计算机网络自顶向下方法(第四版)-中文版课件-第五章优质PPT.ppt
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主机和路由器链路（link）：
连接相邻节点的通信信道。
链路层传输数据报的过程：
沿端到端路径上的每段独立的链路传输。
发送节点先将数据报封装成链路层帧，发送到链路上；
接收节点接收该帧，并提取出数据报。
节点,链路,5.1.1链路层提供的服务5.1.2适配器通信,8,5.1.1链路层提供的服务,链路层功能：
将分组通过一个链路，从一个节点传输到邻近的另一个节点。
链路层协议：
用来在单段链路上传输分组。
定义了在链路两端的节点之间交互的分组格式，以及当发送和接收分组时节点采取的动作。
交换的数据单元称为帧（frame），封装了一个网络层的数据报。
所采取的动作：
包括差错检测、重传、流量控制和随机访问。
典型协议：
以太网、802.11无线LAN、令牌环和PPP，以及ATM。
9,网络层与链路层关系,网络层：
将运输层报文段从源主机传送到目的主机。
能够在各段链路层提供异构服务的情况下，完成端到端的工作。
链路层：
将网络层数据报从一个节点传送到下一个节点（单段链路）。
不同的链路采用不同的链路层协议，提供的服务不同。
10,类比例,旅行社组织游客从A地到B地。
经过3段旅程，如图。
游客：
数据报；
运输区段：
通信链路；
运输方式：
链路层协议，如汽车、飞机和火车。
旅行社：
选路协议。
11,链路层提供的服务,将数据报通过一条通信链路从一个节点“移动”到相邻的节点。
成帧：
把网络层数据报封装成链路层帧，再传送到链路上。
首部包括若干字段：
如编号、物理地址等。
不同的链路层协议，帧格式可能不同。
12,链路访问：
由媒体访问控制MAC协议定义帧在链路上传输的规则。
点对点链路：
一个发送方和一个接收方，MAC协议比较简单（或不存在），即任何时候只要链路空闲，发送方都能够发送帧。
多个节点共享一个链路（多路访问），使用MAC协议协调多个节点的帧传输。
链路层提供的服务,13,链路层提供的服务,可靠交付：
保证网络层的数据报无差错地通过链路层。
与运输层类似，可通过确认和重传获得。
高差错率的链路：
如无线链路，在本地（发生差错的链路）纠正差错，不通过运输层或应用层协议进行端到端的数据重传；
低差错率的链路：
如光纤、同轴电缆、双绞线链路，不需提供可靠的传输服务。
14,流量控制：
防止发送节点的发送速率过高，避免接收节点来不及处理。
链路节点的帧缓存容量有限。
当帧到达接收节点的速率大于其处理速率，接收方缓冲区产生溢出，帧会丢失。
链路层提供的服务,15,链路层提供的服务,差错检测：
帧在传输时有可能出现比特差错（10、01）。
差错检测用来检测是否存在一个或多个差错。
发送节点：
在帧中设置差错检测比特；
接收节点：
对收到的帧进行差错检测。
通过硬件实现。
差错纠正：
与差错检测类似。
接收方不仅能检测帧中是否出现差错，还能判断差错的位置，并进行纠正。
16,链路层提供的服务,半双工和全双工：
全双工传输：
链路两端的节点可以同时传输分组。
半双工传输：
链路两端的节点不能同时传输和接收，只能交替。
17,链路层服务和运输层服务比较,运输层协议：
在端到端的基础上为两个进程之间提供可靠传输；
流量控制是在端到端的基础上提供。
在一条链路相连的两个节点之间提供可靠传输。
流量控制是在相邻节点之间的基础上提供。
18,5.1.2适配器通信,适配器（adapter）：
网络接口卡（NIC，networkinterfacecard）。
是一个电路板（或PCMCIA板），包括RAM、DSP芯片、主机总线接口和链路接口。
实现物理层及链路层的主要功能。
19,链路层功能实现,相邻节点间帧的传输：
成帧，传输帧，接收帧，解封发送节点：
网络层将数据报传递到适配器，封装成帧，将帧传输到通信链路。
适配器接收帧，解封取出数据报，传递给网络层。
差错检测：
发送适配器设置差错检测比特，接收适配器完成差错检测。
可靠交付：
具体实现可靠交付的机制（如序号、定时器和确认）。
随机访问：
实现随机访问协议。
20,特点,是一个半自治的单元。
适配器接收帧，并判断是否有差错出错：
直接丢弃该帧，不通知它的“父节点”（适配器所在的节点）。
正确：
向上传递网络层数据报，中断其“父节点”。
适配器发送帧：
节点把网络层数据报向下传给适配器，由适配器负责在链路上传输数据报。
硬件上：
适配器和节点的其他部分在同一个物理盒子中，共享电源和总线，在节点的控制之下。
21,适配器组成,总线接口：
负责与父节点通信。
在适配器和父节点之间传输数据和控制信息。
链路接口：
负责实现链路层协议。
将数据报成帧（发送）、解帧获得数据报（接收），并提供差错检测、随机访问和其他链路层功能。
包含传输和接收电路。
网卡速率：
10Mbps、100Mbps、10/100M自适应。
22,5.2差错检测和纠错技术,比特级差错检测和纠错对一个节点发送到一个相邻节点的帧，检测是否出现比特差错，并纠正。
相关技术很多。
差错检测和纠错的过程,网络层,数据链路层，帧,23,发送节点将数据D附加若干差错检测和纠错位EDC，一起发送到链路。
数据D包括网络层传来的数据报，以及链路级寻址信息、序列号和其他字段。
保护范围包括数据D的所有字段。
