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文章目录前言概念一、链路层功能与服务二、成帧和帧同步帧定位[1]字节计数法[2]字符填充首尾定界法[3]位填充首尾定界法[4]块传输与物理层违例编码定界法[5]校验和法三、链路层的差错产生及类型一产错产生的原因二误码类型及影响四、检错码和纠错码一海明距离与误码检测二纠错码前向纠错1、海明码汉明码三检错码1、奇偶校验2、循环冗余校验CRC校验3、校验和参考资料前言
笔者系电子科技大学2019级在读本科生针对本学期学校开设的计算机通信网课程将学习笔记以博客形式上传到CSDN上以便日后复习整理其中的瑕疵欢迎大家向我指正在评论区多多交流讨论。
概念
一、链路层功能与服务
特点
相连-①通过通信信道道进行物理连接没有“智能”的中介节点②特点a.不乱序b.可能出错c.不会随机“插值”可靠-差错①评价信道-误码率物理层②评价链路-误帧率链路层③一定帧长下误码率越高误帧率越高有效-①开销少②延时短
链路层效率定义
η 有效/理想 r/Rη≤1 Rb/s——信道容量理想吞吐量有效数据率
r ∑ni/T ni第i个有效帧的bit数T测量总时间链路层的功能和服务
服务
无确认的无连接服务有确认的无连接服务有确认的面向连接服务
链路层功能
成帧定位标明起始与终止差错检测与控制流量控制链路管理建链、通信、拆链
二、成帧和帧同步帧定位
帧一个完整的数据块 帧定位从原始的bit流中提取出离散的帧
不同传输方式下的帧同步
同步传输Sync连续bit流bit流的起始和终止,没有帧传输时也存在bit流一次传一个数据块连续一串字符收发双方同步信道良好高速传输异步传输Async异步字节序列一次只传输一个字符8位字符之间有不确定延时收发双方不要求同步使用信道质量较差数据块传输方式Block若干字节构成一个连续的数据块数据块前有若干先导bits
帧同步常用方法
字节计数法字符填充首尾定界法面向字符位填充首位定界法面向位物理层编码违例法校验和法
[1]字节计数法
发方在每个帧头部中的第一个字段标识该帧的长度总共有多少字符数。 特点
优点简单缺点一旦出错无法再同步一旦帧首标记符出错无法正确检测后续所有帧很少被使用
[2]字符填充首尾定界法
定界字符F01111110转义符Esc 发送-在所有通信控制字符特殊字符前增加转义符【包含转义符】 接收-1前面没有转移符的控制字符以控制符解释2前面有转义符的控制字符作为数据字符解释
[3]位填充首尾定界法
定界标志FFlag ‘01111110’ 位填充实际传输数据中出现连续5个1直接插入0然后接收方去掉0便于用硬件移位实现
[4]块传输与物理层违例编码定界法
块传输数据块传输1块长度可变2块间间隔可变 ——看作是增强型的异步传输速率高应用有计算机网络电缆连接以太网信号。 块传输每个块即为一个帧前同步码Preamble后同步码(Postmable) 违例编码法利用信息bit流特性用非正常码型进行位置界定有NRZ、曼彻斯特、HDB3、以太网、SDH
[5]校验和法
PS此处笔者仍然没有搞清楚校验和具体细节故暂且将其归纳为两种不同的校验和方法如有错误欢迎指正 块传输的校验和法应用于帧长度固定、帧与帧首尾相接的传输中 ATM帧长53字节-信元两种校验和帧定位方法 ①
整个帧进行校验和ChecksumB[4] B[0] …B[52]帧同步技术1粗同步-校验一个信元2精同步-连续校验N个块
②
头部进行校验和使用循环冗余校验B[4] ? B[0]…B[3] 优点1无定界符开销2可靠性高 缺点1有附加条件-固定信元2环境要求高-足够的寄存器、计算速度高
三、链路层的差错产生及类型
一产错产生的原因
1、衰减-信号随传播距离的增长能量的消耗信号强度减弱到一定成都导致对方误判
2、失真-畸变信号在传输过程中与原有信号相比发生的偏差 1 衰减失真-不同频率分量衰减不同在合成之后改变波形 2 时延失真-信号传播速度因频率不同某个码元频率成分溢出到下一个码元码元之间串扰而失真 3、噪声 1 白/热噪声 2 互/交调噪声——共享信道 3 串扰——相邻线路耦合 4 冲激噪声——开关电流冲激
二误码类型及影响
1、误码类型
误码率 传输的误码/总码数1随机错-1位 2突发错-多位“连续”错连续指错误位置距离较近 PS随机错更容易被发现 2、误码的影响 1 帧体错-内容错 2 帧界定错-帧数据不可信可能连锁反应信道失序——收发无法同步 3不会出现“插值”、复制、乱序错误
四、检错码和纠错码
一海明距离与误码检测
海明距离-两个码字中不同的位的个数 通过增加冗余位增加开销来拉开海明距离 1 检验d比特错需要距离为d1的编码 2 纠正d比特错需要距离为2d1的编码 给定码长m纠正1位错需要增加r位纠错码 满足
mr1≤2 r二纠错码前向纠错
1、海明码汉明码
海明纠错码的位置1248…… 1 计算纠错码每一位的位置换算成2的幂次的和x2i2j…… 凡是和里面包含2k的位共同参与2k的偶检验计算然后决定海明纠错码的数值 2 接收方反过来计算校验位错误的检测码的位置之和就是错误位 发送方纠错码的计算 接收方对纠错码进行校验
三检错码
1、奇偶校验
偶校验even-parity ①除校验位以外的其余位1的个数为偶数——校验位0 ②除校验位以外的其余位1的个数为奇数——校验位1 奇校验odd-parity ①除校验位以外的其余位1的个数为偶数——校验位1 ②除校验位以外的其余位1的个数为奇数——校验位0 PS:只能检测出奇数个误码漏检率高 纵横式冗余校验-海明距离为3 黄色为原始数据红色为校验位
2、循环冗余校验CRC校验
步骤假定有r位的数据位CRC生成多项式位数为d 1在数据位后面添加d-1个0构成rd-1位作为被除数 2利用模2除法除以d位生成多项式 3除到余数剩下d-1位为冗余校验码以此校验码跟随在r位数据后面作为CRC校验码 4接收方将完整数据除以同一个CRC生成多项式若余数为0则数据位没有出错反之数据位出错 生成多项式的表示 常用生成式CRC-12、CRC-16、CRC-CCITT——均含有x1的因子 校验能力 a. 所有的单位错 b. 所有的两位错 c. 所有奇数个位错 d. 所有突发长度小于等于rr是校验和长度 e. 突发错长大于r有漏检率
①突发长度r1 漏检率1/2 ^r-1 ②突发长度r1 漏检率1/2^r特定适合用硬件实现——得益于移位寄存器方便进行模2除法
3、校验和
PS区别帧定位中的校验和此处校验和用于检错
步骤 1以16位2个字节作为一个单元依次累加 2将得到的累加值和进位值再相加得到一个16位的累加和 3将累加和取反作为校验码跟随在发送码串的末尾 4接收方校验时将所有位累加若结果0则数据未出错反之则数据出错 若码串长度为奇数则在末尾添加一个全0字节进行累加最后得到的结果需要交换两个字节作为最终的校验和
检错能力CRC16相当但适合用于软件实现
参考资料
中国大学MOOC电子科技大学计算机通信网络 计算机网络第五版 清华大学出版社 严伟、潘爱民 译
