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1、第三章 通信子网的物理层n3.1 物理层概述n3.2 物理层比特流传输模式 n串行（同步，异步），并行n3.3 通信介质n3.4 传输信道n多路复用技术n3.5 传输编码n尽量减少物理层的传输错误多路复用种类n频分复用FDMn波分复用WDMn时分复用TDMn码分复用CDMA基带传输中的传输码型计算机网络第 4 章 数据链路层第 4 章 数据链路层n网络层的数据是怎样被封装进链路层帧的？n沿着网络层的通讯路径，不同的链路可以采用不同的链路层协议吗？n两种不同的链路层信道n广播信道n点对点通信第 4 章 数据链路层4.1 数据链路层的基本概念4.2 数据交换技术4.3 数据的可靠传输4.3.1校验
2、算法4.3.2 链路层的差错控制4.4 数据传输的流量控制4.5 数据的同步传输控制4.6 数据的封装与解封装4.7 典型链路层协议4.1 数据链路层的基本概念 n链路(link)是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。n一条链路只是一条通路的一个组成部分。n数据链路(data link)除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。n现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。n一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。第 4 章 数据链路层n定义了链路两端的节点之间交互的分
3、组格式，以及当发送和接受分组时这些节点采取的动作。n差错检测，重传，流量控制和随机接入。n协议：以太网，802.11无线LAN(wifi),令牌环和PPP等。n不同的链路层协议提供的服务是不同的。n很多功能硬件实现（接口卡）n较高层次的链路层功能，如网络层接收数据报，装配链路层寻址信息以及激活控制器引荐，接受时相应来自控制器的中断。数据链路层的主要功能(1)链路建立与管理 PPP，广播：多路访问(2)帧同步（定界）(3)流量控制(4)差错控制 点到点重传(5)将数据和控制信息区分开(6)透明传输(7)寻址 4.2 数据交换技术通信子网的重要概念交换使用交换机n当电话机的数量增多时，就要使用交换
4、机来完成全网的交换任务。交换机“交换”的含义n在这里，“交换”(switching)的含义就是转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。n交换即数据在节点的进出。n连续数据通过节点的转发方式，称作数据交换技术。n三种交换方式：电路交换，报文交换，分组交换电话系统电路交换n特点：电路交换必定是面向连接的。n电路交换的三个阶段：n建立连接n通信n释放连接电路交换举例nA 和 B 通话经过四个交换机n通话在 A 到 B 的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换举例nC 和 D 通话只经过一个本地交换机n通话在 C 到 D 的连接上进行交换机交换机交换机交
5、换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换特点n基本没有延迟n接受方毕业应答才能通信n计算机数据具有突发性通信线路的利用率很低不适合计算机通信。分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机注意分组的存储转发过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5分组交换的优点n高效 动态分配传输带宽，对通信
6、链路是逐段占用。n灵活 以分组为传送单位和查找路由。n迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。n可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。分组交换带来的问题n分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。n分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。报文交换早期的存储转发n在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。n报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。n节点的缓冲容量，线路占用，线路故障等。现在报文交换已经很少有人使用了。三种交换的比较 P1P2
7、P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放4.3 数据的可靠传输 n虽然物理层在传输比特时会出现差错，但由于数据链路层采用了有效的检错重传机制，数据链路层对上面的网络层就可以提供可靠传输的服务。n处理方式 n校验技术与校验算法 硬件实现4.3 数据的可靠传输n1.奇偶校验n奇校验 0111000110101011 1n偶校验n行奇偶校验n块奇偶校验（二维奇偶校验）2.汉明码（海明码）n纠错码n在数据中间加入几个校验码，码距均匀拉大，将数据的每个二进制位分配在几个奇偶校验组里，当某一位出错
8、，会引起几个校验位的值发生变化。n利用在信息位为k位，增加r位冗余位，构成一个n=k+r位的码字，可以区分无错和在码字中的n个不同位置的一位错。2.汉明码（海明码）n它必需满足以下关系式：2r k+r+1 n校验码个数为K，2的K次方个信息，1个信息用来指出“没有错误”，其余（2K)-1个指出错误发生在那一位，但也可能是校验位错误，故有N=(2K)-1-K能被校验。2.汉明码（海明码）海明码的编码规则：1.每个校验位Ri被分配在海明码的第2的i次方的位置上（1,2,4,8,16），剩下的位（3,5,6,7,9,）用数据位填充2.每一个校验位都迫使某一组位（包括它自己）的奇偶值为偶数（奇数）。一
9、个位可能包含在几次奇偶值计算中。n将位置k上的数据位展开成2的幂次方的和，如：11=1+2+8,29=1+4+8+16对哪些校验位有影响。例:4个数据位d0,d1,d2,d3,3个校验位r0,r1,r2，对应的位置为：d3 d2 d1 r2 d0 r1 r0=b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 n校验位的取值，就是他所能校验的数据位组的奇（偶）校验值nb1：b3,b5,b7，b2：b3,b6,b7，b4：b5,b6,b7n校验方程，如采用偶校验 nG1=b1 b3 b5 b7的异或 nG2=b2 b3 b6 b7的异或 nG3=b4 b5 b6 b7的异或 n若G1G2G3为001是第一
10、位错,若为011是第三位错 3.循环冗余检验n检错码n在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验 CRC 的检错技术。n假设待传送的数据 M=1010001101（共k bit）。我们在M的后面再添加供差错检测用的 n bit 冗余码一起发送。冗余码的计算 n用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 n 个 0。n得到的(k+n)bit 的数除以事先选定好的长度为(n+1)bit 的数 P，得出商是 Q 而余数是 R，余数 R 比除数 P 至少要少1 个比特。冗余码的计算举例 nM=1010001101（共k bit）。n设 n=5,P=110101，模
11、2 运算的结果是：商 Q=1101010110，余数R=01110。n将余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去，即发送的数据是101000110101110，或 2nM+R。1101010110 Q 商 除数 P 110101 101000110100000 2nM 被除数 110101 111011 110101 111010 110101 111110 110101 101100 110101 110010 110101 01110 R 余数循环冗余检验的原理说明 帧检验序列 FCS n在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列 FCS(Frame Check Sequence)。
12、n循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS并不等同。nCRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。nFCS 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的惟一方法。检测出差错 n只要得出的余数 R 不为 0，就表示检测到了差错。n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。n一旦检测出差错，就丢弃这个出现差错的帧。n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。应当注意 n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)。n“无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于 1 的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。n也就是说：“凡是接受的帧都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受）。n要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上确认和重传机制。