第4章 数据链路层

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非平衡配置有两种数据传送方式:正常响应方式NRM和异 步响应方式ARM。 平衡配置则只有异步平衡方式ABM。
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HDLC的帧结构 HDLC的帧结构
HDLC定义了三种类型的帧,即信息帧、监控帧 三种类型的帧,即信息帧、 三种类型的帧 与无编号帧。 与无编号帧
比特 8 8 8 可变 16 帧校验序 列FCS
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字符填充的首尾标识法--特点 字符填充的首尾标识法--特点 --
特点
用8位ASCII码定义帧头和帧尾的标识符 DLE STX(Data Link Escape; Start of Text) DLE ETX(Data Link Escape; End of Text ) 出现差错后无需解决再同步问题
例如:1100010增加偶校验位后为11100010 例如:
若接收方收到的字节奇偶校验结果不正确,就可以知 若接收方收到的字节奇偶校验结果不正确, 道传输中发生了错误。 道传输中发生了错误。
只能检测出奇数个位错, 只能检测出奇数个位错,偶数个位错则不能检 出。
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循环冗余码(CRC, Cyclic Redundancy Check)
停等协议 滑动窗口协议
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4.5 链路层协议举例
数据链路层协议标准,可分为两类: 数据链路层协议标准,可分为两类:面向字符的 与面向比特的链路控制协议。 与面向比特的链路控制协议。 典型的面向字符的链路控制协议为IBM公司的BSC 典型的面向字符的链路控制协议为IBM公司的BSC IBM公司的 规程;面向比特的链路控制协议为HDLC协议。 规程;面向比特的链路控制协议为HDLC协议。 HDLC协议 HDLC可适用于链路的两种基本配置,即非平衡配 HDLC可适用于链路的两种基本配置, 可适用于链路的两种基本配置 置与平衡配置。 置与平衡配置。
实际上,T(x)=2rM(x)+R(x)=[G(x)Q(x)+R(x)]+R(x) 实际上,
=G(x)Q(x) (模2运算)
所以,若接收的T(x)正确,则它肯定能被G(x)除尽。 所以, 正确, 除尽。
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+x+1的算法 帧1101011011和G(x)=x4+x+1的算法 1101011011和
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帧重复、 帧重复、帧顺序错
但是多次传送同一帧的危险是接收方可能 两次甚至多次收到同一帧, 两次甚至多次收到同一帧,为了防止这种 情况发生,通常有必要对发出的各帧编号 情况发生, ,这样接收方就能辨别出是重复帧还是新 还能分辨出帧顺序错。 帧,还能分辨出帧顺序错。
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4.4 流量控制
在数据链路层及较高层中另一个重要的设计问题 是:如何处理发送方的传送能力比接收方接收能 力大的问题? 力大的问题? 通常的解决办法是引入流量控制来限制发送方所 通常的解决办法是引入流量控制来限制发送方所 发出的数据流量, 发出的数据流量,使其发送速率不要超过接收方 能处理的速率。 能处理的速率。 流量控制方法
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差错控制编码
检错码
在发送的数据块中附加适当的冗余信息,使接收方有足 够的信息检测是否有差错 当有差错时,对发送方请求重传
纠错码
在发送的数据块中附加充足的冗余信息 接收方根据冗余信息纠正错误
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检错码:
奇偶校验码( 奇偶校验码(Parity Checking) )
在原始数据字节的最高位(或最低位) 在原始数据字节的最高位(或最低位)增加一个奇偶校 验位,使结果中1的个数为奇数 奇校验)或偶数( 的个数为奇数( 验位,使结果中 的个数为奇数(奇校验)或偶数(偶 校验)。 校验)。
组帧:发送方按照一定的格式把比特流分割成信息块 拆帧:接收方应当能从收到的比特流中准确地区分出一 帧的开始和结束在什么地方
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成帧的方法
字符计数法 字符填充的首尾标识法 位填充的首尾标识法 物理层编码违例法 如何标识帧的首尾
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字符计数法
在帧头部中使用一个字段来标明帧内字符的数量
