第4讲 dl.ppt

1、数据链路层数据链路层 链路与数据链路链路与数据链路 数据链路层的基本功能数据链路层的基本功能 数据链路层的服务数据链路层的服务 停停-等协议等协议 实用的停实用的停-等协议等协议 连续连续ARQ协议协议 选择重传选择重传ARQ协议协议 HDLC、SLIP、PPP 要点要点 数据链路层数据链路层 v 链路：一条无源的点到点的物理线路，中间没有任何交换结点。链路：一条无源的点到点的物理线路，中间没有任何交换结点。 v 数据数据(逻辑逻辑)链路链路: (物理物理)链路链路+通信规程通信规程 v 数据链路层的基本功能数据链路层的基本功能 链路管理链路管理：数据链路的建立、维持和释放：数据链路的建立、维

2、持和释放 成帧成帧:收方能从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结收方能从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结 束束 流量控制流量控制：发方发送数据的速率必须使收方来得及接收：发方发送数据的速率必须使收方来得及接收 差错控制差错控制：前向纠错、检错重发：前向纠错、检错重发 区分数据和控制信息区分数据和控制信息： 寻址寻址：多点连接的情况下，可保证每一帧都能送到正确的目：多点连接的情况下，可保证每一帧都能送到正确的目 的站的站, 收方也能知道发方是哪一个站。收方也能知道发方是哪一个站。 透明传输透明传输:不管所传数据是什么样的比特组合，都能在链路上不管所传数据是什么样的比特组合，都能在链路

3、上 传送。传送。 H4M 成帧 字符计数法字符计数法 带字符填充的首尾界符法带字符填充的首尾界符法 带位填充的首尾标志法带位填充的首尾标志法 物理层编码违例法物理层编码违例法 字符计数法 帧在帧头部中使用一个字段来标明帧内字符数在帧头部中使用一个字段来标明帧内字符数 51234567898012345687890123 第第1帧帧 5个字符个字符 第第2帧帧 5个字符个字符 第第3帧帧 8个字符个字符 第第4帧帧 8个字符个字符 51234767898012345687890123 第第1帧帧第第2帧帧 (错误的错误的) 现在的一个字符计数现在的一个字符计数 无差错无差错 有差错有差错 问题问

4、题: 计数器在传输过程中出现错误，导致整个数据流出错。计数器在传输过程中出现错误，导致整个数据流出错。 带字符填充的首尾界符法 以特定的字符序列为控制字段以特定的字符序列为控制字段 DLESTXADLEBDLEETX DLESTXADLEB DLEETX DLE DLESTXADLEBDLEETX 填充的填充的DLE 源源(网网) 目目(网网) 每一帧以每一帧以ASCII字符序列字符序列DLE STX,以以DLE ETX结束。结束。 DLE= Date Link Escape STX=Start of Text ETX=End of Text 缺点：依赖于字符集，不通用，也无法扩展缺点：依赖于

5、字符集，不通用，也无法扩展 面向字符的成帧方法，不利于系统之间相互通信。面向字符的成帧方法，不利于系统之间相互通信。 Bisync 带位填充的首尾标志法 HDLC 帧中采用帧中采用 01111110 作为开始和结束的标志位作为开始和结束的标志位 采用统一的帧格式，以特定的位序列进行帧同步和定界。采用统一的帧格式，以特定的位序列进行帧同步和定界。 效率高，转义时只需插入一个比特。效率高，转义时只需插入一个比特。 位序列进行帧同步和定界 物理层编码违例法 FCSPA SALENSFDDALLC PDUPad 优点：无需填充优点：无需填充 最简单而又最基本的一个数据链路层协议是： 停止等待协议(st

6、op-and-wait) 两机通信的简化模型两机通信的简化模型 一般，数据的传输受到两个因素的影响一般，数据的传输受到两个因素的影响 信道可靠性信道可靠性 发送和接收能力发送和接收能力 理想化的数据传输无需数据链路层协议理想化的数据传输无需数据链路层协议 假定假定1：链路是理想的传输信道，数据既不会出错也不会丢失：链路是理想的传输信道，数据既不会出错也不会丢失 假定假定2：不管发送方的速率多快，接收方总能接收到并上交：不管发送方的速率多快，接收方总能接收到并上交,缓冲区无穷缓冲区无穷 大，无需流量控制大，无需流量控制 而在一般情况下，上述情况难以保证 停止等待协议停止等待协议(假定传输信道理想

7、假定传输信道理想) 发送方发出一帧后，要停下来等待接收方的应答，收到确认后才能发送下发送方发出一帧后，要停下来等待接收方的应答，收到确认后才能发送下 一帧一帧。 AP1 主机主机A AP2 主机主机B 数据链路数据链路 DL 从从 主主 机机 取取 数数 据据 上上 交交 主主 机机 DATA1 DATA2 结点结点A结点结点B ACK ACK 从从 主主 机机 取取 数数 据据 上上 交交 主主 机机 DATA1 DATA4 DATA3 DATA2 结点结点A结点结点B 理想信道理想信道 具有简单流量控制具有简单流量控制 的数据链路层协议的数据链路层协议 t 实用的停止等待协议实用的停止等待

