第3章-链路控制课件

1、 数据链路控制#sho cdpIP, IPX后一页 主要学习内容3.1 概述3.2 帧同步和透明传输3.3 差错检验3.4 数据链路控制3.5 高级数据链路控制规程（HDLC）3.6 因特网数据链路控制协议PPP前一页后一页 TCP/IP技术探讨前一页后一页 1.什么是数据链路数据链路/逻辑链路=(物理)链路+通信协议传输过程（P54）2 帧传输的基本问题针对帧格式 有3个基本问题即帧同步、透明传输和差错检验3 帧传输的可靠性 传输过程的控制。如自动请求重发（差错控制和流量控制）4 媒体接入控制多个结点接入媒体的控制数据通信基础知识3. 概述 TCP/IP技术探讨前一页后一页 3.2.1 帧同

2、步1.同步传输通信双方使用统一的定位时钟。实现帧同步与位同步的传输。以较大的数据块（帧）为单位进行传输。（1）面向字符型：早期方法。数据和控制信息使用字符集里面的字符（如ASCII码）如ARPANET。数据通信基础知识3.2帧同步和透明传输SYNSYNSOHSTX正文ETB/EXXBCC TCP/IP技术探讨前一页后一页 缺点（1）使用不同字符集的两台机器很难进行通信。（2）控制字符（10个）的编码（如SYN 为0010110）不能在用户数据字段中出现，如果出现没有特别指出，就会引起通信错误。（2）面向比特型：目前使用。要传送的数据不要求是某个字符集里的字符，只看作是位流.如HDLC。PPP数

3、据通信基础知识 TCP/IP技术探讨前一页后一页 2. 异步传输接收端的时钟并没有和发送端的时钟同步。双方各自使用独立的定位时钟。异步传输以字符为单位进行数据传输(数据位很少），字符之间的传输间隔任意。如 PPP3 帧同步接收方能正确判断每个帧的开始和结束位置数据通信基础知识前一页后一页异步传输中的字符同步：为了标志字符的开始和结束，在每个字符的开始部分加1位起始位（“0”）,结束部分加12位（“1”）。异步传输的时序同步仅仅在每个字符的范围内是必须的，接收器可以在每个新字符开始时启动定时机构，实现同步。当接受端收到停止位时，就将定时机构复位，准备接收下一个字符。即使接收端时钟不太准确，只要能

4、保证正确接收10个比特就行。数据通信基础知识起始 位bit-0bit-1bit-2bit-3bit-4bit-5bit-6bit-7bit-p停止位 TCP/IP技术探讨前一页后一页 3.2.2 透明传输透明传输就是指不管所传数据是什么样的组合，都应当能够在链路上传输。当所传数据中的比特组合恰巧出现了某一个控制信息完全一样时，必须有可靠的措施，使收方不会将数据误认为是某种控制信息。方法：比特填充，字符填充，特殊帧定界符数据通信基础知识1.零比特填充在发送端，未加上标志字段时，先用硬件扫描整个帧(用软件也能实现，但要慢些)。只要发现有5个连续1，则立即填入一个O。在接收一个帧时，先找到F字段以确

5、定一个HDLC帧的边界，再用硬件对其中的比特流进行扫描。每当发现5个连续1时，就将这5个连续1后的一个0删除，以还原成原来的比特流。前一页后一页前一页后一页2.字符填充传送前：OX7EOX7D OX5E OX7D OX7D OX5D接收：删除OX7D，将后一字节与OX20异或。3.特殊帧定界符用用户数据中不可能出现的编码作为定界符。4B/5B，16种组合作为数据，多余的16种作为控制码与定界符前一页后一页 TCP/IP技术探讨前一页后一页 3.3 差错检验奇偶校验、循环冗余编码。1.奇偶校验码 工作原理：在字节的最高或最低位增加一个校验位。如：b 01100010偶校验码 01100010 1

6、 使1的个数为偶数奇校验码 01100010 0 使1的个数为奇数方法简单，但检错能力差。 只能检测出奇数个错而不能检测出偶数个错。数据通信基础知识 TCP/IP技术探讨前一页后一页 2. 循环冗余编码(CRC)是一种高效又可靠的方法。要发送的数据看成是一个多项式的系数，数据为bn-1bn-2b1b0 (其中为0或1)，则其对应的多项式为 bn-1 xn-1 + bn-2xn-2 +b1x + b0例如：数据“1101” 数据通信基础知识 TCP/IP技术探讨前一页后一页 方法：(1)产生数据对应的多项式为K(x)=1110011 (2)发送方和接收方约定一个生成多项式G(x)=10101(如