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字符计数法的特点
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帧丢失
更复杂的情况是,一个帧可能完全丢失(比如, 更复杂的情况是,一个帧可能完全丢失(比如, 消失在突发性噪声中)。在这种情况下, )。在这种情况下 消失在突发性噪声中)。在这种情况下,发送方 将会永远等下去。 将会永远等下去。 这个问题可以通过在数据链路层中引入计时器来 这个问题可以通过在数据链路层中引入计时器来 计时器 解决, 发送方发出一帧时 发出一帧时, 解决,当发送方发出一帧时,通常也启动计时器 该计时器计到设置值的时间时清为零。 。该计时器计到设置值的时间时清为零。如果所 传出的帧或者确认信息被丢失了, 传出的帧或者确认信息被丢失了,则计时器会发 出超时信号,提醒发送方可能出现了问题, 出超时信号,提醒发送方可能出现了问题,最明 显的解决方法是重传此帧。 显的解决方法是重传此帧。
每一帧使用一个特殊的位模式,即01111110作为开始和结 束标志字节。 当发送方的数据链路层在数据中遇到5个连续的1时,它 自动在其后插入一个0到输出比特流中。这种位填充技术 类似于字符填充技术。 当接收方看到5个连续的1后面跟着一个0时,自动将此0删 去。
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位填充的首尾标识法--特点 位填充的首尾标识法--特点 --
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字符填充技术
解决办法之一是采取字符填充技术: 解决办法之一是采取字符填充技术:
使发送方的数据链路层在数据中的每个偶然遇 到的DLE字符前,插入一个DLE的ASCII码。 接收方的数据链路层在将数据交给网络层之前 丢掉这个DLE字符。
用这种方法成帧的主要缺点是帧内容要完 全依赖于8位字符,特别是ASCII字符。 ASCII字符 全依赖于8位字符,特别是ASCII字符。
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CRC校验和的计算
以数据块( 以数据块(帧, Frame)为单位进行校验 ) 将数据块构成的位串看成是系数为0或 的多项式 将数据块构成的位串看成是系数为 或1的多项式
如110001,可表示成多项式 x5 + x4 + 1 ,
若G(x)为r阶,帧为 位,其多项式为 为 阶 帧为m位 其多项式为M(x),则在帧后面添加 ,则在帧后面添加r 个0,成为 ,成为m+r位,相应多项式 rM(x) 位 相应多项式2 除以G(x):商Q(x),余R(x) 按模2除法用2rM(x)除以 除法用 除以 : , 即: 2rM(x) = G(x)Q(x)+R(x) 与余数R(x)相加,结果就是要传送的带校 相加, 按模2加法把2rM(x)与余数 加法把 与余数 相加 验和的帧的多项式T(x) : 验和的帧的多项式 即:T(x) = 2rM(x) + R(x)
特点
帧不定长 用帧头一个控制字符区分帧的首尾 按照控制字符说明的长度计数,确定帧边界
问题
控制字符的数值错误造成发送与接收不同步
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字符计数法的问题
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字符填充的首尾标识法
它在每一帧中以字符序列DLE STX开头 开头, 它在每一帧中以字符序列DLE STX开头,以DLE ETX 结束(DLE的ASCII码为0010000,STX的ASCII码为 码为0010000 结束(DLE的ASCII码为0010000,STX的ASCII码为 0000010,ETX的ASCII码为0000011)。 码为0000011 0000010,ETX的ASCII码为0000011)。 用这种方法,目的机器一旦丢失帧边界,它只需查 用这种方法,目的机器一旦丢失帧边界, STX或 ETX字符序列 字符序列, 找DLE STX或DLE ETX字符序列,就可以找到它所在 的位置。 的位置。 这个方法的问题是: 这个方法的问题是:当传送像目标程序或浮点数这 样的二进制数据时, STX或 ETX字符可能出 样的二进制数据时,DLE STX或DLE ETX字符可能出 现在数据中,这种情况会干扰帧边界的确定。 现在数据中,这种情况会干扰帧边界的确定。
6 7 8
8 标志 F
标志 地址 控制 信息 F A C Info
比特序号 信息帧I 监督帧S 无编号帧U
1 0 1 1 2 3 4 5 P/F P/F P/F
N(S) 0 2 S M
N(R) N(R) M
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Internet的链路层协议 Internet的链路层协议
用户接入Internet的一般方法有两种。 用户接入Internet的一般方法有两种。 Internet的一般方法有两种
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传送帧时可能出现的问题
