第三讲 数据链路层PPP.ppt

第三讲 数据链路层DataLink layer,北京交通大学电气工程学院 黄彧,点对点信道主要内容,基本内容：数据链路层的基本概念、基本的数据链路层协议和常用数据链路层协议（PPP）。重点掌握：链路与数据链路的区别；实现帧定界、透明传输和差错检测的基本计算方法；PPP协议的帧格式。,数据链路层的基本概念,链路(link)是一条无源的点到点的物理线路，中间没有任何其他的交换结点。（物理链路）一条链路只是一条通路的一个组成部分。数据链路(data link)：物理链路+通信协议。（逻辑链路）现在最常用的方法是使用网络适配器（拨号适配器、局域网适配器）。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。,数据链路层的简单模型,局域网,广域网,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,路由器 R2,路由器 R3,电话网,局域网,主机 H1 向 H2 发送数据,从层次上来看数据的流动,数据链路层的简单模型,局域网,广域网,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,路由器 R2,路由器 R3,电话网,局域网,主机 H1 向 H2 发送数据,链路层,应用层,运输层,网络层,物理层,链路层,应用层,运输层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,R1,R2,R3,H1,H2,仅从数据链路层观察帧的流动,简化模型,数据链路层,主机 A,缓存,主机 B,数据链路,AP2,AP1,缓存,发送方,接收方,帧,高层,帧,三个基本问题,帧定界：发送方要让接受方知道所发送的帧是从什么地方开始什么地方结束；透明传输：传送的比特组合不受限制；差错检测：判断数据传输的是否正确。,帧定界,帧定界framing：确定帧的界限，发送方在帧的前后加入标记，接收方根据标记识别帧。,数据链路层帧的数据部分长度链路层协议规定的MTU,透明传输,当传输的数据当中出现用做帧定界的控制字符时，会怎么样？,解决方法：字节插入、比特插入,字节插入 byte stuffing,字节插入（字符填充）：将在数据出现的控制字符转换为另一个字符。,比特插入,PPP协议在SONET/SDH链路上同步传输时使用零比特填充法,零比特插入/删除工作过程,差错检测,纠错码：奇偶校验（parity check）海明码 检错码：校验和 循环冗余校验（CRC）,奇偶校验（parity check）,（水平）奇偶校验码:在发送的数据块后加1个校验位，使结果中1的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。如：数据1011000 偶校验 校验位为1-10110001 奇检验 校验位为0-10110000特点：方法简单，检错能力差用于通信要求较低的环境,海明码,1950年R.Hamming提出可以纠正一位差错的编码，称为海明码。（前向纠错码）基本概念：码字：m数据位，r个校验位，则n=rm称为n位码字；海明距离：两个码字之间不同的比特位数目。如果两个码字之间的海明距离是d，则所有少于等于d-1位错误都可以检查出来，所有少于d/2位的错误都可以纠正。,海明码构建方法,把所有2的幂次方的数据位标记为奇偶校验位(编号为1,2,4,8,16等的位置)；其他数据位用于待编码数据(编号为3,5,6,7,9,10,11,12,13,14,15,17等的位置)；每个奇偶校验位的值代表了代码字中部分数据位的奇偶性，其所在位置决定了要校验和跳过的比特位顺序；位置1：校验1位，跳过1位，校验1位，跳过1位(1,3,5,7,9,11,13,15,位置2：校验2位，跳过2位，校验2位，跳过2位(2,3,6,7,10,11,14,15,)位置4：校验4位，跳过4位，校验4位，跳过4位(4,5,6,7,12,13,14,15,20,21,22,23,)位置8：校验8位，跳过8位，校验8位，跳过8位(8-15,24-31,40-47,),海明码构建方法,如果采用偶校验：如果全部校验的位置中有奇数个1，把该奇偶校验位置为1；如果全部校验的位置中有偶数个1，把该奇偶校验位置为0。例题：数据位为10011010，求构成的海明码？011100101010接收端：假定实际接收到的数据是011100101110。验证每一个校验位，将所有出错的校验位置相加，得到的就是错误信息所在的位置。,循环冗余检验（CRC）,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,在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列 FCS(Frame Check Sequence)。循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS并不等同。CRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。FCS 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的惟一方法。,接收端差错检测,接收端收到数据后除以P，得到的余数应当是0。只要得出的余数 R 不为 0，就表示检测到了差错。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。