《计算机网络》第3章数据链路层

计算机网络

第3章数据链路层

第3章数据链路层

*3.1数据链路层的基本概念

*3.2停止等待协议

3.2.1完全理想化的数据传输

3.2.2具有最简单流量控制的数据链路层协议

3.2.3实用的停止等待协议

3.2.4循环冗余检验的原理

3.2.5停止等待协议的算法

3.2.6停止等待协议的定量分析

［第3章数据链路层（续）

*3.3连续ARQ协议

3.3.1连续ARQ协议的工作原理

3.3.2连续ARQ协议的吞吐量

3.3.3滑动窗口的概念

3.3.4信道利用率与最佳帧长

3.4选择重传ARQ协议

第3章数据链路层（续）

I-

*3.5面向比特的链路层协议HDLC

3.5.1HDLC协议概述

3.5.2HDLC的帧结构

*3.6因特网的点对点协议PPP

3.6.1PPP协议的工作原理

3.6.2PPP协议的帧格式

3.6.3PPP协议的工作状态

数据链路层的简单模型

*主机乩向“发送数据

路由肃修空由器R路由器R3

--------心呼乂一一三主机电

局域网一j-广域网

从层次上来看数据的流动

应用层做用层

运输层［输层

网络层冈络层

链路层较各层

物理层理勿理层

数据链路层的简单模型

（续）

主机乩向“发送数据

路由器

主机Hl—一空」俟由哭R路由器“3__

--------大呼里-------主机电

局域网一J--广域网

仅从数据链路层观察帧的流动

应用层女用层

运输层,亘输层

网络层I网络层

物理层L理层物理物理理层

3.1数据链路层的基本概念

■链路(link)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。

-一条链路只是一条通路的一个组成部分。

■数据链路(datalink)除了物理线路外，还必须

有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，就构成了

数据链路。

-现在最常用的方法是使用适配器(即网卡)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。

(a)

结点A结点B

数据

链路层

(b)

数据链路层像个数字管道

■常常在两个对等的数据链路层之间画出

一个数字管道，而在这条数字管道上传

输的数据单位是帧。

结点—帧帧结点

■早期的数据通信协议曾叫作通信规程

(procedure)o因此七数据链路层，规程

和协议是同义语。

A在数据链路层上传输数据帧

?发送方：一头多快的速度发送数据帧，即每帧之间相隔

多长时间？如何确认对方是否收到数据？

?接收方：是否接收到正确的数据帧？如何告诉发送方?

