第3章1广域网的数据链路层

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CRC校验码的检错能力:K为生成多项式的最高次数
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%； • • • • •
已知:发送1010001101(10位),p=110101(6位),计算CRC校 验码,并验证传输结果是否出错
得到的n位余数R，不足n位在左边补零
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CRC中除数的生成多项式描述法
常用生成多项式G(x)来描述除数P，生成多
项式G(x)与已知除数P的关系是：
将除数P看成是只有0和1两个系数的一个多项 式的系数序列。n位除数P对应一个n-1次多项式。 对应关系如：已知除数P为“1010001”，则 生成多项式G（x）描述为6次多项式:x6+x4+1
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3.2差错检测
噪声引起数据通信差错
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噪声无时不在
一、两种主要差错：
随机差错：随机热噪声引起
随机热噪声是由传输介质中的电子热运动引起的，是 信道固有的、持续存在的 幅度较小，频谱较宽
突发差错：冲击噪声引起
冲击热噪声是由外界某种原因突发产生的热噪声，由
外界电磁干扰等引起，具有突发性； 噪声幅度较大，造成多个比特的差错，是传输中产生 差错的主要原因 突发差错并不意味着所有的位都是错误的，它只意味 着至少第一位和最后一位是错误的 突发长度：突发差错发生的第一个码元到有错的最后 8 一个码元间所有码元的个数。
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面向字符型数据链路层协议的缺点：
• • • • • 使用不同字符集的系统之间难以通信； 数据传输的透明性较差（控制字符可能出现在数据正文） 增加功能需要增加新的控制字符,扩展困难 通信双方采用停等方法，传输效率低。 协议不对控制字段进行差错控制，可靠性差
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HDLC协议与PPP协议
Ê Ô × ´ × Ó Í ø
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四、常用的检错码 • 奇偶校验码：简单,检错能力较差 • 循环冗余校验码（CRC） :有线链路 数据链路层应用最普遍最有效的检 错码
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五、奇偶校验码
1.垂直奇（偶）校验 2.水平奇（偶）校验 3.水平垂直奇（偶）校验（方阵码）
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奇偶校验码
1.什么是奇偶性？ 一个二进制码字，如果它的码元有奇数个1 就称为具有奇性；有偶数个1称为具有偶性；
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点对点通信情况:路由器--路由器点到点互联
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3.4.2面向比特型数据链路层协议实例—— 高级数据链路控制HDLC 一、HDLC的优点：
纠错码： • 接收端能发现并自动纠正传输差错。 • 冗余信息多，一般应用于错误发生频繁的信道上 检错码： • 接收端能发现出错，不能纠正传输差错。 • 冗余信息少，一般用于可靠性高的信道上
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介绍原理
编码的性能指标
包含信息位和冗余位的单元被称为码字， 其中信息位k位，冗余位r位 编码效率R：码字中信息位所占的比例 R=k/(k+r) 漏检率：信息位出错但是接收者漏检的概率
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3.0 数据链路层的基本概念
1.物理链路与数据链路 • 物理链路:就是一条点到点的物理线路段， 中间没有任何其他的交换结点。 • 数据链路(逻辑链路):实现通信协议的硬件 和软件加到物理线路上,构成了数据链路
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为什么要设计数据链路层？
• 在原始物理链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： 将有差错的物理链路改进成无差错的数据链路； 改善数据传输质量，向网络层提供高质量的服务。 • 方法:差错检测、差错控制、流量控制
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练习
• 若采用后退N帧ARQ协议进行流量控制， 帧编号为7位，则发送窗口的最大长度 为 。 A. 7 B. 8 C. 127 D. 128
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3.4数据链路层协议举例
3.4.1 面向字符型的二进制同步通信BSC 3.4.2 高级数据链路控制HDLC 3.4.3 点对点协议PPP
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3.4.1面向字符型数据链路层协议：BSC
2.什么是奇偶校验？ 给每一个码字加上一个校验位，使它具有 奇性或偶性, 就是奇校验或偶校验。
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垂直奇偶校验码
