第4章數(shù)據(jù)鏈路層

第4章數(shù)據(jù)鏈路層學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解1數(shù)據(jù)鏈路層概述幀的定界方法2HDLCHDLC的中英文名稱鏈路非平衡、平衡工作控制模式主站、從站、復(fù)合站的概念HDLC幀的組成部分,各組成部分的功能和使用3PPPPPP的中英文名稱PPP的功能和使用PPP的幀格式和工作過程4網(wǎng)橋的概念理解1數(shù)據(jù)鏈路層概述數(shù)據(jù)鏈路層功能數(shù)據(jù)鏈路的概念幀的概念2差錯(cuò)控制實(shí)現(xiàn)停止等待協(xié)議ARQ協(xié)議工作原理3流量控制窗口技術(shù)工作原理HDLCHDLC

數(shù)據(jù)鏈路層概述物理層鏈路任何相鄰節(jié)點(diǎn)間點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路節(jié)點(diǎn)間沒有其他任何節(jié)點(diǎn)存在（因此數(shù)據(jù)肯定是順序發(fā)送和接收的）數(shù)據(jù)鏈路物理線路+通信控制規(guī)程（差錯(cuò)/流量等）鏈路差錯(cuò)控制等處理電路差錯(cuò)控制等處理電路數(shù)據(jù)鏈路幀與報(bào)文報(bào)文用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。幀發(fā)送端和接收端之間通過鏈路傳送的一個(gè)完整的信息組的信息單位。幀起始標(biāo)志接收站標(biāo)識(shí)控制段幀校驗(yàn)序列數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)鏈路層的目的在網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間提供功能和手段：建立維持釋放傳輸數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)數(shù)據(jù)單元在物理連接上建立數(shù)據(jù)鏈路連接數(shù)據(jù)鏈路連接鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)數(shù)據(jù)鏈路連接無應(yīng)答、無連接服務(wù)有應(yīng)答、無連接服務(wù)正向應(yīng)答雙向應(yīng)答負(fù)向應(yīng)答面向連接服務(wù)有鏈路建立、數(shù)據(jù)幀傳送、拆除鏈路的階段也就是雙方在通信前后要進(jìn)行協(xié)商，都準(zhǔn)備好的情況下才進(jìn)行通信。和網(wǎng)絡(luò)層交換數(shù)據(jù)接收本地網(wǎng)絡(luò)層遞交的數(shù)據(jù)將接收的數(shù)據(jù)提交給網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)鏈路端點(diǎn)標(biāo)識(shí)符，即地址在將報(bào)文分幀的情況下保證幀的順序差錯(cuò)檢測(cè)、糾正、報(bào)告流量控制發(fā)送/接收端數(shù)據(jù)速率相同服務(wù)質(zhì)量參數(shù)商定鏈路層的功能鏈路管理發(fā)送/接收是否準(zhǔn)備好定界與同步幀何處起始、何處中止字符計(jì)數(shù)首尾分界字符首尾分界標(biāo)志序列物理編碼違例流量控制發(fā)送和接收之間協(xié)調(diào)。*不是保證物理層的通信線路速率相同，而是發(fā)送/接收端鏈路層處理能力協(xié)調(diào)。差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制編碼透明傳輸能正確區(qū)分控制信息和數(shù)據(jù)尋址多點(diǎn)連接時(shí)如何確定發(fā)送/接收端數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程種類面向字符數(shù)據(jù)和控制信息都被編碼成字符（例如ASCII），使用特定的字符表示控制信息來和數(shù)據(jù)區(qū)分。面向比特面向字符的鏈路控制規(guī)程4.2停等協(xié)議4.2停等協(xié)議算法發(fā)送方vs=0data=get_host()data_s=vs+data+CRCSend(data_s)Calltime_out()data_r=receive()(data_r=null)and(time_out()=0)(data_r=ACK)發(fā)送序號(hào)初始化取得上層數(shù)據(jù)data數(shù)據(jù)幀編碼發(fā)送數(shù)據(jù)幀啟動(dòng)超時(shí)計(jì)數(shù)器接收數(shù)據(jù)幀判斷數(shù)據(jù)幀否為空并且超時(shí)計(jì)數(shù)是否還未溢出vs=vs+1yesnoyesyesno(data_r=NAK)判斷是否收到確認(rèn)信息判斷對(duì)方是否要求重發(fā)time_out=1yes判斷是否已經(jīng)超時(shí)no4.2停等協(xié)議算法接收方vr=0data_r=receive()(data_r=null)yesCRC(data_r)send(ACK)send(NAK)data_r=nullns!