计算机网络自顶向下方法第五章讲义
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可能或不能经链路提供可靠 数据传输
运输类比
➢ 从普林斯顿到洛桑的旅行
豪华轿车:普林斯顿到JFK
飞机: JFK到日内瓦 火车:日内瓦到洛桑
➢ 旅行者 = datagram ➢ 运输各段 = 通信链路 ➢ 运输模式 = 链路层协议 ➢ 旅行代理人= 选路算法
第5章 链路层和局域网
链路层服务
➢ 成帧, 链路访问:
碰撞 如果节点同时接收到两个或更多信号
多路访问协议
➢ 决定节点怎样共享信道的分布式算法，如决定何时 节点能够传输
➢ 有关信道共享的通信必须使用信道本身!
不用带外信道来协调
第5章 链路层和局域网
理ຫໍສະໝຸດ Baidu的多路访问协议
有线链路 无线链路 局域网
➢ 第二层的分组叫帧, 封装数据报
数据链路层具有经一条链路从一个节点传输 数据到相邻节点的能力
“link”
第5章 链路层和局域网
链路层: 相关内容
➢ 使用不同的链路协议经不 同的链路传输数据报:
如第一段链路是以太网，中 间链路是帧中继，最后链路 是 802.11
➢ 每个链路协议 提供不同的 服务
第5章 链路层和局域网
多路访问链路和协议
两类 “链路”:
➢ 点对点
用于拨号接入的PPP 在以太网交换机和主机之间的点对点链路
➢ 广播 (共享线路或媒体)
传统的以太网 向上游的HFC 802.11无线LAN
第5章 链路层和局域网
多路访问协议
➢ 单一共享广播信道 ➢ 节点的两个或更多的并行传输：干扰
➢ 5.1 概述与服务 ➢ 5.2 差错检测和纠错 ➢ 5.3 多路访问协议 ➢ 5.4 链路层编址 ➢ 5.5 以太网 ➢ 5.6 链路层交换机 ➢ 5.7 PPP ➢ 5.8 链路虚拟化
第5章 链路层和局域网
链路层: 概述
某些术语:
➢ 主机和路由器是节点 ➢ 连接沿通信路径的相邻节点的路
径是链路
➢ 发送方用位串D及 G(x)进行某种运算得到校验和R，并在帧 的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多项式(D+R)能被 G(x) 整除
➢ 接收方收到后，用 G(x) 除多项式，若有余数则传输有错。
第5章 链路层和局域网
CRC例子
希望: D.2r XOR R = nG
等价为:
D.2r = nG XOR R
管如此，还可能有错。详
计算步骤: 求和，回卷，求反
情见后….
第5章 链路层和局域网
循环冗余码校验
➢ 循环冗余校验码CRC是计算机网络和数据通信中使 用最为广泛的检错码之一。
检错能力强 （硬件）实现简单
➢ 广泛用于实践中 (ATM, HDLC)
被发送的数据比特
比特 模式
数学公式
第5章 链路层和局域网
计算机网络
2014年9月 国防科技学院
计算机网络
第5章 链路层和局域网
第5章 链路层和局域网
第5章 链路层和局域网
我们的目标:
➢ 理解支撑数据链路层服务的原则:
差错检测, 纠正 共享广播信道: 多路访问 链路层编址
可靠数据传输, 流量控制: 前面已分析过
➢ 各种链路层技术实例与实现
第5章 链路层和局域网
EDC= 冗余数据 D = 信息数据 • 差错检测不是100%可靠 • 较大的EDC字段产生更 好的检测和纠正
第5章 链路层和局域网
奇偶校验
专门设置一个奇偶校验位 ，用它使这组代码中“1” 的个数为奇数或偶数。
二维比特奇偶校验:
检测和纠正单个比特差错
单比特奇偶校验:
检测单个比特差错
奇偶 比特
0
无差错
等价为:
如果我们用G除以 D.2r, 余数为 R
R = 余数[ DG.2r]
多项式除法：模2除法（具体使用模2减法，即模2加法）
第5章 链路层和局域网
➢ 5.1 概述与服务 ➢ 5.2 差错检测和纠错 ➢ 5.3多路访问协议 ➢ 5.4 链路层编址 ➢ 5.5 以太网 ➢ 5.6 链路层交换机 ➢ 5.7 PPP ➢ 5.8 链路虚拟化
第5章 链路层和局域网
➢ 5.1 概述与服务 ➢ 5.2 差错检测和纠错 ➢ 5.3多路访问协议 ➢ 5.4 链路层编址 ➢ 5.5 以太网 ➢ 5.6 链路层交换机 ➢ 5.7 PPP ➢ 5.8 链路虚拟化
第5章 链路层和局域网
差错检测基本原理
➢ 发送方：信息数据+冗余数据 ➢ 接收方：检查信息数据和冗余数据的关系，发现差错
