第04章计算机网络课程

1、计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 下面讨论两个主机通过互联网通信时数据下面讨论两个主机通过互联网通信时数据 链路层所处的位置，如图所示：链路层所处的位置，如图所示： 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网

2、网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 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 R1R2R3 H1H2 从层次上来看数据的流动 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4

3、4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 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 R1R2R3 H1H2 仅从数据链路层观察帧的流动 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链

4、链 路路路路路路 层层层层层层 数据链路层的任务就是把网络层交下来的数据发数据链路层的任务就是把网络层交下来的数据发 送到链路上，以及把接收到的帧中的数据取出并上交送到链路上，以及把接收到的帧中的数据取出并上交 给网络层。数据链路层采用了被称为给网络层。数据链路层采用了被称为(frame)的协议的协议 数据单元作为该层的数据传送逻辑单元。数据单元作为该层的数据传送逻辑单元。 数据链路层最主要的功能为：数据链路层最主要的功能为： 1. 结点结点A把把IP分组封装成帧。分组封装成帧。 2. 结点结点A把数据帧通过各自的物理层转交给结点把数据帧通过各自的物理层转交给结点B。 3. 结点结点B确认接收

5、的数据帧无误后，将其中的确认接收的数据帧无误后，将其中的IP分组交分组交 给网络层。给网络层。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 数据链路层与上下层之间的关系数据链路层与上下层之间的关系 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 (link)就是一条无源的点到

6、点的物理线路段，就是一条无源的点到点的物理线路段， 中间没有任何其他的交换结点。中间没有任何其他的交换结点。 (data link)则是另一个概念。这是因为当则是另一个概念。这是因为当 需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理 线路外，还必须有一些必要通信协议来控制这些数据线路外，还必须有一些必要通信协议来控制这些数据 的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上， 就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用 （即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。一般（即

7、网卡）来实现这些协议的硬件和软件。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。的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。 也有人采用另外的术语。这就是将链路分为物理也有人采用另外的术语。这就是将链路分为物理 链路和逻辑链路。物理链路就是上面所说的链路，而链路和逻辑链路。物理链路就是上面所说的链路，而 逻辑链路就是上面的数据链路，是物理链路加上必要逻辑链路就是上面的数据链路，是物理链路加上必要 的通信协议。的通信协议。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据

8、据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 数据链路层的通信模型数据链路层的通信模型 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 数据链路层的通信链路数据链路层的通信链路 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 数据链路层最基本的服务是将源机网络层来的数数据链路层最

9、基本的服务是将源机网络层来的数 据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这 一目的，数据链路层必须具备一系列相应的功能，它一目的，数据链路层必须具备一系列相应的功能，它 们主要有：如何将数据组合成数据块（帧），帧是数们主要有：如何将数据组合成数据块（帧），帧是数 据链路层的传送单位；如何控制帧在物理信道上的传据链路层的传送单位；如何控制帧在物理信道上的传 输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使 之与接收方相匹配；在两个网络实体之间提供数据链之与接收方相匹配；在两个网络实体之间提供数据链 路通

10、路的建立、维持和释放管理。路通路的建立、维持和释放管理。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 数据链路层协议有很多种，但有三个基本数据链路层协议有很多种，但有三个基本 问题是共同的。问题是共同的。 1、 2、 3、 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 为了

11、使传输中发生差错后只将出错的有限数据进为了使传输中发生差错后只将出错的有限数据进 行重发，数据链路层将比特流组织成以帧为单位传送。行重发，数据链路层将比特流组织成以帧为单位传送。 帧的组织结构必须设计成使接收方能够明确地从物理帧的组织结构必须设计成使接收方能够明确地从物理 层收到的比特流中对其进行识别，也即能从比特流中层收到的比特流中对其进行识别，也即能从比特流中 区分出帧的起始与终止，这就是帧定界要解决的问题。区分出帧的起始与终止，这就是帧定界要解决的问题。 由于网络传输中很难保证计时的正确和一致，所以不由于网络传输中很难保证计时的正确和一致，所以不 能采用依靠时间间隔关系来确定一帧的起始与