网络层,数据链路层，帧,24,接收节点接收比特序列D和EDC。
如果发生传输比特错误（01，10），D和EDC可能与发送的D和EDC不同。
接收方根据D和EDC，判断D是否和初始的D相同（D的传输是否正确）。
解封取出数据报，交给网络层；
出错：
差错处理。
网络层,数据链路层，帧,25,说明：
差错检测和纠正技术不能保证接收方检测到所有的比特差错，即可能出现未检测到的比特差错，而接收方并未发现。
选择一个合适的差错检测方案使未检测到的情况发生的概率很小。
差错检测和纠错技术越好，越复杂，开销更大。
26,三种主要差错检测技术,奇偶校验：
最基本的方法。
检查和方法：
常用于运输层。
循环冗余检测：
常用于链路层。
5.2.1奇偶校验5.2.2检查和方法5.2.3循环冗余检测,27,1、一比特奇偶校验,发送方：
在要发送的信息D（d位）后面附加一个奇偶校验位使“1”的个数是奇数（奇校验）或偶数（偶校验）一起传输发送（d+1位）。
0111000110101011,1,d位数据,校验位,偶校验,28,接收方：
检测收到的信息（d+1位）中“1”的个数。
偶校验：
发现奇数个“1”，至少有一个比特发生差错（奇数个比特差错）。
奇校验：
发现偶数个“1”，至少有一个比特发生差错。
29,特点,可以查出任意奇数个错误，但不能发现偶数个错误。
若比特差错概率很小，差错独立发生，一比特奇偶校验可满足要求。
若差错集中一起“突发”（突发差错），一帧中未检测到的差错的概率达到50%。
30,2、二维奇偶校验,基本思想：
将要传信息D（d比特）划分为i行j列（i个组，每组j位）；
对每行和每列分别计算奇偶值；
结果的i+j+1个奇偶比特构成了帧的差错检测比特。
i行,j列,31,例,特点：
可以检测并纠正单个比特差错（数据或校验位中）。
能够检测（但不能纠正）分组中任意两个比特的差错。
行、列确定,要发送的数据比特101011111001110，划分3组，每组5个比特。
进行行、列偶校验,32,前向差错纠正FEC,接收方可以检测并纠正差错。
可与ARQ技术一起应用，接收方立即纠正差错，减少发送方重发的次数。
降低分组传输的往返传播时延，适用于实时网络应用。
33,5.2.2检查和方法,把要发送的d位数据看成是一个k位整数的序列，将这些k位整数加起来，得到的和作为差错检测比特。
TCP和UDP协议：
对所有字段（包括首部和数据字段）都计算因特网检查和。
有些协议：
对首部计算一个检查和，对整个分组计算另一个检查和。
34,检查和,发送方：
将数据的每两个字节当作一个16位的整数，可分成若干整数；
将所有16位的整数求和；
对得到的和逐位取反，作为检查和，放在报文段首部，一起发送。
接收方：
对接收到的信息（包括检查和）按与发送方相同的方法求和。
全“1”：
收到的数据无差错；
其中有“0”：
收到的数据出现差错。
或者核对计算的检查和是否等于检查和字段的值。
35,011001100110000001010101010101011000111100001100101001010110000010100101011000010,例子,注意当数字作加法时，最高位的进位要回加到结果中。
例，有三个16比特的字：
回卷,和,检查和（取反）,无差错，和为：
1011010100111101,1111111111111111,36,检查和特点：
分组开销小：
检查和位数比较少；
差错检测能力弱：
适用于运输层（差错检测用软件实现，检查和方法简单、快速）。
链路层的差错检测由适配器中专用的硬件实现，采用更强的CRC方法。
37,5.2.3循环冗余检测,计算机网络中广泛采用。
循环冗余检测CRC（cyclicredundancycheck）编码：
即多项式编码，把要发送的比特串看作为系数是0或1的一个多项式，对比特串的操作看作为多项式运算。
基本思想：
设发送节点要把数据D（d比特）发送给接收节点。
发送方和接收方先共同选定一个生成多项式G（r+1比特），最高有效位（最左边）是1。
10111x4+x2+x+1,38,发送方：
计算出一个r位附加比特R，添加到D的后面产生DR（d+r比特）DR能被G模2运算整除，一起发送。
接收方：
用G去除接收到的DR（d+r比特）余数非0：
传输发生差错；
余数为0：
传输正确，去掉尾部r位，得所需数据D。
基本思想,D:
要发送的数据（d位）,R:
CRC校验（r位）,DR（d+r位）,39,模2运算：
加法不进位，减法不借位，即操作数的按位异或（XOR）例1011XOR0101=1110；
1011-0101=11101001XOR1101=0100；
1001-1101=0100乘法和除法与二进制运算类似，其中加法或减法没有进位或借位。
乘以2r，即比特模式左移r个位置。
D2rXORR=D0000XORR=DR（d+r比特）,40,计算R（CRC比特）：
DR能被G模2运算整除：
即D2rXORR=nG等式两边都用R异或，得到D2r=nGXORR即用G来除D2r，余数值刚好为R。
R的计算：
将数据D后面添加r个0，除以给定的生成多项式G，所得余数即为R（r位）。
41,例,设D=101110，d=6，G=1001，r=3,实际传输的数据形式是：
101110011,r+1位,D后添加3个0,3位,42,
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