8、协议 时 间 AB DATA0 送 主 机 ACK DATA1 送 主 机 ACK (a) 正常情况 AB DATA0 DATA0 送 主 机 ACK (c) 数据帧丢失 重 传 tout 丢 失 ！ AB DATA0 送 主 机 ACK DATA0 丢 弃 ACK (d) 确认帧丢失 重 传 tout丢 失 ！ AB DATA0 NAK DATA0 送 主 机 ACK (b) 数据帧出错 重 传 出错 四种情况 超时计时器的作用超时计时器的作用 结点结点A发送完一个数据帧时，就启动一个发送完一个数据帧时，就启动一个 超时计时器超时计时器(timeout timer)。 计时器又称为计时器又称

9、为定时器定时器。 若到了超时计时器所设置的重传时间若到了超时计时器所设置的重传时间 tout 而仍收不到结点而仍收不到结点 B 的任何确认帧，则结的任何确认帧，则结 点点 A 就重传前面所发送的这一数据帧。就重传前面所发送的这一数据帧。 一般可将重传时间选为略大于一般可将重传时间选为略大于“从发完从发完 数据帧到收到确认帧所需的平均时间数据帧到收到确认帧所需的平均时间”。 解决重复帧的问题解决重复帧的问题 使每一个数据帧带上不同的发送序号。每发送使每一个数据帧带上不同的发送序号。每发送 一个新的数据帧就把它的发送序号加一个新的数据帧就把它的发送序号加 1。 若结点若结点 B 收到发送序号相同的

10、数据帧，就表明收到发送序号相同的数据帧，就表明 出现了重复帧。这时应丢弃重复帧，因为已经出现了重复帧。这时应丢弃重复帧，因为已经 收到过同样的数据帧并且也交给了主机收到过同样的数据帧并且也交给了主机 B。 但此时结点但此时结点 B 还必须向还必须向 A 发送确认帧发送确认帧 ACK， 因为因为 B 已经知道已经知道 A 还没有收到上一次发过去还没有收到上一次发过去 的确认帧的确认帧 ACK。 帧的编号问题帧的编号问题 任何一个编号系统的序号所占用的比特数一定任何一个编号系统的序号所占用的比特数一定 是有限的。因此，经过一段时间后，发送序号是有限的。因此，经过一段时间后，发送序号 就会重复。就会

11、重复。 序号占用的比特数越少，数据传输的额外开销序号占用的比特数越少，数据传输的额外开销 就越小。就越小。 对于停止等待协议，由于每发送一个数据帧就对于停止等待协议，由于每发送一个数据帧就 停止等待，因此用一个比特来编号就够了。停止等待，因此用一个比特来编号就够了。 一个比特可表示一个比特可表示 0 和和 1 两种不同的序号。两种不同的序号。 帧的发送序号帧的发送序号 数据帧中的发送序号数据帧中的发送序号 N(S) 以以 0 和和 1 交替交替 的方式出现在数据帧中。的方式出现在数据帧中。 每发一个新的数据帧，发送序号就和上每发一个新的数据帧，发送序号就和上 次发送的不一样。用这样的方法就可以

12、次发送的不一样。用这样的方法就可以 使收方能够区分开新的数据帧和重传的使收方能够区分开新的数据帧和重传的 数据帧了。数据帧了。 可靠传输可靠传输 虽然物理层在传输比特时会出现差错，虽然物理层在传输比特时会出现差错， 但由于数据链路层的停止等待协议采用但由于数据链路层的停止等待协议采用 了有效的检错重传机制，数据链路层对了有效的检错重传机制，数据链路层对 上面的网络层就可以提供上面的网络层就可以提供可靠传输可靠传输的服的服 务。务。 实用的停止等待协议（实用的停止等待协议（ARQ协议）协议）: 前提：实际信道不满足理想化数据传输的假定前提：实际信道不满足理想化数据传输的假定 流量控制方法：等待发

13、送流量控制方法：等待发送 差错控制：发送方数据帧中加入校验码（差错控制：发送方数据帧中加入校验码（CRC），由接），由接 收方检查；若出错，返回收方检查；若出错，返回NAK；发送方收到；发送方收到NAK后重发后重发 。 帧丢失处理：超时定时器；以序号标识数据帧帧丢失处理：超时定时器；以序号标识数据帧 优点：简单优点：简单 缺点：缺点： 信道利用率低，信道利用率低，停等方式是很慢的。在发送下停等方式是很慢的。在发送下 一帧之前，每一帧必须穿越距离到达接收方，而每一一帧之前，每一帧必须穿越距离到达接收方，而每一 帧的应答也必须从接收方传输回来。帧的应答也必须从接收方传输回来。 设缓冲区可以装下一个

