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

1、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

2、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

3、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，

4、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：

5、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，network interface card）。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

6、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。

7、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,

8、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.

9、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

10、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10101 11110 01110，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

11、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

12、是否等于检查和字段的值。,35,0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0,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：,1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

13、1 1,36,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（cyclic redundancy check）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。,10111 x4+x2+x+1,38

14、,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 1011 XOR 0101=1110；1011-0101=1110 1001 XOR 1101=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。D2r XOR R=D0000 XOR R=DR（d+r 比特）,40,计算R（CRC比特）：,DR能被G模2运算整除：即 D2r XOR R=nG等式两边都用R异或，得到 D2r=nG XOR R 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,