工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1、工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 差錯(cuò)控制、流量控制和高級數(shù)據(jù)鏈路控制差錯(cuò)控制、流量控制和高級數(shù)據(jù)鏈路控制數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議u流量控制流量控制調(diào)整數(shù)據(jù)流，防止緩存溢出調(diào)整數(shù)據(jù)流，防止緩存溢出u差錯(cuò)檢測差錯(cuò)檢測u差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制對損壞幀重傳對損壞幀重傳數(shù)據(jù)鏈路層功能數(shù)據(jù)鏈路層功能向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)接口向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)接口組幀、幀同步組幀、幀同步差錯(cuò)控制：差錯(cuò)控制：糾正傳輸比特差錯(cuò)糾正傳輸比特差錯(cuò)流量控制：流量控制：調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流量調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流量u發(fā)送站發(fā)送幀的速度發(fā)送站發(fā)送幀的速度 傳輸時(shí)延傳輸時(shí)延傳輸時(shí)延傳輸時(shí)延 傳播時(shí)延傳播時(shí)延大數(shù)據(jù)塊分割成小數(shù)據(jù)塊大數(shù)據(jù)塊分割成小數(shù)據(jù)塊u緩存空間限制緩存空間限制u

2、及早發(fā)現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤及早發(fā)現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤差錯(cuò)發(fā)生，重傳的數(shù)據(jù)量也少差錯(cuò)發(fā)生，重傳的數(shù)據(jù)量也少u阻止一個(gè)站點(diǎn)長時(shí)間占用傳輸媒體阻止一個(gè)站點(diǎn)長時(shí)間占用傳輸媒體停止等待方式的鏈路利用率停止等待方式的鏈路利用率鏈路的比特長度鏈路的比特長度：當(dāng)比特流完全占滿整個(gè)鏈路時(shí)，鏈：當(dāng)比特流完全占滿整個(gè)鏈路時(shí)，鏈路上的比特?cái)?shù)量路上的比特?cái)?shù)量ub= r(d/v)r:bps; d:m非導(dǎo)向媒體：非導(dǎo)向媒體：v=3x108 m/s導(dǎo)向媒體：導(dǎo)向媒體： v=2x108 m/s傳送數(shù)據(jù)的總時(shí)間傳送數(shù)據(jù)的總時(shí)間 t=ntf =n(tframe+ 2tprop)utf=tprop+ tframe+ tproc+ tprop+ tack

3、+ tproc線路利用率或者效率線路利用率或者效率uu=ntframe/n(tframe+2tprop)=tframe/(tframe+2tprop)=1/(1+2a)ua= tprop/tframep傳輸時(shí)間歸一化傳輸時(shí)間歸一化p傳播時(shí)延表示為變量傳播時(shí)延表示為變量 aa的另一個(gè)表達(dá)式的另一個(gè)表達(dá)式u當(dāng)當(dāng) a1時(shí)時(shí), 皆有皆有:總時(shí)間總時(shí)間t=1+2au=1/(1+2a)例例1: 求求 atm的鏈路利用率的鏈路利用率 ul=424bits, d=1000km, r=155.52mbps例例2:求求lan的鏈路利用率的鏈路利用率ul=1000bits, d=0.1km10km, r=10mbp

4、s1gbps例例3:求撥號數(shù)據(jù)鏈路利用率求撥號數(shù)據(jù)鏈路利用率ul=1000bits, d=5000km, r=56kbps1.2 滑動窗口流量控制滑動窗口流量控制允許多個(gè)幀傳送允許多個(gè)幀傳送接收器分配接收器分配w個(gè)幀的緩存?zhèn)€幀的緩存發(fā)送器可以在沒有確認(rèn)的情況下發(fā)送發(fā)送器可以在沒有確認(rèn)的情況下發(fā)送w個(gè)幀個(gè)幀每個(gè)幀都有序號標(biāo)識每個(gè)幀都有序號標(biāo)識ack 包括下個(gè)希望接收的幀序號包括下個(gè)希望接收的幀序號序號大小是受限的序號大小是受限的uk比特長的字段，模編號為比特長的字段，模編號為 2k，窗口大小為，窗口大小為2k -1 發(fā)送方滑動窗口發(fā)送方滑動窗口當(dāng)發(fā)送出數(shù)據(jù)時(shí)，滑動窗口從左邊開始收縮；當(dāng)發(fā)送出數(shù)據(jù)

