计算机网络第4章课件.ppt
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1、4.1 4.1 数据链路层的功能和基本概念数据链路层的功能和基本概念链路和数据链路:链路和数据链路:数据链路层协议是建立在物理层基础上的,通数据链路层协议是建立在物理层基础上的,通过一些数据链路层协议,过一些数据链路层协议,在邻接节点之间,在邻接节点之间,不不太可靠的物理链路上实现太可靠的物理链路上实现透明的、透明的、可靠的数据可靠的数据传输,为网络层提供服务。传输,为网络层提供服务。数据链路层传输的单位称为帧。数据链路层传输的单位称为帧。第第4 4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/291宁波工程学院 计算机网络数据链路层的基本功能:数据链路层的基本功能:链路管理链路管理帧同步帧同步流
2、量控制流量控制差错控制差错控制透明传输透明传输数据信息和控制信息分开数据信息和控制信息分开寻址寻址 第第4 4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/292宁波工程学院 计算机网络4.4.1.11.1差错控制差错控制传输差错:干扰引起传输数据的丢失或改变传输差错:干扰引起传输数据的丢失或改变 。差错控制:在数据通信过程中,发现、检测差差错控制:在数据通信过程中,发现、检测差错,对差错进行纠正,从而把差错限制在数据错,对差错进行纠正,从而把差错限制在数据传输所允许的尽可能范围内的技术和方法。传输所允许的尽可能范围内的技术和方法。第第4 4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/293宁波工程
3、学院 计算机网络差错控制方法差错控制方法自动检错重发法:采用具有检错能力的校验自动检错重发法:采用具有检错能力的校验码,发现有错后控制重传。码,发现有错后控制重传。向前纠错:采用具有纠错能力的编码,在接向前纠错:采用具有纠错能力的编码,在接收端不仅能检错,而且能纠错收端不仅能检错,而且能纠错。混合纠错混合纠错 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/294宁波工程学院 计算机网络差错控制编码:差错控制编码:为了检错纠错,通常随数据一起发送一小为了检错纠错,通常随数据一起发送一小部分附加信息。发送计算机从数据中计算附加部分附加信息。发送计算机从数据中计算附加信息的值,接收计算机进行同样的
4、计算来核对信息的值,接收计算机进行同样的计算来核对结果。结果。第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/295宁波工程学院 计算机网络4.1.24.1.2差错控制举例差错控制举例1.1.奇偶校验奇偶校验 在在每每个个字字符符后后面面附附加加一一位位,使使得得字字符符中中包包含含1 1的个数为奇的个数为奇/偶数个偶数个2.CRC2.CRC校验校验 把数据看成二进制整数序列并且计算他们把数据看成二进制整数序列并且计算他们的和。大多数网络应用的和。大多数网络应用1616位或位或3232位校验和。位校验和。第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/296宁波工程学院 计算机网络CRC(Cy
5、clicCRC(Cyclic Redundancy Check Redundancy Check 若要发送的信息位为若要发送的信息位为K K位,其多项式为位,其多项式为(K-1K-1)次多项式,用一个特定的次多项式,用一个特定的r r次生成多项次生成多项式式G G(X X)去除去除x xr rK K(X X)所得到的余式就是循环所得到的余式就是循环冗余校验和冗余校验和R R(X X),),即即R R(X X)=x xr rK K(X X)MODGMODG(X X)第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/297宁波工程学院 计算机网络发送端发送端 CRC CRC校验码通常附加到数据位序列
6、后面,校验码通常附加到数据位序列后面,构成编码多项式构成编码多项式F F(X X),),然后发送,即:然后发送,即:F F(X X)=x xr rK K(X X)+R+R(X X)接收端接收端 接接收收编编码码多多项项式式F F(X X),并并按按如如下下操操作作进进行校验:行校验:F F(X X)MOD MOD G G(X X)=0 0无错无错 00有错有错 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/298宁波工程学院 计算机网络生成多项式生成多项式G G(X X),),常用的有:常用的有:CRC-16=XCRC-16=X1616+X+X1515+X+X2 2+1+1 CRC-CCIT
