计算机网络第5章 局域网技术与数据链路层协议

5.2.6 海明码工作原理
由信息位算得的海明码冗余位
信息位
a6 a5 a4 a3 0000 0001 0010
冗 余 位
a2 a1 a0 000 011 101
信 息 位
a6 a5 a4 a3 1000 1001 1010
冗 余 位
a2 a1 a0 111 100 010
0011
0100 0101 0110 0111
110
110 101 011 000
1011
1100 1101 1110 1111
001
001 010 100 111
5.2.6 海明码工作原理
信息位
冗余位
0 1 1 0 0 0
0 0 0 1 1 1
0 1 1 0 0 1
1 0 1 0 0 0
0 0 0 1 1 0
1 1 0 1 1 1
1 0 1 0 0 1
5.3.4 滑动窗口协议
2．滑动窗口协议工作原理
发送窗口 Ws
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
(a) 允许发送0-4号帧
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
(b) 允许发送1-5号帧 已收到确认
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
已收到的确认
(c) 允许发送4-0号帧
5.3.4 滑动窗口协议
2．滑动窗口协议工作原理
接收窗口 Wr
0
1
若S=0，则无错；若S=1，则有错。
5.2.6 海明码工作原理
码字 n(bit) = k+r，k: 信息位、r: 冗余位
若用r个监督关系式产生r个校正因子，区分无错、码字中n个不同
位置的位错，则要求 即： 以k=4为例，要满足上述不等式，则r≥3（取r=3，则n=k+r=7）
表8-3 S2S1S0值与错码位置的对应 S2S1S0 错码位置 000 无错 001 a0 010 a1 100 a2 011 a3 101 a4 110 a5 111 a6
5.1.3 向网络层提供的服务
介于物理层与网络层之间（第2层），其目的：将物理线路（存在传输 差错）成为无差错数据链路（对网络层来说） 实现链路管理、帧传输、流量控制、差错控制等功能。 为网络层屏蔽物理传输介质、传输技术的差异性（异构互联）。 为网络层提供服务：正确传输网络层分组数据；屏蔽物理层传输技术的
计算机 调制解调器 调制解调器 计算机
电话交换网
物理线路 数据链路
物理线路与数据链路的关系
5.1.2 数据链路层主要功能
链路管理：数据链路建立、维持和释放
帧同步：准确区分数据帧开始和结束
流量控制：避免链路拥塞，控制数据发送速率 差错控制：接收方能够发现并纠正传输错误 透明传输：保证所有数据比特组合，都应当能够在链路上传送 寻址：保证每帧都能送到正确的目的站
帧，其编号也是0-7。
第二种情况：所有确认帧全部丢失，发送方要重发8个旧数据帧，其编 号仍为0-7。 问题：接收方无法判定新旧数据帧（即Ws=8不行）。 结论：若接收窗口Wr=1，则发送窗口的大小Ws≤2 n-1时，ARQ协议才 能正确运行
5.5 局域网参考模型与以太网工作原理 5.5.1 IEEE 802参考模型
第5章 局域网技术与数据链路层协议
数据链路层协议主要功能 数据链路层协议主要类型
数据链路层差错控制技术
以太网MAC层协议基本内容
5.1 数据链路层基本概念
5.1.1 链路与数据链路
链路：一条点到点的物理线路（中间没有任何其它交换结点） 数据链路：物理线路/传输设备+规程（软硬件）。保证数据传输正确性 通路由许多链路串接而成（链路是通路的组成部分）
8
9
丢弃
(b) 选择重发方式
5.3.4 滑动窗口协议
1． 滑动窗口的基本概念
发送方连续发送帧数量受接收方控制（根据接收缓冲区剩余空间来
限制发送帧节奏），避免传输过程出现拥塞。 滑动窗口：将已发送（但未被确认）的数据帧数目加以限制，达到
流量控制目的。
设置发送窗口Ws ：对发送方进行流量控制（Ws代表在还没有收到 接收方确认信息的情况下发送方最多可以发送的数据帧数。 特例： 当Ws=1，为单帧停止等待协议
5.2.4 检错码、纠错码
检错码：自动发现差错的编码
纠错码：不仅能发现差错，且能自动纠正差错的编码。 编码效率R：
k k R n k r
R越高，用来传送信息码元的有效利用率越高
5.2.5 循环冗余码工作原理
