第四章 数据链路控制

4、群计数码
将数据码中“1”的个数以确定的冗余比特数表示， 并与数据码一起构成校验码。 如：数据码“10011”中有三个“1”，则校验码为： 10011011
5、循环冗余校验码（Cyclic Redundancy Code）
（1）（n,k）码： 即：数据码为：k位，冗余码为(n-k）位， 则：其合法编码有2k个。 例如：(7,3)码的合法编码有八个： 000 0000 100 1110 001 1101 011 1010 111 0100 110 1001 101 0011 010 0111
2 3
暂存
4 1
5 6
7
0
一起交上 层处理
( 3) 当接收方发出的确认帧丢失
超时间隔 超时 重发
发 WT = 7
0
1
2 3
4 1
5 6
7
0
收 WR = 1
0
1
2 3
4 1
5 6
7
0
丢弃重 复帧
四、高级数据链路控制（HDLC）
1、面向字符与面向比特流的通信
（1）面向字符的同步通信方式（如：IBM的BSC规程） 所谓面向字符就是说在链路上所传送的数据必须 是由规定字符集（例如ASCII码）中的字符所组成。在 链路上传送的控制信息也必须由同一字符集中的若干 指定的控制字符构成。这种面向字符的链路控制规程 在计算机网络的发展过程中曾起了重要的作用，但它 存在通信线路的利用率低、可靠性较差、不易扩展等 缺点，所以具有更大的灵活性和更高的效率的面向比 特型协议逐渐成为数据链路层的主要协议。
D
D
三、差错处理与控制
通常的差错处理技术有：
• • • • • 差错检测技术； 确认帧技术； 否认帧技术； 差错重发技术； 超时重发技术。
Automation Repeat reQuest------ARQ
目前已有的ARQ标准有：
• Stop-and-Wait ARQ • Go-back-N Frame ARQ • Selective Reject ARQ
注意：通常用在数据码长不大的情况下，能检查出传输
中码组的所有奇数个错误，但不能发现偶数个错误。
2、水平一致校验码
水平一致校验码将信息码元先以适当长度划分成小 组，各小组按行排列，对各行的信息元进行奇偶校验， 得到的校验元附在每行的后面。 通常使用偶校验：
1 0 1 1 0
0 1 0 1 0
1 1 0 0 1
解题参考： “a”的ASCII为：1100001，所以有： 1 2 3 4 5 1 A 6 0 7 8 9 10 11 1 A B B D D 0 有A=1 B=0 C=1 D=1
A B
1 C A B
C
0 D 0 A A B B C C D
因此，“a”的汉明编码为： 10111001001
(6) Hamming译码 在收端设一个差错计数器并置“0”，收到汉明码后， 逐个检查各校验位及其负责的数据位的偶校验特性，
则：冗余码R(x)为：1001
1001
6、R.W.Hamming码(海明/汉明码)
(1) 汉明权值(Weight)：码字中“1”的个数。 如：“100011”，其权值为：3 (2) 两码字间的汉明距离：两码字相对应位不同的个数。 例如： 100011
101010 (3) 校验码的汉明距离（汉明距）：在给定编码方法情 况下，所有合法码字间的最小汉明距离。 例如：(7,3)码共有8个合法编码： 000 001 010 011 100 101 110 111 则：最小的距离是：？？？
(4) 两个重要结论： 要发现d位错误，其编码的汉明距离至少为：d+1 要纠正d位错误，其编码的汉明距离至少为：2d+1 若dAB=3，则有： 若dAB=5，则有：
A
A’
A”
B
A
A’
A”
B
若发生1位错，dA’B=2，显然错！ 若发生2位错，dA”B=1，显然错！ 若发生3位错，A → B，不知错！
0 0 0 1 0
1 0 0 1 0
1 0 1 0 1
注意：通常能查出不大于列长个比特的错误。
3、水平垂直一致校验码---方阵码 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1
1 0 1 1 0
注意： • 能查出所有奇数个 比特的错误。 • 能查出部分偶数个 比特的错误。 • 具有一定的纠错能 力。