.能及时处理接收到的数据帧吗？

?传输过程：会出错吗？会丢失数据帧吗？

!解决这些问题，是数据链路层的主要任务。

!针对这些问题所制定的通信规程就是数据链路层的通信

协议。

A数据链路层的主要功能

数据链路层最重要的作用就是:通过一些数据链路层

协议,在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。其

主要功能可归纳如下：

(1)链路管理

(2)帧定界

(3)流量控制

(4)差错控制

(5)将数据和控制信息区分开

(6)透明传输

(7)寻址

A数据链路层的主要功能

龄链路管理当网络中的两个结点要进行通信时,数据的发方

必须确知收方是否已处在准备接受的状态。为此通信的双方必须

先要交换一些必要的信息，用术语讲必须先建立一条数据链路。

在传输数据时要维持数据链路，而在通信完毕时要释放数据链路。

数据链路的建立、维持和释放就叫做链路管理。

(2)帧同步-在数据链路层，数据的传送单位时帧。数据一帧一

帧地传送，就可以在出现差错时，将有差错的帧再重传一次，避

免了全部数据的重传。帧同步是指收方应当能从受到的比特流中

准确地区分出一帧的开始和结束。

A数据链路层的主要功能

酚流量控制发方发送数据的速率必须使收方来得及接收。当收

方来不及接收时，就必须及时控制发方发送数据的速率。

(4)差错控制-在计算机通信中，一般都要求有极低的比特差错率。

为此广泛地使用了编码技术，主要有两大类，一类是前向纠错，

即收方收到有差错的数据帧时能自动将差错改正过来。这种方法

的开销较大，不适合于计算机通信。另一类是检错重发，即收方

可以检测出收到的帧中有差错，于是就让发方重复发送这一帧，

直到收方正确收到这一帧为止。这种方法在计算机通信中是最常

用的。

A数据链路层的主要功能

瑞数据和控制信息区分开-由于数据和控制信息都是在同一信

道中传输，在许多情况下，数据和控制信息处于同一帧中，因此

一定要有响应的措施使收方能够将他们区分开来。

(6)透明传输-所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组

合，都应当能够在链路上传送。当所传数据中的比特组合恰巧与

某一个控制信息完全一样时，就必须采取适当的措施，使收方不

会将这样的数据误认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路

层的传输是透明的。

(7)寻址-在多点连接的情况下，必须保证每一帧都能送到正确

的地址。双方也应当知道发方是哪一个站。

3.2三个基本问题

(1)帧定界

(2)透明传输

(3)差错控制

1.帧定界

-帧定界(framing)就是确定帧的界限。在一段数据的前

后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定

帧的界限。

■首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。也有其

——<MTU-------

数据链路层的帧长

用控制字符进行帧定界的方法举例

帧开始符帧结束符

SOH装在帧中的数据部分EOT

上帧

SOH：01

EOT：04

2.透明传输

出现了“EOT”

完整的帧一

发送—数据部分

云前

SOHEOTEOT

被接收端被接收端当作无效帧而丢弃

误认为是一个帧

解决透明传输问题

■发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”

或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六

进制编码是1B)。

■字节填充(bytestuffing)或字符填充(character

stuffing)——接收端的数据链路层在将数据送往网

络层之前删除插入的转义字符。

■如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字

符前面插入一个转义字符。当接收端收到连续的

两个转义字符时，就删除其中前面的一个。

用字节填充法解决透明传输的问题

帧开始符帧结束符

原始数据

SOHEOTSOHESCSOHEOT

字节填光/字节金充；字填'充''字等填充

SOHESCEOTESCSOHESCESCESCSOHEOT

--------------------经过字节填充后发送的数据-----------------

发送

在前

3,差错检测

■在传输过程中可能会产生比特差错：1可能会

变成。而o也可能变成lo

■在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特

总数的比率称为误码率BER(BitErrorRate)o

■误码率与信噪比有很大的关系。

■为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传

输数据时，必须采用各种差错检测措施。

循环冗余检验的原理

■在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循

环冗余检验CRC的检错技术。

■在发送端，先把数据划分为组。假定每组k

个比特。

■假设待传送的一组数据M=101001（现在

攵=6）。我们在M的后面再添加供差错检

测用的〃位冗余码一起发送。

冗余码的计算

■用二进制的模2运算进行2〃乘”的运算,

这相当于在M后面添加〃个0。

■得到的依+〃)位的数除以事先选定好的

长度为(/7+1)位的除数P,得出商是Q

而余数是此余数/?比除数户少1位，

即/?是〃位。

冗余码的计算举例

■现在k=6,M=101001c

■设〃=3,除数P=1101,

■被除数是101001000c

■模2运算的结果是：商Q=110101,

余数/?=001。

■把余数/?作为冗余码添加在数据附的后面发

送出去。发送的数据是：2〃"+R

即:101001001,共（攵+〃）位。

循环冗余检验的原理说明

110101—Q（商）

尸（除数）一1101|10除Q1.Q00-（被除数）

1101jHH

1110HH

1101j纭

0111：:：

0000H

1110”

1101；:

"0110j

0000j

Iwo

1101

两—R（余数），作为FCS

帧检验序列FCS

■在数据后面添加上的冗余码称为帧检验

序歹UFCS(FrameCheckSequence)□

■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。

(接收端对收到的每一帧进行CRC检验

■把收到的帧除以同样的P,得出余数兄

■(1)若得出的余数R=0,则判定这个帧没有

差错，就接受(accept)。

■(2)若余数0,则判定这个帧有差错，就丢

弃。

■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。

■只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除

数2那么出现检测不到的差错的概率就很小

很小。

应当注意

■仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做

到无差错接受（accept）o

■“无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不

包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于1的

概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。

■也就是说：“凡是接收端数据链路层接受的帧

都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接

受）。

■要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）

就必须再加上确认和重隹机制。

3.3停止等待协议

完全理想化的数据传输

发送方接收方

I

高层

数据链路层

完全理想化的数据传输

所基于的两个假定

■假定1：链路是理想的传输信道，所传

送的任何数据既不会出差错也不会丢失。

假定

2：不管发方以多快的速率发送数

据

，收方总是来得及收下，并及时上交

主

机

■这个假定就相当于认为：接收端向主机交

付数据的速率永远不会低于发送端发送数

据的速率。

具有最简单流量控制的数据链

路层协议______

■现在去掉上述的第二个假定。但是，仍

然保留第一个假定，即主机A向主机B

传输数据的信道仍然是无差错的理想信

道。然而现在不能保证接收端向主机交

付数据的速率永远不低于发送端发送数

据的速率。

■由收方控制发方的数据流，乃是计算机

网络中流量控制的一个基本方法。

具有最简单流量控制的

数据链路层协议算法

行发送结点:

(1)从主机取一个数据帧。

(2)将数据帧送到数据链路层的发送缓存。

(3)将发送缓存中的数据帧发送出去。

(4)等待。

(5)若收到由接收结点发过来的信息(此信息

的格式与内容可由双方事先商定好)，则

从主机取一个新的数据帧，然后转到(2)。

具有最简单流量控制的

数据链路层协议算法(续)

在接收结点：

(1)等待。

(2)若收到由发送结点发过来的数据帧,

则将其放入数据链路层的接收缓存。

(3)将接收缓存中的数据帧上交主机。

(4)向发送结点发一信息，表示数据帧

已经上交给主机。

(5)转到(1)。

实用的停止等待协议

四种情况

(a)正常情况(b)数据帧出错(c)数据帧丢失(d)确认帧丢失

超时计时器的作用

■结点A发送完一个数据帧时,就启动一个

超时计时器(timeouttimer)□

■计时器又称为定时器。

■若到了超时计时器所设置的重传时间tout

而仍收不到结点B的任何确认帧，则结

点A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“从发完

数据帧到收到确认帧所需的平均时间”。

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

一个新的数据帧就把它的发送序号加lo

■若结点B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

收到过同样的数据帧并且也交给了主机Bo

■但此时结点B还必须向A发送确认帧ACK,

因为B已经知道A还没有收到上一次发过去

的确认帧ACKo

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

是有限的。因此，经过一段时间后，发送序号

就会重复。

■序号占用的比特数越少，数据传输的额外开销

就越小。

■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。

-一个比特可表示。和1两种不同的序号。

帧的发送序号

■数据帧中的发送序号N(S)以。和1交

替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

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

数据帧了。

[应当注意_

-仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做

到无差错接受（accept）o

■“无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不

包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于1的

概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。

■也就是说：“凡是接受的帧都没有传输差错”

（有差错的帧就丢弃而不接受）。

■要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）

就必须再加上确认和重传机制。

停止等待协议的算法

■这里不使用否认帧（实用的数据链路层协议大

都是这样的），而且确认帧带有序号

■按照习惯的表示法，ACK"表示"第〃-1号帧

已经收到，现在期望接收第〃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"；

-ACK0表示“1号帧已收到，现在期望接收的下一

帧是。号帧”。

在发送结点

(1)从主机取一个数据帧，送交发送缓存。

(2)V(S)-O。

(3)N(S)-V(S)。

(4)将发送缓存中的数据帧发送出去。

(5)设置超时计时器。

(6)等待。｛等待以下(7)和(8)这两个事件中最先出现的一个｝

(7)收到确认帧ACK”,

若l-V(s),贝ij：

从主机取一个新的数据帧，放入发送缓存；

V(S)-[1-V(S)],转到(3)。

否则，丢弃这个确认帧，转到(6)。

(8)若超时计时器时间到，则转到(4)。

在接收结点

(1)V(R)<-Oo

(2)等待。

(3)收到一个数据帧；

若N(S)=V(R),则执行(4)；

否则丢弃此数据帧，然后转到(6)。

(4)将收到的数据帧中的数据部分送交上层软件

(也就是数据链路层模型中的主机)。

(5)V(R)-[1-V(R)]O

(6)/7-V(R)；

发送确认帧ACK",转到(2)。

停止等待协议的要点

■只有收到序号正确的确认帧ACK/7后，才更新

发送状态变量V(S)一次，并发送新的数据帧。

-接收端接收到数据帧时，就要将发送序号N(S)