12、终止的能采用依靠时间间隔关系来确定一帧的起始与终止的 方法。下面介绍几种常用的帧同步法。方法。下面介绍几种常用的帧同步法。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 在帧头中使用一个特殊字符表征一帧的起始，并在帧头中使用一个特殊字符表征一帧的起始，并 以一个专门字段来标明帧内的字符数，通常该字段称以一个专门字段来标明帧内的字符数，通常该字段称 为帧长字段。接受方可以通过对该特殊字符的识别从为帧长字段。接受方可以通过对该特殊字符的识

13、别从 比特流中区分出帧的起始，并从专门字段中获知该帧比特流中区分出帧的起始，并从专门字段中获知该帧 中随后跟随的数据字节数，从而可确定出帧的终止位中随后跟随的数据字节数，从而可确定出帧的终止位 置。置。 如果发生传输错误，则可能更改帧长的值，从而如果发生传输错误，则可能更改帧长的值，从而 导致帧的同步出现问题。导致帧的同步出现问题。 该方法通常与下面介绍的其他方法结合使用。该方法通常与下面介绍的其他方法结合使用。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路

14、路路路路路 层层层层层层 6 A B C D E 5 U V W X 8 1 2 3 4 4 5 8 三个帧的长度三个帧的长度 分别为分别为6字节、字节、 5字节和字节和8字节字节 。 6 A B C D E 7 U V W X 8 1 2 3 4 4 5 8 ？ 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 面向字节计数的同步规程的典型实例是面向字节计数的同步规程的典型实例是DEC公司的数字数公司的数字数 据通信报协议据通信报协议D

15、DCMP(Digital Data Communications Message Protocol)。DDCMP采用的帧格式如下：采用的帧格式如下： 8142888168-13106416 SOHCountFlagAckSegAddrCRC1DataCRC2 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 格式中控制字符格式中控制字符SOH标志数据帧的起始。标志数据帧的起始。Count字段字段 共有共有14位，用以指示帧中数据段中数据的

16、字节数，数据段位，用以指示帧中数据段中数据的字节数，数据段 最大长度为最大长度为8(214-1)=131064位，长度必须为字节位，长度必须为字节(即即8位位) 的整倍数，的整倍数，DDCMP协议就是靠这个字节计数来确定帧的协议就是靠这个字节计数来确定帧的 终止位置的。终止位置的。DDCMP帧格式中的帧格式中的Ask、Seg、Addr及及Flag 中的第中的第2位。它们的功能分别类似于本节稍后要详细介绍位。它们的功能分别类似于本节稍后要详细介绍 的的HDLC中的中的N(S)、N(S)、Addr字段及字段及P/F位。位。CRC1、 CRC2分别对标题部分和数据部分进行双重校验，强调标分别对标题部

17、分和数据部分进行双重校验，强调标 题部分单独校验的原因是，一旦标题部分中的题部分单独校验的原因是，一旦标题部分中的Count字段字段 出错，即失却了帧边界划分的依据，将造成灾难性的后果。出错，即失却了帧边界划分的依据，将造成灾难性的后果。 由于采用字段计数方法来确定帧的终止边界不会引起由于采用字段计数方法来确定帧的终止边界不会引起 数据及其它信息的混淆，因而不必采用任何措施便可实现数据及其它信息的混淆，因而不必采用任何措施便可实现 数据的透明性，即任何数据均可不受限制地传输。数据的透明性，即任何数据均可不受限制地传输。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教

18、教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 每一帧以每一帧以ASCII字符序列字符序列DLE STX开始，以开始，以DLE ETX结束。结束。DLE为为“Data Link Escape”的缩写，的缩写，STX 意味着意味着“Start of Text”， ETX代表代表“ End of Text”。 其缺点是成帧完全依赖于其缺点是成帧完全依赖于8位字符，而且若数据部位字符，而且若数据部 分也出现了分也出现了DLE STX或或DLE ETX，则接收端就会错误，则接收端就会错误 判断帧边界。判断帧边界。 D

