第3章 数据链路控制

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1、 2006工程兵工程学院 计算机教研室第三章n3.1 数据链路层的基本概念n3.2 帧和帧同步技术n3.3 差错检测和纠错技术n3.4 数据链路控制机制n3.5 高级数据链路控制机制n3.6 PPP协议数据链路层的简单模型局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3电话网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动数据链路层的简单模型( 续）局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3电话网局域网主机

2、 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2仅从数据链路层观察帧的流动IP 数据报1010 0110帧取出数据链路层网络层链路结点 A结点 B物理层数据链路层结点 A结点 B帧(a)(b)发送帧接收链路IP 数据报1010 0110帧装入数据链路层传送的是帧 封装成帧n封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定帧的界限。n首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。 帧结束帧首部IP 数据报帧的数据部分帧尾部 MTU数据链路层的帧长开始

3、发送帧开始1 物理线路与数据链路：n物理线路是由传输介质与通信设备构成的，以频带传输为例，图中所示连接收发双方的传输介质是电话线。收发双方的物理层通过电话线与Modem完成比特流的传输 数据链路由实现协议的硬件，软件与物理线路构成数据链路由实现协议的硬件，软件与物理线路构成 没有采取差错控制的物理线路传输比特流会出错，因此没有采取差错控制的物理线路传输比特流会出错，因此设计数据链路层的目的就是为了发现和纠正物理线路传设计数据链路层的目的就是为了发现和纠正物理线路传输过程中的差错问题，使有差错的物理线路变成无差错输过程中的差错问题，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。的数据链路。 8n帧控制

4、（帧同步） 帧同步是指接收端应该能够从收到的比特流中正确地判断出一帧的开始位与结束位n透明传输 在传输过程中，如果出现了与帧开始，帧结束和控制信息相同的字符序列，需要采取一定的措施改变序列，形成明显的区别例如，一个帧的开始和结束是用固定的帧定界符例如，一个帧的开始和结束是用固定的帧定界符“01111110”标识，标识，那么在开始与结束的帧界定符那么在开始与结束的帧界定符“01111110”之间就不能出现与之间就不能出现与“01111110”相同的比特序列。如果出现这个比特序列，就可能出相同的比特序列。如果出现这个比特序列，就可能出现提前结束帧接收的的判断错误现提前结束帧接收的的判断错误透明传输

5、SOHEOT出现了“EOT”被接收端当作无效帧而丢弃被接收端误认为是一个帧数据部分EOT完整的帧发送在前如何解决透明传输问题？如何解决透明传输问题？n差错控制差错控制 为了发现和纠正物理线路传输差错，使有差错的物理线路变为无差错的数据链路。n流量控制流量控制 发送端发送的数据必须使接收端来得及接收，为了防止链路拥塞，链路层必须具有流量控制n链路管理链路管理 当链路两端结点进行通信时，必须首先建当链路两端结点进行通信时，必须首先建立一条数据链路，传输数据时必须要维立一条数据链路，传输数据时必须要维持数据链路，在通信结束后要释放数据持数据链路，在通信结束后要释放数据链路链路n寻址寻址 一条点到点直

6、达的链路上不存在寻址问题，一条点到点直达的链路上不存在寻址问题，在多点连接情况下，发送端必须保证数在多点连接情况下，发送端必须保证数据信息能准确的送到接收端，而接收端据信息能准确的送到接收端，而接收端应知道发送端是哪个节点应知道发送端是哪个节点12n面向连接确认服务n无连接确认服务n无连接不确认服务n通过物理线路传输之后接收数据与发送数据不一致的现象称为传输差错数据通过通信信道的过程数据通过通信信道的过程数据传输过程中噪声的影响数据传输过程中噪声的影响n总结：n通信过程中产生的传输差错是由随机差错与突发差错（主要原因）共同组成的n随机差错：随机噪声引起的差错n突发差错：脉冲噪声引起的差错n3.

7、2.1 帧的基本格式帧开始地址长度/类型/控制数据 FCS 帧结束帧开始和帧结束用来指示帧或数据流的开始与结束帧开始和帧结束用来指示帧或数据流的开始与结束地址字段用来给出结点的物理地址信息，用于设备或机器的物理寻址地址字段用来给出结点的物理地址信息，用于设备或机器的物理寻址长度长度/类型类型/控制字段提供帧长度或类型信息控制字段提供帧长度或类型信息数据字段承载网络层的数据分组数据字段承载网络层的数据分组FCS提供与差错检测有关的信息提供与差错检测有关的信息帧头帧尾n帧同步指的是接收端从接收到的比特流中区分出帧的起始与结束1 字节计数法字节计数法 这种方法首先用一个特殊字段这种方法首先用一个特殊

8、字段(SOH)来表示一帧的开始，来表示一帧的开始，然后使用一个字段来标明本帧内的字节数。接收端根据这些字然后使用一个字段来标明本帧内的字节数。接收端根据这些字符区分帧的开始，从专门字段中获知随后跟随的数据字节数，从而符区分帧的开始，从专门字段中获知随后跟随的数据字节数，从而确定帧的终止位置确定帧的终止位置n 这种方法用一些特定的字符来定界一帧的开始和结束。为了不将信息位中出现的特殊字符被误码判为帧的首尾定界符，可以在前面填充一个转义符（DLE）来区分。特定字符依赖于字符编码集，通用性差用控制字符进行帧定界的方法举例 SOH装在帧中的数据部分帧帧开始符帧结束符发送在前EOT透明传输SOHEOT出

9、现了“EOT”被接收端当作无效帧而丢弃被接收端误认为是一个帧数据部分EOT完整的帧发送在前解决透明传输问题n发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是 1B)。n字符填充(character stuffing)接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始数据EOTEOT经过字节填充后发送的数据字节填充字节填充字节填充字节填充发送在前帧开始符帧结束符用字节填充法解决透明传输的问题 SOHn这种方法用一组特定的比特模式（如，01111

10、110）来标志一帧的开头和结束。为了不使信息位中出现的该特定模式被误判为帧的首尾标志，可以采用比特填充的方法来解决。n 0110111111011111001在网络中传送时表示为：n0111111001101111101011111000101111110n 这在物理层采用特定的比特编码方法时采用。比如说，采用曼彻斯特编码方法时，将数据比特1编码成高低电平对，而将数据比特0编码成低高电平对。高高或低低电平对在数据比特的编码中都是违例的，可以借用这些违例编码的序列来定界帧的开始和结束。n3.3.1 奇偶校验奇偶校验n3.3.2 汉明码汉明码n3.3.3 循环冗余校验循环冗余校验邮政服务系统并不可

11、靠，邮政服务系统并不可靠，如何在不可靠的邮政服务如何在不可靠的邮政服务系统的基础上，保证寄信系统的基础上，保证寄信人至收信人之间的可靠通人至收信人之间的可靠通信：信：寄信人寄信人收信人收信人邮政服务系统邮政服务系统 信件中途丢失。信件中途丢失。 信件损坏。信件损坏。 收信人检验确认。收信人检验确认。 寄信人定时重发。寄信人定时重发。 检错、纠错码。检错、纠错码。 可靠传输机制。可靠传输机制。差错控制技术差错控制技术n检错码 检错码是指在发送每一组信息时发送一些附加位，接收端通过这些附加位判断接收数据是否正确n纠错码 纠错码是在数据块后面加入更多的冗余位，使它不仅能判断数据出错，而且还可以纠正错