計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信課件第04章 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

第4章數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議4.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能與協(xié)議4.2流量控制方法

4.3差錯(cuò)控制方法

4.4高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）協(xié)議4.5因特網(wǎng)中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道。這種信道使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。廣播信道。這種信道使用一對(duì)多的廣播通信方式，因此過(guò)程比較復(fù)雜。廣播信道上連接的主機(jī)很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)單模型局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī)

H1主機(jī)

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機(jī)

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2從層次上來(lái)看數(shù)據(jù)的流動(dòng)數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)單模型(續(xù)）局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī)

H1主機(jī)

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機(jī)

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動(dòng)鏈路(link)是一條無(wú)源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒(méi)有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。一條鏈路只是一條通路的一個(gè)組成部分。數(shù)據(jù)鏈路(datalink)除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來(lái)控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路?，F(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來(lái)實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。

IP數(shù)據(jù)報(bào)1010……0110幀取出數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層鏈路結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B物理層數(shù)據(jù)鏈路層結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B幀(a)(b)發(fā)送幀接收鏈路IP數(shù)據(jù)報(bào)1010……0110幀裝入數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用:WAN連接Service

Provider廣域網(wǎng)連接的場(chǎng)所根據(jù)用戶不同的需求提供不同的連接方案點(diǎn)到點(diǎn)專線同步串口TelephoneCompany電路交換異步串口ServiceProvider分組交換連接同步串口專線點(diǎn)到點(diǎn)的鏈接方式；提供專用的永久連接；當(dāng)經(jīng)常與多個(gè)地點(diǎn)連接時(shí)，使用專線是主要的方法。點(diǎn)到點(diǎn)專線同步串口電路交換被廣泛使用于電話公司的網(wǎng)絡(luò)中，ISDN、PSTN就是廣域網(wǎng)電路交換的一個(gè)例子。主要用于把臨時(shí)的遠(yuǎn)程用戶和移動(dòng)用戶連接到局域網(wǎng)，還常用于高速線路的備份。TelephoneCompany電路交換異步串口分組交換連接廣域網(wǎng)的一種交換方式，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共享一條點(diǎn)到點(diǎn)的線路，將數(shù)據(jù)包從源端經(jīng)過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到目的地址；幀中繼，X.25都是廣域網(wǎng)分組交換技術(shù)的實(shí)例幀中繼是一種節(jié)省成本的方法，通過(guò)虛電路與其他站點(diǎn)連接，幀中繼大多由通信公司服務(wù)供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)。ServiceProvider分組交換連接同步串口從數(shù)據(jù)鏈路層看，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)是以幀為單位進(jìn)行傳輸?shù)?，不同網(wǎng)絡(luò)使用不同的協(xié)議封裝數(shù)據(jù)幀，定義的幀格式也不一樣。以太網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)f0/0s0/0s0/0f0/0Ethernet幀HDLC幀PPP幀Ethernet幀或以太網(wǎng)路由器具有協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，當(dāng)它收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，會(huì)把幀拆開(kāi)，取出其中的數(shù)據(jù)報(bào)，經(jīng)路由處理后，再用出口的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議封裝數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議應(yīng)用場(chǎng)合舉例

如何在有差錯(cuò)的線路上，進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)傳輸。

數(shù)據(jù)鏈路層的主要問(wèn)題數(shù)據(jù)鏈路層要解決的基本問(wèn)題？發(fā)送方：？接收方：？傳輸過(guò)程：！解決這些問(wèn)題，是數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)。！針對(duì)這些問(wèn)題所制定的通信規(guī)程就是數(shù)據(jù)鏈路層的通信協(xié)議。以多快的速度發(fā)送數(shù)據(jù)幀，即每幀之間相隔多長(zhǎng)時(shí)間？如何確認(rèn)對(duì)方是否收到數(shù)據(jù)？是否接收到正確的數(shù)據(jù)幀？如何告訴發(fā)送方？能及時(shí)處理接收到的數(shù)據(jù)幀嗎？會(huì)出錯(cuò)嗎？會(huì)丟失數(shù)據(jù)幀嗎？

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能

數(shù)據(jù)鏈路層最重要的作用就是：通過(guò)一些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，在不太可靠的物理鏈路上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。其主要功能可歸納如下：

(1)鏈路管理

(2)幀定界

(3)流量控制

(4)差錯(cuò)控制

(5)將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開(kāi)

(6)透明傳輸

(7)尋址

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能(1)鏈路管理-當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)要進(jìn)行通信時(shí)，數(shù)據(jù)的發(fā)方必須確知收方是否已處在準(zhǔn)備接受的狀態(tài)。為此通信的雙方必須先要交換一些必要的信息，用術(shù)語(yǔ)講必須先建立一條數(shù)據(jù)鏈路。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)要維持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路，而在通信完畢時(shí)要釋放數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放就叫做鏈路管理。(2)幀同步-在數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)的傳送單位時(shí)幀。數(shù)據(jù)一幀一幀地傳送，就可以在出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，將有差錯(cuò)的幀再重傳一次，避免了全部數(shù)據(jù)的重傳。幀同步是指收方應(yīng)當(dāng)能從收到的比特流中準(zhǔn)確地區(qū)分出一幀的開(kāi)始和結(jié)束。

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能(3)流量控制-發(fā)方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率必須使收方來(lái)得及接收。當(dāng)收方來(lái)不及接收時(shí)，就必須及時(shí)控制發(fā)方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。(4)差錯(cuò)控制-在計(jì)算機(jī)通信中，一般都要求有極低的比特差錯(cuò)率。為此廣泛地使用了編碼技術(shù)，主要有兩大類，一類是前向糾錯(cuò)，即收方收到有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀時(shí)能自動(dòng)將差錯(cuò)改正過(guò)來(lái)。這種方法的開(kāi)銷較大，不適合于計(jì)算機(jī)通信。另一類是檢錯(cuò)重發(fā)，即收方可以檢測(cè)出收到的幀中有差錯(cuò)，于是就讓發(fā)方重復(fù)發(fā)送這一幀，直到收方正確收到這一幀為止。這種方法在計(jì)算機(jī)通信中是最常用的。

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能(5)將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開(kāi)-由于數(shù)據(jù)和控制信息都是在同一信道中傳輸，在許多情況下，數(shù)據(jù)和控制信息處于同一幀中，因此一定要有相應(yīng)的措施使收方能夠?qū)⑺麄儏^(qū)分開(kāi)來(lái)。(6)透明傳輸-所謂透明傳輸就是不管所傳數(shù)據(jù)是什么樣的比特組合，都應(yīng)當(dāng)能夠在鏈路上傳送。當(dāng)所傳數(shù)據(jù)中的比特組合恰巧與某一個(gè)控制信息完全一樣時(shí)，就必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?，使收方不?huì)將這樣的數(shù)據(jù)誤認(rèn)為是某種控制信息。這樣才能保證數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸是透明的。

(7)尋址-在多點(diǎn)連接的情況下，必須保證每一幀都能送到正確的地址。雙方也應(yīng)當(dāng)知道發(fā)方是哪一個(gè)站。4.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能與協(xié)議1．成幀和傳輸 物理層以比特為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)鏈路層則把數(shù)據(jù)組織成一定大小的數(shù)據(jù)幀，以幀為單位發(fā)送、接收、校驗(yàn)和應(yīng)答。 帶填充字符的首尾界符法、帶填充位的首尾標(biāo)志法。（1）帶填充字符的首尾界符法圖4.1帶填充字符的首尾界符法封裝成幀(framing):在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個(gè)幀。確定幀的界限。首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行幀定界。

幀結(jié)束幀首部IP數(shù)據(jù)報(bào)幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部MTU數(shù)據(jù)鏈路層的幀長(zhǎng)開(kāi)始發(fā)送幀開(kāi)始課件制作人：謝希仁用控制字符進(jìn)行幀定界的方法舉例SOH裝在幀中的數(shù)據(jù)部分幀幀開(kāi)始符幀結(jié)束符發(fā)送在前EOT課件制作人：謝希仁2.透明傳輸SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當(dāng)作無(wú)效幀而丟棄被接收端誤認(rèn)為是一個(gè)幀數(shù)據(jù)部分EOT完整的幀發(fā)送在前解決透明傳輸問(wèn)題發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“ESC”(其十六進(jìn)制編碼是1B)。字節(jié)填充(bytestuffing)或字符填充(characterstuffing)——接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，那么應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收端收到連續(xù)的兩個(gè)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就刪除其中前面的一個(gè)。SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據(jù)EOTEOT經(jīng)過(guò)字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充發(fā)送在前幀開(kāi)始符幀結(jié)束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯?wèn)題SOH（2）帶填充位的首尾標(biāo)志法 發(fā)送方數(shù)據(jù)鏈路層若在數(shù)據(jù)中遇到5個(gè)連續(xù)的1時(shí)，自動(dòng)在其后填充一個(gè)0到輸出位流中。圖4.2帶填充位的首尾標(biāo)志法 2．流量控制 3．差錯(cuò)控制 4．鏈路管理 發(fā)送端和接收端之間通過(guò)交換控制信息，來(lái)建立、維護(hù)和釋放數(shù)據(jù)鏈路，這就是鏈路管理。圖4.3服務(wù)原語(yǔ)的表示方式完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)一條通信鏈路進(jìn)行通信的筒化模型：數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī)

A緩存主機(jī)

B數(shù)據(jù)鏈路AP2AP1緩存發(fā)送方接收方幀高層幀完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸所基于的兩個(gè)假定

假定1：鏈路是理想的傳輸信道，所傳送的任何數(shù)據(jù)既不會(huì)出差錯(cuò)也不會(huì)丟失。假定2：不管發(fā)方以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，收方總是來(lái)得及收下，并及時(shí)上交主機(jī)。這個(gè)假定就相當(dāng)于認(rèn)為：接收端向主機(jī)交付數(shù)據(jù)的速率永遠(yuǎn)不會(huì)低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。流量控制

現(xiàn)在去掉上述的第二個(gè)假定。但是，仍然保留第一個(gè)假定，即主機(jī)A向主機(jī)B傳輸數(shù)據(jù)的信道仍然是無(wú)差錯(cuò)的理想信道。然而現(xiàn)在不能保證接收端向主機(jī)交付數(shù)據(jù)的速率永遠(yuǎn)不低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。由收方控制發(fā)方的數(shù)據(jù)流，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中流量控制的一個(gè)基本方法。

具有最簡(jiǎn)單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議在發(fā)送結(jié)點(diǎn)：

(1)從主機(jī)取一個(gè)數(shù)據(jù)幀。

(2)將數(shù)據(jù)幀送到數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送緩存。

(3)將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去。

(4)等待。

(5)若收到由接收結(jié)點(diǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的信息，則從主機(jī)取一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀，然后轉(zhuǎn)到(2)。在接收結(jié)點(diǎn)：

(1)等待。

(2)若收到由發(fā)送結(jié)點(diǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)幀，則將其放入數(shù)據(jù)鏈路層的接收緩存。

(3)將接收緩存中的數(shù)據(jù)幀上交主機(jī)。

(4)向發(fā)送結(jié)點(diǎn)發(fā)一信息，表示數(shù)據(jù)幀已經(jīng)上交給主機(jī)。

(5)轉(zhuǎn)到(1)。

兩種情況的對(duì)比（傳輸均無(wú)差錯(cuò)）ABDATADATADATADATA送主機(jī)B送主機(jī)B送主機(jī)B送主機(jī)BABDATA送主機(jī)BDATA送主機(jī)B時(shí)間不需要流量控制需要流量控制時(shí)間ABDATA0送主機(jī)ACKDATA1送主機(jī)ACK(a)正常情況ABDATA0DATA0送主機(jī)ACK(c)數(shù)據(jù)幀丟失重傳tout丟失！ABDATA0送主機(jī)ACKDATA0丟棄ACK(d)確認(rèn)幀丟失重傳tout丟失！ABDATA0NAKDATA0送主機(jī)ACK(b)數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)重傳出錯(cuò)

現(xiàn)在把上述的第一、二個(gè)假定都去掉。主機(jī)A向主機(jī)B傳輸數(shù)據(jù)的信道是有差錯(cuò)的非理想信道。且不能保證接收端向主機(jī)交付數(shù)據(jù)的速率永遠(yuǎn)不低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。重復(fù)幀死鎖

解決死鎖問(wèn)題

結(jié)點(diǎn)A發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，就啟動(dòng)一個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器(timeouttimer)。若到了超時(shí)計(jì)時(shí)器所設(shè)置的重傳時(shí)間tout而仍收不到結(jié)點(diǎn)B的任何確認(rèn)幀，則結(jié)點(diǎn)A就重傳前面所發(fā)送的這一數(shù)據(jù)幀。一般可將重傳時(shí)間選為略大于“從發(fā)完數(shù)據(jù)幀到收到確認(rèn)幀所需的平均時(shí)間”。

解決重復(fù)幀的問(wèn)題如果是確認(rèn)幀丟失，則超時(shí)重傳將使主機(jī)B收到兩個(gè)相同的數(shù)據(jù)幀，這就是重復(fù)幀。使每一個(gè)數(shù)據(jù)幀帶上不同的發(fā)送序號(hào)。每發(fā)送一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀就把它的發(fā)送序號(hào)加1。若結(jié)點(diǎn)B收到發(fā)送序號(hào)相同的數(shù)據(jù)幀，就表明出現(xiàn)了重復(fù)幀。這時(shí)應(yīng)丟棄重復(fù)幀，因?yàn)橐呀?jīng)收到過(guò)同樣的數(shù)據(jù)幀并且也交給了主機(jī)B。但此時(shí)結(jié)點(diǎn)B還必須向A發(fā)送確認(rèn)幀ACK，因?yàn)锽已經(jīng)知道A還沒(méi)有收到上一次發(fā)過(guò)去的確認(rèn)幀ACK。

幀的編號(hào)問(wèn)題

任何一個(gè)編號(hào)系統(tǒng)的序號(hào)所占用的比特?cái)?shù)一定是有限的。因此，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，發(fā)送序號(hào)就會(huì)重復(fù)。序號(hào)占用的比特?cái)?shù)越少，數(shù)據(jù)傳輸?shù)念~外開(kāi)銷就越小。

對(duì)于停止等待協(xié)議，由于每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀就停止等待，因此用一個(gè)比特來(lái)編號(hào)就夠了。注：一個(gè)比特可表示0和1兩種不同的序號(hào)。

幀的發(fā)送序號(hào)

數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送序號(hào)N(S)以0和1交替的方式出現(xiàn)在數(shù)據(jù)幀中。每發(fā)一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送序號(hào)就和上次發(fā)送的不一樣。用這樣的方法就可以使收方能夠區(qū)分開(kāi)新的數(shù)據(jù)幀和重傳的數(shù)據(jù)幀了。4.2流量控制方法 流量控制的作用就是防止擁塞狀態(tài)的出現(xiàn)、避免死鎖、合理分配網(wǎng)絡(luò)資源。1．停止等待協(xié)議（StopandWait）圖4.4停止等待協(xié)議2．滑動(dòng)窗口協(xié)議 采用滑動(dòng)窗口協(xié)議則可以無(wú)需等待應(yīng)答而允許連續(xù)發(fā)送多個(gè)幀，大大提高了鏈路利用率。圖4.5滑動(dòng)窗口4.3差錯(cuò)控制方法4.3.1自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（ARQ）協(xié)議1．停止等待ARQ協(xié)議圖4.6停等ARQ協(xié)議停止等待協(xié)議ARQ的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：通信信道的利用率不高，也就是說(shuō)，信道還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有被數(shù)據(jù)比特填滿。為了克服這一缺點(diǎn)，就產(chǎn)生了另外兩種協(xié)議，即連續(xù)ARQ和選擇重傳ARQ。2．后退N幀ARQ協(xié)議

在發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，不是停下來(lái)等待確認(rèn)幀，而是可以連續(xù)再發(fā)送若干個(gè)數(shù)據(jù)幀。如果這時(shí)收到了接收端發(fā)來(lái)的確認(rèn)幀，那么還可以接著發(fā)送數(shù)據(jù)幀。若收到對(duì)其中某一幀的否認(rèn)幀，則從該幀開(kāi)始的后繼幀全部重發(fā)。由于減少了等待時(shí)間，整個(gè)通信的吞吐量就提高了。后退N幀ARQ的工作原理DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5重傳DATA2重傳DATA3ACK1ACK2ACK1確認(rèn)DATA0ACK2確認(rèn)DATA1DATA2出錯(cuò)，丟棄DATA3不按序，丟棄，重傳ACK2DATA4不按序，丟棄，重傳ACK2DATA5不按序，丟棄，重傳ACK2ACK3ACK3確認(rèn)DATA2ACK4確認(rèn)DATA3ACK4重傳DATA5重傳DATA4超時(shí)重傳時(shí)間ABtout送交主機(jī)送交主機(jī)…??ACK2ACK2ACK2

需要注意(1)接收端只按序接收數(shù)據(jù)幀。雖然在有差錯(cuò)的2號(hào)幀之后接著又收到了正確的3個(gè)數(shù)據(jù)幀，但接收端都必須將這些幀丟棄，因?yàn)樵谶@些幀前面有一個(gè)2號(hào)幀還沒(méi)有收到。(2)ACK1表示確認(rèn)0號(hào)幀DATA0，并期望下次收到1號(hào)幀；ACK2表示確認(rèn)1號(hào)幀DATA1，并期望下次收到2號(hào)幀。依此類推。

需要注意(3)結(jié)點(diǎn)A在每發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)都要設(shè)置該幀的超時(shí)計(jì)時(shí)器。如果在所設(shè)置的超時(shí)時(shí)間內(nèi)收到確認(rèn)幀，就立即將超時(shí)計(jì)時(shí)器清零。但若在所設(shè)置的超時(shí)時(shí)間到了而未收到確認(rèn)幀，就要重傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。在等不到2號(hào)幀的確認(rèn)而重傳2號(hào)數(shù)據(jù)幀時(shí)，雖然結(jié)點(diǎn)A已經(jīng)發(fā)完了5號(hào)幀，但仍必須向回走，將2號(hào)幀及其以后的各幀全部進(jìn)行重傳。后退N幀ARQ協(xié)議（Go-back-NARQ）又稱為連續(xù)ARQ，意思是當(dāng)出現(xiàn)差錯(cuò)必須重傳時(shí)，要向回走N個(gè)幀，然后再開(kāi)始重傳。連續(xù)ARQ協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)

連續(xù)ARQ協(xié)議一方面因連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀而提高了效率，另一方面，在重傳時(shí)又必須把原來(lái)已正確傳送過(guò)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行重傳，這種做法又使傳送效率降低。

若傳輸信道的傳輸質(zhì)量很差因而誤碼率較大時(shí)，連續(xù)ARQ協(xié)議不一定優(yōu)于停止等待協(xié)議。

滑動(dòng)窗口的概念

在連續(xù)ARQ協(xié)議中，應(yīng)當(dāng)將已發(fā)送出去但未被確認(rèn)的數(shù)據(jù)幀的數(shù)目加發(fā)限制。發(fā)送端和接收端分別設(shè)定發(fā)送窗口和接收窗口。

發(fā)送窗口用來(lái)對(duì)發(fā)送端進(jìn)行流量控制。發(fā)送窗口的大小WT

代表在還沒(méi)有收到對(duì)方確認(rèn)信息的情況下發(fā)送端最多可以發(fā)送多少個(gè)數(shù)據(jù)幀。接收窗口用來(lái)控制接收端可以接收哪些數(shù)據(jù)幀。只有發(fā)送序號(hào)落入接收窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)幀才可以收下。01234567012發(fā)送窗口WT不允許發(fā)送這些幀允許發(fā)送5個(gè)幀(a)01234567012不允許發(fā)送這些幀還允許發(fā)送4個(gè)幀WT已發(fā)送(b)01234567012不允許發(fā)送這些幀WT已發(fā)送(c)01234567012不允許發(fā)送這些幀還允許發(fā)送

3個(gè)幀WT已發(fā)送

已發(fā)送并已收到確認(rèn)(d)當(dāng)發(fā)送出數(shù)據(jù)時(shí)，滑動(dòng)窗口從左邊開(kāi)始收縮；當(dāng)收到確認(rèn)時(shí)，滑動(dòng)窗口向右擴(kuò)展。接收端設(shè)置接收窗口

在接收端只有當(dāng)收到的數(shù)據(jù)幀的發(fā)送序號(hào)落入接收窗口內(nèi)才允許將該數(shù)據(jù)幀收下。若接收到的數(shù)據(jù)幀落在接收窗口之外，則一律將其丟棄。在連續(xù)ARQ協(xié)議中，接收窗口的大小WR=1。只有當(dāng)收到的幀的序號(hào)與接收窗口一致時(shí)才能接收該幀。否則，就丟棄它。每收到一個(gè)序號(hào)正確的幀，接收窗口就向前（即向右方）滑動(dòng)一個(gè)幀的位置。同時(shí)發(fā)送對(duì)該幀的確認(rèn)。不允許接收這些幀01234567012WR準(zhǔn)備接收0號(hào)幀(a)不允許接收這些幀01234567012WR準(zhǔn)備接收

1號(hào)幀已收到(b)不允許接收這些幀01234567012WR準(zhǔn)備接收4號(hào)幀已收到(c)

滑動(dòng)窗口的重要特性

只有在接收窗口向前滑動(dòng)時(shí)（與此同時(shí)也發(fā)送了確認(rèn)），發(fā)送窗口才有可能向前滑動(dòng)。收發(fā)兩端的窗口按照以上規(guī)律不斷地向前滑動(dòng)，因此這種協(xié)議又稱為滑動(dòng)窗口協(xié)議。當(dāng)發(fā)送窗口和接收窗口的大小都等于1時(shí)，就是停止等待協(xié)議。選擇重傳ARQ協(xié)議

可加大接收窗口，先收下發(fā)送序號(hào)不連續(xù)但仍處在接收窗口中的那些數(shù)據(jù)幀。等到所缺序號(hào)的數(shù)據(jù)幀收到后再一并送交主機(jī)。選擇重傳ARQ協(xié)議可避免重復(fù)傳送那些本來(lái)已經(jīng)正確到達(dá)接收端的數(shù)據(jù)幀。但我們付出的代價(jià)是在接收端要設(shè)置具有相當(dāng)容量的緩存空間。對(duì)于選擇重傳ARQ協(xié)議，若用n

比特進(jìn)行編號(hào)，則接收窗口的最大值受下式的約束。

WR

2n/24.3.2差錯(cuò)控制方法——循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC） 1．CRC中的多項(xiàng)式

2．CRC的工作原理

可靠傳輸

雖然物理層在傳輸比特時(shí)會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，但由于數(shù)據(jù)鏈路層的停止等待協(xié)議采用了有效的檢錯(cuò)重傳機(jī)制，數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)上面的網(wǎng)絡(luò)層就可以提供可靠傳輸?shù)姆?wù)。檢錯(cuò)方式------循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC的檢錯(cuò)技術(shù)。假設(shè)待傳送的數(shù)據(jù)M=1010001101（共kbit）。我們?cè)贛的后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的nbit冗余碼一起發(fā)送。冗余碼的計(jì)算用二進(jìn)制的模2運(yùn)算進(jìn)行2n

乘M的運(yùn)算，這相當(dāng)于在M后面添加n個(gè)0。得到的(k+n)bit的數(shù)除以事先選定好的長(zhǎng)度為(n+1)bit的數(shù)P，得出商是Q而余數(shù)是R，余數(shù)R比除數(shù)P至少要少1個(gè)比特。

冗余碼的計(jì)算舉例

設(shè)

n=5,P=110101，M=1010001101模2運(yùn)算的結(jié)果是：商Q=1101010110，余數(shù)R=01110。將余數(shù)R作為冗余碼添加在數(shù)據(jù)M的后面發(fā)送出去，即發(fā)送的數(shù)據(jù)是101000110101110，或2nM+R。循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說(shuō)明

1101010110

←

Q

商

除數(shù)

P→

110101101000110100000

←

2nM被除數(shù)

110101

111011

110101

111010

110101

111110

110101

101100

110101

110010

110101

01110

←

R

余數(shù)循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說(shuō)明

只要得出的余數(shù)R不為0，就表示檢測(cè)到了差錯(cuò)。但這種檢測(cè)方法并不能確定究竟是哪一個(gè)或哪幾個(gè)比特出現(xiàn)了差錯(cuò)。一旦檢測(cè)出差錯(cuò)，就丟棄這個(gè)出現(xiàn)差錯(cuò)的幀。只要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù)P，那么出現(xiàn)檢測(cè)不到的差錯(cuò)的概率就很小很小。圖4.8CRC的結(jié)構(gòu)3．舉例驗(yàn)證圖4.9CRC計(jì)算過(guò)程數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程分類

面向字符型（例如BSC、DDCMP、PPP異步傳輸）在這類規(guī)程中，用字符編碼集中的幾個(gè)特定字符來(lái)控制鏈路的操作，監(jiān)視鏈路的工作狀態(tài)，例如，采用國(guó)際5號(hào)碼中的SOH、STX作為幀的開(kāi)始，ETX、ETB作為的結(jié)束，ENQ、EOT、ACK、NAK等字符控制鏈路操作。面向比特型（例如HDLC、PPP同步傳輸）在這類規(guī)程中，采用特定的二進(jìn)制序列01111110作為幀的開(kāi)始和結(jié)束，以一定的比特組合所表示的命令和響應(yīng)實(shí)現(xiàn)鏈路的監(jiān)控功能，命令和響應(yīng)可以和信息一起傳送。

面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的缺點(diǎn)：報(bào)文格式不一樣；傳輸透明性不好；等待發(fā)送方式，傳輸效率低。面向比特型協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)：以比特作為傳輸控制信息的基本單元；數(shù)據(jù)幀與控制幀格式相同；傳輸透明性好；連續(xù)發(fā)送，傳輸效率高。4.4高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）協(xié)議4.4.1面向字符和面向位的鏈路控制協(xié)議圖4.10IBM公司的二進(jìn)制同步通信控制（BSC）協(xié)議4.4.2HDLC協(xié)議的基本概念1．3種類型的站圖4.11三種類型的站和兩種結(jié)構(gòu)2．兩種鏈路結(jié)構(gòu)圖4.12對(duì)稱結(jié)構(gòu) 3．3種操作模式

（1）NRM

（2）ARM

（3）ABMHDLC的基本工作原理（基本特征）操作方式：正常響應(yīng)方式(NRM)：適用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)，即用于點(diǎn)-點(diǎn)和點(diǎn)-多點(diǎn)的鏈路結(jié)構(gòu)中。由主站控制整個(gè)鏈路的操作，負(fù)責(zé)鏈路的初始化、數(shù)據(jù)流控制和鏈路復(fù)位等。從站只有在收到主站的明確允許后，才能發(fā)出響應(yīng)。異步響應(yīng)方式(ARM)：也適用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)。從站可以不必得到主站的允許就可以開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸。異步平衡方式(ABM)：適用于平衡鏈路結(jié)構(gòu)。鏈路兩端的復(fù)合站具有同等的能力，不管哪個(gè)復(fù)合站均可在任意時(shí)間發(fā)送命令幀，并且不需要收到對(duì)方復(fù)合站發(fā)出的命令幀就可以發(fā)送響應(yīng)幀。4.4.3HDLC協(xié)議的幀格式圖4.13HDLC的幀格式1．標(biāo)志字段（F）2．地址字段（A） 地址字段用來(lái)表示命令幀或響應(yīng)幀的地址。3．信息字段（I） 信息字段用于傳輸用戶數(shù)據(jù)。4．幀校驗(yàn)字段（FCS） 幀校驗(yàn)字段（FCS）共16位，采用循環(huán)冗余校驗(yàn)方法，用來(lái)檢查所接收的信息是否在傳輸過(guò)程中發(fā)生了差錯(cuò)。5．控制字段（C） 控制字段（C）共占8位，可構(gòu)成各種命令和響應(yīng)用來(lái)完成傳輸控制功能。4.4.4HDLC協(xié)議的主要內(nèi)容 1．信息幀

2．監(jiān)控幀

3．無(wú)編號(hào)幀信息幀：若控制字段的第1比特為0，則該幀為數(shù)據(jù)幀，用于傳送數(shù)據(jù)。比特2-4為發(fā)送序號(hào)N(S)，而比特6-8為接收序號(hào)N(R)。特別強(qiáng)調(diào)指出：N(R)帶有確認(rèn)的意思，它表示序號(hào)為N(R)-1以及在這以前的各幀都已經(jīng)正確無(wú)誤地收妥了。

控制字段（續(xù)1）01101SMP/FP/FN（S）P/FN（R）N（R）M信息幀I監(jiān)督幀S無(wú)編號(hào)幀U12345678監(jiān)督幀：用于監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)鏈路，完成信息幀的接收確認(rèn)、重發(fā)請(qǐng)求、暫停發(fā)送請(qǐng)求等功能。若控制字段的第1-2比特為10，則對(duì)應(yīng)的幀即為監(jiān)督幀S。監(jiān)督幀共有四種，取決于第3-4比特的取值。

監(jiān)控幀的名稱和功能

控制字段（續(xù)2）第3-4比特幀名功能確認(rèn)，且準(zhǔn)備接受下一幀，已收妥N(R)以前的各幀確認(rèn)，暫停接收下一幀，N(R)含義同上否認(rèn)，否認(rèn)N(R)起的各幀，但N(R)以前的幀已收妥否認(rèn)，只否認(rèn)序號(hào)為N(R)的幀RR接收準(zhǔn)備好RNR接收未準(zhǔn)備好REJ拒絕接收SREJ選擇拒絕接收00100111無(wú)編號(hào)幀：用于數(shù)據(jù)鏈路的控制。若控制字段的第1-2比特都是1時(shí)，這個(gè)幀就是無(wú)編號(hào)幀U，無(wú)編號(hào)幀本身不帶編號(hào)，而是用5bit來(lái)表示不同功能的無(wú)編號(hào)幀?？梢栽谌魏涡枰臅r(shí)刻發(fā)出，而不影響帶編號(hào)的信息幀的交換順序。如：B3B4B6B7B8=00001，則其功能為置正常響應(yīng)模式。控制字段（續(xù)3）01101SMP/FP/FN（S）P/FN（R）N（R）M信息幀I監(jiān)督幀S無(wú)編號(hào)幀U12345678無(wú)編號(hào)幀的名稱和代碼名稱B3B4B6B7B8記憶符置正常響應(yīng)模式00001SNRM置異步響應(yīng)模式/斷開(kāi)方式11000SARM/DM置異步平衡模式11100SABM置擴(kuò)充正常響應(yīng)模式11011SNRME置擴(kuò)充異步響應(yīng)模式11010SARME置擴(kuò)充異步平衡模式11110SABME斷鏈/請(qǐng)求斷鏈00010DISC/RD置初始化/請(qǐng)求初始化方式10000SIM/RIM無(wú)編號(hào)探詢00100UP無(wú)編號(hào)信息00000UI交換識(shí)別11101XID復(fù)位11001RESET幀拒絕10001FRMR無(wú)編號(hào)確認(rèn)00110UA（1）SARM/SABM幀（2）DISC（拆除鏈路）幀（3）UA（無(wú)序號(hào)確認(rèn)響應(yīng)）幀（4）FRMR（幀拒絕響應(yīng)）幀/CMDR（命令拒絕響應(yīng)）幀P/F位的意義（詢問(wèn)/終止）

在正常響應(yīng)方式中，從站不能主動(dòng)向主站發(fā)送信息，從站只有收到主站發(fā)出的P比特為1（對(duì)從站的查詢）的命令幀以后才能發(fā)送響應(yīng)幀。若從站有數(shù)據(jù)發(fā)送，則在最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀中將F比特置1；若無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，則應(yīng)在回答的S幀中將F比特置1。在異步響應(yīng)或異步平衡方式中，任何一個(gè)站都可以在主動(dòng)發(fā)送的S幀和I幀中將P比特置1。對(duì)方站收到P=1的幀后，應(yīng)盡早地回答本站的狀態(tài)并將F比特置1。P/F位的使用方法圖中主站A和從站B、C連成多點(diǎn)鏈路，傳送幀的一些主要參數(shù)按照“地址，幀名和序號(hào)，P/F”的先后順序標(biāo)注。這里的地址是指地址字段中應(yīng)填入的站地址；幀名是指幀的名稱，如RR、I；序號(hào)是指監(jiān)控幀中的N(R)或信息幀中的N(S)和N(R)，如RR4、I31（第1個(gè)數(shù)字是N(S)，第2個(gè)數(shù)字是N(R)）。P/F是在其為1時(shí)才寫(xiě)上P或F，表明此時(shí)控制字段的第5比特為1。P/F位的使用方法主站A先詢問(wèn)B站：“B站，若有信息，請(qǐng)立刻發(fā)送”。這時(shí)A站發(fā)送的幀是RR監(jiān)控幀，并將N(R)置0，表示期望收到對(duì)方的0號(hào)幀。因此在圖中將這樣的幀記為“B,RR0,P”。對(duì)主站的這一命令，B站響應(yīng)以連續(xù)4個(gè)信息幀，其序號(hào)N(S)從0到3。最后在第4個(gè)信息幀中將F置1，表示“我要發(fā)送的信息已發(fā)完”。這個(gè)幀記為“B,I30,F”。A站在收到B站發(fā)來(lái)的4個(gè)信息幀后，發(fā)回確認(rèn)幀RR4（這時(shí)N(R)=4）。我們注意到這時(shí)P/F比特并未置1，所以B站收到RR4后不必應(yīng)答。接下去A站輪詢C站，P=1，雖然這時(shí)C站沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送，但也必須立即應(yīng)答。C站應(yīng)答也是RR幀，表示目前沒(méi)有信息幀發(fā)送，F(xiàn)=1表明這是回答對(duì)方命令的一個(gè)響應(yīng)。P/F位的使用方法有了P/F比特，使HDLC規(guī)程使用起來(lái)更加靈活。在兩個(gè)復(fù)合站全雙工通信時(shí)，任何一方都可隨時(shí)使P=1，這時(shí)對(duì)方就要立即回答RR幀，并置F=1，這樣就可以收到對(duì)方的確認(rèn)了。如果不使用P/F比特，則收方不一定馬上發(fā)出確認(rèn)幀，比如收方可以在發(fā)送自己的信息幀時(shí)，利用N(R)把確認(rèn)信息發(fā)出。P/F位的使用方法4．鏈路操作過(guò)程（1）鏈路建立（2）數(shù)據(jù)傳輸（3）鏈路拆除圖4.14無(wú)編號(hào)幀使用舉例4.5因特網(wǎng)中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）圖4.15用戶撥號(hào)上網(wǎng)示意圖因特網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPPPPP（Point-to-PointProtocol點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議）是為在同等單元之間傳輸數(shù)據(jù)包這樣的簡(jiǎn)單鏈路設(shè)計(jì)的鏈路層協(xié)議。這種鏈路提供全雙工操作，并按照順序傳遞數(shù)據(jù)包。設(shè)計(jì)目的主要是用來(lái)通過(guò)撥號(hào)或?qū)＞€方式建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接發(fā)送數(shù)據(jù)，使其成為各種主機(jī)、網(wǎng)橋和路由器之間簡(jiǎn)單連接的一種解決方案。