14、数据帧： 情况1：正常 情况2：数据帧错（但已接收）： 解决方案：重发 情况3：数据丢失 a数据帧丢失 ： 死锁 b应答帧丢失 ： 死锁 解决方案：超时重发 情况4：数据帧正确，但应答帧丢失，超时重发后，使得该数据帧 在接收方收到两次：重复帧 解决方案：使每个数据帧带上不同的发送序号，每发送一个 新的帧就把它的发送序号加1，这样，若两个数据帧序号相同，则 为重复帧，可丢弃一个。对于每次只发送一个帧的停止等待协议 ，可以只用两个不同的编号（一个比特） data i NAKi data i Datai 出错出错 发出一帧发出一帧 等待，收到等待，收到NAK 重发上一帧重发上一帧 发送方发送方 接收

15、方接收方 ACKi data i+1 直到收到直到收到ACK 才发送下一帧才发送下一帧 数据帧错数据帧错 实用的停等协议 frame i ACK i frame I+1 ACKi+1 frame i+2 frame i+2 ACK i+2 frame i+3 ACK i+3 frame i+3 ACK i+3 发送方发送方 接收方接收方 超时超时超时超时 帧丢失帧丢失 重发重发ACK丢失丢失 重发重发, 丢失重复帧丢失重复帧 丢失重复帧丢失重复帧 停等协议的算法流程停等协议的算法流程 S Get !st Data from Network Layer V(s) = 0 N(s)= V(s) S

16、ave Date Frame to Buffer Send Buffered Data Frame to Physical Layer Start Timer Wait Event Received ACKReceived NAKTime Out Get Next Data V(s) = 1-V(s) R V(r) = 0 Wait Data Frame Received Frame, and Test if Error occurs Correct Error N(s) = V(r) ? Discard FramePass Data to Netwok Layer Send ACK Send

17、 NAK Send ACK V(r)= 1-V(r) 停等协议的效率停等协议的效率 A:应答帧长度应答帧长度 D:数据帧长度数据帧长度 I: 传播时延传播时延 p:数据帧出错的概率数据帧出错的概率 C:传输数据率传输数据率 H:帧头长度帧头长度 F:帧长度帧长度=H+DHD F t 0 无差错信道无差错信道 frame0 数据帧的数据帧的 发送时间发送时间 F/C F/C+I F/C+A/C+2I =D/(F+A+2CI) = 有差错信道有差错信道 sender receiver 1D F1+ 2CI+A F = ICACF CD 2/ / = 1D F1+ 2CI+A F (1-p) I 两

18、个成功发送的数据帧两个成功发送的数据帧 之间的最小时间间隔之间的最小时间间隔 确认帧的确认帧的 发送时间发送时间 I frame1 连续连续ARQ协议协议/流水线协议流水线协议 工作原理：工作原理：发送方发完一帧后，不必停下来等待对方的应发送方发完一帧后，不必停下来等待对方的应 答，可以连续发送若干帧；如果在发送过程中收到接收方答，可以连续发送若干帧；如果在发送过程中收到接收方 的肯定应答，可以继续发送；若收到对其中某一帧的否认的肯定应答，可以继续发送；若收到对其中某一帧的否认 帧，则从该帧开始的后续帧全部重发帧，则从该帧开始的后续帧全部重发.由于减少了等待时间由于减少了等待时间 ，整个通信的

19、吞吐量就提高了。，整个通信的吞吐量就提高了。 流量控制方法：连续发送流量控制方法：连续发送 差错控制：同停等协议差错控制：同停等协议 优点：连续发送提高了信道利用率优点：连续发送提高了信道利用率,理想情况下效率高理想情况下效率高 缺点：缺点： 回走重传（回走重传（Go-back-N）,导致某些已正确接收的帧的导致某些已正确接收的帧的 重传，因此降低了发送效率重传，因此降低了发送效率 误码率较低时，连续误码率较低时，连续ARQ优于停等协议；反之则不一定优于停等协议；反之则不一定 Go-back-N ARQ frame 1 sender receiver 出错出错7 ， 8帧帧 被丢弃被丢弃 fr

20、ame 2 frame 3 ACK 4 frame 4 frame 5 ACK 5 frame 6 frame 7 frame 8 NAK 6 ACK 8 frame 7 frame 6 frame 8 6, 7, 8帧帧 重传重传 注意注意: 1 接收端只按序接收数据帧接收端只按序接收数据帧;虽然在有差错的虽然在有差错的6号帧后又收到了正确的号帧后又收到了正确的2个个 数据帧，但都必须将它们丢弃。数据帧，但都必须将它们丢弃。 2 发送节点在每发送完一个数据帧时都要设置超时定时器。只要在所设置发送节点在每发送完一个数据帧时都要设置超时定时器。只要在所设置 的超时时间的超时时间tout 到而仍未

21、收到确认帧，就要重发相应的数据帧。到而仍未收到确认帧，就要重发相应的数据帧。Go-back-N 。(重传重传6、7、8)。 3 为了减少开销，连续为了减少开销，连续ARQ协议还规定接收端不一定每收到一个正确的数协议还规定接收端不一定每收到一个正确的数 据帧就必须发回一个确认帧，而是可以在连续收到好几个正确的数据帧后，据帧就必须发回一个确认帧，而是可以在连续收到好几个正确的数据帧后， 才对最后一个数据帧发确认信息。即，对某一数据帧的确认就表明该数据帧才对最后一个数据帧发确认信息。即，对某一数据帧的确认就表明该数据帧 和这以前所有的数据帧均已正确无误地收到了。这样可以使接收端少发一些和这以前所有的

