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课件网) 第4讲 数据链路层 学习要求： 了解：数据传输过程中差错产生的原因与性 质。 掌握：误码率的定义与差错控制方法。 掌握：数据链路层的基本概念。 掌握：Internet中的数据链路层协议。 4.1 差错产生与差错控制方法 4.1.1 为什么要设计数据链路层 在原始物理传输线路上传输数据信号是有差错的； 设计数据链路层的主要目的： 将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路； 方法 — 差错检测 差错控制 流量控制 作用：改善数据传输质量，向网络层提供高质量 的服务。 4.1.2 差错产生的原因和差错类型 传输差错 — 通过通信信道后接收的数据与发送 数据不一致的现象; 差错控制 — 检查是否出现差错以及如何纠正差错； 通信信道的噪声分为两类：热噪声和冲击噪声； 热噪声:由电子的热运动产生, 热噪声时刻存在, 具有很宽的频谱,且幅度较小。（香农关于有噪声信道传输速率的结论针对热噪声 ） 通信线路的信噪比越高，热噪声引起的差错越少。 热噪声引起的差错 → 随机差错，或随机错； 冲击噪声引起的差错 → 突发差错，或突发错； 在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发差错共同构成的。 传输差错 产生过程 4.1.3 误码率的定义 误码率定义： 二进制比特在数据传输系统中被传错的概率， 它在数值上近似等于： Pe = Ne/N 其中，N为传输的二进制比特总数； Ne为被传错的比特数。 4.1.4 检错码与纠错码 在数据传输中出现随机性错误不可避免 → 需要采用有效的差错控制方法。在数据通信中常用的差错控制办法就是检错和纠错码。 纠错码： 每个传输的分组有足够的冗余信息； 接收端能发现并自动纠正传输差错。 实现困难，在一般的通信场合不宜采用。 检错码: 分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息； 特点:接收端能发现出错，但不能确定哪一 位错，自己不能纠正传输差错。 检错码采用重传机制达到纠错目的，原理简单、实现容易、编码与解码速度快，目前得到广泛应用。 常用的检错码 奇偶校验码 垂直奇（偶）校验 水平奇（偶）校验 水平垂直奇（偶）校验 循环冗余编码CRC--目前应用最广的检错码之一。 海明码 （补充，纠错码） 奇偶校验是最常用的检错方法。 奇偶校验原理：在需校验的代码后增加一位, 增加一位校验位后码字中1的个数为： 奇数→奇校验 偶数→偶校验。 简单实用, 但只能检查出少量的随机性错误。 数值 水平偶校验 第1字节 1 1 0 0 1 0 1 0 第2字节 0 1 0 0 0 0 0 1 第3字节 1 0 0 0 0 0 1 0 第4字节 1 0 0 1 1 0 0 1 垂直奇校验 0 1 1 0 1 1 1 循环冗余校验码CRC(Cyclic Redundancy Check) 有很强的检错能力, 硬件实现容易,广泛应用在局域网中。 循环码：其中任一有效码字经过循环移位（右移或左移一位或多位）后得到的码字仍然是有效码字。例如, 若(a n-1 a n-2… a1 a0)是有效码字, 则(a n-2 a n-3 … a0 a n-1), (a n-3 a n-4 … a n-1 a n-2), …, 等都是有效码字。 例：110101和101011（110101右移一位的结果）都是有效码。 CRC是一种循环码。 4.1.5 循环冗余编码工作原理 CRC的考查点主要有三个：常见的CRC应用标准、计算CRC校验码；验算一个加了CRC校验的码是否有错误。 将要发送的数据比特序列看作是一个数据多项式f(χ)的系数，在发送端用χk * f(χ)除以收发双方预先约定的一个“生成多项式” G(χ)，得到余数（校验位），余数的位数与生成多项式的最高幂次相同，把校验位拼接到原有效信息后面形成CRC码发送到接收端。 (k是生成多项式最高幂的值，例如生成多项式CRC-12 的最高幂值为12，则χ12*f(χ)， f(χ)乘以χk是为了将余数多项式R(χ)拼接到原有效信息后面)。 数据多项式f(χ) ：要发送的数据字形成 的多项式 。 生成多项式G ... ...