与本地的接收状态变量V(R)相比较。

-若二者相等就表明是新的数据帧，就收下，并发送

确认。

-否则为重复帧，就必须丢弃。但这时仍须向发送端

发送确认帧ACK。，而接收状态变量V(R)和确认序

号〃都不变。

停止等待协议的要点（续）

■连续出现相同发送序号的数据帧，表明

发送端进行了超时重传。连续出现相同

序号的确认帧，表明接收端收到了重复

帧。

■发送端在发送完数据帧时，必须在其发

送缓存中暂时保留这个数据帧的副本。

这样才能在出差错时进行重传。只有确

认对方已经收到这个数据帧时，才可以

清除这个副本。

停止等待协议的要点(续)

■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。因此所谓的“丢弃出错帧”，对上

层软件或用户来说都是感觉不到的。

■发送端对出错的数据帧进行重传是自动

进行的，因而这种差错控制体制常简称

为ARQ(AutomaticRepeatreQuest),

直译是自动重传请求，但意思是自动请

求重传。

3.3.3停止等待协议的定量分析

-设》是一个数据帧的发送时间，且数据帧的长度是固

定不变的。显然，数据帧的发送时间》是数据帧的长

度)(bit)与数据的发送速率。(bit/s)之比，即

tf=lf/C=lf/C(s)(3-1)

-发送时间》也就是数据帧的发送时延。

■数据帧沿链路传到结点B还要经历一个传播时延tpO

■结点B收到数据帧要花费时间进行处理，此时间称为

处理时间中发送确认帧ACK的发送时间为taO

停止等待协议中数据帧和确认帧

1的发送时间关系

工］专播时延tp

功

0甚a

』

时

间

I重传时间

-重传时间的作用是：数据帧发送完毕后若经过了这样

长的时间还没有收到确认帧，就重传这个数据帧。

■为方便起见，我们设重传时间为

=。+3+〃+。%(3-2)

■设上式右端的处理时间G和确认帧的发送时间《都远

小于传播时延tp,因此可将重传时间取为两倍的传播

时延，即

tout=2tp(3-3)

简单的数学分析

-两个发送成功的数据帧之间的最小时间间隔是

tT=tf+t0"t=tf+2tp（3-4）

■设数据帧出现差错（包括帧丢失）的概率为p,

但假设确认帧不会出现差错。

■设正确传送一个数据帧所需的平均时间tav

〃=%（1+一个帧的平均重传次数）

简单的数学分析(续)

一帧的平均重传次数

={1XP［重传次数为l］+2xP［重传次数为2］+3XP［重传次数为3］+...}

={1xP［第1次发送出错］xP［第2次发送成功］

+2xP［第1,2次发送出错］xP［第3次发送成功］

+3xP［第1,2,3次发送出错］xP［第4次发送成功］+...)

=p(l—p)+2P2(1—p)+3p3(l-p)+...

这里P［X］是出现事件X的概率。

简单的数学分析(续)

得出正确传送一个数据帧所需的平均时间：

00

l

tav=tT+(l-2)ZiptT=G/(I—P)(3-5)

i=i

当传输差错率增大时，心也随之增大。当无差错时，p=0，G=%。

简单的数学分析(续)

每秒成功发送的最大帧数就是链路的最大吞吐量4nax。显然，

Anax=l%=(l-P)/%(3-6)

在发送端，设数据帧的实际到达率为九贝氏不应超过最大吞吐量4nax，即

2<(1-p)/tT(3-7)

用时间与进行归一化，得出归一化的吞吐量夕为

p=Atf<(1-p)/a<\(3-8)

其中参数a是卬的归一化时间：

a=tT/tf>l(3-9)

当重传时间远小于发送时间时，此时的归一化吞吐量

P&\—P(3-10)

［停止等待协议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。这将在后面进

一步讨论。

34发送窗口大于1的ARQ协议

[3.4.1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。

-如果这时收到了接收端发来的确认帧，那么还

可以接着发送数据帧。

-由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提

高了。

连续ARQ协议的工作原理

B

A

DATAOJJ^确认

ACK1DATAO送交主机

ACK!确认

超ACK2DATA1

时5__3fDATA2出错，丢弃

重_PATA3_JDATA3不按序，丢弃，重传ACK2

传,out

__ACK2DATA4不按序，丢弃，重传ACK2

时p

间t—一旦领2一ACK!DATA5不按序，丢弃，重传ACK2

一重传氏亚也

-EACK3确认DATA2]

