計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 課件 第4章：數(shù)據(jù)鏈路層

1、本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求：理解：數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與理解：數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與 性質(zhì)。性質(zhì)。掌握：誤碼率的定義與差錯(cuò)控制方法。掌握：誤碼率的定義與差錯(cuò)控制方法。掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念。掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念。了解：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類方法。了解：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類方法。掌握：典型的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議掌握：典型的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議HDLC與與 PPP協(xié)議。協(xié)議。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層2本章知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)本章知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層34.1 差差錯(cuò)錯(cuò)產(chǎn)產(chǎn)生生與與差差錯(cuò)錯(cuò)控控制制方方法法4.1.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

2、鏈路層的原因設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的原因 物理線路由傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備組成。物理線路由傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備組成。 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的是在有差錯(cuò)的物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的是在有差錯(cuò)的物理線路的基礎(chǔ)上，采取差錯(cuò)檢測(cè)、差錯(cuò)控制與流線路的基礎(chǔ)上，采取差錯(cuò)檢測(cè)、差錯(cuò)控制與流量控制等方法，將有差錯(cuò)的物理線路改進(jìn)成無(wú)量控制等方法，將有差錯(cuò)的物理線路改進(jìn)成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。傳輸服務(wù)。 從參考模型的角度來(lái)看，物理層以上的各層都從參考模型的角度來(lái)看，物理層以上的各層都有改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的責(zé)任，數(shù)據(jù)鏈路層是最有改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的責(zé)任，數(shù)據(jù)鏈路

3、層是最重要的一層。重要的一層。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層44.1.2 差錯(cuò)產(chǎn)生的原因和差錯(cuò)類型差錯(cuò)產(chǎn)生的原因和差錯(cuò)類型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層54.1.3 誤誤碼碼率率的的定定義義 誤碼率是指二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，誤碼率是指二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，它在數(shù)值上近似等于：它在數(shù)值上近似等于： Pe = Ne/N 其中：其中：N為傳輸?shù)亩M(jìn)制比特總數(shù)，為傳輸?shù)亩M(jìn)制比特總數(shù)，Ne為被傳錯(cuò)的比特?cái)?shù)。為被傳錯(cuò)的比特?cái)?shù)。 誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳

4、輸可靠性的參數(shù)。參數(shù)。 數(shù)據(jù)在物理線路中傳輸過(guò)程中一定會(huì)因?yàn)樵肼?、干擾等原數(shù)據(jù)在物理線路中傳輸過(guò)程中一定會(huì)因?yàn)樵肼暋⒏蓴_等原因出現(xiàn)錯(cuò)誤，傳輸錯(cuò)誤是正常且不可避免的，但是一定要因出現(xiàn)錯(cuò)誤，傳輸錯(cuò)誤是正常且不可避免的，但是一定要控制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)?？刂圃谝粋€(gè)允許的范圍內(nèi)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層64.1.4 檢檢錯(cuò)錯(cuò)碼碼與與糾糾錯(cuò)錯(cuò)碼碼 糾錯(cuò)碼為每個(gè)傳輸單元加上足夠多的冗余信糾錯(cuò)碼為每個(gè)傳輸單元加上足夠多的冗余信息，以便接收端能夠發(fā)現(xiàn)，并能夠自動(dòng)糾正息，以便接收端能夠發(fā)現(xiàn)，并能夠自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)。傳輸差錯(cuò)。 檢錯(cuò)碼為每個(gè)傳輸單元加上一定的冗余信息檢錯(cuò)碼為每個(gè)傳輸

5、單元加上一定的冗余信息，接收端可以根據(jù)這些冗余信息發(fā)現(xiàn)傳輸差，接收端可以根據(jù)這些冗余信息發(fā)現(xiàn)傳輸差錯(cuò)，但是不能確定是哪一位或哪些位出錯(cuò)，錯(cuò)，但是不能確定是哪一位或哪些位出錯(cuò)，并且自己不能夠自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)。并且自己不能夠自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層74.1.5 循環(huán)冗余編碼工作原理循環(huán)冗余編碼工作原理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層84.1.6 差差錯(cuò)錯(cuò)控控制制機(jī)機(jī)制制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層94.2 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念4.2.1 物理線路與數(shù)據(jù)鏈路物理線路與數(shù)據(jù)鏈路計(jì)算

