計算機網(wǎng)絡第四章數(shù)據(jù)鏈路層

第四章數(shù)據(jù)鏈路層

4.1線路規(guī)程

4.2流量控制與差錯控制

4.3HDLC通信協(xié)議

4.4數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡互連

1

數(shù)據(jù)鏈路層(Data-Link)

■數(shù)據(jù)鏈路層處理相鄰節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸

■將不可靠的物理鏈路變?yōu)榭煽康臄?shù)據(jù)鏈路

■傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元是幀(Frame)

■數(shù)據(jù)鏈路層的主要工作：

■線路規(guī)程：分幀、排序

■差錯控制：為上層提供可靠鏈路

■流量控制：處理輸入數(shù)據(jù)的速率

■鏈路管理：鏈路的建立，維持，拆除

2

LinkLayer

■Datagramtransferredby

differentlinkprotocolsover

differentlinks:

■e.g.,Ethernetonfirstlink,

framerelayonintermediate

links,802.11onlastlink

■Eachlinkprotocolprovides

differentservices

■e.g.,mayormaynot

providerdtoverlink

3

AdaptorsCommunicating

rcving

sendingnode

node

adapteradapter

■linklayerimplemented■sendingside:

in"adaptor"(akaNIC)■encapsulatesdatagraminaframe

■Ethernetcard,PCMCIA■addserrorcheckingbits,rdt,flow

card,802.11cardcontrol,etc.

■adapterissemi-■receivingside

autonomous■looksforerrors,rdt,flowcontrol,etc

■extractsdatagram,passestorcving

node

4

4.1線路規(guī)程

■線路規(guī)程是監(jiān)視鏈路的建立，以及在給定時

刻分配一個具體設備進行數(shù)據(jù)傳送的權利。

■線路規(guī)程可以兩種方式實現(xiàn)：

■詢問/確認方式(ENQ/ACK)

■輪詢/選擇方式(Poll/Select)

5

4.1.1詢問/確認模式

■使用場合

■當兩個設備之間存在一條專用鏈路時，即點對點

方式，采用詢問/確認模式。只要一條鏈路兩頭的

設備級別相同，任意一個設備都可以啟動一個會

話過程。

■工作方式

■啟動方首先發(fā)送一個詢問幀（ENQ）詢問接收方

是否可以接收數(shù)據(jù)

■接收方如果已經(jīng)準備好接收，回答一個確認幀（ACK）

■如果沒有準備好接收，回答一個否認幀（NAK）

6

ENQ/ACK線路規(guī)程

站點A

建立

詢問幀3種可能情況：

■沒有應答

數(shù)據(jù)幀■回答是否定的

數(shù)據(jù)

■回答是肯定的

傳輸數(shù)據(jù)幀

終止EOT幀

7

4.L2輪詢/選擇模式

■使用場合:

■應用在多點連接系統(tǒng)中。

■在這種環(huán)境下，不僅僅要確定設備是否就緒，還

要確定哪一個站點有權使用信道。

主設備從設備A從設備B從設備C

3

3

8

輪詢/選擇模式

■工作方式：

■主設備控制鏈路，主設備發(fā)命令，從設備響應。

■輪詢：如果主設備希望接收數(shù)據(jù)

■選擇：如果主設備希望發(fā)送數(shù)據(jù)

主設備從設備A從設備B從設備C

n-J

G一

■地址問題:

■在鏈路上的每個設備都有一個地址來標識自己。

9

選擇

■選擇：主設備希望發(fā)送數(shù)據(jù)，用SEL告訴從設

備準備接收數(shù)據(jù)。從設備用ACK同意接收，

用NAK拒絕接收。

主設備

建立

傳輸

終止

10

輪詢

■輪詢：主設備希望接收數(shù)據(jù)，逐個詢問設備

是否有數(shù)據(jù)發(fā)送。

■如果沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，必須回答否定應答幀(NAK)。

■如果有數(shù)據(jù)，直接用數(shù)據(jù)幀應答。

11

輪詢

12

輪詢/選擇模式

■兩種終止信息交互的方法：

■從設備將所有的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，并以一個傳輸結

束幀(EOT)結束傳輸。

■主設備發(fā)出“時間到”消息。

13

4.2流量控制與差錯控制

■流量控制是一組過程，這組過程是用來告訴

發(fā)送方在等待接收方的確認信號之前最多可

以傳送多少數(shù)據(jù)。

■流量控制的兩個要點：

■數(shù)據(jù)流不能使接收方過載

■接收方對數(shù)據(jù)進行確認

14

差錯控制

■差錯控制主要指錯誤檢測和重傳方法。

■自動重復請求(ARQ)：數(shù)據(jù)幀在傳輸中出現(xiàn)錯

誤，接收方就返回一個否定應答幀(NAK),出

錯的幀就會被發(fā)送方重新傳送。這個過程叫

ARQo

■數(shù)據(jù)被重傳的情況有三種：

■幀破壞

■幀丟失

■應答幀丟失

15

實現(xiàn)技術

■流量控制和差錯控制是結合在一起實現(xiàn)的

■兩種實現(xiàn)流量控制和差錯控制的技術：

■停止等待協(xié)議

■滑動窗口協(xié)議

16

4.2.1停止等待協(xié)議

■停止等待協(xié)議的流量控制

■發(fā)送方每發(fā)送一幀后就等待應答。只有收到一個

應答(ACK)后，才發(fā)送下一個幀。直到發(fā)送方發(fā)

送一個傳輸結束幀。

■優(yōu)點：協(xié)議簡單。

■缺點：效率低，在線路上只有一幀。如果設備之

間的距離很長，在每幀之間等待ACK幀所花費的

時間很長。

17

停止等待協(xié)議

站點A站點B

數(shù)據(jù)幀

確認幀

數(shù)據(jù)幀

確認幀

數(shù)據(jù)幀

確認幀

EOT幀

18

完成一幀發(fā)送所需的最短時間

站點B

tw=tI+2tP+2tProc+ts

tr.發(fā)送數(shù)據(jù)幀時間二幀長/數(shù)據(jù)傳輸率

小發(fā)送確認幀時間=確認幀長/數(shù)據(jù)傳輸率

tP：信號傳輸延時二距離/信號傳輸速度

tProc：節(jié)點處理數(shù)據(jù)時間

19

停等協(xié)議的定量分析（無差錯）

■信道利用率：信道被占用的時間和總時間之比。

■有效數(shù)據(jù)傳輸率：單位時間內(nèi)傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)位數(shù)。

■無差錯情況的信道利用率P:

尸二（一+/）//

tj:發(fā)送數(shù)據(jù)的時間

小：信號的傳輸延時

■無差錯情況的有效數(shù)據(jù)傳輸率

S=N/tw

N：有效數(shù)據(jù)位數(shù)；

tw：發(fā)送一幀的時間;

20

例：

■C二傳輸速率(10Mbps或10b計4ls)

■S二信號速度(200m/|is)

■O=發(fā)送方與接收方的距離(200m)

■tproc=生成一幀的時間(1AS)

■4=一幀的比特數(shù)(200bit)

■N=一幀的數(shù)據(jù)比特數(shù)(160bit)

■一確認幀的比特數(shù)(40bit)

21

解:

■，卬=t]+2tp+2tproc+ts

■tj=Lf/C=200/10=20(iis)

■rs=Ls/C=40/10=4(gs)

■^=D/5=200/200=l(|is)

■廿20+2X1+2Xl+4=28(|is)

■信道有效忙碌的時間為廳％=20+1=2l(|Lis)

所以：

■信道利用率：P=(0+%)/他=21/28=75%

■有效數(shù)據(jù)傳送速率：S=N/tw=160/28=5.7Mbps

22

停等協(xié)議的定量分析（有差錯）

■有差錯時正確傳送一幀的平均時間

■無差錯情況下，發(fā)送一幀的最小時間間隔為加

■當出錯率為p時，正確發(fā)送一幀的平均時間間隔N

為（根據(jù)概率統(tǒng)計學）：

/尸%卬/（1-0）

p:出錯率

切發(fā)送一幀的平均時間；

23

停等協(xié)議的定量分析（有差錯）

■系統(tǒng)最大吞吐量九max（每秒成功發(fā)送的幀數(shù)）

'max=1"尸（1-P）/麗

■極限吞吐量加=1/乙（書發(fā)送數(shù)據(jù)的時間）

■系統(tǒng)傳輸效率：最大吞吐量/極限吞吐量

P=九max/"