5、時(shí)，滑動窗口從左邊開始收縮；當(dāng)收到確認(rèn)時(shí)，滑動窗口向右擴(kuò)展當(dāng)收到確認(rèn)時(shí)，滑動窗口向右擴(kuò)展接收方滑動窗口接收方滑動窗口當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時(shí)，滑動窗口從左邊開始收縮；當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時(shí)，滑動窗口從左邊開始收縮；當(dāng)發(fā)送確認(rèn)時(shí)，滑動窗口向右擴(kuò)展當(dāng)發(fā)送確認(rèn)時(shí)，滑動窗口向右擴(kuò)展滑動窗口例滑動窗口例1：序號字段3比特，窗口大小 7例例2：滑動窗口的改進(jìn)滑動窗口的改進(jìn)接收方可以通過不允許繼續(xù)發(fā)送接收方可以通過不允許繼續(xù)發(fā)送(receive not ready) 來對幀進(jìn)行確認(rèn)來對幀進(jìn)行確認(rèn)站點(diǎn)必須發(fā)送一個(gè)正常的確認(rèn)幀來重新啟動滑站點(diǎn)必須發(fā)送一個(gè)正常的確認(rèn)幀來重新啟動滑動窗口動窗口如雙向發(fā)送，使用如雙向發(fā)送，使用 pig

6、gybacking (捎帶確認(rèn)捎帶確認(rèn))u數(shù)據(jù)幀：幀序號、確認(rèn)序號數(shù)據(jù)幀：幀序號、確認(rèn)序號u如果無數(shù)據(jù)發(fā)送，使用確認(rèn)幀如果無數(shù)據(jù)發(fā)送，使用確認(rèn)幀u如果只送數(shù)據(jù)而不需發(fā)送確認(rèn)，則重送上如果只送數(shù)據(jù)而不需發(fā)送確認(rèn)，則重送上一個(gè)確認(rèn)編號一個(gè)確認(rèn)編號2.差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制檢測和糾正幀傳輸過程中出現(xiàn)的差錯(cuò)檢測和糾正幀傳輸過程中出現(xiàn)的差錯(cuò)u丟失的幀丟失的幀u損壞的幀損壞的幀差錯(cuò)控制技術(shù)：差錯(cuò)控制技術(shù)：u差錯(cuò)檢測差錯(cuò)檢測u肯定確認(rèn)肯定確認(rèn)u超時(shí)重傳超時(shí)重傳u否認(rèn)與重傳否認(rèn)與重傳arq ( automatic repeat request )自動重傳請求自動重傳請求停止等待停止等待 arq（stop-and-w

7、ait arq）返回返回 n arq（go-back-n arq）選擇拒絕選擇拒絕 arq（selective-reject arq）2.1停止等待停止等待arq源點(diǎn)發(fā)送一個(gè)幀源點(diǎn)發(fā)送一個(gè)幀等待等待 ack收到損壞的幀，丟棄它收到損壞的幀，丟棄它u發(fā)送器超時(shí)發(fā)送器超時(shí)u沒有收到確認(rèn)沒有收到確認(rèn), 重傳重傳確認(rèn)損壞，發(fā)送器無法辨認(rèn)確認(rèn)損壞，發(fā)送器無法辨認(rèn)u重傳重傳u接收到兩個(gè)互為副本的幀接收到兩個(gè)互為副本的幀u使用使用 ack0 和和 ack1停止等待停止等待arq優(yōu)勢和不足優(yōu)勢和不足簡單簡單低效率低效率2.2返回返回 n arq基于滑動窗口流量控制基于滑動窗口流量控制沒有收到確認(rèn)幀的最大數(shù)目取

