第5章

數據鏈路層第4章數據鏈路層2本章學習要求：理解：數據傳輸過程中差錯產生的原因與性質。掌握：差錯控制方法掌握：數據鏈路層的基本概念掌握：典型的面向比特型數據鏈路層協議HDLC掌握：典型的Internet中的數據鏈路層協議PPP掌握：幀結構掌握：以太網、高速局域網、交換局域網與虛擬局域網的基本工作原理在兩臺主機通過互聯網通信時，從源主機H1開始，經過一系列路由器（R1、R2、R3），到目的主機H2結束。從協議的層次看，主機H1和H2有完整的協議層次，路由器的協議棧只有下面三層。數據進入路由器后先從物理層上到網絡層，在網絡層的轉發表中找到下一條的地址后，再下到物理層轉發數據。只考慮數據在數據鏈路層流動當主機H1向H2發送數據時，我們可以想象數據是在數據鏈路層從左向右水平傳送。即通過這樣的四段鏈路：H1鏈路層→R1鏈路層、R1鏈路層→R2鏈路層、R2鏈路層→R3鏈路層和R3鏈路層→H2鏈路層。第4章數據鏈路層55.1

數據鏈路層功能5.1.1物理線路與數據鏈路鏈路數據鏈路第4章數據鏈路層6數據鏈路層基本概念

1、鏈路(link)是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結點。即：一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。2、數據鏈路(datalink)數據鏈路是一條物理線路，加上必要的數據傳輸規程或協議來控制數據的傳輸。數據鏈路==一條物理線路+數據傳輸規程或協議。數據傳輸規程或協議通常是使用適配器（即網卡）來實現。適配器通常都包括數據鏈路層和物理層兩層的功能。

第4章數據鏈路層75.1.2數據鏈路層功能組幀一個幀由數據字段和首部字段組成。接收方應當能從收到的bit流中準確區分出一幀的開始和結束在什么地方，即幀同步。

差錯控制前向糾錯（收方收到自動糾錯）差錯檢測（收到檢測錯誤幀即丟棄）第4章數據鏈路層85.1.2數據鏈路層功能（續）流量控制及時控制發方發送的數據速率，保證收方能及時接收的功能。--流量控制可靠傳輸確認和重傳介質訪問控制定義幀在鏈路上傳輸的規則。介質訪問控制協議用來協調多個節點的幀傳輸。5.2組幀1.字節計數法2.使用字符填充的首尾定界符法3.使用比特填充的首尾定界符法4.違法編碼法以一組特定的比特模式(如01111110)來標志一幀的起始與終止。為了不使信息位中出現的與該特定模式相似的比特串被誤判為幀的首尾標志，可以采用零比特填充的方法。3.使用比特填充的首尾定界符法第4章數據鏈路層11零比特填充法目的使一幀中兩個Flag字段之間不會出現6個連續1。在發送端，當一串比特流數據中有5個連續1時，就立即填入一個0。在接收幀時，先找到F字段以確定幀的邊界。接著再對比特流進行掃描。每當發現5個連續1時，就將其后的一個0刪除，以還原成原來的比特流。第4章數據鏈路層12零比特的填充與刪除數據中某一段比特組合恰好出現和F字段一樣的情況01001111110001010會被誤認為是F字段發送端在5個連1之后填入0比特再發送出去填入0比特010011111010001010在接收端將5個連1之后的0比特刪除，恢復原樣在此位置刪除填入的0比特010011111010001010第4章數據鏈路層13零比特插入/刪除工作過程第4章數據鏈路層145.3差錯控制為什么要設計數據鏈路層在原始物理傳輸線路上傳輸數據信號是有差錯的；設計數據鏈路層的主要目的：

將有差錯的物理線路改進成無差錯的數據鏈路；方法—

差錯控制

作用：改善數據傳輸質量，向網絡層提供高質量的服務。第4章數據鏈路層15差錯產生的原因和差錯類型

通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲；由熱噪聲引起的差錯是隨機差錯，或隨機錯；沖擊噪聲引起的差錯是突發差錯，或突發錯；在通信過程中產生的傳輸差錯，是由隨機差錯與突發差錯共同構成的。差錯控制—檢查是否出現差錯以及如何糾正差錯；第4章數據鏈路層16傳輸差錯

產生過程處理差錯的兩種基本策略糾錯碼發送方在每個數據塊中加入足夠的冗余信息，使得接收方能夠判斷接收到的數據是否有錯，并能糾正錯誤。檢錯碼發送方在每個數據塊中加入足夠的冗余信息，使得接收方能夠判斷接收到的數據是否有錯，但不能判斷哪里有錯。第4章數據鏈路層18差錯檢測編碼（檢錯碼）★循環冗余校驗碼(CyclicRedundancyCheck)循環冗余校驗（cyclicredundancycheck，CRC）是一種能力相當強的檢錯碼，并且實現編碼和檢碼的電路比較簡單。5.3.1檢錯碼——CRC 一種較為方便的方法是用多項式來表示循環冗余檢驗過程。方法是將待傳輸的數據位串看成系數為0或1的多項式f(x)。如位串10011可表示為f(x)=x4+x+1。

在發送端要發送的k比特的數據M，發送結點要把數據M發送給接收結點。發送方和接收方首先要協商一個n+1比特生成碼P，稱為生成多項式P(X)。5.3.1檢錯編碼冗余碼R計算方法（已知n+1位的生成碼P）1.在k位數據M后面添加n個0。2.將得到的（k+n）位的數除以n+1位除數P，得出的商是Q余數是R（R是n位，比P少一位）。◆發送方：對于一個給定的數據M，發送方要選擇n位的附加比特R即冗余碼（冗余碼常稱為幀檢驗序列FCS），附加M后面，使得產生的k+n比特的數據一起發送到接收端。5.3.1檢錯編碼◆接收端：將接收到得k+n位比特除以生成碼P。如果余數為0，則認為正確而被收下得到信息碼；如果余數為非0，則接收方認為發生錯誤，就丟棄該幀，請求對方重發。例1取生成多項式h（X）＝X4+X+1，假設欲發送的一段信息101100110，問在線路上傳輸的碼字是？解：由h(X)＝X4+X+1得生成碼為：10011，n為4。在101100110后面添加n（此時n=4）個0，得到1011001100000

。用1011001100000去除10011，得到余數為1000（保持n位，若不夠前面用0補上）把余數1000添加到要發送的數據101100110的后面，就是實際要傳送的碼字，為：1011001101000

101011000100111011001100000100111010110011110101001110010100111000例2仍取h(x)=X4+X+1，如果接收端收到的碼字為1001011110010，問傳輸過程中有無出錯?

100011101100111001011110010100111111110011110001001110110100111011010011101例3.已知：接收碼字:1100111001，生成多項式:h(X)=X4+X3+1(n=4)

求：碼字的正確性。若正確，則指出冗余碼和信息碼。

100001

110011100111001

11001

，

11001

11001

0解：1)生成碼為11001，用接收到的碼字除以生成碼，余數為0，所以碼字正確。

2)因n=4，所以冗余碼是：1001，信息碼是:110011

CRC-12 =x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16 =x16+x15+x2+1CRC-CCITT =x16+x12+x5+1CRC-32 =x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1四個多項式已成為國際標準應當注意這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個或哪幾個比特出現了差錯。只要經過嚴格的挑選，并使用位數足夠多的除數P，那么出現檢測不到的差錯的概率就很小很小。第4