数据链路层示例.PPT

第5章 数据链路层 5.1 基本概念 链路：一条无源的点到点的物理线路段。 数据链路：链路+ 规程（控制数据传输）。 数据链路层的作用： 通过一些数据链路层协议（即链路控制规程），在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。 学习重点:两台机器之间实现可靠、有效的通信而涉及到的一些算法。 数据链路层的主要功能： ①链路管理：数据链路的建立、维持和释放； ②帧同步：收方能从收到的比特流中区分一帧开始和结束的地方； ③流量控制：发方发送数据的速率必须使收方来得及接收； ④差错控制：收方收到有差错的数据帧时，能检错重传或纠错； ⑤透明传输：不管所传数据是什么样的比特组合，收方都能正确接收。并能将数据与控制信息分开； ⑥寻址：保证每一帧都能发送到目的站。 设计要点；1）向网络层提供一个定义良好的服务接口 2）处理传输错误 3）调节数据流，确保慢速的接收方不会被除快速的发送方淹没。 5.1.2 为网络层提供的服务 最主要的服务是将数据从源机器的网络层传输到目标机器的网络层. ①无确认的无连接的服务：( P56) 适用于误码率很低的通信信道；或语音通信； ②有确认的无连接的服务： 适用于误码率很高的通信信道；如无线通信； ③有确认的面向连接的服务： 适用于通信要求较高（可靠性、实时性）的情况 5.1.3成帧方法 ①字符计数法： 在帧头部指明帧内字符数。 问题：由于传输差错导致计数值被“篡改” ； ②字符填充首尾界符法： 以ASCII字符DLE和STX作为帧的头部，DLE和ETX作为帧的尾部（ DLE＝10H、STX＝02H、ETX＝ 03H ） 技术：如何避免二进制数据可能与帧的头尾标志相同？ 发送方在数据中遇到DLE时，自动在其前后插入一个DLE ; 接收方在数据中遇到单个DLE时, 可确定帧界; 遇到2个DLE时，自动删除一个DLE 。 ③位填充首尾标志法： 以一个特定的字节信息作为帧的头尾标志； 为了避免与原始数据比特组合相同， 发送方在数据中遇到5个连续的1时，自动在其后插入一个0； 接收方在数据中遇到5个连续的1后面跟着一个0，自动将此0删除。 5.1.4 差错控制 差错产生的原因主要由通信信道的噪声引起，通信信道噪声分为二种： （1）热噪声：由传输介质导体的电子热运动产生。幅度较小，是产生随机差错的主要根源； （2）冲击噪声：由外界电磁干扰产生，幅度较大，是产生突发差错的主要根源。 其中冲击噪声是引起差错的主要原因。 差错评价指标如下： （1）误码率： 错传的码元数与所传输码元总数之比。 Pe＝Ne/N 其中，N ─传输的码元总数，Ne ─错传的的码元数。 （2）误比特率： 错传的比特数与所传输总比特数之比。 在二进制码元时，误比特率＝误码率。 差错控制的基本方式如下： （1）反馈纠错 ?????? 在接收端能发现差错，但不能确定错码的位置，通过反馈信息请求发送端重发，直到接收端肯定确认为止。 ?????? 适用于双工通信和非实时通信系统。 （2）前向纠错 在接收端不仅能发现错码，而且还能确定错码的位置，并纠正错误。? 适用于单工通信和实时通信系统。 （3）混合纠错 少量差错在接收端自动纠正，若超出自行纠正能力时，通过反馈信息请求发送端重发。 5.1.5流控制 基于反馈的流控制 基于速率的流控制 5.2 错误检测和纠正 码字的检错与纠错能力 码字(n位)＝数据码(m位)+冗余码(r位)。 海明距离：两个码字之间对应码元位的不同码元的个数。 码字编码的海明距离 对于一种码字编码，在这个码字集合中，可得到所有任意两个码字的海明距离，其中最小的海明距离称为该码字编码的海明距离d。 定理1：如果d≥2t+1, 则该编码可纠正任何t个(或t个以下)的错误。 定理2：如果d≥e+1, 则该编码可检测出任何e个(或e个以下)的错误。 一般情况下，冗余位越多(即r越大)，检错纠错能力越强，但相应的编码效率也随之降低了。 示例：偶校验的检错与纠错能力 例：对于偶校验（使每个码字中都有偶数个1）数据码为2位（有用数据为00、01、10、11）冗余码为1位（偶校验位） 有用数据经过偶校验编码，其码字集合：000、011、101、110； 该编码的海明距离d=2， 根据定理1，该编码不能纠正任何错误(t＝0)。D=2t+1 根据定理2，该编码可检测出任何1个错误(e＝1)。D=e+1 奇校验的检错能力与偶校验一样。 误码控制编码的分类 按冗余码的控制功能分: ①纠错码：在接收端能发现并自动纠正差错。叫前向纠错 纠错检错的常用方法 ①海明码：可纠错和检错，实现复杂，效率低。 ②奇偶校验码：方法简单，检错能力差。 ③