CRC原理
➢ 将待发送的位串D看成系数为 0 或 1 的多项式 例：D=101110000 D(x)=1x8 + 0x7 + 1x6 + 1x5 + 1x4 + 0x3 + 0x2 + 0x + 0x0 = x8 + x6 + x5 + x4
➢ 收发双方约定一个生成多项式 G(x) CRC-8 : x8+x2+x+1 CRC-16 ：x16+x15+x2+1
奇偶 差错
0
奇偶差错
可纠正的单比特 差错
第5章 链路层和局域网
互联网检查和
发送方:
接收方:
➢ 将段内容作为16比特整 数序列来处理
➢ 检查和: 段内容相加(补 码和)
➢ 发送方将检查和的值放 入 UDP 检查和字段
➢ 计算接收到段的检查和
➢ 检查是否计算的检查和等于 检查和字段的值:
NO – 检测到差错 YES – 没有检测到差错. 尽
数据报
链路层协议
接收节点
帧 适配器
帧 适配器
➢ 在“适配器”(又称为NIC) 中实现链路层
以太网卡，PCMCIA卡, 802.11卡
➢ 发送侧:
将数据报封装在帧中 增加差错检测比特，可靠数
据传输，流量控制, 等
➢ 接收侧
查找差错，可靠数据传输， 流量控制, 等
提取数据报，传递到接收节 点
➢ 适配器是半自治的 ➢ 链路和物理层
相邻发送和接收节点间的步调一致
➢ 差错检测:
差错由信号衰减、噪声所致 接收方检测差错的存在
信号发送方负责重传或丢弃帧
➢ 纠错:
接收方识别和纠正比特差错，而不采取重传
➢ 半双工 and 全双工
使用半双工, 链路的两端节点能够传输，但不能同时
第5章 链路层和局域网
网络适配器实现链路层通信
发送节点
将数据报封装进帧，加上首部和尾部 如果共享媒体，信道访问 位于帧首部的“MAC”地址标识源、目的地
不同于IP地址!
➢ 相连节点间的可靠交付
在比特差错低的链路很少使用 (光纤，某些双绞线) 无线链路: 高差错率
问题: 为什么同时使用链路级和端到端可靠性?
第5章 链路层和局域网
链路层服务(续)
➢ 流量控制:
运输类比
➢ 从普林斯顿到洛桑的旅行
豪华轿车:普林斯顿到JFK
飞机: JFK到日内瓦 火车:日内瓦到洛桑
➢ 旅行者 = datagram ➢ 运输各段 = 通信链路 ➢ 运输模式 = 链路层协议 ➢ 旅行代理人= 选路算法
第5章 链路层和局域网
链路层服务
➢ 成帧, 链路访问:
碰撞 如果节点同时接收到两个或更多信号
多路访问协议
➢ 决定节点怎样共享信道的分布式算法，如决定何时 节点能够传输
➢ 有关信道共享的通信必须使用信道本身!
不用带外信道来协调
第5章 链路层和局域网
理ຫໍສະໝຸດ Baidu的多路访问协议
有线链路 无线链路 局域网
➢ 第二层的分组叫帧, 封装数据报
数据链路层具有经一条链路从一个节点传输 数据到相邻节点的能力
“link”
第5章 链路层和局域网
链路层: 相关内容
➢ 使用不同的链路协议经不 同的链路传输数据报:
如第一段链路是以太网，中 间链路是帧中继，最后链路 是 802.11
➢ 每个链路协议 提供不同的 服务
第5章 链路层和局域网
多路访问链路和协议
两类 “链路”:
➢ 点对点
用于拨号接入的PPP 在以太网交换机和主机之间的点对点链路
➢ 广播 (共享线路或媒体)
传统的以太网 向上游的HFC 802.11无线LAN
第5章 链路层和局域网
多路访问协议
➢ 单一共享广播信道 ➢ 节点的两个或更多的并行传输：干扰
➢ 5.1 概述与服务 ➢ 5.2 差错检测和纠错 ➢ 5.3 多路访问协议 ➢ 5.4 链路层编址 ➢ 5.5 以太网 ➢ 5.6 链路层交换机 ➢ 5.7 PPP ➢ 5.8 链路虚拟化
第5章 链路层和局域网
链路层: 概述
某些术语:
➢ 主机和路由器是节点 ➢ 连接沿通信路径的相邻节点的路
径是链路
➢ 发送方用位串D及 G(x)进行某种运算得到校验和R，并在帧 的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多项式(D+R)能被 G(x) 整除
➢ 接收方收到后，用 G(x) 除多项式，若有余数则传输有错。
第5章 链路层和局域网
CRC例子
希望: D.2r XOR R = nG
等价为:
D.2r = nG XOR R
管如此，还可能有错。详
计算步骤: 求和，回卷，求反
情见后….