8、決于窗口大小沒有收到確認(rèn)幀的最大數(shù)目取決于窗口大小無差錯(cuò)，終點(diǎn)肯定確認(rèn)接收到的幀無差錯(cuò)，終點(diǎn)肯定確認(rèn)接收到的幀有差錯(cuò)，發(fā)送一個(gè)否認(rèn)有差錯(cuò)，發(fā)送一個(gè)否認(rèn)u放棄這個(gè)幀及之后的所有幀放棄這個(gè)幀及之后的所有幀u發(fā)送器必須重傳有差錯(cuò)的幀及后面所有的發(fā)送器必須重傳有差錯(cuò)的幀及后面所有的幀幀返回返回n arq：損壞的幀：損壞的幀接收器檢測到第接收器檢測到第i個(gè)個(gè)幀出錯(cuò)幀出錯(cuò)發(fā)送否認(rèn)發(fā)送否認(rèn)i發(fā)送器得到否認(rèn)發(fā)送器得到否認(rèn)i發(fā)送器重傳幀發(fā)送器重傳幀i以及以及 后面所有的幀后面所有的幀framerrsrcdestndamagedrejretransmitiii+3back返回返回n arq：丟失的幀（：丟失的幀（

9、1）幀幀i丟失丟失發(fā)送器發(fā)送發(fā)送器發(fā)送i1接收器收到接收器收到i1發(fā)發(fā)現(xiàn)次序不對現(xiàn)次序不對發(fā)送一個(gè)拒絕發(fā)送一個(gè)拒絕i發(fā)送器重新回到幀發(fā)送器重新回到幀i并重傳并重傳framerrdestndamagedrejretransmitsrc返回返回n arq：丟失的幀（：丟失的幀（2）幀幀 i 丟失并且沒有發(fā)送丟失并且沒有發(fā)送接收器沒接受到任何幀并且不返回接收器沒接受到任何幀并且不返回rr或或rej發(fā)送器超時(shí)，傳輸一個(gè)發(fā)送器超時(shí)，傳輸一個(gè)rr幀，包含一個(gè)被置為幀，包含一個(gè)被置為1的的p比特的比特比特的比特接收器將這個(gè)比特解釋為命令，該命令要求接接收器將這個(gè)比特解釋為命令，該命令要求接收器發(fā)送一個(gè)收器發(fā)

10、送一個(gè)rr響應(yīng)，表明自己希望接受到下響應(yīng)，表明自己希望接受到下個(gè)幀，即幀個(gè)幀，即幀i發(fā)送器重傳幀發(fā)送器重傳幀i返回返回n arq：損壞的：損壞的rr接收器收到接收器收到 i 并發(fā)送并發(fā)送rr (i+1) ，它在傳輸中丟失，它在傳輸中丟失確認(rèn)是累積的確認(rèn)是累積的, 下一個(gè)下一個(gè)rr (i+n) 可能在幀可能在幀 i 超時(shí)超時(shí)前到達(dá)前到達(dá)發(fā)送器超時(shí)，傳輸一個(gè)發(fā)送器超時(shí)，傳輸一個(gè)rr，并設(shè)置一個(gè)，并設(shè)置一個(gè)p比特比特計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)器在啟動復(fù)位過程在啟動復(fù)位過程 前這個(gè)過程將重復(fù)數(shù)次前這個(gè)過程將重復(fù)數(shù)次發(fā)送器發(fā)送新的發(fā)送器發(fā)送新的rr，啟動啟動p比特計(jì)時(shí)器比特計(jì)時(shí)器返回返回n arq：損壞的：損壞的rej

11、如同前面的損壞的幀如同前面的損壞的幀返回返回n arq超時(shí)2.3 選擇拒絕選擇拒絕 arq（1）也叫選擇重傳也叫選擇重傳只有拒絕的幀或超時(shí)的幀被重傳只有拒絕的幀或超時(shí)的幀被重傳重傳幀的數(shù)量降低到了最小重傳幀的數(shù)量降低到了最小接收器必須維護(hù)一個(gè)足夠大的緩存，以接收器必須維護(hù)一個(gè)足夠大的緩存，以便保存拒絕幀后收到的幀便保存拒絕幀后收到的幀發(fā)送方也需要具有能夠發(fā)送失序幀的更發(fā)送方也需要具有能夠發(fā)送失序幀的更為復(fù)雜的邏輯為復(fù)雜的邏輯選擇拒絕選擇拒絕 arq（2）接受者緩存接受窗口滑動到可接受幀7，0，1，2，3，4，5b認(rèn)為丟失的是幀7，接受到的是新的幀0累計(jì)確認(rèn)3.高級數(shù)據(jù)鏈路控制（高級數(shù)據(jù)鏈路控制

12、（hdlc）3.1基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)p 站點(diǎn)類型站點(diǎn)類型主站主站u控制鏈路操作控制鏈路操作u發(fā)出的幀稱為命令發(fā)出的幀稱為命令u為鏈路上的每個(gè)從站維護(hù)獨(dú)立的邏輯鏈路為鏈路上的每個(gè)從站維護(hù)獨(dú)立的邏輯鏈路從站從站u主站的控制下操作主站的控制下操作u發(fā)出的幀稱為響應(yīng)發(fā)出的幀稱為響應(yīng)混合站混合站u發(fā)出的幀可以是命令或者是響應(yīng)發(fā)出的幀可以是命令或者是響應(yīng)p 鏈路設(shè)置鏈路設(shè)置非平衡設(shè)置非平衡設(shè)置u一個(gè)主站和一個(gè)或多個(gè)從站一個(gè)主站和一個(gè)或多個(gè)從站u支持全雙工或半雙工傳輸支持全雙工或半雙工傳輸平衡設(shè)置平衡設(shè)置u兩個(gè)混合站組成兩個(gè)混合站組成u支持全雙工或半雙工傳輸支持全雙工或半雙工傳輸p 數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)傳送方式正

13、常響應(yīng)方式正常響應(yīng)方式 (nrm)u非平衡設(shè)置非平衡設(shè)置u主站初始化到從站的數(shù)據(jù)傳送主站初始化到從站的數(shù)據(jù)傳送u從站通過傳輸數(shù)據(jù)來響應(yīng)主站的命令從站通過傳輸數(shù)據(jù)來響應(yīng)主站的命令u用于多點(diǎn)線路用于多點(diǎn)線路u多個(gè)終端連接到一個(gè)主計(jì)算機(jī)上多個(gè)終端連接到一個(gè)主計(jì)算機(jī)上u終端作為從站終端作為從站異步平衡方式異步平衡方式(abm)u平衡設(shè)置平衡設(shè)置u兩個(gè)混合站都能夠初始化數(shù)據(jù)傳輸，不需兩個(gè)混合站都能夠初始化數(shù)據(jù)傳輸，不需要得到許可要得到許可u使用最廣泛使用最廣泛u沒有用于輪詢的額外開銷沒有用于輪詢的額外開銷異步響應(yīng)方式異步響應(yīng)方式(arm)u非平衡設(shè)置非平衡設(shè)置u主站沒有明確允許，從站能夠初始化傳輸主站沒