課件制作人：謝希仁PPP協(xié)議應(yīng)滿足的需求簡(jiǎn)單——這是首要的要求封裝成幀透明性多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議多種類型鏈路差錯(cuò)檢測(cè)檢測(cè)連接狀態(tài)最大傳送單元網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商PPP協(xié)議的工作原理

現(xiàn)在使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議

PPP。用戶使用撥號(hào)電話線接入因特網(wǎng)時(shí)，一般都是使用PPP協(xié)議。路由器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP)用戶家庭撥號(hào)電話線

使用TCP/IP的

PPP連接使用TCP/IP的客戶進(jìn)程路由選擇進(jìn)程至因特網(wǎng)…PC機(jī)PPP的特性PPP協(xié)議是目前使用得最廣泛的廣域網(wǎng)協(xié)議，這是因?yàn)樗哂幸韵绿匦裕耗軌蚩刂茢?shù)據(jù)鏈路的建立；能夠?qū)P地址進(jìn)行分配和使用；允許同時(shí)采用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；能夠配置和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路；能夠進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)；有協(xié)商選項(xiàng)，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)層的地址和數(shù)據(jù)壓縮等進(jìn)行協(xié)商。PPP協(xié)議組成一個(gè)將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法。鏈路控制協(xié)議LCP(LinkControlProtocol)：LCP負(fù)責(zé)創(chuàng)建，維護(hù)或終止一次物理連接?？梢允褂枚喾N物理層服務(wù)。認(rèn)證協(xié)議，最常用的包括口令驗(yàn)證協(xié)議PAP和挑戰(zhàn)握手驗(yàn)證協(xié)議CHAP。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP(NetworkControlProtocol)：負(fù)責(zé)解決物理連接上運(yùn)行什么網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以及解決上層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)生的問(wèn)題?？梢灾С侄喾N網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。PPP協(xié)議的幀格式PPP的幀格式和HDLC的相似。標(biāo)志字段F仍為0x7E（符號(hào)“0x”表示后面的字符是用十六進(jìn)制表示。十六進(jìn)制的7E的二進(jìn)制表示是01111110）。地址字段A只置為0xFF。地址字段實(shí)際上并不起作用，PPP不分配個(gè)人地址?？刂谱侄蜟通常置為0x03。要求用戶數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)序號(hào)幀，不提供使用序號(hào)和確認(rèn)的可靠傳輸。PPP是面向字節(jié)的，所有的PPP幀的長(zhǎng)度都是整數(shù)字節(jié)。PPP協(xié)議的幀格式PPP有一個(gè)2個(gè)字節(jié)的協(xié)議字段。識(shí)別幀的信息部分字段所封裝的協(xié)議。當(dāng)協(xié)議字段為0x0021時(shí)，PPP幀的信息字段就是IP數(shù)據(jù)報(bào)。若為0xC021,則信息字段是PPP鏈路控制數(shù)據(jù)LCP。若為0x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)NCP。

IP數(shù)據(jù)報(bào)1211字節(jié)12不超過(guò)1500字節(jié)PPP幀先發(fā)送7EFF03FACFCSF7E協(xié)議信息部分首部尾部表4.2協(xié)議字段的取值透明傳輸問(wèn)題當(dāng)PPP用在同步傳輸鏈路時(shí)（

SONET/SDH鏈路），協(xié)議規(guī)定采用硬件來(lái)完成比特填充（和HDLC的做法一樣）。當(dāng)PPP用在異步傳輸時(shí)，就使用一種特殊的字符填充法。字符填充法具體的做法是：將信息字段中出現(xiàn)的每一個(gè)0x7E字節(jié)轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列（0x7D，0x5E）。若信息字段中出現(xiàn)一個(gè)0x7D的字節(jié)，則將其轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列（0x7D，0x5D）。(3)若信息字段中出現(xiàn)ASCll碼的控制字符（即小于0x20的字符），則在該字符前面加一個(gè)0x7D字節(jié)。這樣做可以防止這些表面上的ASCll碼控制符將被錯(cuò)誤地解釋為控制符。PPP的控制段（C）設(shè)置為00000011，注意這里說(shuō)明最低兩位是11，與HDLC協(xié)議比較，說(shuō)明發(fā)送和接收窗口N(S)、N(R)都沒(méi)有使用，恰恰相當(dāng)于HDLC協(xié)議的無(wú)編號(hào)幀，但是，“不能保證”并不等于很不可靠，這是由于以下原因。不提供使用序號(hào)和確認(rèn)的可靠傳輸PPP協(xié)議之所以不使用序號(hào)和確認(rèn)機(jī)制是出于以下的考慮：在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯(cuò)的概率不