22、数据帧均已正确无误地收到了。这样可以使接收端少发一些 确认帧，因而减少了开销。确认帧，因而减少了开销。 当未被确认的数据帧的数目太多时，只要当未被确认的数据帧的数目太多时，只要 有一帧出了差错，就可能有很多的数据帧有一帧出了差错，就可能有很多的数据帧 需要重传，增加了开销。需要重传，增加了开销。 为了对所发送出去的大量数据帧进行编号为了对所发送出去的大量数据帧进行编号 ，每个数据帧的发送序号也要占用较多的，每个数据帧的发送序号也要占用较多的 比特数，这样又增加了一些不必要开销。比特数，这样又增加了一些不必要开销。 连续连续ARQ协议的问题协议的问题 滑动窗口概念滑动窗口概念 前提：在连续前提：

23、在连续ARQ协议中，必须对可以连续发协议中，必须对可以连续发 出的最多帧数（已发出但未确认的帧）作限制出的最多帧数（已发出但未确认的帧）作限制 。 原则：循环重复使用已收到确认的帧的序号原则：循环重复使用已收到确认的帧的序号 窗口窗口: :是指一个发送方和接收方都要创建的额是指一个发送方和接收方都要创建的额 外缓冲区。这个窗口可以在收发两方存储数据外缓冲区。这个窗口可以在收发两方存储数据 帧，并且对收到应答之前可以传输的数据帧的帧，并且对收到应答之前可以传输的数据帧的 数目进行了限制。数目进行了限制。 流量控制：流量控制： 发送窗口发送窗口：其大小：其大小WT表示在收到对方确认的信表示在收到对

24、方确认的信 息之前，可以连续发出的最多数据帧数（只有息之前，可以连续发出的最多数据帧数（只有 序号在窗口内的帧才可以发送）序号在窗口内的帧才可以发送） 接收窗口接收窗口：其大小：其大小WR可以连续接收的最多数据可以连续接收的最多数据 帧数（只有序号在窗口内的帧才可以接收，否帧数（只有序号在窗口内的帧才可以接收，否 则丢弃）则丢弃） 接收窗口驱动发送窗口的转动接收窗口驱动发送窗口的转动 当发送窗口和接收窗口的大小都等于当发送窗口和接收窗口的大小都等于1，即为停，即为停 止等待协议。止等待协议。 窗口后沿窗口后沿 窗口前沿窗口前沿 窗口后沿窗口后沿 窗口前沿窗口前沿 窗口后沿窗口后沿 窗口前沿窗口

25、前沿 窗口后沿窗口后沿 窗口前沿窗口前沿 窗口后沿窗口后沿 窗口前沿窗口前沿 窗口后沿窗口后沿 窗口前沿窗口前沿 窗口后沿窗口后沿 窗口前沿窗口前沿 窗口后沿窗口后沿 窗口前沿窗口前沿 窗口后沿窗口后沿 窗口前沿窗口前沿 窗口后沿窗口后沿 窗口前沿窗口前沿 滑动窗口协议滑动窗口协议 已成功发出已成功发出 的数据帧的数据帧 将发出的数据帧将发出的数据帧 帧序号帧序号 发送方发送方 缓冲区缓冲区 发送序号用发送序号用3比特编码，比特编码， 即发送序号可以有即发送序号可以有8个不同的序号，从个不同的序号，从0到到7。 设设WT=7, 即在未收到对方确认信息的情况下，发送端最多可以发送出即在未收到对方

26、确认信息的情况下，发送端最多可以发送出 7个数据帧。个数据帧。 WT 发送窗口发送窗口 允许发送允许发送6个帧个帧 不允许发送这些帧不允许发送这些帧 (a) WT 允许发送允许发送5个帧个帧 不允许发送这些帧不允许发送这些帧 (b) 已发送已发送 WT 不允许发送这些帧不允许发送这些帧 (c) 已发送已发送 WT 还允许发送还允许发送4个帧个帧 不允许发送这些帧不允许发送这些帧 (d) 已发送已发送 并已收到确认并已收到确认 已发送已发送 已收到已收到 0号帧号帧 接收窗口是为了控制可以接收哪些数据帧而不可以接收哪些帧。在接收端接收窗口是为了控制可以接收哪些数据帧而不可以接收哪些帧。在接收端

27、只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。 若接收到的数据帧落在接收窗口之外，则一律将其丢弃。若接收到的数据帧落在接收窗口之外，则一律将其丢弃。 窗口后沿窗口后沿 窗口前沿窗口前沿 WR 接收窗口接收窗口 已收到已收到 03号帧号帧 WR=1 (a) 准备接收准备接收0号帧号帧 (b) 准备接收准备接收1号帧号帧, 并发送并发送ACK0 (b) 准备接收准备接收4号帧号帧 只有在接收窗口向前移动时，发送窗口才能向前移动。只有在接收窗口向前移动时，发送窗口才能向前移动。 已正确接收已正确接收 的数据帧的数据帧