7、x4+x2+1)，设该生成多项式的最高次幂为r。(3)在数据块的末尾添加r个0，则其相对应的多项式为xrK(x)=11100110000(4)用xrK(x)/G(x)，得余式R(x).(11100110000/10101=110) (5)令C(x)= xrK(x)+R(x).(采用模2运算)(11100110110)(6)发送C(x) (7)设接收端接收到的数据对应的多项式为C(x)，将C(x)除以G(x)，若余式不为0认为有错。余式为0一定没有错吗？数据通信基础知识 TCP/IP技术探讨前一页后一页 在特殊比特的组合下出错时余数也可能为0，但是如果G(x)选取得当这种情况发生的机会会很小。例

8、： 已知信息位串K（x）= 110011 生成多项式G(x)= 11001问冗余码应该是几位？请计算出冗余码R(x)，并验证C(x)整除G(x)。数据通信基础知识 TCP/IP技术探讨前一页后一页 3.4.1 数据链路的基本思想可靠的传输应满足两个条件P603.4.2 数据链路控制的基本机制差错控制的方法采用反馈重传机制；流量控制采用滑动窗口机制反馈重传机制（1）接收方反馈确认信息收到正确帧后返回正确认否则返回负确认。（2.）发送方重传差错帧帧丢失或收到负确认发送方重传数据帧。数据通信基础知识3.4 数据链路控制 TCP/IP技术探讨前一页后一页 2. 滑动 窗口机制滑动窗口机制对数据传输流量

9、进行控制。发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口 。发送窗口用来对发送端进行流量控制。发送窗口的大小 WT 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。自动请求重传ARQ包含了以上机制即差错控制与流量控制。数据通信基础知识01234567012发送窗口WT不允许发送这些帧允许发送 5 个帧(a)01234567012不允许发送这些帧还允许发送 4 个帧WT已发送(b)01234567012不允许发送这些帧WT已发送(c)01234567012不允许发送这些帧还允许发送 3 个帧WT已发送 已发送并已收到确认(d) TCP/IP技术探讨前一页后一页 3.4.3 自动请求

10、重传1停等式 ARQ：等待对方确认后再发2连续ARQ：重发出错数据后的所有数据。3选择重发ARQ：重发出错数据数据通信基础知识 TCP/IP技术探讨前一页后一页WT=1 数据通信基础知识ABDATA0送主机ACKDATA1送主机ACK(a) 正常情况ABDATA0DATA0送主机ACK(c) 数据丢失重传tout丢失 ！ABDATA0送主机ACKDATA0丢弃ACK(d) 确认丢失重传tout丢失 ！ABDATA0NAKDATA0送主机ACK(b) 数据出错重传出错四种情况停等式 ARQABDATAACK传播时延 t传 t转tACRt传tDATAtout=tDATA/(tDATA+tACR+t

11、转+2t传) tDATA/(tDATA+2t传)=P/(P+2E）停等ARQ链路的利用率TCP/IP技术探讨前一页后一页数据通信基础知识连续ARQ DATA0DATA1DATA2DATA3DATA5ACK1ACK2ACK1 确认 DATA0ACK2 确认 DATA1DATA6 不按序，丢弃，重传 ACK4DATA5 不按序，丢弃，重传 ACK4ACK4ACK3 确认 DATA2ACK4重传 DATA5重传 DATA4AB超时重传时间tout送交主机送交主机ACK4ACK5ACK4DATA4 丢失ACK3DATA4?DATA6DATA7ACK4 确认 DATA3ACK5 确认 DATA4DATA

12、7 不按序，丢弃，重传 ACK4重传 DATA6重传 DATA7ACK6ACK7ACK6 确认 DATA5ACK7 确认 DATA6接收方WR=1不允许接收这些帧01234567012WR准备接收 0 号帧(a)不允许接收这些帧01234567012WR准备接收 1 号帧已收到(b)不允许接收这些帧01234567012WR准备接收 4 号帧已收到(c)连续ARQ发送窗口的最大值 当用 n 个比特进行编号时，若接收窗口的大小为 1，则只有在发送窗口的大小 WT 2n 1时，连续 ARQ 协议才能正确运行。例如，当采用 3 bit 编码时，发送窗口的最大值是 7 而不是 8。 连续ARQ信道利用

13、率当信道的传输质量好，误码率很小时，利用率高。当出现差错时(这是不可避免的)，数据帧的不断重传将进一步使信道利用率降低。 选择重传 ARQ可加大接收窗口，先收下发送序号不连续但仍处在接收窗口中的那些数据帧。等到所缺序号的数据帧收到后再一并送交主机。 选择重传 ARQ 协议可避免重复传送那些本来已经正确到达接收端的数据帧。但我们付出的代价是在接收端要设置具有相当容量的缓存空间。TCP/IP技术探讨前一页后一页数据通信基础知识选择重发ARQ DATA0DATA1DATA2DATA3DATA5ACK1ACK2ACK1 确认 DATA0ACK2 确认 DATA1ACK7ACK3 确认 DATA2ACK