L®t_DAJA3^ACK4确认DATA31送交主机

---

重传DA7A5

(1)接收端只按序接收数据帧。虽然在有差错的2号帧之

后接着又收到了正确的3个数据帧，但接收端都必须

将这些帧丢弃，因为在这些帧前面有一个2号帧还没

有收到。虽然丢弃了这些不按序的无差错帧，但应重

复发送已发送过的最后一个确认帧(防止确认帧丢

失)。

(2)ACK1表示确认0号帧DATAO,并期望下次收到1

号帧；ACK2表示确认1号帧DATA1,并期望下次收

到2号帧。依此类推。

(3)结点A在每发送完一个数据帧时都要设置该帧的超时

计时器。如果在所设置的超时时间内收到确认帧，就

立即将超时计时器清零。但若在所设置的超时时间到

了而未收到确认帧，就要重传相应的数据帧(仍需重

新设置超时计时器)。

在等不到2号帧的确认而重传2号数据帧时，虽

然结点A已经发完了5号帧，但仍必须向回走，将2

号帧及其以后的各帧全部进行重传。连续ARQ又称为

Go-back-NARQ,意思是当出现差错必须重传时，要

向回走N个帧，然后再开始重传。

需要注意:

(4)以上讲述的仅仅是连续ARQ协议的工作原理。协议

在具体实现时还有许多的细节。例如，用一个计时器

就可实现相当于/V个独立的超时计时器的功能。

3.3.2连续ARQ协议的吞吐量

-可以很方便地导出连续ARQ协议的吞吐

量公式。

3A2滑动窗口的概念

■连续ARQ需要首先解决两个问题：

(1)当未被确认的数据帧数目太多，有一帧错误,

就要重传许多帧。浪费。

(2)发送序号占用比特数，增加开销。

-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。

■发送窗口的大小竹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。

WT

(d)|O|1|2|3|4|5|6|7|O|1|2

'获许发送不允许爰送这些帧

并已收到确认3个帧

接收端设置接收窗口

T在接收端只仃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。

■在连续ARQ协议中，接收窗口的大小1。

-只有当收到的帧的序号与接收窗口一致时才能接收该帧。

否则，就丢弃它。

-每收到一个序号正确的帧，接收窗口就向前（即向右方）

滑动一个帧的位置。同时发送对该帧的确认。

*

(a)01234567012

——--、―---____/

准备3收o号帧不允许接收这些帧

=>

(b)I012|3|4|5|6|7|O|1|2

已U1到

准备接收不允许接收这些帧

1号帧

-----------------►喙

：=>

⑹01234567012

"-------------------▼-------------------"------------------------------▽-----------------------------)

已收到I不允许接收这些帧

准备接收4号帧

滑动窗口的重要特性

■只有在接收窗口向前滑动时（与此同时

也发送了确认），发送窗口才有可能向

前滑动。

■收发两端的窗口按照以上规律不断地向

前滑动，因此这种协议又称为滑动窗口

协议。

■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。

发送窗口的最大值

■当用〃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

叫（2〃-1时，连续ARQ协议才能正确

运行。

■例如，当采用3bit编码时，发送窗口的

最大值是7而不是8。

3A3连续ARQ的信道利用率

■信道利用率：扣除控制信息的数据率与

信道容量之比。

■由于每个数据帧都必须包括一定的控制

信息（如帧的序号、地址、同步信息以及

其他的一些控制信息），所以即使连续不

停地发送数据帧，信道利用率（即扣除全

部的控制信息后的数据率与信道容量之

比）也不可能达到100%o

■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。

■要定量地分析这问题，就必须知道链路的差错

特性。对于卫星信道，每人比特的出错可视为

独立的(因为差错主要是由卫星到地座的传输

途径中的随机噪声引起的)。记误比醇率为

以O设数据帧长为If(即数据部分加上控制信

心、,则数据帧的差错率或误帧率(即1帧中

至少有1个比特出错的概率)为：

■p=\—Q—p)f(3-12)

■对于很小的儿，上式可近似为：

■p口1fpb«1(3-13)