28、接收方接收方 缓冲区缓冲区 窗口后沿窗口后沿窗口前沿窗口前沿 当数据帧的的发送序号所占用的比特一定时，发送窗口的最当数据帧的的发送序号所占用的比特一定时，发送窗口的最 大值是多少？大值是多少？ 发送窗口的最值：发送窗口的最值：WT + WR 2 n (n为序号的位数 为序号的位数) W T 2 n - 1 结点结点A 结点结点B T DATA0 DATA3 DATA2 DATA1 DATA4 DATA5 DATA6 DATA7 DATA0 ACK0 ACK7 以以n=3为例为例 W T=8 设发送端发送完设发送端发送完07号共号共8个数据个数据 帧。因发送窗口已满，发送暂停。假帧。因发送窗口已

29、满，发送暂停。假 定这定这8个数据帧都已个数据帧都已正确正确到达接收端，到达接收端， 并且对每一个数据帧，接收端都发送并且对每一个数据帧，接收端都发送 出确认帧。下面考虑两种不同的情况出确认帧。下面考虑两种不同的情况: 所有的确认帧都正确到达了发送端所有的确认帧都正确到达了发送端 ，因而发送端接着又发送，因而发送端接着又发送8个新的个新的 数据帧，其编号应当是数据帧，其编号应当是07。 (1) 所有的确认帧都丢失了。经过一段所有的确认帧都丢失了。经过一段 时间后，发送端重发这时间后，发送端重发这8个旧的数个旧的数 据帧，其编号仍为据帧，其编号仍为07。 T DATA0 DATA3 DATA2

30、DATA1 结点结点A结点结点B DATA4 DATA5 DATA6 DATA0 DATA1 ACK0 ACK6 W T=7 连续连续ARQ协议协议 一般情况下，窗口大小与信道的关系：一般情况下，窗口大小与信道的关系： 如果信道的延迟大，则等待时间长，多开窗为宜如果信道的延迟大，则等待时间长，多开窗为宜 如果信道的噪声大，则易出错，易导致重传，少开窗如果信道的噪声大，则易出错，易导致重传，少开窗 为宜为宜 选择重传选择重传ARQ协议协议 在连续在连续ARQ中，一旦中间有一个帧出错，则在其后接中，一旦中间有一个帧出错，则在其后接 收到的帧全部丢失，要发送端全部重发，为此的改进：收到的帧全部丢失，

31、要发送端全部重发，为此的改进： 在选择重传在选择重传ARQ中，接收端把后面接收到的数据帧暂中，接收端把后面接收到的数据帧暂 存在接收端的缓存中，等待前面那个出错的数据帧重存在接收端的缓存中，等待前面那个出错的数据帧重 传后，再接收确认缓存中的数据，减少了重传的数据传后，再接收确认缓存中的数据，减少了重传的数据 帧。帧。 选择重传选择重传 ARQ frame 1 sender receiver 出错出错 frame 2 frame 3 ACK 4 frame 4 frame 5 NAK 6 frame 6 frame 7 frame 8 ACK 9 frame 9 frame 6 frame 1

32、0 只重传帧只重传帧6 ACK10 选择重传选择重传ARQ协议协议 基本原理基本原理: 出错时，只重传出错的数据帧或定时器超时出错时，只重传出错的数据帧或定时器超时 的数据帧。的数据帧。 实现实现: WR1,暂存接收窗口中序号在出错数据帧之后的暂存接收窗口中序号在出错数据帧之后的 数据帧。数据帧。 优点优点:可以避免重复传送已经正确到达接收端的数据帧，可以避免重复传送已经正确到达接收端的数据帧， 提高了信道的利用率。提高了信道的利用率。 缺点缺点: 在接收端要设置具有相当容量的缓存空间。在接收端要设置具有相当容量的缓存空间。 接收窗口的最大值接收窗口的最大值: WR 08 8 8 校验区间 透

33、明传输区间 *信息字段的头尾各加上信息字段的头尾各加上24bit的控制信息，的控制信息， 就构成了完整的一帧。就构成了完整的一帧。 各字段说明各字段说明 标志字段标志字段F： 头尾各头尾各8位位“01111110”标记帧的首尾边界以实现帧同步标记帧的首尾边界以实现帧同步 零比特填充零比特填充(连续五个连续五个1后填后填0)以实现透明传输以实现透明传输(透明传输区间透明传输区间) 地址字段地址字段A： 多点线路中用于区别各个终端，对于点多点线路中用于区别各个终端，对于点-点线路，用来区别命令和响应。点线路，用来区别命令和响应。 非平衡方式，填入从站地址非平衡方式，填入从站地址 平衡方式，填入响应