IBM的BSC规程：
特殊格式字符定义：
SYN：同步字符(Synchronous character)，每帧可加1 个(单同步)或2个(双同步)同步字符。 SOH：标题开始(Start of Header)。 标题：Header，包含源地址、目的地址、路由指示。 STX：正文开始(Start of Text)。 数据块：正文(Text)，由多个字符组成。 ETB:块传输结束(end of transmission block)， 标识 数据块结束。 ETX：全文结束(end of text)，(全文分为若干块传输)。 块校验：对从SOH开始，直到ETB/ETX字段的检验码。
若被破坏，则将该校验位的序号累加到计数器。待
所有校验位检查完后，若计数器的值为0，则传输正 确，否则，计数器的值即为出错的位。 1 2 A B 3 4 5 1 A C 6 0 7 8 9 10 11 1 A B B 0 0 有A=1 B=0 C=1 D=1
1 C A B
0 D 0 A A B B C C D
发 WT = 5
0 1 2 3 4 5
ACK
6 7
0
1
收 WR = 1
0
1
2 3
4 5
6 7 0
1
2、滑动窗口流量控制（Sliding Window Flow Control）
假设采用3bit帧序号，且：WT + WR ≤ 2n Buffer / Window
发 WT = 5
0 1 2 3 4 5
例如：对于(7,3)码，若数据码字为110，G(x)是x4+x3+x2+1 求其冗余校验码。
根据题意有：
xn-kM(x)=x4(x2+x)=x6+x5
101 11101 1 1 0 0 0 0 0 11101 10100 11101
x2 + 1 x4+x3+x2+1 x6+x5 x6+x5 +x4+x2 X4 +x2 x4+x3+x2+1 x3 +1
第四章 数据链路控制
主要内容：
流量控制 差错控制 同步、 链路管理 帧的封装处理、 数据收发管理、 寻址。
一、流量控制
• 主机至主机的流量控制 • 链路与链路的流量控制 • 子网与子网的流量控制
1、停等流量控制（Stop and Wait Flow Control）
（1）理想情况下： 无论发送方以多快的速 度发送数据，接收方总 能正确地处理和接收。
2 3
丢弃
4 1
2 3
交上层 处理
4
5
( 3) 当接收方发出的确认帧丢失
超时间隔 超时重发
发 WT = 7
0
1
2 3
4 1
2 3 4
5
收 WR = 1
0
1
2 3
4 1
2 3
4
5
交上层 处理
丢弃重复帧
退后N帧ARQ的链路利用率是否一定比停等ARQ高？
3、 Selective Reject ARQ---典型用于移动通信
（2）、面向比特流的同步通信（如：SDLC规程）
高级数据链路控制HDLC（High-level Data Link Control）就是一种面向比特流的协议。其特点是以位 的位置来定位各个字段，而不用控制字符。各字段内 均由位的各种组合组成。它的最早版本是IBM公司研 制的SDLC协议，用作IBM SNA网的数据链路层协议。 后来几个国际标准化组织做了少量修改，发展为多个 版本的面向比特流的协议。如ANSI的版本是ADDCP 协议，ISO的版本就是HDLC协议，CCITT的版本是 LAP协议，并作为建议书X.25的一部分。
发
收
(2) 实际应用情况下： 需要考虑主机的流控问题和差错的处理 发
ACK
收
正确
发
NAK
收
错误
重发
(1) 发
超时 重发
重发 正确
(2) 收 发
超时 重发
ACK
收
正确
如何处 理？？
重复帧 重发 正确
(3)
(4)
2、滑动窗口流量控制（Sliding Window Flow Control）
假设采用3bit帧序号，且：WT + WR ≤ 2n Buffer / Window
编码步骤： (1)用生成多项式的最高位乘以M(x)：xn-kM(x) (2)用(1)的结果除以G(x) (3)所得余数R(x)即为CRC的冗余码。
即有：
xn-kM(x) = Q(x)
G(x)
余数为： R(x)
xn-kM(x)= Q(x)G(x)+R(x)