=vrdata_r=null(data_r!=null)send_host(data_r),vr=vr+1yesyesyesnonono4.2停等協(xié)議特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單在數(shù)據(jù)幀當(dāng)中只需設(shè)置一個(gè)序號(hào)，表示當(dāng)前幀的序號(hào)在發(fā)送/接收端只需要1個(gè)計(jì)數(shù)器發(fā)送緩沖區(qū)中只需要保存1幀數(shù)據(jù)缺點(diǎn)：等待時(shí)間長(zhǎng)只有收到確認(rèn)信息后才能發(fā)送下一幀4.3連續(xù)ARQ協(xié)議4.3連續(xù)ARQ算法vs_n=0,vs_buff=8,vs_c=5buff_s()=0,vs_ack=0發(fā)送序號(hào)初始化,發(fā)送緩沖區(qū)大小初始化，發(fā)送窗口初始化發(fā)送緩沖區(qū)初始化，應(yīng)答序號(hào)初始化。buff_s(vs_n)=get_host()從上層獲取數(shù)據(jù)，寫入發(fā)送緩沖區(qū)當(dāng)前位置data_s=vs+buff_s(vs_n)+CRC組裝發(fā)送幀編碼send(data_s)vs_n=(vs_n+1)mod8(vs_n>vs_c)and(vs_ack<(vs_n-1))判斷是否發(fā)送緩沖區(qū)已滿，而還未收到應(yīng)答幀發(fā)送幀，并將發(fā)送序號(hào)加1vs_n=vs_ackCalltime_out()time_out=1data_r=receive()…vs_ack=data_r(ACKm)data_r=receive()…vs_ack=data_r(ACKm)yesnonoyes發(fā)送方接收幀，取得接收方希望接收的幀編號(hào)4.3連續(xù)ARQ算法vr=0data_r=receive()(data_r=null)yesCRC(data_r)send(ACK，vr+1)send(NAK)data_r=nullns!=vrdata_r=null(data_r!=null)send_host(data_r)vr=(vr+1)mod8yesyesyesnonono連續(xù)ARQ的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：不需要等待每一幀的確認(rèn)信息缺點(diǎn)：需要在發(fā)送方保存多幀信息，所需緩存大。重傳的方式回退N步重傳出錯(cuò)幀后所有幀也需要重傳。網(wǎng)絡(luò)開銷大。選擇重傳只重傳出錯(cuò)幀。需要接收端保存多幀，等待出錯(cuò)幀重傳后組裝。4.4流量控制窗口機(jī)制連續(xù)ARQARQWt=1Wr=1回退n步ARQ1<Wt<=2n-1Wr=1選擇重傳ARQ1<Wt<=2n-11<Wr<=2n-1Wt>Wr數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程舉例局域網(wǎng)內(nèi)常用的鏈路層規(guī)程IEEE802廣域網(wǎng)上的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議HDLCPPP（撥號(hào)連接網(wǎng)絡(luò)）PPPOE（ADSL）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層PPPRS-232CRS-232C網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)RS-232C網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)PPPRS-232C撥號(hào)上網(wǎng)modemmodem路由器以太網(wǎng)物理層IEEE802/…以太網(wǎng)物理層IEEE802/…RS-232C/V.35/…HDLC/PPP/……………網(wǎng)絡(luò)層……網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層路由器以太網(wǎng)物理層IEEE802/…以太網(wǎng)物理層IEEE802/…RS-232C/V.35等HDLC/PPP/…網(wǎng)絡(luò)層……DCE局域網(wǎng)連入廣域網(wǎng)DCE數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程鏈路種類非平衡型主站發(fā)送命令控制整個(gè)鏈路通信，從站只能接受命令，對(duì)其響應(yīng)。異步平衡相應(yīng)方式各站都可以發(fā)起命令平衡型鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)出命令正常響應(yīng)方式主站發(fā)起命令，從站響應(yīng)異步響應(yīng)方式從站也可以發(fā)起傳送數(shù)據(jù)的命令4.5HDLC標(biāo)志：幀定界標(biāo)志地址：次站/應(yīng)答站地址幀校驗(yàn)：CRC校驗(yàn)HDLC控制字段比特序號(hào)12345678信息幀0N(S)P/FN(R)監(jiān)控幀10SP/FN(R)無編號(hào)幀11MP/FM監(jiān)控幀S用于信息幀的差錯(cuò)控制、流量控制FLAGAddressControlFCSFLAG8位 8位 8位 16位8位32位N(R)P/FSS8765432101…控制編碼監(jiān)控幀標(biāo)志探詢響應(yīng)位監(jiān)控幀S-----SS由SS兩位編碼定義了三個(gè)監(jiān)控幀SS 幀名稱00 RR 接收準(zhǔn)備好 01 RNR 接收未準(zhǔn)備好 10 REJ 拒絕幀 RR----接收準(zhǔn)備好初始好不忙以前正確對(duì)方是否也好？RNR----接收未準(zhǔn)備好用于流量控制忙REJ----拒絕幀用于差錯(cuò)控制編號(hào)不正確時(shí)，要求重發(fā)用于忙狀態(tài)解除無編號(hào)幀U用于鏈路的建立、拆除及多種控制功能FLAGAddressControlFCSFLAG8位 8位 8位 16位8位32位MMMP/FMM8765432101…幀編碼MM----幀編碼876 5 43 MMM P/F MM 幀名稱001 P=1 11 SABM 置異步平衡方式011 P=1 11 SABME 置擴(kuò)充異步平 衡方式(模128)011 F=1 00 UA 無編號(hào)確認(rèn)000 F=1 11 DM 已斷開方式010 P=1 00 DISC 斷開連接100 F=1 01 FRMR 幀拒絕SABM/SABME

置異步平衡方式(擴(kuò)充)SABM使對(duì)方建立異步平衡的通信方式,根據(jù)接受并確認(rèn)的此命令,把發(fā)送V(S)和接收V(R)狀態(tài)變量置成0。SABME使對(duì)方建立擴(kuò)充異步平衡的通信方式,根據(jù)接受并確認(rèn)的此命令,把發(fā)送V(S)和接收V(R)狀態(tài)變量置成0。UA無編號(hào)確認(rèn)應(yīng)答用來確認(rèn)置方式、初始化、復(fù)位、斷開命令的接收和執(zhí)行。DM斷開方式應(yīng)答對(duì)置方式命令SABM/SABME是一種請(qǐng)求。如果重復(fù)使用置方式命令，那么DM應(yīng)答表示此時(shí)置方式命令無作用。DISC斷開命令用在邏輯上結(jié)束以前所建立的操作方式。FRMR幀拒收應(yīng)答用來標(biāo)明所收到的命令幀或應(yīng)答幀存在錯(cuò)誤，而且在一定程度上重發(fā)同一幀也不能得到恢復(fù)。例如：所接受到的控制字段非法或不能實(shí)現(xiàn)所接受幀（附有信息字段）的信息超過了已確定的最大長(zhǎng)度。所接受的N（R）不是指已被發(fā)送和確認(rèn)的I幀，就是指并未被發(fā)送的I幀和不適等待發(fā)送的一個(gè)順序好的I幀。LAPB鏈路操作規(guī)程鏈路的建立數(shù)據(jù)傳送階段鏈路拆除階段LAPB鏈路操作規(guī)程A方B方S=0R=0P=1FB0100…FCSFFA0000…FCSFS=0R=0S=1R=0FB0010…FCSFFB1020…FCSFS=2R=1FA0110…FCSFS=1R=0P=1FARR2,FFCSFS=3R=2FBRR2,FFCSFS=2R=2FBSABM,PFCSFFBUA,FFCSFFBRR3FCSFS=2R=3LAPB鏈路操作規(guī)程A方B方FBDISC,PFCSFFBUA,FFCSFS=3R=2S=2R=3P=1FB2030…FCSFFA3120…FCSFFARNR4,FFCSFS=3R=4FA4030…FCSFS=4R=44.6Internet鏈路層協(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。提供全雙工操作，并按照順序傳遞數(shù)據(jù)包。設(shè)計(jì)PPP的目的主要是用來通過撥號(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)單連接的一種共通的解決方案。PPPPPP由3部分協(xié)議構(gòu)成。包括：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。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP（NetworkControlProtocol）NCP是一族協(xié)議，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)生的問題。認(rèn)證協(xié)議口令驗(yàn)證協(xié)議PAP（PasswordAuthenticationProtocol）發(fā)送用戶名和口令（明文傳輸）挑戰(zhàn)握手驗(yàn)證協(xié)議CHAP（Challeng