19、LE Data DLESTXETX 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 在首尾界符法中，由于数据中可能会出现在首尾界符法中，由于数据中可能会出现DLE STX 或或DLE ETX，从而干扰帧的正常定界，从而干扰帧的正常定界 字符填充法可用于解决上述问题。即发送端在数据字符填充法可用于解决上述问题。即发送端在数据 中所遇到的中所遇到的DLE前再插入一个附加的前再插入一个附加的DLE，而接收端则，而接收端则 忽略两个连续忽略两个

20、连续DLE的前一个。的前一个。 Data DLE STX DLE ETXDLE DLE ETXDLEDLE STX DLE 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 每一帧使用一个特殊的位模式每一帧使用一个特殊的位模式“”作为开作为开 始和结束标记。该位模式又称为始和结束标记。该位模式又称为“”。 位模式允许数据帧包含任意个数的比特，也允许位模式允许数据帧包含任意个数的比特，也允许 每个字符采用任意比特的编码。每个字符采用任意比特

21、的编码。 Data 0111111001111110 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 在首尾标记法中，由于数据中可能会出现与标记相在首尾标记法中，由于数据中可能会出现与标记相 同的位串，从而干扰帧的正常定界同的位串，从而干扰帧的正常定界 位填充法可用于解决上述问题。即发送端在数据中位填充法可用于解决上述问题。即发送端在数据中 若遇到若遇到5个连续的个连续的“1”时，则在其后自动插队入一个时，则在其后自动插队入一个“0”。

22、 该技术简称该技术简称“逢五逢五1插插0”；接收端则忽略；接收端则忽略5个连续的个连续的“1” 后面的后面的“0”，简称，简称“逢五逢五1删删0” 。 Data 01111110 01111110111111111110 01111110 0111111011111011111100 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 l 利用物理层信息编码中未用的电信号来作为帧的边界。利用物理层信息编码中未用的电信号来作为帧的边界。 l

23、以以IEEE802IEEE802局域网标准为例，其数据编码采用曼彻斯特编局域网标准为例，其数据编码采用曼彻斯特编 码，在传输之前将数据位码，在传输之前将数据位“1”1”编码成高编码成高- -低电平对，数低电平对，数 据位据位“0”0”编码成低编码成低- -高电平对，并利用高高电平对，并利用高- -高电平对和低高电平对和低 - -低电平对作为帧边界的特殊编码。低电平对作为帧边界的特殊编码。 l 在实际应用中，数据链路层协议多数使用字符计数法与在实际应用中，数据链路层协议多数使用字符计数法与 其他方法相结合作为帧定界的方法。其他方法相结合作为帧定界的方法。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机

24、 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 收方必须能自动区分所传送的是数据信息还是控收方必须能自动区分所传送的是数据信息还是控 制信息，从而使链路上可传送任意比特组合的信息，制信息，从而使链路上可传送任意比特组合的信息， 这就是这就是“透明传输透明传输”。 为了透明传输，通常使用为了透明传输，通常使用使得使得的的 字符不被理解为字符不被理解为使用的控制字符。这些字符使用的控制字符。这些字符 通常称为通常称为。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络

25、络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 通信系统必须具备发现通信系统必须具备发现(即检测即检测)差错的能力，并差错的能力，并 采取措施纠正之，使差错控制在所能允许的尽可能小采取措施纠正之，使差错控制在所能允许的尽可能小 的范围内，这就是差错控制过程，也是数据链路层的的范围内，这就是差错控制过程，也是数据链路层的 主要功能之一。主要功能之一。 接收方通过对差错编码接收方通过对差错编码(奇偶校验码或奇偶校验码或CRC码码)的的 检查，可以判定一帧在传输过程中是否发生了差错。检查，可以判定一帧