位出错 帧丢失 帧重复 帧顺序错
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位出错
位出错的分布规律及出错位的数量很难限 制在预定的简单模式中, 制在预定的简单模式中,一般采用漏检率 CRC检错码再加上反馈重传 及其微小的CRC检错码再加上反馈重传的方 及其微小的CRC检错码再加上反馈重传的方 法来解决。 法来解决。 为了保证可靠传送, 为了保证可靠传送,常采用的方法是向数 据发送方提供有关接收方接收情况的反馈 信息。 信息。一个否定性确认意味着发生了某种 差错,相应的帧必须被重传。 差错,相应的帧必须被重传。这种做法即 是反馈重传。 是反馈重传。
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物理层编码违例法--示例 物理层编码违例法--示例 --
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4.3 差错控制
差错控制编码:检错码和纠错码
纠错码在计算机通信中很少使用
差错控制的基本方法:接收方进行差错检测,并向 发送方应答,告知是否正确接收。 差错控制技术
自动请求重传Automatic Repeat Request (ARQ) 自动请求重传
一种是用户通过电话线,拨号接入Internet 另一种是使用专线接入。
早期Internet使用非常简单的面向字符的 早期Internet使用非常简单的面向字符的 Internet 协议SLIP SLIP( 协议SLIP(Serial Line Internet Protocol), SLIP缺点很多 ),但 缺点很多。 Protocol),但SLIP缺点很多。 目前Internet中使用最多的是点对点协议 目前Internet中使用最多的是点对点协议 Internet PPP(Point-toProtocol)。 PPP(Point-to-Point Protocol)。
第4章
数据链路层
4.1 数据链路层的功能 4.2 成帧(帧同步) 成帧(帧同步) 4.3 差错控制 4.4 流量控制 4.5 链路层协议举例
1
4.1 数据链路层的功能
帧同步功能 差错控制功能 流量控制功能 链路管理功能
2
4.2 成帧
在数据链路层,数据的传送单位是帧。 在数据链路层,数据的传送单位是帧。 所谓帧, 所谓帧,是指把从物理层送来的比特流信息按照 一定的格式进行分割后形成的若干个信息块。 一定的格式进行分割后形成的若干个信息块。 数据一帧一帧地传送,就可以在出现差错时, 数据一帧一帧地传送,就可以在出现差错时,将 有差错的帧再重传一次, 有差错的帧再重传一次,从而避免了将全部数据 都重传。 都重传。 成帧:即组帧、 成帧:即组帧、拆帧
需要解决的问题
数据中包含定义的标识符DLE、STX和ETX 发送方插入一个相同的标识符
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字符填充的首尾标识法--示例 字符填充的首尾标识法--示例 --
源自文库
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位填充的首尾标识法
这种方法允许数据帧包含任意个数的比特, 这种方法允许数据帧包含任意个数的比特,而且 也允许每个字符的编码包含任意个数的比特。 也允许每个字符的编码包含任意个数的比特。 工作方式
差错检测原理: 差错检测原理: 收发双方约定一个生成多项式 收发双方约定一个生成多项式G(x),发送方根 , 生成多项式 据发送的数据和G(x)计算出 计算出CRC校验和并把它加 校验和并把它加 据发送的数据和 计算出 校验和 在数据的末尾。接收方则用G(x)去除接收到的 在数据的末尾。接收方则用 去除接收到的 数据,若有余数,则传输有错。 数据,若有余数,则传输有错。 校验和是16位或 位的位串 校验和是 位或32位的位串。 位或 位的位串。 CRC校验的关键是如何计算校验和。 校验的关键是如何计算校验和。 校验的关键是如何计算校验和
特点
帧以bit为单位,不以byte为单位 定义特殊的帧头和帧尾标识位模式01111110
需要解决的问题
数据中包含定义的标识位模式01111110 发送方在连续5个“1”之后插入1个“0”
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位填充的首尾标识法--示例 位填充的首尾标识法--示例 --
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物理层编码违例法
这种方法只适用于那些在物理介质的编码 策略中采用冗余编码的网络。 策略中采用冗余编码的网络。 例如,曼彻斯特编码方案中,将数据位1 例如,曼彻斯特编码方案中,将数据位1编 码成“ 码成“高—低”电平对,将数据位0编码成 低 电平对,将数据位0 “低—高”电平对,而“高—高”电平对 高 电平对, 高 和“低—低”电平对在数据编码中是违例 低 的。可以借用这些违例编码序列来定界帧 的开始和终止。 的开始和终止。
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