7、T=X CRC-CCITT=X1616+X+X1212+X+X5 5+1+1CRCCRC检错效率非常高检错效率非常高CRCCRC由硬件实现,速度很快由硬件实现,速度很快 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/299宁波工程学院 计算机网络例子例子 设设:K K(X X)=1010110011=1010110011 相当于相当于X X9 9+X+X7 7+X+X5 5+X+X4 4+X+X1 1+1+1 G G(X X)=10101=10101 相当于相当于X X4 4+X+X2 2+1+1 R R(X X)=1011=1011 F F(X X)=10101100111011=1010
8、1100111011发方发发方发F F(X X)收方做收方做F F(X X)/G/G(X X)校验校验 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2910宁波工程学院 计算机网络4.1.34.1.3流量控制流量控制1.1.停止等待协议停止等待协议1 1)完全理想化的数据传输)完全理想化的数据传输假假定定1 1:链链路路是是理理想想的的传传输输信信道道,所所传传送送的的任任何何数据既不会出差错也不会丢失。数据既不会出差错也不会丢失。假假定定2 2:不不管管发发方方以以多多快快的的速速率率发发送送数数据据,收收方方总是来得及收下,并及时上交主机。总是来得及收下,并及时上交主机。这是不需要这是
9、不需要流量控制和差错控制,想发就发。流量控制和差错控制,想发就发。第第4 4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2911宁波工程学院 计算机网络 第第4 4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2912宁波工程学院 计算机网络2 2)具有最简单流量控制的链路层协议具有最简单流量控制的链路层协议下面我们去掉假定下面我们去掉假定2 2,保留假定,保留假定1 1讨论:讨论:这就需要这就需要流量控制了流量控制了流流量量控控制制的的基基本本方方法法是是收收方方控控制制发发方方的的发发送送速速率率在在这这里里的的方方法法是是:发发方方每每发发送送一一帧帧就就停停下下来来等等待收方的确认,然后发下
10、一帧待收方的确认,然后发下一帧 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2913宁波工程学院 计算机网络 第第4 4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2914宁波工程学院 计算机网络3 3)实用的停止等待协议实用的停止等待协议 现现在在去去掉掉前前面面的的两两个个假假定定,讨讨论论实实用用的的数数据链路层协议,这就是说:据链路层协议,这就是说:传输数据的信道不是可靠的传输数据的信道不是可靠的(即不能保证所传即不能保证所传的数据不产生差错的数据不产生差错)并且还需要对数据的发送端进行流量控制。并且还需要对数据的发送端进行流量控制。第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2
11、915宁波工程学院 计算机网络 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2916宁波工程学院 计算机网络协议要点:协议要点:流量控制还是用发确认帧流量控制还是用发确认帧ACKACK的办法的办法差错控制要复杂些差错控制要复杂些1 1)若出错,收方向发方发送一个否认帧若出错,收方向发方发送一个否认帧NAKNAK,发发方重发上一帧方重发上一帧2 2)若帧丢失,发方设置超时定时器,定时到,)若帧丢失,发方设置超时定时器,定时到,发方重发上一帧发方重发上一帧3 3)若)若ACKACK丢失,也是定时到,发方重发上一帧丢失,也是定时到,发方重发上一帧4 4)重复帧,用编号区分)重复帧,用编号区分5
12、5)实际是帧出错和帧丢失统一,收方什么也不)实际是帧出错和帧丢失统一,收方什么也不做做 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2917宁波工程学院 计算机网络2.2.连续连续ARQARQ协议协议1)1)为什么要使用连续为什么要使用连续ARQARQ协议协议停等协议效率低停等协议效率低连续连续ARQARQ协议协议:在发送完一个数据帧后,不是在发送完一个数据帧后,不是停下来等待应答帧,而是可以连续再发送若干停下来等待应答帧,而是可以连续再发送若干个数据帧。个数据帧。第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2918宁波工程学院 计算机网络 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/