26、在传输过程中是否发生了差错。 一旦发现差错，一般可以采用反馈重发的方法来纠正。一旦发现差错，一般可以采用反馈重发的方法来纠正。 这就要求接受方收完一帧后，向发送方反馈一个接收这就要求接受方收完一帧后，向发送方反馈一个接收 是否正确的信息，使发送方据此做出是否需要重新发是否正确的信息，使发送方据此做出是否需要重新发 送的决定。发送方仅当收到接收方以正确接收的反馈送的决定。发送方仅当收到接收方以正确接收的反馈 信号后才能认为该帧已经正确发送完毕，否则需要重信号后才能认为该帧已经正确发送完毕，否则需要重 发直至正确为止。发直至正确为止。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络

27、络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 物理信道的突发噪声可能完全物理信道的突发噪声可能完全“淹没淹没”一帧，即一帧，即 使得整个数据帧或反馈信息帧丢失，这将导致发送方使得整个数据帧或反馈信息帧丢失，这将导致发送方 永远收不到接受方发来的信息，从而使传输过程停滞。永远收不到接受方发来的信息，从而使传输过程停滞。 为了避免出现这种情况，通常引入计时器为了避免出现这种情况，通常引入计时器(Timer)来限来限 定接收方发回方反馈消息的时间间隔，当发送方发送定接收方发回方反馈消息的时间间隔，当发

28、送方发送 一帧的同时也启动计时器，若在限定时间间隔内未能一帧的同时也启动计时器，若在限定时间间隔内未能 收到接收方的反馈信息，即计时器超时收到接收方的反馈信息，即计时器超时(Timeout)，则，则 可认为传出的帧已经出错或丢失，就要重新发送。可认为传出的帧已经出错或丢失，就要重新发送。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 由于同一帧数据可能被重复发送多次，就可能引由于同一帧数据可能被重复发送多次，就可能引 起接收方多次收到

29、同一帧并将其递交给网络层的危险。起接收方多次收到同一帧并将其递交给网络层的危险。 为了防止发生这种危险，可以采用对发送的帧编号的为了防止发生这种危险，可以采用对发送的帧编号的 方法，即赋予每帧一个序号，从而使接收方能从该序方法，即赋予每帧一个序号，从而使接收方能从该序 号来区分是新发送来的帧还是已经接受但又重发来的号来区分是新发送来的帧还是已经接受但又重发来的 帧，以此来确定要不要将接收到的帧递交给网络层。帧，以此来确定要不要将接收到的帧递交给网络层。 数据链路层通过使用计数器和序号来保证每帧最终都数据链路层通过使用计数器和序号来保证每帧最终都 能被正确地递交给目标网络层一次。能被正确地递交给

30、目标网络层一次。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 数据传输过程中，受到噪声的影响，不可避免地会出数据传输过程中，受到噪声的影响，不可避免地会出 现传输差错，为了保证传输的可靠性，就要采取措施现传输差错，为了保证传输的可靠性，就要采取措施 进行差错控制。进行差错控制。 处理差错问题的两种策略：处理差错问题的两种策略： 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第

31、第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 自动请求重发自动请求重发(ARQ) 前向纠错前向纠错(FEC) 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 在数据块中加入冗余信息的过程称为差错编码。在数据块中加入冗余信息的过程称为差错编码。 一种编码的检错和纠错能力取决于它的海明距离。一种编码的检错和纠错能力取决于它的海明距离。 海明距离海明距离两个码字中不同的位的数目称作海明距

32、离。两个码字中不同的位的数目称作海明距离。 其含义为：对于海明距离为其含义为：对于海明距离为d的两个码字，需要的两个码字，需要d个个1位错位错 误才能将一个码字转换成另外一个码字。误才能将一个码字转换成另外一个码字。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 海明距离海明距离=3 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程

