第4章：数据链路层

18
4.3.1 HDLC的帧结构
标志字段F (8位) 地址字段A (8/16位) 控制字段C (8/16位) 信息字段I (长度可变) 帧校验字段FCS (16/32位) 标志字段F (8位)
• F（flag） ：固定格式 01111110 （ 固定格式— ） 作用— 作用 帧同步 传输数据的透明性（ 比特插入与删除） 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 （ ） 帧的类型、帧的编号、 • I（information） ：网络层数据，Nmax = 256B （ ） 网络层数据， • CRC（checksum） ：校验 、C、I字段的数据 （ ） 校验A、 、 字段的数据 G(X)= X16+X12+X5+1
7
4.1.4 检错码与纠错码
• 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。 • 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息； 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， 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。 且自己不能纠正传输差错。
20
4.3.3 SLIP协议
• SLIP出现于 世纪 年代初，最早是在 出现于20世纪 年代初，最早是在BSD UNIX 出现于 世纪80年代初 4.2版操作系统上实现的 版操作系统上实现的; 版操作系统上实现的 • SLIP协议支持 协议支持TCP/IP协议 协议; 协议支持 协议 • 对数据报进行了简单的封装，然后来用 对数据报进行了简单的封装，然后来用RS-232接口串 接口串 行线路进行传输; 行线路进行传输 • SLIP通常也用来将远程终端连接到 通常也用来将远程终端连接到UNIX主机，也可通 主机， 通常也用来将远程终端连接到 主机 过租用或拨号串行线路进行主机到路由器，以及路由 过租用或拨号串行线路进行主机到路由器， 器到路由器的通信。 器到路由器的通信。
停止等待协议
如果发送端发出的N （3）如果发送端发出的N（S）号数据帧在传输过程 中丢失，显然， 中丢失，显然，接收端由于没有收到数据帧则无 法发出响应帧， 法发出响应帧，而发送端没有响应帧则不会再发 出下一个数据帧，由此产生死锁。 出下一个数据帧，由此产生死锁。可利用超时定 时器实现超时重发。 时器实现超时重发。 （4）数据传输过程中，接收端返回给发送端的响应 数据传输过程中， 帧了可能丢失，根据超时重发机制， 帧了可能丢失，根据超时重发机制，接收端会收 到两个同样的数据帧频。 到两个同样的数据帧频。由于每个帧都有发送序 则可判定是否重复。若是，丢弃重复帧， 号，则可判定是否重复。若是，丢弃重复帧，并 向发送端补发一个确认帧。 向发送端补发一个确认帧。
第4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。 了解：数据传输过程中差错产生的原因与性质。 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：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。 掌握：数据链路层的基本概念。 了解：面向比特型数据链路层协议实例— 了解：面向比特型数据链路层协议实例 HDLC。 。 了解： 中的数据链路层协议。 了解：Internet中的数据链路层协议。 中的数据链路层协议
19
4.3 Internet中的数据链路层
4.3.2 Internet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-点协议 点协议 • SLIP与PPP用于串行通信的拨号线路上，是目前家庭 用于串行通信的拨号线路上， 与 用于串行通信的拨号线路上 计算机或公司用户通过ISP接到 接到Internet主要的协议。 主要的协议。 计算机或公司用户通过 接到 主要的协议
21
4.3.4 PPP协议基本特点
• PPP协议是 协议是Internet标准，RFC 1660、RFC 1661定 标准， 、 定 协议是 标准 义了PPP协议与帧结构； 协议与帧结构； 义了 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 协议处理了差错检测， 协议处理了差错检测 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 向比特型协议 可以支持 协议及其他一些网络层协议 例如IPX协议）； 协议）； （例如 协议 • PPP协议不仅在拨号电话线，并且在路由器 路由器 协议不仅在拨号电话线， 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; 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 协议是在大多数家庭个人计算机和ISP之间使用的 协议是在大多数家庭个人计算机和 之间使用的 协议， 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。 的一部分。
发送方
DATA 超时
DATA ACK 重发
发送方
DATA ACK 超时
DATA ACK 重发
(c) 数据帧丢失的情况
(d) 响应帧丢失的情况
12
停止等待协议
发送端将序号为N （1）发送端将序号为N（s）的数据帧发送给 接收端，如果数据帧在传输中没有差错， 接收端，如果数据帧在传输中没有差错， 则接收端可以根据数据帧中的校验码判定 数据帧正确， 数据帧正确，于是向发送端返回一个确认 ACK）。 ）。发送端扭此发送下一个数据帧 帧（ACK）。发送端扭此发送下一个数据帧 序号为N +1的数据帧 的数据帧）。 （序号为N（s）+1的数据帧）。 假设数据在传输中出现了差错， （2）假设数据在传输中出现了差错，则接收 端根据地数据帧中的校验码判断出错， 端根据地数据帧中的校验码判断出错，向 发送端返回一个否认帧（NAK）， ），要求重发 发送端返回一个否认帧（NAK），要求重发 13 该帧。 该帧。
10
停止等待协议
1. 停止等待协议原理 停止等待协议的基本思想是： 停止等待协议的基本思想是： 发送端对 发送的数据帧加上校验码并进行顺序编号。 发送的数据帧加上校验码并进行顺序编号 。 每次按顺序发送一个帧， 每次按顺序发送一个帧 ， 然后等待接收端 的响应帧， 的响应帧 ， 并且根据响应帧来决定发送下 一个帧还是重发原来的帧。 一个帧还是重发原来的帧。
又称为停止等待式ARQ协议。 停止等待协议又称为停止等待式ARQ协议。 ARQ协议
接收方 接收方 出错帧 发送方 DATA ACK DATA 发送方 DATA NAK DATA ACK
(a) 无差错数据帧的情况 接收方 丢失帧 接收方
(b) 数据帧出错的情况 重复帧 丢失
14
停止等待协议
2. 停止等待协议的作用
用于链路差错控制， 用于链路差错控制 ， 解决诸如数据 帧出错、丢失和重复的问题。 帧出错、丢失和重复的问题。 用于链路差错控制， 用于链路差错控制 ， 解决诸如数据帧出 丢失和重复的问题。 错、丢失和重复的问题。
15
连续ARQ协议和选择重传ARQ协议
连续ARQ ARQ协议的基本原理 1. 连续ARQ协议的基本原理 发送端在发完一个数据帧后， 发送端在发完一个数据帧后， 不用等待 响应帧， 即可再连续发送若干个数据帧， 响应帧 ， 即可再连续发送若干个数据帧 ， 即使在连续发送过程中收到了接收端返回 的响应帧，还可以继续发送。 的响应帧，还可以继续发送。 如果出了差错， 如果出了差错， 则需要重发差错帧和其 前面若干帧，尽管其中可能有正确的帧。 前面若干帧，尽管其中可能有正确的帧。
22
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； • 误码率是指二进制比特在数据传输过程中被传错的概率； 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 数据链路层是将一条原始的、 网络层无差错的数据链路； 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 数据链路层完成链路管理、帧传输、流量控制、 制等功能； 制等功能；
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； 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 — 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。 作用：改善数据传输质量，向网络层提供高质量的服务。
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， 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， 为传输的二进制比特总数 为传输的二进制比特总数； 其中，N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。 为被传错的比特数
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 不一致的现象; 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； 纠正差错； • 在通信过程中产生的传输差错，是由随 在通信过程中产生的传输差错， 机差错与突发差错共同构成的。 机差错与突发差错共同构成的。
8
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