计算机网络ppt课件

计算机网络,第3章数据链路层,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,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,R1,R2,R3,H1,H2,仅从数据链路层观察帧的流动,数据链路层的通信模型,数据链路层功能,数据链路层的设计问题,几个主要概念链路(link)是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。数据链路(datalink)则是另一个概念，这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。,常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。,数据链路层执行以下两种基本服务：允许上层使用成帧之类的各种技术访问介质使用介质访问控制和错误检测等技术将数据放置到介质上，以及从介质接收数据。,数据链路层术语,数据链路层支持并连通上层服务,使用多种数据链路层协议使IP数据包通过各种LAN和WAN网络进行传输。,数据链路层控制通过本地介质的传输,第2层协议指定了将数据包封装成帧的过程。,数据链路层帧格式:,数据链路层是其上各层的软件进程与其下的物理层之间的连接层。,数据链路层的主要功能,链路管理当网络中的两个节点要进行通信时，数据的发方必须确知收方是否已经已经处于准备。为此，通信的双方必须先要交换一些必要的信息。数据链路的建立、维持和释放就叫做链路管理。根据数据链路层向网络层提供的服务质量、应用环境以及是否有连接这三个因素，服务可分为无应答无连接服务、有应答无连接服务和面向连接的服务三种。,数据链路层的主要功能,(2)组帧在数据链路层，数据的传输单位是帧。数据一帧一帧地传送，就可以在出现差错时将有差错的帧再重传一次，而避免了将全部数据都进行重传。帧定界是指收方应当能从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束在什么地方。帧定界也可称为帧同步。(3)流量控制发方发送数据的速率必须使得收方来得及接收。当收方来不及接收时，就必须及时控制发方发送数据的速率。这种功能称为流量控制（flowconctrol）。,数据链路层的主要功能,(4)差错控制收方可以检测出收到的数据帧有差错（但并不知道出错的确切位置）。当检测出有差错的数据帧就立即将它丢弃，但接下去有两种选择：一种方法是不进行任何处理（要处理也是有高层进行），另一种方法则是由数据链路层负责重传丢弃的帧。,第3章数据链路层,3.1组帧技术3.2差错控制3.3流量控制3.4HDLC协议3.5PPP协议,3.1组帧技术,组帧技术，也称为帧同步技术或帧定界，就是确定帧的界限。每一种链路层协议都规定了帧的数据部分的长度上限最大传送单元MTU(MaximumTransferUnit)。帧定界就是标识帧的开始与结束。有4种常见的定界方法，即字节计数法、字符填充法、零比特填充法和违例编码法。,字节计数法,这种帧同步方法是一种面向字节的同步规程，是利用帧头部中的一个域来指定该帧中的字符数，以一个特殊字符表征一帧的起始，并以一个专门字段来标明帧内的字符数。,用帧首部和帧尾部进行帧定界,字符填充法,该同步方法是用一些特定的字符来定界一帧的起始与终止，充分解决了错误发生之后重新同步的问题。,用控制字符进行帧定界的方法举例,带字符填充帧定界法,字符填充法,近几年，绝大多数协议倾向于使用相同的字符来标识起始和结束位置。按这样的做法，在接收方丢失了同步，则只需搜索一下标志符就能找到当前帧的结束位置。两个连接的标志符代表了当前帧的结束和下一帧的开始。但这种同步方式也不是完美的，也会发生严重的问题。当标志符的位模式出现在数据中时，这时不同步问题就可能发生了，这种位模式往往会干扰正常的帧分界。解决这一问题的办法是在发送方的数据链路层传输的数据中，在与分界标志符位模式一样的字符中插入一个转义字符（如ESC）。,零比特填充法,零比特填充法一次只填充一个比特“0”而不是一个字符“DLE”。另外，带位填充的首尾标志法用一个特殊的位模式“01111110”作为帧的开始和结束标志，而不是分别用“DLESTX”和“DLEETX”作为帧的首标志和帧的尾标志。,违例编码法,该法在物理层采用特定的比特编码方法时采用。局域网IEEE802标准中就采用了这种方法。违法编码法不需要任何填充技术，便能实现数据的透明性，但它只适于采用冗余编码的特殊编码环境。