多项式表示：生成多项式P(x)=X5+X4+X2+1。常用的生成多项式：CRC-16=X16+X15+X2+1CRC-CCITT=X16+X12+X5+1CRC-32=X32+X26+X23+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1,CRC例题,生成多项式 X16+X15+X13+X12+X10+X9+X8+X7+X2+1 用16进制表示为：H？CRC的生成多项式为G(x)=X4+X3+X2+1，接收端收到的码字为110110011001。试问该码字是否出错？,1B785,解题方法：生成多项式11101，用110110011001/11101，如果整除则没有出错，否则出错。结果表明不能整除，出错。,因特网的点对点协议 PPP,现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议 PPP(Point-to-Point Protocol)。用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用 PPP 协议。,用户拨号入网的示意图,PPP 协议特点,1992 年制订了 PPP 协议。经过 1993 年和 1994 年的修订，现在的 PPP 协议已成为因特网的正式标准RFC 1661。1999年公布以太网运行PPPoE。PPP协议有三个组成部分 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。链路控制协议 LCP(Link Control Protocol)。网络控制协议 NCP(Network Control Protocol)。,PPP不需要的功能,纠错 error correctionPPP是不可靠传输协议流量控制序号多点线路半双工或单工链路,PPP 协议的帧格式,PPP 是面向字节的，所有的 PPP 帧的长度都是整数字节。标志字段 F 仍为 0 x7E（符号“0 x”表示后面的字符是用十六进制表示。十六进制的 7E 的二进制表示是 01111110）。地址字段 A 只置为 0 xFF。地址字段实际上并不起作用。控制字段 C 通常置为 0 x03。,PPP 协议的帧格式,PPP 有一个 2 个字节的协议字段。当协议字段为 0 x0021 时，PPP 帧的信息字段就是IP 数据报。若为 0 xC021,则信息字段是 PPP 链路控制数据。若为 0 x8021，则表示这是网络控制数据。,IP 数据报,1,2,1,1,字节,1,2,不超过 1500 字节,PPP 帧,先发送,7E,FF,03,F,A,C,FCS,F,7E,协议,信 息 部 分,首部,尾部,透明传输问题,当 PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和 HDLC 的做法一样）。当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法。,字符填充法,将信息字段中出现的每一个 0 x7E 字节转变成为 2 字节序列(0 x7D,0 x5E)。若信息字段中出现一个 0 x7D 的字节,则将其转变成为 2 字节序列(0 x7D,0 x5D)。若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0 x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0 x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。,例题,一个PPP帧的数据部分是 7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E试问真正的数据是什么？7E FE 27 7D 7D 65 7E,零比特填充法,同步传输时采用零比特填充法使一帧中两个 F 字段之间不会出现 6 个连续 1。在发送端，当一串比特流数据中有 5 个连续 1 时，就立即填入一个 0。在接收帧时，先找到 F 字段以确定帧的边界。接着再对比特流进行扫描。每当发现 5 个连续 1 时，就将其后的一个 0 删除，以还原成原来的比特流。,PPP 协议的工作状态,当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧）。这些分组及其响应选择一些 PPP 参数，和进行网络层配置，NCP 给新接入的 PC机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机。通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 IP 地址。接着，LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。,设备之间无链路,链路静止,链路建立,鉴别,网络层协议,链路打开,链路终止,物理链路,LCP 链路,已鉴别的 LCP 链路,已鉴别的 LCP 链路和 NCP 链路,物理层连接建立,LCP 配置协商,鉴别成功或无需鉴别,NCP 配置协商,链路故障或关闭请求,LCP 链路终止,鉴别失败,LCP 配置协商失败,点对点信道小结,掌握实现帧定界、透明传输的基本方法；掌握海明码和CRC检验的算法；掌握PPP协议的特点及其数据帧的具体格式。作业：3-1、3-4、3-6、3-7、3-8、3-9、3-10,