第5章 链路层和局域网
循环冗余码校验
➢ 循环冗余校验码CRC是计算机网络和数据通信中使 用最为广泛的检错码之一。
检错能力强 （硬件）实现简单
➢ 广泛用于实践中 (ATM, HDLC)
被发送的数据比特
比特 模式
数学公式
第5章 链路层和局域网
计算机网络
2014年9月 国防科技学院
计算机网络
第5章 链路层和局域网
第5章 链路层和局域网
第5章 链路层和局域网
我们的目标:
➢ 理解支撑数据链路层服务的原则:
差错检测, 纠正 共享广播信道: 多路访问 链路层编址
可靠数据传输, 流量控制: 前面已分析过
➢ 各种链路层技术实例与实现
第5章 链路层和局域网
EDC= 冗余数据 D = 信息数据 • 差错检测不是100%可靠 • 较大的EDC字段产生更 好的检测和纠正
第5章 链路层和局域网
奇偶校验
专门设置一个奇偶校验位 ，用它使这组代码中“1” 的个数为奇数或偶数。
二维比特奇偶校验:
检测和纠正单个比特差错
单比特奇偶校验:
检测单个比特差错
奇偶 比特
0
无差错
等价为:
如果我们用G除以 D.2r, 余数为 R
R = 余数[ DG.2r]
多项式除法：模2除法（具体使用模2减法，即模2加法）
第5章 链路层和局域网
➢ 5.1 概述与服务 ➢ 5.2 差错检测和纠错 ➢ 5.3多路访问协议 ➢ 5.4 链路层编址 ➢ 5.5 以太网 ➢ 5.6 链路层交换机 ➢ 5.7 PPP ➢ 5.8 链路虚拟化
第5章 链路层和局域网
➢ 5.1 概述与服务 ➢ 5.2 差错检测和纠错 ➢ 5.3多路访问协议 ➢ 5.4 链路层编址 ➢ 5.5 以太网 ➢ 5.6 链路层交换机 ➢ 5.7 PPP ➢ 5.8 链路虚拟化
第5章 链路层和局域网
差错检测基本原理
➢ 发送方：信息数据+冗余数据 ➢ 接收方：检查信息数据和冗余数据的关系，发现差错
CRC原理
➢ 将待发送的位串D看成系数为 0 或 1 的多项式 例：D=101110000 D(x)=1x8 + 0x7 + 1x6 + 1x5 + 1x4 + 0x3 + 0x2 + 0x + 0x0 = x8 + x6 + x5 + x4
➢ 收发双方约定一个生成多项式 G(x) CRC-8 : x8+x2+x+1 CRC-16 ：x16+x15+x2+1
奇偶 差错
0
奇偶差错
可纠正的单比特 差错
第5章 链路层和局域网
互联网检查和
发送方:
接收方:
➢ 将段内容作为16比特整 数序列来处理
➢ 检查和: 段内容相加(补 码和)
➢ 发送方将检查和的值放 入 UDP 检查和字段
➢ 计算接收到段的检查和
➢ 检查是否计算的检查和等于 检查和字段的值:
NO – 检测到差错 YES – 没有检测到差错. 尽
数据报
链路层协议
接收节点
帧 适配器
帧 适配器
➢ 在“适配器”(又称为NIC) 中实现链路层
以太网卡，PCMCIA卡, 802.11卡
➢ 发送侧:
将数据报封装在帧中 增加差错检测比特，可靠数
据传输，流量控制, 等
➢ 接收侧
查找差错，可靠数据传输， 流量控制, 等
提取数据报，传递到接收节 点
➢ 适配器是半自治的 ➢ 链路和物理层
相邻发送和接收节点间的步调一致
➢ 差错检测:
差错由信号衰减、噪声所致 接收方检测差错的存在
信号发送方负责重传或丢弃帧
➢ 纠错:
接收方识别和纠正比特差错，而不采取重传
➢ 半双工 and 全双工
使用半双工, 链路的两端节点能够传输，但不能同时
第5章 链路层和局域网
网络适配器实现链路层通信
发送节点
将数据报封装进帧，加上首部和尾部 如果共享媒体，信道访问 位于帧首部的“MAC”地址标识源、目的地
不同于IP地址!
➢ 相连节点间的可靠交付
在比特差错低的链路很少使用 (光纤，某些双绞线) 无线链路: 高差错率
问题: 为什么同时使用链路级和端到端可靠性?
第5章 链路层和局域网
链路层服务(续)
➢ 流量控制: