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第3章 数据链路层 本章主要内容 本章主要介绍数据链路层控制的目的及功能、帧的装配和识别、差错控制、数据链路层协议、HDLC协议、SLIP/PPP协议等。 目 录 3.1 数据链路层基本概念 3.2 差错检测方法 3.3 停止等待协议 3.4 滑动窗口协议 3.5 连续ARQ协议 3.6 选择重传ARQ协议 3.7 协议的效率分析 3.8 面向比特的链路层控制规程HDLC 3.9 Internet的数据链路层协议 3.1 数据链路层的基本概念 数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介于物理层和网络层之间，它在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务。 数据链路层的作用是加强物理层传输原始位流的功能，并将物理层提供的可能出错的物理连接改造成逻辑上无差错的数据链路。数据链路层的基本功能是将物理层提供的原始传送比特流可能出错的物理连接改造成逻辑上无差错的数据链路,即向网络层提供透明和可靠的数据传输服务。 3.1.1 设计数据链路层的原因 ① 在原始的物理线路上传输数据信号的差错问题。 ② 通信双方数据传送的速率问题。 ③ 数据的寻址问题。 ④ 数据传输的同步问题。 ⑤ 链路管理问题。 3.1.2 数据链路层的模型及其功能 数据链路层的协议不同，它所提供的服务也可以不相同。数据链路层的服务功能主要分为以下3类。 （1）面向连接确认服务（acknowledged connection-oriented service） （2）无连接确认服务（acknowledged connectionless service） （3）无连接不确认服务（unacknowledged connectionless service）。 数据链路层的主要功能 （1）链路管理 （2）帧同步 （3）流量控制 （4）差错控制 （5）透明传输 （6）寻址 3.2 差错检测方法 3.2.1 差错的起因和检测 通过通信信道后，接收的数据与发送的数据不一致的现象称为传输差错，简称为差错。 通信过程中出现的差错可大致分为两类： ① 信道固有的、持续存在的随机热噪声； ② 由外界特定的短暂原因造成的冲击噪声。 常用的差错检测方法 目前，最常用的差错检测方法是差错检测编码，包括两个基本策略: 一种策略是多的冗余信息，可以使接收方发现并纠正传输中出现的错误。 包含一些冗余信息，但是这些信息只能让接收方推断出发生了错误，但推断不出发生了哪个错误，然后接收方可以请求重传。 前一种策略使用了纠错码（error-correcting code），后一种策略使用了检错码（error-detecting code）。使用纠错码的技术通常也称为前向纠错（Forward Error Correction，FEC）。 编码效率 衡量编码性能好坏的一个重要参数是编码效率R，它是指码字中信息位所占的比例。若码字中信息位为k位，编码时外加冗余位为r位，则编码后得到的码字长为n=k+r，编码效率为 3.2.2 常用的简单差错检测编码 数据链路层差错检测常用的两种方法： 奇偶校验法 循环冗余校验法 1．奇偶校验码 奇偶校验是常用的检错编码方法。其原理是在7位ASCII代码后增加一位，使得码字中“1”的个数恒为奇数或偶数。经过传输后，如果其中一位出错，则接收方按同样的规则（奇校验或偶校验）就能发现错误。 在实际使用时，该方法又可分为垂直奇偶校验、水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验等。 垂直奇偶校验 垂直奇偶校验是指，将要发送的整个信息块分成p位固定长度的若干段（如q段），每段后面按“1”的个数为奇数或偶数的规律加上一位奇偶位 。 垂直奇偶校验方法能检测出每列中所有奇数位错，但检测不出偶数位错。对于突发错误来说，奇数位错与偶数位错的发生概率接近相等，因而该方法对差错的漏检率接近于1/2。 水平奇偶校验 为了降低对突发错误的漏检率，可以采用水平奇偶校验方法。水平奇偶校验又称为横向奇偶校验，它是对各个信息段的相应位进行横向编码，产生一个奇偶校验冗余位。 水平奇偶校验不但可以检测出各段同一位上的奇数位错，而且还能检测出突发长度≤p的所有突发错误。 水平垂直奇偶校验 同时进行水平奇偶校验和垂直奇偶校验就构成水平垂直奇偶校验，也称为纵横奇偶校验。 水平垂直奇偶校验不仅可检错，还可用来纠正部分差错。例如，当数据块中仅存在一位错时，便能确定错码的位置在某一行和某一列的交叉处，从而可以纠正它。 2．循环冗余码 在计算机网络和数据通信中，应用最广泛的检错码是循环冗余码（Cyclic Redundancy Code，CRC），CRC码又称为多项式码，它的漏检率低且便于实现。 任何一个由二进制数位串组成的代码，都可以唯一地与一个只含有0和1两个系数的多项式建立一一对应关系。例如，代码1010111对应的多项式为 同样地