6、機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層104.2.2 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)鏈鏈路路層層的的主主要要功功能能 鏈路管理鏈路管理 幀同步幀同步 流量控制流量控制 差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制 透明傳輸透明傳輸 尋址尋址計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層114.2.3 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)鏈鏈路路層層向向網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層層提提供供的的服服務(wù)務(wù) 數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)主要表現(xiàn)在：正數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)主要表現(xiàn)在：正確傳輸網(wǎng)絡(luò)層的用戶數(shù)據(jù)；屏蔽物理層所采用傳確傳輸網(wǎng)絡(luò)層的用戶數(shù)據(jù)；屏蔽物理層所采用傳輸技術(shù)的差異。輸技術(shù)的差異。 由于數(shù)據(jù)鏈路層的存在，網(wǎng)絡(luò)層不需要知道物理由于數(shù)據(jù)鏈路層的存在，網(wǎng)絡(luò)

7、層不需要知道物理層具體采用了哪種傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備的，是采層具體采用了哪種傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備的，是采用模擬通信方法，還是采用數(shù)字通信方法。用模擬通信方法，還是采用數(shù)字通信方法。 只要接口關(guān)系與功能不變，物理層所采用的傳輸只要接口關(guān)系與功能不變，物理層所采用的傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備的變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)層不會(huì)產(chǎn)生影響。介質(zhì)與通信設(shè)備的變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)層不會(huì)產(chǎn)生影響。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層124.2.4 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)鏈鏈路路層層協(xié)協(xié)議議的的分分類類 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議可以分為兩類：面向字符型與面向比數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議可以分為兩類：面向字符型與面向比特型。特型。 面向字符型的協(xié)議利用已定義好的一種

8、標(biāo)準(zhǔn)字編碼來(lái)面向字符型的協(xié)議利用已定義好的一種標(biāo)準(zhǔn)字編碼來(lái)執(zhí)行通信控制功能執(zhí)行通信控制功能.典型的面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議典型的面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是二進(jìn)制同步通信（是二進(jìn)制同步通信（BSC）協(xié)議。）協(xié)議。 面向字符型協(xié)議有三個(gè)明顯缺點(diǎn)：一是不同類型計(jì)算面向字符型協(xié)議有三個(gè)明顯缺點(diǎn)：一是不同類型計(jì)算機(jī)的控制字符可能不同；二是不能實(shí)現(xiàn)機(jī)的控制字符可能不同；二是不能實(shí)現(xiàn)“透明傳輸透明傳輸”；三是協(xié)議效率低。；三是協(xié)議效率低。 典型的面向比特型協(xié)議有典型的面向比特型協(xié)議有HDLC與與PPP協(xié)議。協(xié)議。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層134.3 面向比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議面向

9、比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議HDLC協(xié)議協(xié)議4.3.1 HDLC協(xié)議產(chǎn)生的背景協(xié)議產(chǎn)生的背景 1974年年IBM公司提出了面向比特型的公司提出了面向比特型的SDLC協(xié)議。協(xié)議。 ISO將將SDLC修改后的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（修改后的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）協(xié)議作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 3309）。）。 目前很多流行的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，如目前很多流行的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，如Ethernet幀幀結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)與PPP協(xié)議，都是在協(xié)議，都是在HDLC基礎(chǔ)上修改，或基礎(chǔ)上修改，或者是取其子集形成的。者是取其子集形成的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層144.3.2 數(shù)據(jù)鏈路的配置

10、方式和數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)鏈路的配置方式和數(shù)據(jù)傳送方式 基本配置方式：非平衡配置與平衡配置。基本配置方式：非平衡配置與平衡配置。 非平衡配置結(jié)構(gòu)分為：點(diǎn)非平衡配置結(jié)構(gòu)分為：點(diǎn)點(diǎn)連接和點(diǎn)點(diǎn)連接和點(diǎn)多點(diǎn)連接。多點(diǎn)連接。 非平衡配置可以有兩種數(shù)據(jù)傳送方式：正常響應(yīng)模式非平衡配置可以有兩種數(shù)據(jù)傳送方式：正常響應(yīng)模式（NRM）與異步響應(yīng)模式（）與異步響應(yīng)模式（ARM）。）。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層154.3.3 HDLC幀幀結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 標(biāo)志字段標(biāo)志字段F為特定的為特定的“01111110”比特序列。比特序列。 HDLC幀數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)存在存在“透明傳輸透明傳輸”問(wèn)題。問(wèn)題。 為了避

