第5章：数据链路层.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机网络第4章 数据链路层,*,第,5,章 数据链路层,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。,2,计算机网络第4章 数据链路层,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：改善数据传输质量，向网络层提供高质量的服务。,3,计算机网络第4章 数据链路层,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;,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。,4,计算机网络第4章 数据链路层,传输差错产生过程,5,计算机网络第4章 数据链路层,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,其中，,N,为传输的二进制比特总数；,Ne,为被传错的比特数。,6,计算机网络第4章 数据链路层,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。,7,计算机网络第4章 数据链路层,4.1.4 检错码与纠错码,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。,8,计算机网络第4章 数据链路层,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,垂直奇（偶）校验（方阵码）,循环冗余编码,CRC,目前应用最广的检错码编码方法之一,9,计算机网络第4章 数据链路层,4.1.5 循环冗余编码工作原理,10,计算机网络第4章 数据链路层,举例,：,11,计算机网络第4章 数据链路层,标准,CRC,生成多项式,G（x）,CRC-12,G（x）=x,12,+x,11,+x,3,+x,2,+x+1,CRC-16,G（x）=x,16,+x,15,+x,2,+1,CRC-CCITT,G（x）=x,16,+x,12,+x,5,+1,CRC-32,G（x）=x,32,+x,26,+x,23,+x,22,+x,16,+x,12,+x,11,+x,10,+x,8,+x,7,+x,5,+x,4,+,x,2,+x+1,12,计算机网络第4章 数据链路层,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%；,13,计算机网络第4章 数据链路层,4.1.6 差错控制机制,反馈重发机制,14,计算机网络第4章 数据链路层,反馈重发机制的分类,停止等待方式,15,计算机网络第4章 数据链路层,连续工作方式,拉回方式,选择重发方式,16,计算机网络第4章 数据链路层,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,17,计算机网络第4章 数据链路层,4.2.2 数据链路控制,链路管理,帧同步,流量控制,差错控制,帧的透明传输,寻址,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。,18,计算机网络第4章 数据链路层,4.2.3 数据链路层向网络层提供的服务,数据链路层服务的类型,：,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 connectionless service）。,19,计算机网络第4章 数据链路层,实际数据路径,与虚拟数据路径,20,计算机网络第4章 数据链路层,4.3,面向字符型数据链路层协议实例：,BSC,4.3.1 数据链路层协议的分类,21,计算机网络第4章 数据链路层,4.3.2 面向字符型协议实例：,BSC,什么是面向字符型协议?,以字符为控制传输信息的基本单元,ASIIC,码：,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：,ACK,（,acknowledge,）,NAK,（,negative acknowledge,）,ENQ,（,enquire,）,EOT,（,end of transmission,）,SYN,（,synchrous,）,DLE,（,data link escape,）,22,计算机网络第4章 数据链路层,面向字符型,BSC,协议的数据报文格式,23,计算机网络第4章 数据链路层,建立、维护,与释放数据,链路流程图,24,计算机网络第4章 数据链路层,4.4,典型数据链路层协议分析 面向比特型,4.4.1,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。,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；,数据帧与控制 帧格式相同；,传输透明性好；,连续发送，传输效率高。,25,计算机网络第4章 数据链路层,4.4.2 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,26,计算机网络第4章 数据链路层,数据链路的非平衡配置方式,27,计算机网络第4章 数据链路层,非平衡配置方式,正常响应模式（,normal response mode，NRM）,主站可以随时向从站传输数据帧；,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（,asynchronous response mode，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。,28,计算机网络第4章 数据链路层,平衡配置方式,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；,每个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（,asynchronous balanced mode，ABM）；,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。,29,计算机网络第4章 数据链路层,数据链路的平衡配置方式,30,计算机网络第4章 数据链路层,4.4.3,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,C（control）：,帧的类型、帧的编号、命令与控制信息,I（information）：,网络层数据，,N,max,=256B,CRC（checksum）：,校验,A,、,C,、,I,字段的数据,G(X)=X,16,+X,12,+X,5,+1,31,计算机网络第4章 数据链路层,零比特插入,/,删除工作过程,32,计算机网络第4章 数据链路层,帧类型及控制字段的意义,33,计算机网络第4章 数据链路层,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,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,34,计算机网络第4章 数据链路层,U,帧的格式与链路控制功能,35,计算机网络第4章 数据链路层,4.4.4 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,36,计算机网络第4章 数据链路层,无编号帧的表示方法,SNRM,帧与,UA,帧结构的表示方法,37,计算机网络第4章 数据链路层,正常响应,模式数据,链路工作,38,计算机网络第4章 数据链路层,讨论：数据链路层与物理层的关系,39,计算机网络第4章 数据链路层,4.5,Internet,中的数据链路层,4.5.1,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,Internet,主要的协议。,40,计算机网络第4章 数据链路层,4.5.2,SLIP,协议,SLIP,出现于20世纪80年代初，最早是在,BSD UNIX 4.2,版操作系统上实现的;,SLIP,协议支持,TCP/IP,协议;,对数据报进行了简单的封装，然后来用,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。,41,计算机网络第4章 数据链路层,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1006,B,的,IP,数据报。,42,计算机网络第4章 数据链路层,SLIP,协议的帧结构,RFC 1055,文件对,SLIP,帧格式进行了讨论;,SLIP,帧头与帧尾的“,CO”，,是协议使用的惟一的一个控制字符;,CO,的二进制编码比特序列是1000011 0000000;,CO,的使用将影响,SLIP,帧数据的透明性;,43,计算机网络第4章 数据链路层,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。,44,计算机网络第4章 数据链路层,4.5.3,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。,45,计算机网络第4章 数据链路层,4.5.4,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）；,PPP,协议不仅在拨号电话线，并且在路由器路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。,46,计算机网络第4章 数据链路层,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：,0021,HTCP/IP,0023H,OSI,0027H,DEC,数据字段：,长度可变,47,计算机网络第4章 数据链路层,链路控制帧（,LCP）,与网络控制帧（,NCP）,链路控制帧（,LCP）,网络控制帧（,NCP）,48,计算机网络第4章 数据链路层,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；,49,计算机网络第4章 数据链路层,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。,50,计算机网络第4章 数据链路层,