路维护帧：管理、：管理、维护链路路第63页/共68页64PPP的工作过程的工作过程v发送端送端PPP首先首先发送送LCP帧，以配置和，以配置和测试数据数据链路路 v在在LCP建立好数据建立好数据链路并路并协调好所好所选设备之后，之后，发送端送端PPP发送送NCP帧，以，以选择和配置一个或多个网和配置一个或多个网络协议 v当所当所选的网的网络层协议配置好后，便可将各网配置好后，便可将各网络层协议的的分分组发送到数据送到数据链路上路上 v配置好的配置好的链路将一直保持通信状路将一直保持通信状态，直到，直到LCP帧或或NCP帧明确提示关明确提示关闭链路，或有其它的外部事件路，或有其它的外部事件发生（如用生（如用户干干预等）等）第64页/共68页65一次使用一次使用PPP协议的过程协议的过程 1.初始状初始状态 2.建立建立连接：建立成功到接：建立成功到3)，否，否则到到1)3.选项协商：商：协商成功到商成功到4)，否，否则到到7)4.身份身份认证：认证成功到成功到5)，否，否则到到7)5.配置网配置网络：网：网络配置完后到配置完后到6)6.数据数据传输：数据：数据传输完后到完后到7)7.释放放链路：回到路：回到1)第65页/共68页66小结小结物理传输线路上传输数据信号是有差错的；物理传输线路上传输数据信号是有差错的；误误码码率率是是指指二二进进制制比比特特在在数数据据传传输输过过程程中中被被传传错的概率；错的概率；数数据据链链路路层层是是将将一一条条原原始始的的、有有差差错错的的物物理理线线路变为对网络层无差错的数据链路；路变为对网络层无差错的数据链路；数数据据链链路路层层完完成成链链路路管管理理、帧帧传传输输、流流量量控控制制、差错控制等功能；差错控制等功能；第66页/共68页67数数据据链链路路层层协协议议基基本本可可以以分分为为两两类类：面面向向字字符型与面向比特型；符型与面向比特型；数数据据链链路路层层的的数数据据传传送送单单位位是是帧帧，帧帧具具有有固固定的结构；定的结构；HDLC的的帧帧分分为为信信息息帧帧（I帧帧）、无无编编号号帧帧（U帧）与监控帧（帧）与监控帧（S帧）；帧）；Internet数据链路层主要的协议是数据链路层主要的协议是PPP协议；协议；PPP协协议议不不仅仅用用于于拨拨号号电电话话线线，并并且且可可以以用用于路由器于路由器路由器之间的专用线路上。路由器之间的专用线路上。第67页/共68页68感谢您的观看！第68页/共68页