[IT认证]第4章 数据链路层.ppt

第四章 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中数据链路层协议—PPP 4.1 差错产生与差错控制方法 4.1.1 设计数据链路层的原因 在原始的物理传输线路上传输数据信号存在差错。 将有差错的物理线路改进成逻辑上无差错的数据链路，向网络层提供高质量的服务。 从参考模型的角度看，数据链路层是改善数据质量最重要的一层。 4.1 差错产生与差错控制方法（续） 差错产生的过程 4.1.2 差错产生的原因和差错类型 传输过程中存在噪声是产生差错的主要原因 噪声分两种：热噪声和冲击噪声 热噪声：传输导体的电子热运动产生。 随时存在 幅度小 频谱宽 冲击噪声：外界电磁干扰产生。 突发性 幅度大 与数据传输中每比特发送时间相比延续时间相对较长 4.1 差错产生与差错控制方法（续） 4.1.3 误码率 Pe = Ne / N （N：传输的总比特数， Ne：传错的比特数） 电话线平均误码率10-4~10-6 计算机网络要求的平均误码率10-9 4.1 差错产生与差错控制方法（续） 4.1.4 检错码与纠错码 纠错码：可自动发现并纠正错误 检错码：只可检测传输信号的错误，但不能纠正，须配合重传机制。 4.1.5 循环冗余检验的原理 在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验 CRC（cyclic redundancy code） 的检错技术。 工作原理：将要发送的数据比特序列当作一个多项式f(x)的系数，在收发双方预先约定一个多项式g(x)，用f(x)除g(x)求得一个余数多项式y(x)，将y(x)的系数加到发送数据比特序列之后一并发送。接收端根据接收到的数据也除g(x)生成余数多项式y’(x)。若y’(x) =0，则表示传送无差错；若y’(x) ≠0 ，则表示传输有差错。 冗余码的计算 计算所得的y’(x)，称为冗余码。 g(x)为CRC生成多项式，由协议规定。 若有n bit的数据M 要发送，g(x)最高幂为k 。 先用二进制的模 二 运算进行 2k 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 k 个 0。 再将得到的 (n + k ) bit 的数除以事先选定好的长度为 (k + 1) bit 的数 P （g(x)的系数），得出商是 Q 而余数是 R（冗余码），余数 R 比除数 P 至少要少1 个比特。 冗余码的计算举例 例1：若接收端接收到得据比特为：1010001111001，传输采用CRC检错方法，约定的生成多项式 g(x)=x5+x4+x2+1 ，问接收到得数据是否出错。 冗余码的计算举例（续） ∵ g(x)=x5+x4+x2+1 ∴ 得到 除数 P=110101 又∵接收到得数据是：M= 1010001111001 用M除以P 循环冗余检验实例（续） 冗余码的计算举例 例2：若要发送的数据比特为：1010001101，传输采用CRC检错方法，约定的生成多项式 g(x)=x5+x4+x2+1 ，求实际发送的数据是什么。 冗余码的计算举例（续） ∵ g(x)=x5+x4+x2+1 ∴ 得到 k=5，除数 P=110101 对要发送的数据乘以x5，得到 M=101000110100000 用M除以P 循环冗余检验实例（续） 循环冗余检验实例（续） 模二运算的结果是：商 Q = 1101010110， 余数R = 01110。 将余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去，即实际发送的数据是101000110101110。 冗余码的计算举例 例3：若接收到的数据比特为： 101000110101110 ，传输采用CRC检错方法，约定的生成多项式 g(x)=x5+x4+x2+1 ，检验数否有错。 循环冗余检验实例（续） 检测出差错 接收方用g(x)除接收到的数据，只要得出的余数 R 不为 0，就表示检测到了差错。 但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。 一旦检测出差错，就丢弃这个出现差错的帧。 只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。 CRC检错的特点 全部单个错 全部离散的二位错 全部奇数个错 全部长度小于或等于生成多项式位n-1的突发错 以（1-（1/2）n-2）的概率检测长度为n的突发错 应当注意 仅用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到无差错接受(accept)。 “无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不包括丢