第7章 数据链路层协议及编程方法
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7.2.4 检错码与纠错码
差错控制—在通信过程中能够自动检测出错误并 进行纠正的方法；
差错控制有两种基本的方案： 纠错码：为每个分组加上足够多的冗余信息，
接收方能发现并自动纠正传输差错； 检错码：为每个分组加上一定的冗余信息，接
收方能发现传输差错，但是自己不能 纠正，必须通过重发机制来解决。
将f(x)·xK+R(x)作为整体，从发送方通过通信信道传送 到接收方；
接收方对多项式f′(x)采用同样的运算， f ′(x)·xK/G(x)=Q(x)+ R′(x)/G(x)，求得余数多项式 R′(x)；
根据计算余数多项式R′(x)是否等于接收余数多项式 R(x)判断是否出现错误。
14
CRC检错方法的特点
数据链路层提供：链路管理、帧传输、流量控 制、差错控制等功能； 数据链路层为网络层提供的服务表现在：
正确传输网络层的用户数据； 向网络层屏蔽物理层采用传输技术的差异性。
6
7.2 差错产生与差错控制方法
7.2.1 设计数据 链路层的原因
信源
通信信道
信宿
数据
噪声 (a)
数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ+噪声
7.2.2 差错产生 的原因与类型
11
7.2.5 循环冗余编码工作原理
发送方
接收方
计算机网络
发送数据 f(x) 生成多项式 G(x)
f(x) . xk
R(x)
=Q(x)+
G(x)
G(x)
实际发送:
f(x)
.
k
x+
R(x)
数据字段 校验字段
f(x) . xk + R(x)
发送
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发送数据 f '(x) 生成多项式 G(x)
f'(x) . xk
CRC校验码的检错能力很强，它除了能检查出离散错，还 能检查出突发错；
CRC校验码具有以下检错能力： 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
R'(x)
= Q(x)+
G(x)
G(x)
R'(x)= R(x) 接收正确 R'(x)≠ R(x) 接收错误
标准的CRC生成多项式：
CRC-12 G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1 CRC-16 G(x)=x16+x15+x2+1 CRC-CCITT
G(x)=x16+x12+x5+1 CRC-32
7.3.1 数据链路层协议的分类 面向字符型 面向比特型
7.3.2 面向字符型数据链路层协议 利用已定义好的一种标准字编码（如ACSII码）
的一个子集来执行通信控制功能； 典型的面向字符型数据链路层协议是二进制同
步通信（BSC）协议。
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面向字符型协议的两个明显的缺点：
一是使用不同字符集的计算机很难利用面向字 符型协议来通信；
G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8 +x7+x5+x4+x2+x+1
13
CRC校验的工作过程
发送方生成数据多项式f(x)·xK，其中K 为生成多项式 的最高幂N值减1；
将f(x)·xK除以生成多项式G（x），得 f(x)·xK/G(x)=Q(x)+R(x)/G(x)。其中，式中R(x)为余数 多项式；
传输数据
010110011001010
噪声
数据信号 与噪声信号 叠加后的波形
采样时间 接收数据 原始数据
时间 010110111001000 010110011001010
出错的位 (b)
7
7.2.3 误码率的定义
误码率是指二进制比特序列在数据 传输系统中被传错的概率；
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，
10
7.2.5 循环冗余编码工作原理
CRC检错方法的工作原理是：在发送方，将发 送数据作为一个多项式f(x)的系数，用双方预 先约定的生产多项式G(x)去除，求得一个余数 多项式。将余数多项式加到数据多项式后发送 到接收方。在接收方，用同样的生成多项式 G(x)去除接收数据多项式f’(x)，得到计算的余 数多项式。如果计算的余数多项式与接收的余 数多项式相同，表示传输无差错；否则，表示 传输有错，由发送方重发数据，直至正确为止。