14、0重传 DATA4AB超时重传时间tout送交主机ACK4ACK6DATA4 丢失ACK3DATA4?DATA6DATA7ACK4 确认 DATA3ACK6 确认 DATA5ACK7 确认 DATA6ACK0确认 DATA7ACK5 确认 DATA4接收窗口WR1 (如WR=4）需接收方设置一定容量的缓存空间选择重传 ARQ 发送窗口的限制 接收窗口不应大于发送窗口，若用 n 比特进行编号，则：WT =WR 2n/2n=3, WT=WR=4前一页后一页3.5 高级数据链路控制规程（HDLC）HDLC是一种面向位的链路层协议1. 数据链路的配置方式非平衡配置 特点是由一个主站控制整个链路的工作（

15、数据链路建立和拆除以及差错恢复等）。主站发出的帧叫做命令。受主站控制的各站叫做次站或从站, 从站不能主动地发送帧，只能被动的对主站作出响应，从站返回主站的帧称为响应。平衡配置 链路两端的两个站都是复合站。复合站同时具有主站与次站的功能。因此每个复合站都可以发出命令和响应。主要用于点对点链路。前一页后一页前一页后一页比特888可变168信息 Info标志 F标志 F地址 A控制 C帧检验序列 FCSMSMP/F11N(R)P/F01N(R)P/FN(s)0信息帧I无编号帧U监督帧S2. HDLC的帧格式标志字段：表示帧的开始和结尾，由8位01111110组成。在两个标志字段之间的比特串中，如果碰

16、巧出现了和标志字段F一样的比特组合，那么就会误认为是找到了一个帧的边界。为了避免出现这种错误，HDLC采用零比特填充法使一帧中两个F字段之间不会出现6个连续1 前一页后一页地址字段：当使用非平衡方式传输数据时，地址字段总是填入从站地址；当使用平衡方式传输数据时，地址字段填入应答站地址。如果地址字段为全1时，表示为广播地址，则要求网中所有站都要接收该帧。（如上图括号内的字母表示应填入的站的地址）控制字段：用来表示此帧的类型（信息帧，监督帧，无编号帧）和提供一些控制功能。如命令和响应。该字段是HDLC的关键，HDLC的许多重要功能都要考控制字段来实现。数据字段：封装的数据。放置来自网络层的PDU。

17、帧校验序列：用于错误检测，采用CRC校验。前一页后一页3. 帧类型 根据控制字段的含义分为：信息帧(I帧) 以0开头，监督帧(S帧)以10开头，无编号(U帧)以11开头。N(S): （24位）表示当前帧的序号（仅I帧有），24位，用于存放发送帧序号（发送方填入）.N(R): （68位）用来存放接收方下一个预期要接收的帧的序号（接收方填入），如N(R)5，表示接收方下一帧接收5号帧，说明5号帧前的各帧接收方都已接妥。N(R)带有确认的意思.前一页后一页P/F:当主站想知道从站是否有数据发送,或者想知道从站的状态时,就可以向从站发送P=1的帧.当被轮询的从站有数据要发送时,就可以向主站连续发送信息

18、帧,最后一帧终结位F必须置为1.表示该站已发送完数据.P/F=0表示无意义。S字段:用来对数据的传输过程进行管理. M字段:仅存在于无编号帧中(不含有N(R)和N(S)而得名)用于提供对链路的建立、拆除以及多种控制功能。前一页后一页S字段:用来对数据的传输过程进行管理.00：接收准备就绪 （请发下一帧 10：接收未就绪 （ 缓存区已满或连接有错 ）01：拒绝 （帧出错，重发N(R)开始以后的帧）11：选择性拒绝 （重发 N(R)号帧）前一页后一页4. HDLC的数据传输过程三个阶段：建立数据链路（使用U帧）传输数据（使用S帧、I帧）拆除链路（使用U帧）前一页后一页3.6 点对点协议PPP点对点

19、协议就是用来控制一条连接两个结点的链路协议。一种应用在电话拨号上网的场合，另一种应用在路由器点对点连接的Internet主干。在这种情况下，一是不存在寻址问题，二是不会发生访问链路的冲突. 因特网服务提供者（ISP)调制解调器至因特网用户家庭拨号电话线使用TCP/IP的PPP连接路由器P304前一页后一页PPP协议无以下功能:(1)差错控制 PPP只需差错检错而无需重传。出错丢弃(2)流量控制 如果网络层来不及接收数据，则由网络层来丢弃数据或让对方降低数据传输速率。(3)顺序控制 PPP不要求数据帧按序到达，这是为了与IP数据报的操作方式兼容。(4)多点链路 PPP只需满足一发一收两个节点的链路操作。1 . PPP协议的组成提供在串行连路上封装数据帧的方法 用于建立、配置（封包格式、分组大小等） 、测试和拆除数据链路的链路控制协议（LCP）.一组网络控制协议（NCP）,用以支持不同的网络层协议.前一页后一页2 . PPP协议的帧格式（同HDLC类似）标志字段 7E地址字段 FF控制字段 03协议字段 信息部分校验字段 FCS标志字段 7E字节111116001/22/4标志字段: 01