有：xn-kM(x)+R(x) = Q(x)G(x)
停等ARQ 连续ARQ
1、 Stop-and-Wait ARQ
发
0
ACK0 1 NAK1 1 2
收 正确 错误 1
超时重发 1 超时重发 3 ACK1 1 正确 正确
重复帧处理
2、 Go-back-N Frame ARQ---典型用于以太网
(1) 接收的数据帧通过差错检测发现帧错误 发 WT = 7 0 1 2 3 1 2 3 4 5 6
CRC校验码：编 码后的数据流
（6）CRC译码方法 设：收到的信息码字多项式为：H(x) 双方协议规定的生成多项式为：G(x) H(x) 则： G(x) 能除尽，传输正确 否 则，传输错误
若传输正确，则H(x) = Q(x)G(x) Q(x)G(x) 显然是可以除尽的，反之，除不尽 G(x) 差错检测性能： 可检测出所有奇数位错； 可检测出所有双比特的错； 可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错。
(1) 接收的数据帧通过差错检测发现帧错误
发 WT > 1
0 1 2 3 1 4
5 6
ACK3
7
0
收 WR > 1
0
1
2 3
1 4
5 6
7
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0
暂存 等待1 缓存 号帧 一起交上 层处理
( 2) 当传输的数据帧丢失
超时间隔
超时 重发
发 WT > 1
0
1
2 3
4 1
5 6 7
0
收 WR > 1
0
1
等待1 号帧
ACK
6 0
1
2
收 WR = 1
0
1
2 3
4 5
6 0 1
2
二、差错编码
最常用的差错控制方法是差错控制编码。数 据信息位在向信道发送之前，先按照某种关系附 加上一定的冗余位，构成一个码字后再发送，这 个过程称为差错控制编码过程。接收端收到该码 字后，检查信息位和附加的冗余位之间的关系， 以检查传输过程中是否有差错发生，这个过程称 为检验过程。
采用“就近恢复”原则
(5) Hamming编码： • 将码字的每一位从左向右编号，最左边为第一位； • 凡是编号为2的乘幂的位均是校验位，其余为数据位；
• 将任一数据位的编号按2的最大乘幂展开成和式，和式 中每一项所对应的位均是该数据位的校验位。
• 每个校验位连同所负责的数据位一起构成偶校验。
例如：求ASCII字符“a”的Hamming编码？
（2）线性码: (n-k)位校验码是合法数据码中各位经模2 运算得到的。
（3）循环码： 对于(n-k）线性码，任一合法码字中的 一位循环右移后，仍是该集合的合法码字。 如果：C = Cn-1Cn-2…….C1C0 是合法的 则 ：C’ = Cn-2…….C1C0Cn-1 也是合法的
（4）码子多项式： 让数据码字的每一位对应于多项式 中每一位的系数。 如：数据码字： 1010101
则：码字多项式：x6 + x4 + x2 + 1
（5）CRC编码方法 设：要发送的信息码字多项式为：M(x) 双方协议规定的生成多项式为：G(x) 通信系统中，常见的生成多项式标准有： CRC－12 = x12+x11+x3+x2+x1+1 CRC－16 = x16+x15+x2+1 CRC-32 = x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+1 CRC－CCITT = x16+x12+x5+1
收 WR = 1
0
1
2 3
丢弃
1 2
交上 层处 理
3 4
5
6
等待1 号帧
一般地，当差错检测发现第I帧错误，则接收方给出否认帧 信息，发送方退回第I帧，重发第I帧及I帧的后续帧。
( 2) 当传输的数据帧丢失
超时间隔 超时重发
发 WT = 7
0
1
2 3
4 1
2 3 4
5
收 WR = 1
0
1
等待1 号帧
编码效率 =
数据比特数 数据比特数 + 冗余比特数
1、奇偶校验码
奇偶校验编码只需在信息码后附加一个校验元(或 称监督元)，使得码组中的“1”数目为偶数或奇数即可。 偶校验：保证校验码中“1”的个数为偶数
1 0 0
1 1 0
0 1
奇校验：保证校验码中“1”的个数为奇数 0 0 0 1 1 0 0 1