34、站地址平衡方式，填入响应站地址 帧检验序列帧检验序列FCS：采用：采用CRC-CCITT16， G(x) = x 16 + x12 + x5 + 1 控制字段控制字段C：标记帧类型，并附加控制信息：标记帧类型，并附加控制信息 信息帧：若控制字段的第信息帧：若控制字段的第1比特为比特为0，传送的是数据信息，传送的是数据信息 监督帧：若控制字段的第监督帧：若控制字段的第1-2比特为比特为10，传送的是确认等控制信息，传送的是确认等控制信息 无编号帧：若控制字段的第无编号帧：若控制字段的第1-2比特为比特为11，建立和释放链路的信息等，建立和释放链路的信息等 循环冗余检验的原理循环冗余检验的原理 在

35、数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环 冗余检验冗余检验 CRC 的检错技术。的检错技术。 假设待传送的数据假设待传送的数据 M = 1010001101（共（共k bit）。我们在）。我们在M的后面再添加供差错检测用的后面再添加供差错检测用 的的 n bit 冗余码冗余码一起发送。一起发送。 虽然增大了数据传输的开销虽然增大了数据传输的开销,但却可以进行差但却可以进行差 错检测。错检测。 冗余码的计算冗余码的计算 用二进制的模用二进制的模 2 运算进行运算进行 2n 乘乘 M 的运算，的运算， 这相当于在这相当于在 M 后面添加后面添加 n 个个 0。 得

36、到的得到的 (k + n) bit 的数除以事先选定好的的数除以事先选定好的 长度为长度为 (n + 1) bit 的数的数 P，得出商是，得出商是 Q 而余数是而余数是 R，余数，余数 R 比除数比除数 P 至少要少至少要少1 个比特。个比特。 冗余码的计算举例冗余码的计算举例 设设 n = 5, P = 110101，模，模 2 运算的结果是：运算的结果是： 商商 Q = 1101010110， 余数余数R = 01110。 将余数将余数 R 作为冗余码添加在数据作为冗余码添加在数据 M 的后的后 面发送出去，即发送的数据是面发送出去，即发送的数据是 101000110101110，或，或

37、 2nM + R。 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循环冗余检验的原理说明 帧检验序列帧检验序列 FCS 在数据后面添加上的冗余码称为帧检验在数据后面添加上的冗余码称为帧检验 序列序列 FCS (Frame Check Sequence)。 循环冗余检验循环冗余检验 CRC 和帧检验序列和帧检验序列 FCS 并不等同。并不等同。

38、CRC 是一种常用的检错方法，而是一种常用的检错方法，而 FCS 是添是添 加在数据后面的冗余码。加在数据后面的冗余码。 FCS 可以用可以用 CRC 这种方法得出，但这种方法得出，但 CRC 并非用来获得并非用来获得 FCS 的惟一方法。的惟一方法。 检测出差错检测出差错 如果数据在传输过程中不产生误码如果数据在传输过程中不产生误码,则接收端收则接收端收 到的应该是到的应该是2nM + R, 将这个数除以将这个数除以P后后, 余数为余数为0 只要得出的余数只要得出的余数 R 不为不为 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但这种检测方法并不能

39、确定究竟是哪一个或哪几 个比特出现了差错。个比特出现了差错。 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，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。 FInfoCAFFCS 8 位位16 08 8 8 信息帧信息帧I 比特序号比特序号 监督帧监督帧S 无编号帧无编号帧U 1 2345678 1 1 1 0 0 N(S) S MP/F P/F P/FN(R) N(R) M 序号序号N(S)和和N(R)以以3位表示，模位表示，模8循

40、环循环 ， N(S)表示当前发送的信息帧的序表示当前发送的信息帧的序 号号(帧自身的识别号码帧自身的识别号码)。 N(R)表示准表示准 备接收的最低帧序号，确认序号在备接收的最低帧序号，确认序号在 其前面的帧都已正确接收其前面的帧都已正确接收可用可用N(R) 字段捎带确认。字段捎带确认。 在在S-帧中的控制域包含一个帧中的控制域包含一个N(R)域却没有域却没有 N(S)域。域。S-帧并不传输数据因此并不需要帧并不传输数据因此并不需要 N(S)域来识别帧。域来识别帧。 S-帧中在帧中在P/F位之前的两位之前的两 位是携带编码后的流量和错误控制信息的。位是携带编码后的流量和错误控制信息的。 所有的

41、监督帧只有所有的监督帧只有48bit。 扩展方式，扩展方式，序号序号N(S)和和N(R)以以7位表示，位表示， 模模128循环，用于卫星链路，此时控制字循环，用于卫星链路，此时控制字 段占段占16位位 监督帧的名称和功能 第第3-4比特比特 帧帧 名名功功 能能 0 0 RR(Receive Ready) 接收准备就绪接收准备就绪 准备收下一帧准备收下一帧 确认序号为确认序号为 N(R) -1及其以前的各帧及其以前的各帧 1 0 RNR(Receive Not Ready) 接收未就绪接收未就绪 暂停接收下一帧暂停接收下一帧 确认序号为确认序号为N(R) -1及其以前的各帧及其以前的各帧 0