33、程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 要能检测出要能检测出d个比特错误，需要使用距离为个比特错误，需要使用距离为d+1的编码。的编码。 即一个码字错即一个码字错d1个比特才能变成另一个，个比特才能变成另一个， 10110101 使用偶校验（使用偶校验（“1”的个数为偶数）的个数为偶数） 1011010 10110100 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层

34、层层层层层 奇偶校验码能否检查出偶数个错误？奇偶校验码能否检查出偶数个错误？ 1 0 1 1 0 1 0 11 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 11 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 11 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 11 0 1 0 1 0 1 1 1 原码字：原码字： 错一位：错一位： 错两位：错两位： 错三位：错三位： 错四位：错四位： 奇偶校验码漏检率达奇偶校验码漏检率达50% 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络

35、络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 奇偶校验可分为以下三种形式：奇偶校验可分为以下三种形式： 垂直冗余校验垂直冗余校验 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据

36、据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 编码规则：编码规则： 偶校验：偶校验：ri=I1i+I2i+.+Ipi(i=1，2，.，q) 奇校验：奇校验：ri=I1i+I2i+.+Ipi+1(i=1，2，.，q) 式中式中 p为码字的定长位数为码字的定长位数 q为码字的个数为码字的个数 垂直奇偶校验的编码效率为垂直奇偶校验的编码效率为R=p/(p+1)。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 特点：垂直奇偶校验又称纵向奇

37、偶校验，它能检测出每特点：垂直奇偶校验又称纵向奇偶校验，它能检测出每 列中所有奇数个错，但检测不出偶数个的错。因而对列中所有奇数个错，但检测不出偶数个的错。因而对 差错的漏检率接近差错的漏检率接近1/2。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路

38、路路路 层层层层层层 水平冗余校验水平冗余校验 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 编码规则：编码规则： 偶校验：偶校验：ri=Ii1+Ii2+.+Iiq(i=1，2，.，p) 奇校验：奇校验：ri=Ii1+Ii2+.+

39、Iiq+1(i=1，2，.，p) 式中式中 p为码字的定长位数为码字的定长位数 q为码字的个数为码字的个数 水平奇偶校验的编码效率为水平奇偶校验的编码效率为R=q/(q+1)。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 特点：水平奇偶校验又称横向奇偶校验，它不但能检测特点：水平奇偶校验又称横向奇偶校验，它不但能检测 出各段同一位上的奇数个错，而且还能检测出突发长出各段同一位上的奇数个错，而且还能检测出突发长 度度=p的所有突发错误

40、。其漏检率要比垂直奇偶校验的所有突发错误。其漏检率要比垂直奇偶校验 方法低，但实现水平奇偶校验时，一定要使用数据缓方法低，但实现水平奇偶校验时，一定要使用数据缓 冲器。冲器。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 水平垂直

41、冗余校验水平垂直冗余校验 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 编码规则：编码规则： 若水平垂直都用偶校验，则若水平垂直都用偶校验，则 ri，q+1=Ii1+Ii2+.+Iiq (i=1，2，.，p) rp+1，j=I1j

42、+I2j+.+Ipj (j=1，2，.，q) rp+1，q+1=rp+1，1+rp+1，2+.+rp+1，q =r1，q+1+r2，q+1+.+rp，q+1 水平垂直奇偶校验的编码效率为水平垂直奇偶校验的编码效率为 R=pq/(p+1)(q+1)。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 特点：水平垂直奇偶校验又称纵横奇偶校验。它能检测特点：水平垂直奇偶校验又称纵横奇偶校验。它能检测 出所有出所有3位或位或3位以下的错误、奇数个

43、错、大部分偶数位以下的错误、奇数个错、大部分偶数 个错以及突发长度个错以及突发长度=p+1的突发错。可使误码率降至的突发错。可使误码率降至 原误码率的百分之一到万分之一。还可以用来纠正部原误码率的百分之一到万分之一。还可以用来纠正部 分差错。有部分偶数个错不能测出。适用于中、低速分差错。有部分偶数个错不能测出。适用于中、低速 传输系统和反馈重传系统。传输系统和反馈重传系统。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 计计计计计计

