第4章：数据链路层祥解.ppt

计算机网络（第2版） 吴功宜 编著 第4章数据链路层 本章学习要求： 了解：数据传输过程中差错产生的原因与性质 掌握：误码率的定义与差错控制方法 掌握：数据链路层的基本概念 了解：面向字符型数据链路层协议实例—BSC 掌握：面向比特型数据链路层协议实例— HDLC 掌握：Internet中的数据链路层协议 4.1 差错产生与差错控制方法 4.1.1 为什么要设计数据链路层 在原始物理传输线路上传输数据信号是有差错的； 设计数据链路层的主要目的： 将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路； 方法 — 差错检测 差错控制 流量控制 作用：改善数据传输质量，向网络层提供高质量的服务。 4.1.2 差错产生的原因和差错类型 传输差错 — 通过通信信道后接收的数据与发送数据 不一致的现象; 差错控制 — 检查是否出现差错以及如何纠正差错； 通信信道的噪声分为两类：热噪声和冲击噪声； 由热噪声引起的差错是随机差错，或随机错； 冲击噪声引起的差错是突发差错，或突发错； 引起突发差错的位长称为突发长度； 在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发差错共同构成的。 传输差错产生过程 4.1.3 误码率的定义 误码率定义： 二进制比特在数据传输系统中被传错的概率， 它在数值上近似等于： Pe = Ne/N 其中，N为传输的二进制比特总数 Ne为被传错的比特数 讨论 误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数； 对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求； 对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制比特，要折合成二进制比特来计算； 差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时，只有被测量的传输二进制比特数越大，才会越接近于真正的误码率值。 减少传输差错的两种方法 为了减少传输差错，通常采用下面两种方法： （1）改善线路质量 加强线路本身的抗干扰能力，是减少差错最根本的途径。 但是，这种改善是以较大的投入为代价的。 （2）差错的检测与纠正 主要思想是：对所传输的数据进行抗干扰编码，并以此来检测和校正传输中的错误。 在发送端，采用某种校验码为数据单元附加一个冗余码，使数据单元与冗余码之间建立一定的数学关系(即编码过程)，然后把它们作为一个数据块一起传送给接收端； 当接收端接收到数据块后，使用相同的校验码计算数据单元的冗余码，并与数据块中附加冗余码相比较，以检验它们之间的数学关系(解码过程)是否正确，如果不正确，就说明传输有错误，则需要采用某种手段来纠正错误。 纠正错误的两种方法 反馈重发纠错法 接收端将传输是否正确的信息作为应答反馈给发送端，对于传输有误的数据，发送端需要重新传输，直至传输正确为止，这样就可以纠正错误了。 前向纠错(FEC)法 接收端发现错误后，不是通过发送端的重传来纠正，而是由接收端通过纠错码和适当的算法进行纠正。由于这种纠错方法比较复杂，所需的冗余码元较多，实现比较困难，故很少使用。 目前，绝大多数的通信系统都采用反馈重发纠错法来纠正差错。 纠错码 发送方在每个数据块中加入足够的冗余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有错，并能纠正错误。 检错码 发送方在每个数据块中加入足够的冗余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有错，但不能判断哪里有错。 纠错码——海明码 海明码(Hamming Code )是由Richard Hamming于1950年提出的，是一种纠错码，即如果数据在传输过程中有一位出错，则可以知道出错的位置并通过取反将其改正过来。 海明码编码的关键是使用多余的奇偶校验位来识别一位错误。 例：使用偶校验（“1”的个数为偶数） —— 101101011 —— 101100010 奇偶校验可以用来检查单个错误。 码字（codeword）：一个帧包括m个数据位，r个校验位，n = m + r，则此n比特单元称为n位码字。 检错码——CRC 循环冗余校验（cyclic redundancy check，CRC）是一种能力相当强的检错码，并且实现编码和检码的电路比较简单。 CRC基于二进制除法。 在CRC中，在数据单元（比如一个字节）的后面附加一个称为“循环冗余码”或“CRC余数”的冗余数位串，使生成的数据单元可被另一个预先给定的二进制数完全除尽。然后将生成后的数据单元传输。 接收端将所接收的数据单元用同样的二进制数相除，如果无余数，则可认为所接收的数据单元正确无误，如果有余数