42、1 REJ(Reject) 拒绝拒绝 SREJ(Selective Reject) 选择拒绝选择拒绝 从从N(R)起的所有帧都被否认起的所有帧都被否认 但确认序号为但确认序号为N(R) -1及其以前的各帧及其以前的各帧 1 1 只否认序号为只否认序号为N(R)的帧的帧 但确认序号为但确认序号为 N(R) -1及其以前的各帧及其以前的各帧 前三种用在连续前三种用在连续ARQARQ协议中，第四种用在选择重传协议中，第四种用在选择重传ARQARQ协议。协议。 在前两种监督帧在前两种监督帧相当于确认帧相当于确认帧ACK, REJ帧相当于否认帧帧相当于否认帧NAK。 RR帧和帧和RNR帧都具有流量控制的

43、作用。帧都具有流量控制的作用。RR帧表示已做好接收帧的准备，希望帧表示已做好接收帧的准备，希望 对方继续发送，而对方继续发送，而RNR帧则表示希望对方停止发送。帧则表示希望对方停止发送。 T I 0,0 结点结点A结点结点B I 1,0 RR 1 RR 2 T I 0,0 结点结点A结点结点B I 1,0 I 0,2 I 2,0 T I 0,0 结点结点A结点结点B I 1,0 REJ 2 I 0,2 I 0,0 T I 0,0 结点结点A结点结点B I 1,0 RNR 2 RR 2 Ttimeout = 0 无意义无意义 = 1 非平衡配置非平衡配置 正常响应方式正常响应方式 主站主站 S/

44、I 帧帧 P=1 （命令）（命令） S/I 帧帧 （响应）（响应） I中中F=1，表示最后一个数据帧，表示最后一个数据帧 S中中F=1，表示此时没有数据要发送，表示此时没有数据要发送 从站从站 NRM 异步响应方式异步响应方式 ARM 平衡配置平衡配置 异步平衡方式异步平衡方式 ABM P=1 （询问）（询问） F=1 （回答本站状态）（回答本站状态） 命令方命令方 响应方响应方 P/F(Poll/Final) 位的意义（询问位的意义（询问/终止）终止） 在不同的数据传送方式中，在不同的数据传送方式中，P/F比特的用法是不一样的。比特的用法是不一样的。 在非平衡配置中在非平衡配置中P/F比特的

45、使用方法比特的使用方法 主站主站A 从站从站B从站从站C 结点结点A结点结点B，C B,RR0,P B,I00 B,I10 B,I20 B,I30,F B,RR4 C,RR0,P C,RR0,F t FAC B,RR0,P FB10RRP=1000FCSF B,I10 FB0001000FCSF P=0 B,I30,F FB0011000FCSFF=1 无编号帧，定义了无编号帧，定义了15种，起控制作用种，起控制作用 建立数据链路：建立数据链路： 正常响应方式，置正常响应方式正常响应方式，置正常响应方式SNRM 异步平衡方式，置异步平衡方式异步平衡方式，置异步平衡方式SABM 拆除数据链路：断

46、连命令拆除数据链路：断连命令DISC 对命令的确认：无编号确认对命令的确认：无编号确认UA 帧拒绝帧拒绝FRMR：是一个响应帧，表示通过重发仍不能纠正的错：是一个响应帧，表示通过重发仍不能纠正的错 误，如收到非法命令，收到了无效的控制字段，数据字段过长误，如收到非法命令，收到了无效的控制字段，数据字段过长 ，收到无效的，收到无效的N(R) ，收到长度有错误的监督帧或无编号帧等等，收到长度有错误的监督帧或无编号帧等等 。无编号帧。无编号帧FRMR有有3或或5个字节的信息字段，用以说明发送此帧个字节的信息字段，用以说明发送此帧 的原因。的原因。 多点链路的建立和释放多点链路的建立和释放 A站与站与

47、B站建立站建立 链路状态变量链路状态变量 初始化初始化 A站与站与C站建立站建立 链路状态变量链路状态变量 初始化初始化 主站主站A次站次站B，C B,DISC,P t V1(S)0 B,SNRM,P B,UA,F V1(R)0 V2(S)0 V2(R)0 V(R)0 V(S)0 B站将状态变站将状态变 量初始化量初始化 V(R)0 V(S)0 C站将状态变站将状态变 量初始化量初始化 数据传输阶段数据传输阶段 A站与站与B站的链路释放站的链路释放 B,UA,F C,DISC,P C,UA,F A站与站与C站的链路释放站的链路释放 B站的链路释放站的链路释放 C站的链路释放站的链路释放 C,S

48、NRM,P C,UA,F 正常响应方式正常响应方式 复合站的链路建立和断连复合站的链路建立和断连 复合站复合站A复合站复合站B A,DISC,P t V (S)0 B,SABM,P B,UA,F V (R)0 V(R)0 V(S)0 B站将状态变站将状态变 量初始化量初始化 数据传输阶段数据传输阶段 A站释放链路站释放链路 A,UA,F B站要求释放链路站要求释放链路 链路建立阶段链路建立阶段 A站状态变量站状态变量 初始化初始化 异步平衡方式异步平衡方式:由于现在两个站平等，所以任何一个站都可以在数据传送完毕后提出断连的要求。由于现在两个站平等，所以任何一个站都可以在数据传送完毕后提出断连的