Ne为被传错的比特数。
8
理解误码率的定义应该注意的几个问题：
误码率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 误码率越低就越好，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 制位，需要折合成二进制位来计算；
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位数越 大，才会越接近真正的误码率值。
计算机网络技术教程
—自顶向下的分析与设计方法
吴功宜 吴英
编著
1
第7章 数据链路层协议
及编程方法
2
主要内容
本章主要回答以下几个问题： ·数据链路层协议的主要功能是什么？ ·数据链路层协议分为哪几种类型？ ·数据链路层采取了哪些差错控制技术？ ·HDLC协议包括哪些基本内容？ ·PPP协议包括哪些基本内容？ ·Ethernet网MAC层协议包括哪些基本内容？
位的突发错。
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7.2.6 差错控制机制
反馈重发（ARQ）纠错：收发双方在发现传输 错误时，采用反馈和重发的方法来纠正错误；
反馈重发纠错的实现机制：
发送方
接收方
信源
校验码 编码器
发送 装置
接收 装置
校验码 译码器
信宿
传
存储器
输
信
道 反馈信号
控制器
反馈信号 控制器
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7.3 面向字符型数据链路层协议
二是控制字符的编码不能在用户数据字段中出 现。
数据不能“透明”传输可以采用转义字符解决。
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面向字符型协议实例—BSC协议
BSC协议中使用的控制字符
控制字符
SOH（Start of Head） STX（Start of Text） ETX（End of Text） EOT（End of Transmission） ENQ（Enquiry） ACK（Acknowledge） NAK（Negative Acknowledge） DLE（Data link Escape） SYN（Synchronous） ETB（End of Transmission Block）
3
7.1 数据链路层的基本概念
7.1.1 物理线路与数据链路 物理线路与数据链路的关系
计算机 调制解调器
电话交换网
计算机 调制解调器
物理线路 数据链路
4
7.1.2 数据链路层的主要功能
链路管理 帧同步 流量控制
差错控制 透明传输 寻址
5
7.1.3 数据链路层向网络层提供的服务
设立数据链路层的主要目的是将存在数据传输 差错的物理线路变为对于网络层来说是无差错 的数据链路；
7.2.4 检错码与纠错码
差错控制—在通信过程中能够自动检测出错误并 进行纠正的方法；
差错控制有两种基本的方案： 纠错码：为每个分组加上足够多的冗余信息，
接收方能发现并自动纠正传输差错； 检错码：为每个分组加上一定的冗余信息，接
收方能发现传输差错，但是自己不能 纠正，必须通过重发机制来解决。
将f(x)·xK+R(x)作为整体，从发送方通过通信信道传送 到接收方；
接收方对多项式f′(x)采用同样的运算， f ′(x)·xK/G(x)=Q(x)+ R′(x)/G(x)，求得余数多项式 R′(x)；
根据计算余数多项式R′(x)是否等于接收余数多项式 R(x)判断是否出现错误。
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CRC检错方法的特点
数据链路层提供：链路管理、帧传输、流量控 制、差错控制等功能； 数据链路层为网络层提供的服务表现在：
正确传输网络层的用户数据； 向网络层屏蔽物理层采用传输技术的差异性。
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7.2 差错产生与差错控制方法
7.2.1 设计数据 链路层的原因
信源
通信信道
信宿
数据
噪声 (a)
数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ+噪声
7.2.2 差错产生 的原因与类型
11
7.2.5 循环冗余编码工作原理
发送方
接收方
计算机网络
发送数据 f(x) 生成多项式 G(x)
f(x) . xk
R(x)
=Q(x)+
G(x)
G(x)
实际发送:
f(x)
.
