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,*,.,*,第4章 数据链路层,1,.,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,.,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,.,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,.,传输差错产生过程,5,.,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,.,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,.,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,.,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,.,4.1.5 循环冗余编码工作原理,10,.,举例,：,11,.,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,.,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,.,4.1.6 差错控制机制,反馈重发机制,停止等待方式,(ARQ),连续工作方式,(,连续,ARQ),拉回方式,选择重发方式,14,.,data i,ACK,data i+1,发出对刚收到的,数据帧的应答,发出一帧,等待，直到收到,ACK,才发送下一帧,发送方,接收方,反馈重发机制的分类,停止等待方式,15,.,（有噪声信道的单工协议）,前提：实际信道不满足理想化数据传输的假定,流量控制方法：等待发送,差错控制：发送方数据帧中加入校验码（,CRC,），,由接收方检查；,若出错，返回,NAK,；,发送方收到,NAK,后重发。,帧丢失处理：超时定时器；以序号标识数据帧,优点：简单,缺点：信道利用率低,反馈重发机制的分类,停止等待方式,16,.,反馈重发机制的分类,停止等待方式,17,.,frame i,ACK,i,frame I+1,ACKi+1,frame i+2,frame i+2,ACK i+2,frame,i+3,ACK i+3,frame,i+3,ACK i+3,发送方,接收方,超时,超时,帧丢失,重发,ACK,丢失,重发，,丢失重复帧,反馈重发机制的分类,停止等待方式,18,.,停等,ARQ,算法流程,S,Get!st Data from Network Layer,V(s)=0,N(s)=V(s),Save Date Frame to Buffer,Send Buffered Data Frame to Physical Layer,Start Timer,Wait Event,Received ACK,Received NAK,Time Out,Get Next Data,V(s)=1-V(s),R,V(r)=0,Wait Data Frame,Received Frame,and Test if Error occurs,Correct,Error,N(s)=V(r),?,Discard Frame,Pass Data to,Netwok Layer,Send ACK,Send NAK,Send ACK,V(r)=1-V(r),19,.,连续,ARQ,工作原理：,发送方发完一帧后，不必停下来等待对方的应答，可以连续发送若干帧；如果在发送过程中收到接收方的肯定应答，可以继续发送；若收到对其中某一帧的否认帧，则从该帧开始的后续帧全部重发,流量控制方法：,连续发送,差错控制：,同停等协议,优点：,连续发送提高了信道利用率,缺点：,回走重传（,Go-back-N,）,导致某些已正确接收的帧的重传，因此降低了发送效率,误码率较低时，连续,ARQ,优于停等协议；反之则不一定,20,.,Go-back-N ARQ,frame 1,sender,receiver,出错,7,，,8,帧,被丢弃,frame,2,frame 3,ACK 4,frame 4,frame 5,ACK 6,frame 6,frame 7,frame 8,NACK,6,ACK 9,frame 7,frame 6,frame 8,6,7,8,帧,重传,21,.,选择重传,ARQ,原则：,只重传出错或定时器超时的数据帧,方法：,WR 1,，暂存接受窗口中序号在出错帧之后的数据帧,优点：避免重传已正确传送的帧，提高了信道利用率,缺点：在接收端需要占用一定容量的缓存,接收窗口的最值：,WR WT,WR 0,8,8,8,校验区间,透明传输区间,43,.,零比特插入/删除工作过程,44,.,帧类型及控制字段的意义,45,.,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）,接收准备就绪,S=,1,0,，,RNR,（receive not ready）,未准备好接收,S=01，REJ（reject）,拒绝,S=11，SREJ（select reject）,选择拒绝,U,帧：,用于实现数据链路控制功能,(,控制,C,的,b,0,b,1,=1),46,.,U,帧的格式与链路控制功能,15,种,U,帧,47,.,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,48,.,无编号帧的表示方法,SNRM,帧与,UA,帧结构的表示方法,49,.,正常响应,模式数据,链路工作,50,.,讨论：数据链路层与物理层的关系,51,.,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,(,RFC1055,),CSLIP,压缩的,SLIP,协议,(,RFC1144,),PPP（Point-to-Point Protocol）(,RFC1660/1661,),点-点协议,SLIP,与,PPP,用于,RS-232,接口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。