本科网络课程讲义：数据链路层(,50页).pptVIP

Chapter 4 数据链路层 4.1数据链路层的功能 4.2差错检测与校正 4.3基本数据链路协议 4.4滑动窗口（Slide Windows）协议 4.5面向位的协议HDLC 4.6 Internet中的数据链路层 4.1数据链路层的功能 向网络层提供良好的服务接口 将物理层的比特流编成帧 差错检测 4.1.1为网络层提供服务 无确认、无连接的服务 源端可以不需要建立连接就向目的端发送独立的数据帧，而目的端也不需要对收到的帧进行确认。 有确认、无连接的服务 源端可以不需要建立连接就向目的端发送独立的数据帧，但目的端需要对收到的帧进行确认。 面向连接的服务 源端与目的端在通信前要先建立连接，然后在此连接上互相传输数据帧，每一个帧都被编号，数据链路层保证传送的帧被对方收到，且只收到一次，双方通信完毕后拆除连接。 用OSI服务原语表示服务接口 4.1.2成帧(framing) 1.字符计数 每一个帧的头上描述帧的长度 4.1.2成帧(framing) 2.字符标志 在帧的起始和结尾用特殊的字符标志 例如：用ASCII字符DLE STX表示帧的起始，DLE ETX表示结尾。 4.1.2成帧(framing) 3.位标志 用特殊的位序列表示帧的起始和结尾 例如，示帧的起始和结尾 4.1.2成帧(framing) 4.物理层编码 在物理层用1.5或2个物理位表示一个数据位来表示帧的起始与结尾。 例如在物理层编码中，用 表示1，用 表示0 则可用 ， 作为起始、结尾标志。 4.1.3出错控制 在有确认的服务中，接收方需要对收到的数据帧进行确认，通常以返回特别控制帧来告诉发送方收到的数据有没有出错，也可以通过返回的数据帧中的某些位来捎带地进行确认。 如果发送的数据丢失，那么接收端是不可能进行确认的，怎么办呢？ 在发送端引入计数器，进行超时重发。为了避免相同的帧收到多次，需要对帧进行编号。 4.1.4流量控制 当发送端的发送速度大于接收端的接收速度，或发送端所在的网络传输速率大于接收端所在的网络传输速率时，就需要流量控制。 窗口机制 在任意时刻，发送方发出n帧，其中有l帧已得到确认。而同一时刻，接收方收到并应答了m帧，显然l=m = n，等待确认的帧的数目不允许超过W，即n-l =W，该W就是窗口。 4.2差错检测与校正 信号在任何信道上传输都存在着传输差错，这些差错由多种物理现象引起，解决差错问题的方法有两种： 一种是在要发送的数据中加入一定的冗余位，使接收方能知道数据是否出错，但不知道是哪里出错，这种编码方法叫差错检测码，或简称检错码。 另一种是在要发送的数据中加入足够多的冗余位，使接收方能纠正出错的位，这种编码方法叫差错校正码，或简称纠错码。 4.2.1纠错码 定义：一帧由m个数据位（即报文）和r个冗余位（即校验位）组成，设总长度为n（n=m+r)，此长度为n的单元常称为n位码字。 定义：两个码字不同的位的数目称为海明距离 例如们的海明距离为3。 对于n位码字的集合，只有2m个码字是有效的，在任意两个有效码字间找出具有最小海明距离的两个码字，该海明距离便定义为全部码字的海明距离。 一种编码的检错和纠错能力取决于编码后码字的海明距离的大小。 为了检测出d个比特的错，需要使用距离为d+1的编码。 例如：数据后加奇偶校验位，编码后的海明距离为2，能检测1比特错。 为了纠正d个比特的错，必须用距离为2d+1的编码。 例如有4个有效码字：它们是0000000000，0000011111，1111100000，1111111111，海明距离为5，能纠正2比特错。 纠正单比特错的校验位下界 设计一种编码，它有m个信息位和r个校验位，当r满足什么条件时，能纠正所有单比特错？ 对2m个有效码字的任何一个而言，有n个与该码字距离为1的无效码字，所以2m个有效码字每一个都对应有n+1个各不相同的位图，n位码字的总的位图是2n个。 （n+1）2m=2n，n=m+r代入 （m+r+1）2m=2 m+r 2r=n+1 纠正单比特误码的校验位下界 海明编码 海明在1950年提出一种编码来纠正单比特错的编码。该编码是将码字内的位从左到右依次编号，编号为2的幂的位是校验位（如第1，2，4，8…），其余为信息位。 每个校验位的取值应使得包括自己在内的一些集合服从规定的奇偶性。 集合的选取如下： 对编号为K的信息位来说，K可以分解成2的幂的和，如编号为11，11=1+2+8，即第11位由1，2，8校验位校验，它同时属于1，2，8所在的集合。 海明编码举例 4.2.2检错码 在实际通信中使用纠错码好还是检错码好呢？ 例题：假设一个信道误码率是10-6，且出错