13、5/2919宁波工程学院 计算机网络2)2)连续连续ARQARQ协议的要点协议的要点:数据帧要编号,应答帧本身也必须编号数据帧要编号,应答帧本身也必须编号每个数据帧都要设置超时定时器每个数据帧都要设置超时定时器ACKnACKn表示收到第表示收到第n-1n-1号帧,希望接收号帧,希望接收n n号帧。号帧。接收端只按续接收数据帧接收端只按续接收数据帧,当帧出错或丢失时当帧出错或丢失时,就丢弃后面的帧就丢弃后面的帧,当出现差错必须重传时,要当出现差错必须重传时,要向回走向回走N N个帧,然后再开始重传。个帧,然后再开始重传。第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2920宁波工程学院 计算机
14、网络ARQ(Automatic Repeat ARQ(Automatic Repeat reQuestreQuest)自动请求重传自动请求重传:发送端对出错的帧进行重传是自动的发送端对出错的帧进行重传是自动的,所以停等所以停等协议称为协议称为ARQARQ协议协议.连续连续ARQARQ协议协议,因为可以连续发因为可以连续发N N帧帧.同时也称为同时也称为退后退后N N帧协议帧协议 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2921宁波工程学院 计算机网络3)3)连续连续ARQARQ协议的特点协议的特点连续连续ARQARQ协议一方面因连续发送数据帧而提高协议一方面因连续发送数据帧而提高了效率
15、。了效率。但但另另一一方方面面,在在重重传传时时又又必必须须把把原原来来已已正正确确传送过的数据帧进行重传,从而降低了效率。传送过的数据帧进行重传,从而降低了效率。第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2922宁波工程学院 计算机网络3.3.滑动窗口的概念滑动窗口的概念 连连续续ARQARQ协协议议在在没没有有收收到到对对方方的的确确认认信信息息情情况况下下,发发送送端端实实际际上上并并不不能能无无限限制制地地发发送送其其数据帧。数据帧。因为:因为:(1)(1)当当未未被被确确认认的的数数据据帧帧的的数数目目太太多多时时,只只要要有有一一帧帧出出了了差差错错,就就可可能能有有很很多多
16、的的数数据据帧帧需需要要重传。重传。(2)(2)为为了了对对所所发发送送出出去去的的大大量量数数据据帧帧进进行行编编号号,每每个个数数据据帧帧的的发发送送序序号号也也要要占占用用较较多多的的比比特特数数,这样又增加了一些不必要开销。这样又增加了一些不必要开销。第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2923宁波工程学院 计算机网络停等协议只需停等协议只需1 1位编号就可以了位编号就可以了,可以重复使用可以重复使用0 0和和1 1两个序号两个序号同理同理,连续连续ARQARQ协议也只需要若干位来编号重复协议也只需要若干位来编号重复使用就可以了使用就可以了,但需要某种控制机制但需要某种控制
17、机制这就是滑动窗口技术这就是滑动窗口技术,这就是要在发送端和接这就是要在发送端和接收端分别设定所谓的收端分别设定所谓的发送窗口和接收窗口发送窗口和接收窗口 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2924宁波工程学院 计算机网络发送窗口用来对发送端进行流量控制,而发送发送窗口用来对发送端进行流量控制,而发送窗口的大小窗口的大小WTWT就代表在还没有收到对方确认信就代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧接收窗口接收窗口WRWR设置在接收端,是为了控制可以接设置在接收端,是为了控制可以接收哪些数据帧而不可以接收哪些帧。只有
18、当收收哪些数据帧而不可以接收哪些帧。只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。将该数据帧收下。先讨论发送窗口先讨论发送窗口,假定用假定用3 3位编号位编号,0,17,0,17,并假并假定定WT=5WT=5 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2925宁波工程学院 计算机网络 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2926宁波工程学院 计算机网络(1)(1)发送窗口规则发送窗口规则:发送窗口内的帧是允许发送的帧,右侧的帧是发送窗口内的帧是允许发送的帧,右侧的帧是不允许发送的帧。不允许发送的帧。收到对几个帧的确认,
19、发送窗口就向右滑动几收到对几个帧的确认,发送窗口就向右滑动几个帧的位置。个帧的位置。允许发送的帧里包括已发送未确认的帧和未发允许发送的帧里包括已发送未确认的帧和未发送的帧送的帧发出的帧要暂时保存发出的帧要暂时保存,缓冲器的大小等于缓冲器的大小等于WTWT 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2927宁波工程学院 计算机网络(2)(2)接收窗口规则接收窗口规则:只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。否则一律将其丢弃。内才允许将该数据帧收下。否则一律将其丢弃。收到一个序号正确的帧,接收窗口即向前移动收到一个序号正确的帧,
