第三章 数据链路层(for students)

1、 软件学院杨巍3Unit 3数据链路层物理层(physical layer 以比特为单位,透明的传送比特流数据链路层(data link layer以帧为单位,无差错传输应用层应用层运输层运输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层数据链路层的基本概念数据链路链路(link物理链路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数据链路(data link 逻辑链路物理连接与链路控制规程形成的数据管道软件学院杨巍4帧帧数据链路层的基本概念数据链路层的主要功能链路管理:数据链路的连接、维护、释放帧同步:帧的概念:网上传输数据的最基本单元帧与分组:帧是在第二层协议中定义的分组。高层分组被帧当

2、作数据部分,物理层不封装帧同步:区分帧的开始和结束软件学院杨巍6数据链路层的基本概念数据链路层的主要功能流量控制:解决缓冲区的问题差错控制区分数据和控制信息透明比特流传输能够传输任意比特流,不会出现数据和控制信息出现二义性的问题寻址软件学院杨巍7 停-等协议完全理想化的数据传输假定1:链路是理想的传输信道,无差错和丢失假定2:接受方能及时接收发送方的数据含义接收方缓冲区无限大或接收速率与发送速率绝对相等结论:此时不需要数据链路层软件学院杨巍9停-等协议具有简单流量控制的数据链路层协议保留假定1:链路是理想的传输信道,无差错和丢失缓冲区大小有限,且发送方和接收方速度不同。需要解决接收缓存不会溢出

3、问题解决方案:由接收方告诉发送方何时可以发送下一帧。由接收方控制发送方的流量软件学院杨巍10 停-等协议实用的停-等协议传输数据的信道不能保证所传的数据不产生差错,并且还需要对数据的发送端进行流量控制正常情况数据帧出错数据帧丢失确认帧丢失软件学院杨巍13 停-等协议实用的停-等协议物理层在传输比特时会出现差错数据链路层的停-等协议采用了有效的检错重传机制,数据链路层对上面的网络层提供了可靠传输的服务。应答帧/否认帧CRC校验超时重传编号软件学院杨巍18运算运算停-等协议帧检验序列FCS在数据后面添加上的冗余码循环冗余检验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

4、 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 的唯一方法。软件学院杨巍20 运算运算停-等协议CRC校验M=1010001101 K=10P= 110101n+1=6n=5被除数应该为:软件学院杨巍23 停-等协议1101010110Q商11010111101111010111101011010111111011010110110011010111001011010101110R余数软件学院杨巍24 停-等协议CRC校验接收端的运算Q(x!=0检测到差错Q(x=0?严格挑选并使用位数足够多的除数PP(xCRC-16CRC-CCITT CRC-32

5、软件学院杨巍27停-等协议CRC校验检错方法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。一旦检测出差错,就丢弃这个出现差错的帧。实用的CRC检验器都是用硬件完成的。CRC 检验器能够自动丢弃检测到的出错帧,对上层软件或用户来说都是感觉不到的。ARQ(Automatic Repeat reQuest自动请求重传flash演示软件学院杨巍28停-等协议停-等协议的算法发送结点和接收结点的算法V(s:发送状态变量N(s:发送序号V(r:接收状态变量应该接收的序号ACK n表示“第n1号帧已经收到,现在期望接收第n号帧”。ACK1 表示“0 号帧已收到,现在期望接收的下一帧是1 号帧”;AC

6、K0 表示“1 号帧已收到,现在期望接收的下一帧是0 号帧”。软件学院杨巍29 停-等协议停-等协议ARQ 的优缺点优点:比较简单缺点:通信信道的利用率不高,也就是说,信道还远远没有被数据比特填满。为了克服这一缺点,就产生了另外两种协议,即连续ARQ 和选择重传ARQ。软件学院杨巍32连续ARQ协议连续ARQ 协议的工作原理在发送完一个数据帧后,不是停下来等待确认帧,而是可以连续再发送若干个数据帧。边发送边接收确认应答帧帧编号CRC校验超时重传软件学院杨巍33 连续ARQ协议连续ARQ 协议的工作原理接收端只按序接收发送端发帧以后设置计时器若出现错误,出错帧的后续帧要重传软件学院杨巍35连续A

7、RQ协议连续ARQ协议的优缺点特点连续发送提高效率可能会重传已发的正确帧不适用于信道质量比较差的时候缺点重传开销大,降低效率,time out期间发送的越多,出错后的效率就越低发送序号需要占用比特数软件学院杨巍36滑动窗口协议连续ARQ协议应当将已发送出去但未被确认的数据帧的数目加以限制滑动窗口协议循环使用已经确认的序号加入控制机制,避免二义性窗口:发送窗口:对发送端进行流量控制接收窗口:对接收端的接收方式进行控制软件学院杨巍37滑动窗口协议滑动窗口协议发送窗口:只有在发送窗口内的帧,才能被发送发送窗口的大小W T代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧。在接收端只有

8、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。接收窗口:只有在接收窗口内的帧,才能被接收软件学院杨巍38 滑动窗口协议滑动窗口协议连续ARQ协议,接收窗口大小为1在连续ARQ中,发送序号3bit,发送窗口大小为5在连续ARQ中,接收窗口大小为1当发送窗口和接收窗口的大小都等于1时,就是停止等待协议。滑动窗口的工作软件学院杨巍41滑动窗口协议思考当帧的序号占用的bit数一定时,发送窗口的最大值应该为多少?从接收端看问题所有确认帧都到达所有确认帧都丢失结论:编码时序号占用n bit,窗口大小最大为2n-1个窗口大小与缓冲区的关系窗口越大,缓冲区越大软件学院杨巍42选择重传ARQ协议选择重传ARQ协议发送端选择未被确认的序号进行重发,接收端等待所有帧按序到达后在一并提交。优点:不用重传已经确认的帧代价:接收端需要有相当容量的缓冲区软件学院杨巍43HDLC协议HDLC协议概述经常误码的实际链路+合适的控制规程=比较可靠的数据通信早期的链路层协议ARPANET:IMP-IMP协议IBM:BISYNC (Binary SYNchronousCommunication规程软件学院杨巍44HDLC协议HDLC协议概述早期的链路层协议全部是面向字符的数据以及控制信息必须分别由规定的字符集中的字符所组成缺点效率低,使用停-等协议