CRC（多项式循环冗余）检错的工作原理
发送方： 生成多项式f(x)· xk（k为多项式最高幂n值） 将f(x)· xk除以多项式G(x)，f(x)· xk/G(x) = Q(x)+R(x)/G(x)（R(x)为余数多项式 将f(x)· xk+R(x)作为整体，发送到接收方
5.2.2 差错产生原因、类型
传输差错：数据经过通信信道，
信源
通信信道
信宿
数据
噪声 (a)
数据+ 噪声
接收数据与发送数据不一致
传输数据 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0
差错控制方法：查错、纠错 噪声：热噪声、冲击噪声
数据信号波形
噪声 数据信号与 噪声信号叠 加后的波形 采样时间 传输数据 原始数据 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0
数据链路层 物 理 层
5.5.1 IEEE 802参考模型
2． IEEE802标准体系结构
802.1标准：定义局域网体系结构、网络互联、网络管理与性能测试 802.2标准：定义LLC子层功能与服务 定义不同介质访问控制技术的相关标准 IEEE802标准 802.3标准：定义CSMA/CD介质访问控制子层与物理层标准 802.11标准：定义无线局域网访问控制子层与物理层标准。 802.15标准：定义近距离无线个人网络访问控制子层与物理层标准
接收方：
对多项式f’(x)采用运算，f’(x)· xk/G(x) = Q(x)+ R’(x)/G(x)，得余数多项式R’(x) 根据R’(x)=R(x) ？，判断是否出现错误
5.2.5 循环冗余码工作原理
1．CRC（多项式循环冗余）检错的工作原理
发送方 接收方
发送数据 f ( x ) 生成多项式 G ( x ) f ( x) x k R( x) Q( x) G( x) G( x) 实际发送： f ( x ) x k R ( x )
5.2.6 海明码工作原理
表8-3 S2S1S0值与错码位置的对应 S2S1S0 000 001 010 100 011 101 110 111
错码位置
无错
a0
a1
a2
a3
a4
a5
a6
发送端编码时，信息位a6、a5、a4、a3值取决于输入信号（随机）。冗余位 a2、a1、a0值根据信息位取值决定（监督关系式计算）
2
3
停止等待协议
5.3.2 单帧停止等待协议
2．单帧停止等待协议效率分析
开始 发送帧1 帧1 帧1 传 输 总 延 时 数据帧发送延时tf 数据帧处理延时tpr ACK1 确认帧发送延时ta 传播延时tp 开始 发送帧2 帧2 确认帧处理延时tpr 发送方 接收方
帧传输总延时tT ：
传播延时tp
向发送方返回相应的应答帧。
发送方 0 1 2 3 4 5 2 3
重传
4
5
6
接收方
0 ACK0
1 ACK1
2 NAK
3
4
5
2 ACK2
3 ACK3
4
5
6
丢弃
(a) 拉回重发方式
重传
发送方
0
1
2
3
4
5
2
6
7
8
9
接收方
0 ACK0
1 ACK1
2 NAK
3
4 ACK3
5 ACK4
2 ACK5
6 ACK2
7 ACK6
p 个码字组成矩阵 每行一个码字
图8-4 海明码用于突发错误的情况
5.2 差错产生与差错控制方法 5.2.7 差错控制机制（ARR纠错）
自动反馈重发（ARR纠错）：收发双方在发现帧传输错误时，采用反馈/
重发方法纠正错误。
接收方通过检错码检查接收数据是否正确，发现传输错误就采用ARR纠错
发送方 信源 校验码 编码器 发送 装置 接收 装置 接收方 校验码 译码器 信宿
1． IEEE802参考模型的研究背景 1980年2月，IEEE成立局域网标准委员会（简称IEEE802委员会） 研究重点：解决局部范围内计算机组网问题
OSI参考模型 应 表 会 传 网 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层 IEEE 802参考模型 逻辑链路控制 （LLC）子层 介质访问控制 （MAC）子层 物 理 层
图8-6 数据链路层协议模型的分类
5.3.2 单帧停止等待协议
1．单帧停止等待协议工作原理
发送方每次发送一帧后，需要等待确认帧返回，再发送下一帧
发送方收到否认帧（数据帧错），重新发送出错的数据帧 优点：协议简单、容易实现
缺点：帧传输效率低下
发送方
1
ACK
2
NAK
2
ACK