11、免出現(xiàn)這種錯(cuò)誤，為了避免出現(xiàn)這種錯(cuò)誤，HDLC協(xié)議規(guī)定采用協(xié)議規(guī)定采用“0比特比特插入插入/ /刪除方法刪除方法”計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層160比特插入比特插入/刪除方法刪除方法計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層17HDLC控控制制字字段段結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層184種監(jiān)控幀的功能種監(jiān)控幀的功能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層194種監(jiān)控幀的功能種監(jiān)控幀的功能無(wú)編號(hào)幀格式與鏈路控制功能無(wú)編號(hào)幀格式與鏈路控制功能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層204.3

12、.4 HDLC協(xié)議工作原理協(xié)議工作原理 信息幀的簡(jiǎn)化表示方法信息幀的簡(jiǎn)化表示方法 信息幀的例子信息幀的例子 無(wú)編號(hào)幀的表示方法無(wú)編號(hào)幀的表示方法 SNRM幀與幀與UA幀幀的表示方法的表示方法計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層21正常響應(yīng)模式的工作過(guò)程分析正常響應(yīng)模式的工作過(guò)程分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層224.3.5 數(shù)據(jù)鏈路層與物理層的關(guān)系數(shù)據(jù)鏈路層與物理層的關(guān)系計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層234.4 數(shù)據(jù)鏈路層滑動(dòng)窗口協(xié)議與幀傳輸數(shù)據(jù)鏈路層滑動(dòng)窗口協(xié)議與幀傳輸 效率分析效率分析4.4.1 數(shù)據(jù)鏈路層滑動(dòng)窗口協(xié)

13、議的分類數(shù)據(jù)鏈路層滑動(dòng)窗口協(xié)議的分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層244.4.2 單單幀幀停停止止等等待待協(xié)協(xié)議議計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層25單幀停止等待協(xié)議效率的分析單幀停止等待協(xié)議效率的分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層264.4.3多幀連續(xù)發(fā)送協(xié)議多幀連續(xù)發(fā)送協(xié)議計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層27滑動(dòng)窗口控制機(jī)制的基本工作原理滑動(dòng)窗口控制機(jī)制的基本工作原理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層28選擇重發(fā)糾錯(cuò)滑動(dòng)窗口控制過(guò)程選擇重發(fā)糾錯(cuò)滑動(dòng)窗口控制過(guò)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

14、第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層294.5 PPP協(xié)協(xié)議議4.5.1 PPP協(xié)議的主要特點(diǎn)協(xié)議的主要特點(diǎn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層30PPP協(xié)議的主要特點(diǎn)協(xié)議的主要特點(diǎn)： 在物理層支持點(diǎn)在物理層支持點(diǎn)點(diǎn)線路連接點(diǎn)線路連接、全雙工通信全雙工通信，支持異支持異步通信或同步通信。步通信或同步通信。 在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)PPP數(shù)據(jù)幀的組幀、傳輸與拆幀，數(shù)據(jù)幀的組幀、傳輸與拆幀，CRC校驗(yàn)；不使用幀序號(hào)，不提供流量控制功能。校驗(yàn)；不使用幀序號(hào)，不提供流量控制功能。 通過(guò)鏈路控制協(xié)議（通過(guò)鏈路控制協(xié)議（LCP）來(lái)建立、配置、管理和測(cè)）來(lái)建立、配置、管

15、理和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路連接；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（試數(shù)據(jù)鏈路連接；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）來(lái)建立）來(lái)建立和配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。和配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。 可以用于用戶計(jì)算機(jī)通過(guò)可以用于用戶計(jì)算機(jī)通過(guò)Modem與電話線路與電話線路、ADSL Modem與電話線路，以及與電話線路，以及HFC傳輸網(wǎng)中傳輸網(wǎng)中Cable Modem與同軸電纜接入，也可以用于光纖接入。與同軸電纜接入，也可以用于光纖接入。 在網(wǎng)絡(luò)層支持在網(wǎng)絡(luò)層支持IP協(xié)議協(xié)議與與NetWare IPX等多種協(xié)議。等多種協(xié)議。 廣泛應(yīng)用于主機(jī)廣泛應(yīng)用于主機(jī)路由器、路由器路由器、路由器路由器的連接。路由器的連接。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4 4章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層314.5.2 PPP協(xié)協(xié)議議幀幀結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)協(xié)議（協(xié)議（protocol）字段值）字段值： 0 x0021表示表示PPP幀的信息字段是幀的信息字段是IP分組數(shù)據(jù)。分組數(shù)據(jù)。 0 xC021表示信息字段是表示信息字段是