■设每帧中数据为4bit而控制信息为4

bito

■那么不产生差错时，实际信道利用率为:

u=wi

-如出现差错，假设1帧需重传a次：

U=4/M+4)(l+a)

I最佳帧长

■若数据帧的帧长取得很短，那么控制信

息在每一帧中所占的比例就增大，因而

额外开销增大，这就导致信道利用率的

下降。

■若帧长取得太长，则数据帧在传输过程

中出错的概率就增大，于是重传次数将

增大，这也会使信道利用率下降。

■由此可见，存在一个最佳帧长，在此帧

长下信道的利用率最高。

信道利用率与数据长度的关系曲线

信道利用率与数据长度的关系曲线

3A4选择重传ARQ协议

■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。

■对于选择重传ARQ协议，若用n比特进行编

号，则接收窗口的最大值受下式的约束

n

WR<2/2(3-18)

WT<,接收窗口股最大时%=%=2加，

3.5因特网的点对点协议PPP

3.5.1PPP协议的工作原理

■现在全世界使用得最多的数据链路层协

议是点对点协议PPP(Point-to-Point

Protocol)o

-用户使用拨号电话线接入因特网时，一

般都是使用PPP协议。

用户拨号入网的示意图

用户家庭因特网服务提供者(ISP)

至

使用TCP/IP的,因

特

网

拨号电话线

--------------------------------------------

口］使用TCP/IP的

PPP连接

1.ppp协议应满足的需求

■简单——这是首要的要求

■封装成帧

■透明性

■多种网络层协议

■多种类型链路

■差错检测

■检测连接状态

■最大传送单元MTU

■网络层地址协商

■数据压缩协商

2.PPP协议不需要的功能

■纠错

-流量控制

■序号

-多点线路

■半双工或单工链路

3.PPP协议的组成

■1992年制订了PPP协议。经过1993年

和1994年的修订，现在的PPP协议已

成为因特网的正式标准[RFC1661]O

■ppp协议有三个组成部分

■一个将IP数据报封装到串行链路的方法。

■链路控制协议LCP(LinkControlProtocol)o

■网络控制协议NCP(NetworkControl

Protocol)o

352PPP协议的帧格式

-标志字段F仍为0x7E（符号“Ox”表示

后面的字符是用十六进制表示。十六进

制的7E的二进制表示是01111110）。

■地址字段A只置为OxFFo地址字段实际

上并不起作用。

-控制字段C通常置为0x03。

■PPP是面向字节的，所有的PPP帧的长

度都是整数字节。

ppp协议的帧格式

先发送

字节1112不超过1500字节21

<------------------------------------PPP帧---------------------------►

■PPP有一个2个字节的协议字段。

-当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是

IP数据报。

-若为0xC021,则信息字段是PPP链路控制数据。

-若为0x8021,则表示这是网络控制数据。

透明传输问题

■当PPP用在同步传输链路时，协议规定

采用硬件来完成比特填充（和HDLC的

做法一样）。

■当PPP用在异步传输时，就使用一种特

殊的字节填充法。

■字节填充法

-将信息字段中出现的每一个0x7E字节转

变成为字节序列

2(0x7D,0x5E)o

■若信息字段中出现一个0x7D的字节，则将

其转变成为字节序列

2(0x7D,0x5D)o

■若信息字段中出现ASCII码的控制字符

(即数值小于0x20的字符)，则在该字

符前面要加入一个0x7D字节，同时将该

字符的编码加以改变。

零比特填充

■PPP协议用在SONET/SDH链路时,是

使用同步传输（一连串的比特连续传

送）。这时PPP协议采用零比特填充方

法来实现透明传输。

■在发送端，只要发现有5个连续1,则

立即填入一个0。接收端对帧中的比特

流进行扫描。每当发现5个连续1时，就

把这5个连续1后的一个0删除，

零比特填充

宁段中出现了和—0^001111110001010

7

藤字段F完全一样V

的8比特组合会被误认为是标志字段F

ooidid1iddiO-XOOO-XO-XO

发送端在5个连1之后01F

填入。比特再发送出去

发送端填入0比特

010011111010001010

在接收端把5个连1

之后的0比特删除

接收端删除填入的o比特

不提供使用序号和确认

j的可靠传输