k
x+
R(x)
数据字段 校验字段
f(x) . xk + R(x)
发送
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发送数据 f '(x) 生成多项式 G(x)
f'(x) . xk
CRC校验码的检错能力很强，它除了能检查出离散错，还 能检查出突发错；
CRC校验码具有以下检错能力： 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
R'(x)
= Q(x)+
G(x)
G(x)
R'(x)= R(x) 接收正确 R'(x)≠ R(x) 接收错误
标准的CRC生成多项式：
CRC-12 G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1 CRC-16 G(x)=x16+x15+x2+1 CRC-CCITT
G(x)=x16+x12+x5+1 CRC-32
7.3.1 数据链路层协议的分类 面向字符型 面向比特型
7.3.2 面向字符型数据链路层协议 利用已定义好的一种标准字编码（如ACSII码）
的一个子集来执行通信控制功能； 典型的面向字符型数据链路层协议是二进制同
步通信（BSC）协议。
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面向字符型协议的两个明显的缺点：
一是使用不同字符集的计算机很难利用面向字 符型协议来通信；
G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8 +x7+x5+x4+x2+x+1
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CRC校验的工作过程
发送方生成数据多项式f(x)·xK，其中K 为生成多项式 的最高幂N值减1；
将f(x)·xK除以生成多项式G（x），得 f(x)·xK/G(x)=Q(x)+R(x)/G(x)。其中，式中R(x)为余数 多项式；
传输数据
010110011001010
噪声
数据信号 与噪声信号 叠加后的波形
采样时间 接收数据 原始数据
时间 010110111001000 010110011001010
出错的位 (b)
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7.2.3 误码率的定义
误码率是指二进制比特序列在数据 传输系统中被传错的概率；
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，
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7.2.5 循环冗余编码工作原理
CRC检错方法的工作原理是：在发送方，将发 送数据作为一个多项式f(x)的系数，用双方预 先约定的生产多项式G(x)去除，求得一个余数 多项式。将余数多项式加到数据多项式后发送 到接收方。在接收方，用同样的生成多项式 G(x)去除接收数据多项式f’(x)，得到计算的余 数多项式。如果计算的余数多项式与接收的余 数多项式相同，表示传输无差错；否则，表示 传输有错，由发送方重发数据，直至正确为止。
Ne为被传错的比特数。
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理解误码率的定义应该注意的几个问题：
误码率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 误码率越低就越好，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 制位，需要折合成二进制位来计算；
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位数越 大，才会越接近真正的误码率值。
计算机网络技术教程
—自顶向下的分析与设计方法
吴功宜 吴英
编著
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第7章 数据链路层协议
及编程方法
2
主要内容
本章主要回答以下几个问题： ·数据链路层协议的主要功能是什么？ ·数据链路层协议分为哪几种类型？ ·数据链路层采取了哪些差错控制技术？ ·HDLC协议包括哪些基本内容？ ·PPP协议包括哪些基本内容？ ·Ethernet网MAC层协议包括哪些基本内容？
位的突发错。
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7.2.6 差错控制机制
反馈重发（ARQ）纠错：收发双方在发现传输 错误时，采用反馈和重发的方法来纠正错误；
反馈重发纠错的实现机制：
发送方
接收方
信源
校验码 编码器
发送 装置
接收 装置
校验码 译码器
信宿
传
存储器
输
信
道 反馈信号
控制器
反馈信号 控制器
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7.3 面向字符型数据链路层协议
二是控制字符的编码不能在用户数据字段中出 现。
数据不能“透明”传输可以采用转义字符解决。
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面向字符型协议实例—BSC协议
BSC协议中使用的控制字符
控制字符
SOH（Start of Head） STX（Start of Text） ETX（End of Text） EOT（End of Transmission） ENQ（Enquiry） ACK（Acknowledge） NAK（Negative Acknowledge） DLE（Data link Escape） SYN（Synchronous） ETB（End of Transmission Block）
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7.1 数据链路层的基本概念
7.1.1 物理线路与数据链路 物理线路与数据链路的关系
计算机 调制解调器
电话交换网
计算机 调制解调器
物理线路 数据链路
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7.1.2 数据链路层的主要功能
链路管理 帧同步 流量控制
差错控制 透明传输 寻址
5
7.1.3 数据链路层向网络层提供的服务
设立数据链路层的主要目的是将存在数据传输 差错的物理线路变为对于网络层来说是无差错 的数据链路；