,52,.,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。,53,.,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,Byte,的,IP,数据报。,54,.,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;,P136,错误,55,.,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。,面向字符的数据链路协议,56,.,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。,40B,报头,3-5Byte,57,.,4.5.4,PPP,协议,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。,(PPPoE),58,.,4.5.4,PPP,协议,PPP,协议基本功能：,用于串行线路的基于,HDLC,数据帧封装机制,链路控制协议,LCP,，建立、配置和测试数据链路连接,网络控制协议,NCP,，建立和配置不同的网络层协议,PPP,协议帧类型：,PPP,信息帧,PPP,链路控制帧,LCP,PPP,网络控制帧,NCP,59,.,PPP,信息帧格式,标志（,flag）：,值为“,7E”（01111110）,地址,（,address,）,：,值恒为“,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：,要传的数据，开头可为网络层的报头。长度可变,校验字段：,2,字节,帧尾标志：,1,字节，值为“,7E”（01111110）,60,.,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）,转义采用“,0/1”,比特插入,/,删除技术”,C021H,标志,LCP,帧,8021H,标志,NCP,帧,61,.,Packet/IP over SONET/SDH,，也称,在,SDH,网上的包传送,。,POS,提供一种保护,SONET,基础设施中现有的投资并且支持部署基于,IP,的语音和视频应用的骨干体系结构。,在,IP over SDH,中，,SDH,作为链路来支持,IP,网，并不参与,IP,网的寻址，其作用是将路由器以点到点的方式连接起来,POS,技术将,IP,层直接放在,SONET/SDH,层之上，,通过,SDH,提供的高速传输通道直接传送,IP,分组，,IP,包将直接封装到,SDH,的帧中，并且在提供服务质量,(QoS),保证的同时避免了管理,SONET,之上及,ATM,之上的,IP,所需的间接费用。,SONET/SDH,是物理层的协议，负责在信道上透明传送比特流；,IP,是网络层的协议，负责数据包由源到宿的寻址和路由。,根据,OSI,七层模型，二者之间还,需要一个链路层协议,PPP,来进行帧级的定位和纠错,。,POS,的数据封装过程主要分为两步：,将,IP,包封装入,PPP,帧中；,将,PPP,帧放入,SDH,的净荷中。,POS,模型对,IP,协议而言只是提高了物理传输速率而已,。,具有,IP over SDH,接口的,Gb,交换路由器（如,Cisco,的,7500,、,12000,系列、,Lucent,的,PacketStar 6400,系列、,Ascend,的,GRF,系列）,打破了旧的,IP,性能界限，大都采用,高性能的专用或通用的交换矩阵，有些甚至直接采用了,ATM,交换矩阵；同时将原来集中在中央处理器的智能尽量分散至各个接口处理模块，通过高速缓存和其它的路由预处理手段来加速数据包的转发，使速度,由,OC-3,扩展到,OC-48,，所以通过,POS,可轻而易举地提供新型,IP,服务质量技术，从而允许使用语音、视频和其它等实时服务。,POS,只是提高了点到点的传输速率，不可能从总体上提高,IP,网的性能，这种,IP,网其本质上还是一个路由器网，同时传输距离有限，如果网络升级须架构在,DWDM,上。,Packet over Sonet/SDH,62,.,Packet over SONET/SDH(PoS),Point-to-Point Protocol,IETF RFC 1661,PPP in HDLC-Like Framing,IETF RFC 1662,PPP over SONET/SDH,IETF RFC,1619,Datagrams,Protocol encapsulation,Error Control,Link Initialization,PPP Packet Delineation,Byte Delineation,IP,PPP,HDLC Framing,SONET/SDH,63,.,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；,64,.,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）,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。,65,.,thank you!,66,.,