14、有明確允許，從站能夠初始化傳輸u主站對線路全權(quán)負(fù)責(zé)主站對線路全權(quán)負(fù)責(zé)uarm很少被使用很少被使用3.2幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)同步傳輸同步傳輸所有傳輸以幀的形式所有傳輸以幀的形式獨(dú)立的幀格式能夠完全滿足各種類型的數(shù)獨(dú)立的幀格式能夠完全滿足各種類型的數(shù)據(jù)和控制交換據(jù)和控制交換幀格式幀格式標(biāo)志字段標(biāo)志字段在幀的兩端起定界作用在幀的兩端起定界作用01111110模式模式一個(gè)幀的結(jié)束標(biāo)志，也是起始標(biāo)志一個(gè)幀的結(jié)束標(biāo)志，也是起始標(biāo)志接收方搜索標(biāo)志序列用于幀起始同步接收方搜索標(biāo)志序列用于幀起始同步比特填充用于避免和包含比特填充用于避免和包含 011111（0）10的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)混淆混淆u出現(xiàn)出現(xiàn)5個(gè)個(gè)1插入一個(gè)附加插入

15、一個(gè)附加0u有有5個(gè)個(gè)1的模式出現(xiàn)，檢查下個(gè)比特的模式出現(xiàn)，檢查下個(gè)比特u如果是如果是0，則刪除，則刪除u如果是如果是1且第且第7個(gè)比特是個(gè)比特是0，組合被認(rèn)為是標(biāo)志字段，組合被認(rèn)為是標(biāo)志字段u如果后面兩個(gè)比特都是如果后面兩個(gè)比特都是1, 發(fā)送方指明異常中止發(fā)送方指明異常中止比特填充比特填充一個(gè)幀被分一個(gè)幀被分成兩個(gè)幀成兩個(gè)幀兩兩個(gè)個(gè)幀幀合合并并成成一一個(gè)個(gè)幀幀地址字段地址字段標(biāo)識了傳輸該幀或準(zhǔn)備接收這個(gè)幀的從站標(biāo)識了傳輸該幀或準(zhǔn)備接收這個(gè)幀的從站通常為通常為8比特比特可以使用擴(kuò)展格式，長度是可以使用擴(kuò)展格式，長度是7比特的倍數(shù)比特的倍數(shù)u每個(gè)八位組的最低位是每個(gè)八位組的最低位是1或或0取決于

16、它是不是字段的取決于它是不是字段的最后一個(gè)八位組最后一個(gè)八位組八位組地址八位組地址11111111，讓主站廣播幀，所有從站都能接，讓主站廣播幀，所有從站都能接收到收到控制字段控制字段不同幀類型的幀不同不同幀類型的幀不同幀類型有幀類型有:u信息幀信息幀 向用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)向用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在信息幀中捎帶了流量控制和差錯(cuò)控制在信息幀中捎帶了流量控制和差錯(cuò)控制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)u監(jiān)控幀監(jiān)控幀 未使用捎帶時(shí)提供了未使用捎帶時(shí)提供了arq機(jī)制機(jī)制u無編號幀無編號幀 提供增補(bǔ)的鏈路控制提供增補(bǔ)的鏈路控制字段中前一位或兩位用做幀類型的標(biāo)識字段中前一位或兩位用做幀類型的標(biāo)識控制字段格式控制字段格式輪詢輪詢/結(jié)束比特結(jié)束比特應(yīng)用與環(huán)境有關(guān)應(yīng)用與環(huán)境有關(guān)命令幀命令幀np 比特比特n1 是向?qū)Φ葘?shí)體請求（輪詢）響應(yīng)幀是向?qū)Φ葘?shí)體請求（輪詢）響應(yīng)幀響應(yīng)幀響應(yīng)幀nf 比特比特n1 表示發(fā)送的響應(yīng)幀是一個(gè)請求命令的結(jié)果表示發(fā)送的響應(yīng)幀是一個(gè)請求命令的結(jié)果信息字段信息字段只有信息幀和無編號幀只有信息幀和無編號幀必須有必須有整數(shù)個(gè)八位整數(shù)個(gè)八位組成組成長度長度可變可變fcs幀檢驗(yàn)序列幀檢驗(yàn)序列差錯(cuò)檢測碼差錯(cuò)檢測碼16比特的比特的 crc32比特的比特的 crchdlc的操作的操作交換信息幀、監(jiān)控幀及無編號幀交換信息幀、監(jiān)