44、算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 由于奇偶校验漏检率高，在计算机和数据通信中使用最广由于奇偶校验漏检率高，在计算机和数据通信中使用最广 泛的检错码是循环冗余码。该码漏检率低且容易实现。泛的检错码是循环冗余码。该码漏检率低且容易实现。 循环冗余码（循环冗余码（CRC码，多项式编码）把位串看成是系数为码，多项式编码）把位串看成是系数为0 或或1的多项式。例如：的多项式。例如： 110001，表示成多项式，表示成多项式 x5 + x4 + 1

45、 生成多项式生成多项式G(x) CRC码基本思想：校验和加在帧尾，使带校验和的帧的多码基本思想：校验和加在帧尾，使带校验和的帧的多 项式能被项式能被G(x)除尽；收方接收时，用除尽；收方接收时，用G(x)去除它，若有去除它，若有 余数，则传输出错。余数，则传输出错。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 1. 将要发送的数据比特序列当成一个多项式将要发送的数据比特序列当成一个多项式f(x)的系数，的系数， 在发端用双方约定的生

46、成多项式在发端用双方约定的生成多项式G(x)去除，得到一个去除，得到一个 余数多项式余数多项式R； 2. 将余数将余数R（冗余）加在数据后面一起发送到接收端；（冗余）加在数据后面一起发送到接收端； 3. 收方将收到的数据除以收方将收到的数据除以G(x)，检测余数，检测余数 4. 若余数为若余数为0，则传送正确。否则错误，由发方重发数，则传送正确。否则错误，由发方重发数 据直到正确为止。据直到正确为止。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路

47、层层层层层层 发送方接收方 发送数据 f(x) 生成多项式 G(x) f(x)x k . G(x) =Q(x)+ R(x) G(x) 实际发送: f(x) x k . +R(x) 数据字段校验字段 f(x)x k . R(x) 发送数据 f (x) 生成多项式 G(x) R(x)=R(x) 接收正确 R(x)=R(x) 接收出错 发送 f(x)x k . G(x) =Q(x)+ R(x) G(x) 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层

48、层层层层 循环冗余校验码的特点循环冗余校验码的特点 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 假设待传送的数据 M = 1010001101（共k bit）。在M的后面再添加供差错检测用的 n bit 冗余码一起发送。 用二进制的模 2 运算，进行 2n 乘 M 的运算， 这相当于在 M 后面添加 n 个 0。 得到的 (k + n) bit 的数除以事先选定好的长 度为 (n + 1) bit 的数 P，得出商是 Q， 而 余数

49、是 R，余数 R 比除数 P 至少要少1 个 比特。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 1010001101 2nM + R 1010001101 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 1101010110 Q 商 除数 P 110101 10100011

50、0100000 2nM 被除数 110101 111011 110101 111010 110101 111110 110101 101100 110101 110010 110101 01110 R 余数 发送的数据发送的数据：101000110101110 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 生成多项式的表示方法生成多项式的表示方法： 543210543210 | 10011 = 10011 = x x4 4+x+1+x

51、+1 110101 = 110101 = x x5 5+x+x4 4+x+x2 2+1+1 帧：帧：1101011011 生成多项式：生成多项式：10011 帧后加帧后加4个个0的位串：的位串：11010110110000 余数余数 传输的帧传输的帧 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数

52、数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 CRC-12 GCRC-12 G（x x） = x= x12 12+x +x11 11+x +x3 3+x+x2 2+x+x1 1+1+1 CRC-16 GCRC-16 G（x x） = x= x16 16+x +x15 15+x +x2 2+1+1 CRC-ITU GCRC-ITU G（x x） = x= x16 16+