49、要求。 Internet中的数据链路层 ISP拥有路由器，一般都用专线与拥有路由器，一般都用专线与Internet相连。用户用家中的电话线通过相连。用户用家中的电话线通过 Modem接入接入ISP。ISP分配给该用户一个临时的分配给该用户一个临时的IP地址，因而用户就可以像地址，因而用户就可以像Internet 上的主机一样使用网上所提供的服务。当用户结束通信时，上的主机一样使用网上所提供的服务。当用户结束通信时，ISP将该用过的将该用过的 IP地址收回，以便下次再分配给新拨号入网的其它用户。地址收回，以便下次再分配给新拨号入网的其它用户。 在用户与在用户与ISP之间的链路上使用得最多的协议是

50、之间的链路上使用得最多的协议是SLIP和和PPP协议。协议。 PC机用拨号方式入网机用拨号方式入网 SLIP: RFC1055 字节字节 1 1111 SLIP是一个简单的面向字符的协议。是一个简单的面向字符的协议。 DBC0 C0 DBDBDCDD C0 1 IP数据报数据报 11 END END ESC ESC SLIP协议的缺点协议的缺点: 1 SLIP没有差错检测的功能。如果一个没有差错检测的功能。如果一个SLIP帧在传输中出了差错，就只能帧在传输中出了差错，就只能 靠高层来进行纠正。靠高层来进行纠正。 2 通信的每一方必须事先知道对方的通信的每一方必须事先知道对方的IP地址。在建立过

51、程中，地址不能自地址。在建立过程中，地址不能自 动地设定。而动地设定。而IP地址紧缺，不可能给每个地址紧缺，不可能给每个Internet用户分配一个唯一的用户分配一个唯一的IP 地址。地址。 3 SLIP仅支持仅支持IP，而不支持其他的协议。，而不支持其他的协议。 4 SLIP没有提供任何形式的身份验证。没有提供任何形式的身份验证。不适于拨号方式不适于拨号方式 5 SLIP并未成为并未成为Internet的标准协议。因此目前存在着多种互不兼容的版本，的标准协议。因此目前存在着多种互不兼容的版本， 影响了不同网络的互连。影响了不同网络的互连。 压缩的SLIP(CSLIP) 由于串行线路的速率通常

52、较低，而通信经常是交互的，因此由于串行线路的速率通常较低，而通信经常是交互的，因此 在在SLIP线路上有许多小的线路上有许多小的TCP分组进行交换。为了传送分组进行交换。为了传送1个个 字节的数据需要字节的数据需要20字节的字节的IP首部和首部和20个字节的个字节的TCP首部。首部。 为了提高数据传输的效率，又提出了一种为了提高数据传输的效率，又提出了一种CSLIP,它可将上面它可将上面 的的40个字节的额外开销压缩到个字节的额外开销压缩到3或或5个字节。个字节。 压缩基于这样的考虑：压缩基于这样的考虑： 在一连串的分组中，一定会有很多的首部字段是相同的。在一连串的分组中，一定会有很多的首部字

53、段是相同的。 如某一字段和前个分组中的相应字段是一样的，就可不发送如某一字段和前个分组中的相应字段是一样的，就可不发送 这个字段。如这一字段与前个分组中的相应字段不同，就可这个字段。如这一字段与前个分组中的相应字段不同，就可 只发送改变的部分。只发送改变的部分。CSLIP大大地改善了交互响应的时间。大大地改善了交互响应的时间。 点到点协议（点到点协议（PPPPPP）: :RFC1661,1662,1663 PPP有三个部分有三个部分: 一个将一个将IP数据报封装到串行链路的方法。这种帧格式也处理错误检测。数据报封装到串行链路的方法。这种帧格式也处理错误检测。 PPP既支持异步链路既支持异步链路

54、 (无奇偶校验的无奇偶校验的 8比特数据比特数据)，也支持面向比特的，也支持面向比特的 同步链路。同步链路。 (2) 一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP(Link Control Procotol)，通信的双方可协商一些选项。，通信的双方可协商一些选项。 当链路不再需要时，挑出这些线路，测试它们，商议选项，并仔细地再当链路不再需要时，挑出这些线路，测试它们，商议选项，并仔细地再 释放链路控制协议。释放链路控制协议。 (3) 一套网络控制协议一套网络控制协议NCP(Network Control Protocol)，支持不同的网络层协，支持不同的网络层协 议，如议，如IP，OSI的网络层，的网络层， DECnet ，以及，以及 AppleTalk等。等。 对对SLIP的改进，的改进，Internet的正式标准，支持差错检测、多种协议、允许连接的正式标准，支持差错检测、多种协议、允许连接 时协商时协商IP地址、允许身份验证地址、允许身份验证. 点到点协议（PPP）2 PPPPPP的工作原理的工作原理 当用户拨号接入当用户拨号接入ISPISP时，路由器的调制解调器对拨号作出应答，并