发送的信息块分成定长为p位的若干段（列）。
每段增加一个奇（偶）校验冗余位ri ：
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数据的排放是先从上到下第一列，再第二列
垂直奇偶校验码
编码效率:p/p+1
能力：
检测出每列（段）中所有奇数个错； 突发错误的漏检率为50%。
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面向字符型BSC协议的数据报文格式
SOH（start of heading）：报头开始
STX（start of text）：正文开始 ETB（end of transmission block）：正文信息组结束 ETX（end of text）：正文结束 SYN（synchrous）：同步
课后练习99页6题
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练习
• 为了进行差错控制，必须对传送的数据帧进行校验。 在局域网中广泛使用的校验方法是 (1) 校验。 CRC—16 标 准 规 定 的 生 成 多 项 式 为 G(x)=X16+X15+X2+l ，它产生的校验码是 (2) 位，接 收端发现错误后采取的措施是(3)。如果CRC的生成 多项式为G(X)=X4+X+1，信息码字为10110，则计算 出的CRC校验码是(4)。 (1)A．奇偶 B．海明 C．格雷 D．循环冗余 (2)A．2 B ．4 C．16 D．32 (3)A. 自动纠错 B．报告上层协议 C．自动请求重发 D．重新生成原始数据 (4)A．0100 B．1010 C．0111 D．1111 30
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循环冗余校验码(CRC)
循环冗余检错码的计算
• 已知：被传输数据块DATA,包含有k位；P是发 送方和接受方均已知的除数,它的第一位和最 后一位必须是1，共n+1位
• 计算DATA的CRC码：
1.将DATA乘以2的n次幂,即将DATA左移n位添零得 到DATA0；(除数P是n+1位)
2.用DATA0除以P，采用模二运算，得到的n位余 数R就是DATA的CRC码 3.最终传送的数据DATAT=DATA0+R,它必被P整除 22
3.3 可靠传输协议
• 使用确认和超时重传机制的可靠传输协议 称为自动重发请求ARQ协议(Automatic Repeat Request) • ARQ协议分为停--等ARQ和连续ARQ,连 续ARQ分为后退N ARQ和选择重传ARQ P71
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关于滑动窗口大小的选择
假设序号字段占用k比特，则帧的序号范围 是[0，2k-1] ，结论： • 后退N帧协议：发送窗口和接收窗口的最 大尺寸为2k-1 • 选择重传协议：发送窗口和接收窗口的最 大尺寸为2k-1
(Binary Synchronous Communication)
面向字符型协议
利用已定义好的一种标准字编码(如 ASCII码、EBCDIC码等)的一个子集执行 通信控制功能。
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ASCII码的字符子集
格式字符： SOH（start of heading）：报头开始 STX（start of text）：正文开始 ETB（end of transmission block）：正文信息组结束 ETX（end of text）：正文结束 控制字符： ACK（acknowledge）：肯定应答 NAK（negative acknowledge）：否定应答 ENQ（enquire）：询问对方，并要求回答 EOT（end of transmission）：传输结束 SYN（synchrous）：同步 DLE（data link escape）：转义字符
二、误码率：
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： 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。 • 电话线路：4800-9600b/s传输速率时，平均误 码率为0.01-0.0001之间
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三、差错检测编码：
两种处理错误的策略 两种差错控制编码:纠错码、检错码
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2 数据链路控制的具体功能
• 链路管理：数据链路的建立、维持、释放 • 帧定界：接收方应当能够从收到的比特流中识 别一帧的起始与结束 • 帧的透明传输 • 差错检测 • 差错控制 • 流量控制 • 寻址
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3.1 帧定界
1.什么是帧定界？
接收方能够从收到的比特流中识别一帧的 起始与结束
2.帧定界分类：
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• 基本原理: 已知：一个被传输数据块DATA, k位长, 已知数P, n+1位长 发送方要产生一个n位长的检错码.把检 错码加到数据DATA后面,组成一个包含有k+n 位的发送帧T，使T能被已知数P整除. 发送帧T. 当接收方把接收到的帧T’除以P，若能 整除，则认为无差错；否则，认为出错。
• 检验差错:
收到DATAT’=DATA0’+ R’ 如果DATAT’采用模二运算仍然能够被P 整除,则认为没有发生传输差错
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