53、x +x12 12+x +x5 5+1+1 CRC-32 GCRC-32 G（x x） = x= x32 32+x +x26 26+x +x23 23+x +x22 22+x +x16 16+x +x12 12+x +x11 11+x +x10 10 +x+x8 8+x+x7 7+x+x5 5+x+x4 4+x+x2 2+x+1+x+1 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 帧检验序列帧检验序列 计计计计计计 算算算算算算 机

54、机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 仅用循环冗余检验仅用循环冗余检验 CRC CRC 差错检测技术只能做到无差错检测技术只能做到无 差错差错接受接受(accept)(accept)。 “无差错接受无差错接受”是指：是指：“凡是接受的帧（即凡是接受的帧（即不包括不包括 丢弃的帧丢弃的帧），我们都能以非常接近于），我们都能以非常接近于 1 1 的概率的概率 认为这些帧在传输过程中没有产生差错认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。 也就是说：也就是说：“凡是接

55、受的帧都没有传输差错凡是接受的帧都没有传输差错”（有（有 差错的帧就丢弃而不接受）。差错的帧就丢弃而不接受）。 要做到要做到“可靠传输可靠传输”（即发送什么就收到什么）就（即发送什么就收到什么）就 必须再加上必须再加上确认确认和和重传重传机制。机制。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 只要得出的余数只要得出的余数 R R 不为不为 0 0，就表示检测到了，就表示检测到了差错差错。 但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几

56、个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。比特出现了差错。 一旦检测出差错，就一旦检测出差错，就丢弃丢弃这个出现差错的帧。这个出现差错的帧。 只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P P， 那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 纠正单比特错的编码可以通过海明纠正单比特错的编码可

57、以通过海明1950年提出的方法实年提出的方法实 现现 海明编码位从左边开始按顺序依次编号；海明编码位从左边开始按顺序依次编号； 编号为编号为2的幂的位是校验位，其余的位填入数据位；的幂的位是校验位，其余的位填入数据位； 每个校验位的取值应使得包括自己在内的一些位的集合每个校验位的取值应使得包括自己在内的一些位的集合 服从规定的奇偶性。服从规定的奇偶性。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 为了知道编号为为了知道编号为k的数据

58、位对哪些检测位有影响，的数据位对哪些检测位有影响， 将编号将编号k改写成改写成2的幂的和，例如：的幂的和，例如：11=1+2+8 ， 29=1+4+8+16，一个位只由扩展式中所示编号的位检，一个位只由扩展式中所示编号的位检 测，例中，测，例中，11的位只由编号为的位只由编号为1，2和和8的检测位检测。的检测位检测。 它是利用在信息位为它是利用在信息位为k位，增加位，增加r位冗余位，构成位冗余位，构成 一个一个n=k+r位的码字，然后用位的码字，然后用r个监督关系式产生的个监督关系式产生的r个个 校正因子来区分无错和在码字中的校正因子来区分无错和在码字中的n个不同位置的一位个不同位置的一位 错

59、。错。 对海明码的使用包括海明码的生成和接受两部分。对海明码的使用包括海明码的生成和接受两部分。 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 以一个以一个7位的位的ASCII字符为例，字符为例，m=7(数据位数据位)，r=4(校验位校验位)，n=11(编编 码总长码总长) 11=1+2+810=2+89=1+88=8 7=1+2+46=2+45=1+44=4 3=1+22=21=1 = + + + + + = + + + + + =

60、 + + + = + + + 对于对于ASCII字符字符“d”， 二进制码为二进制码为1100100，海明码为：，海明码为： 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 校验位校验位 计计计计计计 算算算算算算 机机机机机机 网网网网网网 络络络络络络 教教教教教教 程程程程程程 第第第第第第 4 4 4 章章章章章章 数数数数数数 据据据据据据 链链链链链链 路路路路路路 层层层层层层 数据链路层的主要功能归纳如下：数据链路层的主要功能归纳如下： （1）数据链路的建立、维持和释放就数据链路的建立、维持和释放就 叫做叫做。 （2） （3）(flow control) （4） （5） （6） （