20、接收窗口即向前移动一个帧的位置,同时向发送端发送对该号帧的一个帧的位置,同时向发送端发送对该号帧的确认信息。确认信息。第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2928宁波工程学院 计算机网络 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2929宁波工程学院 计算机网络(3)(3)接收窗口发送窗口的关系接收窗口发送窗口的关系:l只有在接收窗口向前移动时,发送窗口才有可只有在接收窗口向前移动时,发送窗口才有可能向前移动。能向前移动。l正正因因为为收收发发两两端端的的窗窗口口按按照照以以上上的的规规律律不不断断地地向前滑动,因此这种协议又称为滑动窗口协议。向前滑动,因此这种协议又称为滑动
21、窗口协议。第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2930宁波工程学院 计算机网络(4)(4)发送序号的长度与发送窗口大小的关系发送序号的长度与发送窗口大小的关系当数据帧的发送序号所占用的比特数一定时,当数据帧的发送序号所占用的比特数一定时,发送窗口的最大值是多少?发送窗口的最大值是多少?可以证明,当用可以证明,当用n n个比特进行编号时,若接收个比特进行编号时,若接收窗口的大小为窗口的大小为1 1,则只有在发送窗口的大小,则只有在发送窗口的大小WTWT22n n-1-1时,连续时,连续ARQARQ协议才能正确运行。协议才能正确运行。第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/29
22、31宁波工程学院 计算机网络(5)(5)典型协议的典型协议的WTWT和和WRWR停等协议停等协议:WT=1 WT=1,WR=1WR=1连续连续ARQ(Go-back-N ARQ)ARQ(Go-back-N ARQ):WR=1 WR=1 WT WT22n n-1,-1,若编号为若编号为n n位位 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2932宁波工程学院 计算机网络4.4.选择重传选择重传ARQARQ协议协议只重传出现差错的数据帧或者是定时器超时的只重传出现差错的数据帧或者是定时器超时的数据帧数据帧,这就是选择重传这就是选择重传ARQARQ协议协议出错帧后的正确帧不需重传出错帧后的正确
23、帧不需重传必须加大接收窗口必须加大接收窗口,不影响发送窗口不影响发送窗口接收端要设置具有相当容量的缓存空间接收端要设置具有相当容量的缓存空间WT=WR=2WT=WR=2n n2,2,若若n=3,n=3,则则WT=WR=4WT=WR=4适用于内存便宜的情况适用于内存便宜的情况 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2933宁波工程学院 计算机网络6.6.连续连续ARQ(Go-back-N ARQ)ARQ(Go-back-N ARQ)小结小结发方可连续发发方可连续发,但超时重传出错后的所有帧但超时重传出错后的所有帧收方收到错误帧什么也不做收方收到错误帧什么也不做发出的帧要暂时保存发出的帧
24、要暂时保存若编号为若编号为n n位,则位,则WTWT22n n-1,WR=1-1,WR=1用队列存放已发的、未确认的帧用队列存放已发的、未确认的帧适用质量好的信道适用质量好的信道 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2934宁波工程学院 计算机网络4.4.2 2 局域网(链路层和物理层)局域网(链路层和物理层)4.2.14.2.1局域网概述局域网概述 1.1.局域网的特点局域网的特点 (1 1)为一个单位所拥有)为一个单位所拥有 (2 2)地理范围有限)地理范围有限 (3 3)速率高)速率高 2.2.局域网的拓扑结构(物理拓扑结构)局域网的拓扑结构(物理拓扑结构)(1 1)星形)星
25、形 (2 2)环形)环形 (3 3)总线形)总线形 (4 4)树形)树形 第第4章章 数据链路层数据链路层 2023/5/2935宁波工程学院 计算机网络3.3.广播式通信广播式通信 局域网共享通信媒体,称为多点接入局域网共享通信媒体,称为多点接入4.2.2 IEEE 8024.2.2 IEEE 802标准标准1.1.局域网的结构局域网的结构局域网定义了链路层、物理层和传输介质局域网定义了链路层、物理层和传输介质数据链路层又分数据链路层又分2 2个子层:个子层:lLLCLLC逻辑链路控制逻辑链路控制lMACMAC媒体访问控制媒体访问控制 第第4章章 数据链路层数据链路层 总线型总线型总线型总线
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