由于字节计数法中计数字段的脆弱性（其值若有差错将导致灾难性后果）及字符填充实现上的复杂性和不兼容性，目前较普遍使用的帧同步法是比特填充法和违法编码法。,3.2差错控制,3.2.1差错产生的原因与差错类型3.2.2差错检验与校正,3.2.1差错产生的原因与差错类型,1.传输差错和差错控制传输差错是指通过通信信道后接收数据与发送数据不一致的现象。差错控制方法指在数据通信过程中能发现或纠正差错，把差错限制在尽可能小的允许范围内的技术和方法。2.差错类型差错产生的原因噪声。信号在传输过程中受到的噪声干扰有两种：热噪声和冲击噪声。,3.2.2差错检验与校正,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。差错控制编码可分为检错码和纠错码。其中检错码指能自动发现差错的编码。纠错码指不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。,3.2.2差错检验与校正,1奇偶校验奇偶校验也称为垂直冗余校验（VRC）,它是以字符为单位的校验方法。一个字符由8位组成，低7位是信息字符的ASCII码，最高位叫奇偶校验位。该位中放“1”或放“0”是按照这样的原则：使整个编码中“1”的个数成为奇数或偶数，如果整个编码中,“1”的个数为奇数则叫“奇校验”；“1”的个数为偶数则叫“偶校验”。,3.2.2差错检验与校正,2.方块校验（水平垂直冗余校验LRC）在VRC的基础上，在一批字符传送之后，另增加一个“方块校验字符”，方块校验字符的编码方式是使所传输字符代码的每一纵向位代码中“1”的个数为奇数或偶数。采用这种校验方法，如果有二进位传输出错，不仅从一行中的VRC校验中反映出来，同时也在纵列LRC校验中得到反映，有较强的检错能力。不但能发现所有一位、二位或三位的错误，而且可以自动纠正差错，使误码率降低24个数量级，广泛用于通信和某些计算机外部设备中。,3.2.2差错检验与校正,3.循环冗余校验CRC把整个数据块当成一个连续的二进制数据，从代数上看是一个报文码多项式。在发送时将报文码多项式用另一个多项式来除，余数作为校验码附在报文之后一起发送。接收方对传送过来的码用同一生成多项式去除，能除尽则说明传输正确。,3.3流量控制,3.3.1流量控制概述3.3.2流量控制技术,3.3.1流量控制概述,1.流量控制的含义所谓流量控制就是调整发送信息的速率，接收结点能够及时处理它们的一个过程。2.流量控制的目的流量控制是为了防止网络出现拥挤及死锁而采取的一种措施。流量控制的另一目的是使业务量均匀地分配给各个网络结点。,3.3.2流量控制技术,1.停止-等待控制停止-等待控制方法是最简单的一种流量控制技术，它采用单工或半双工通信方式。当发送方发送完一数据帧后，便等待接收方发回的反馈信号。若收到的是肯定（ACK，Acknowledgement）信息，则接着发送下一帧；若收到的是否定（NAK,NegativeAcKnowledgement）信息超时而没有受到反馈信号，则重发刚刚发过的数据帧。,3.3.2流量控制技术,下面我们以图2.35为例，讨论停止-等待控制方法的传输过程。,图2.35停止-等待方式,3.3.2流量控制技术,初始时，发送方当前发送的帧序号N(s)=1，接收方将要接收的帧序号N(R)=1。当发送方开始发送时，首先从缓冲区取出0号帧发送出去。当接收方收到发送方送来的0号帧时，首先进行帧校验，如果校验正确且帧序号一致，则向发送方返回一个肯定应答信号（ACK），然后准备接收下一帧；如果帧校验有误或帧序号不一致，则向发送方返回一个否定应答信号（NAK），要求发送方重新发送该数据帧。发送方收到应答信号后，根据接收方返回的肯定或否定信号，确定是发送下一数据还是重发原数据帧。超时重发是指原数据帧，超时时间的设置要适当，避免造成不必要的浪费。,3.3.2流量控制技术,2.滑动窗口流量控制为了提高传输效率，使用滑动窗口控制方法是一种更为有效的策略。它采用全双工通信方式，发送方在窗口尺寸允许的情况下，可连续不断的发送数据帧，这样就大大提高了信道使用率。,3.3.2流量控制技术,（1）发送窗口和接收窗口发送窗口。发送窗口是指发送方允许连续发送帧的序号表。发送方在不等待应答而连续发送的最大帧数称为发送窗口的尺寸。接收窗口。接收窗口是指接收方允许接收帧的序号表。凡是发送到接收窗口内的帧，才能被接收方所接收，在窗口外的其它帧将被丢弃。窗口滑动。发送方每发送一帧，窗口便向前滑动一个格，直到发送帧数等于最大窗口数目时便停止发送。（2）窗口的滑动过程发送窗口的大小（宽度）规定了发送方在未接到应答的情况下，允许发送的数据单元数。也就是说，窗口中能容纳的逻辑