二［（1-嘰］/（16

二（1-。）/（刖%）

令。=tw/tj,則：

P=（l-p）/a

■p與“成反比，。越小效率越高。

24

停止等待協(xié)議中的差錯控制

■為了實現(xiàn)差錯控制，停止等待協(xié)議采用

ARQ(AutoRepeatreQuest)技術，ARQ處理

錯誤的三種情況：

■幀破壞

■幀丟失

■應答幀丟失

25

ARQ處理錯誤的三種情況

站點A站點B站點A站點B站點A站點B

超

時

幀破壞幀丟失應答幀丟失

26

差錯控制的要求

■發(fā)送站要保留數(shù)據(jù)幀的備份。

■數(shù)據(jù)幀和應答幀必須交替的標識為0和1。如

果接收方收到了兩個相鄰的數(shù)據(jù)幀且標號相

同，說明接收方收到了一個重復幀。應當丟

棄一個重復幀。

■否定應答幀(NAK),通知發(fā)送方重新發(fā)送最近

的一幀。

■定時器，判斷數(shù)據(jù)幀在傳輸中丟失。

27

4.2.2滑動窗口協(xié)議

■流量控制

■發(fā)送方在收到應答消息前可以發(fā)送若干幀。

■接收方使用一個ACK幀來對多個數(shù)據(jù)幀的接收進

行確認。具體可以接受多少幀視窗口大小而定。

■幀編號：

■在滑動窗口協(xié)議中，數(shù)據(jù)幀以模n方式編號，也就是

說，編號從0到n-1o

■窗口的大小是n-1o

■接收方發(fā)送的應答幀(ACK)編號是接收方希望收到的下

一幀的編號。

28

滑動窗口協(xié)議中的流量控制

■窗口是發(fā)送方和接收方存放數(shù)據(jù)幀的緩沖區(qū)

■發(fā)送方窗口用于存放已經(jīng)發(fā)送但未收到應答

的數(shù)據(jù)幀和在收到應答幀之前可以發(fā)送的數(shù)

據(jù)幀。

■接收方窗口用于存放已經(jīng)被接收但未給應答

的數(shù)據(jù)幀。

■在接收方，只要窗口未填滿就可以在未發(fā)送

應答幀的情況下繼續(xù)接收數(shù)據(jù)幀。

29

發(fā)送方發(fā)送窗口

窗口右邊是不

可以發(fā)送的幀

01234567012345

初始時，未發(fā)送任何幀，分界和

窗口的左邊界重疊，窗口中的幀

都是未發(fā)送但是可以發(fā)送的幀。

⑻

（C）(d)

30

接收方發(fā)送窗口

⑻

（C）(d)

31

滑動窗口協(xié)議中的差錯控制

■滑動窗口協(xié)議中，有兩種實現(xiàn)自動重傳請求

(ARQ)技術:

■回退N自動重傳請求(Go-back-N)

■選擇拒絕自動重傳請求(Select-Rej)

■要求：

■發(fā)送站要保留數(shù)據(jù)幀的備份；

■除確認幀外，接收方可以發(fā)送否認幀，告訴發(fā)送

方重新發(fā)送一個損壞的幀；

■確認幀、否認幀必須有編號；

■定時器，判斷數(shù)據(jù)幀在傳輸中丟失。

32

回退n自動重傳請求

■在滑動窗口的回退n自動重傳請求中，如果

一幀丟失或損壞了，從最近一次得到應答的

數(shù)據(jù)幀開始，未被應答的所有幀都進行重傳。

■差錯情況有三種：

■幀破壞

■數(shù)據(jù)幀丟失

■確認幀丟失

33

幀破壞

站點A站點B

34

數(shù)據(jù)幀丟失

站點A站點B

發(fā)送窗口=5

幀，丟棄后面接

I收的幀。)

35

確認幀丟失

站點A站點B

口

數(shù)據(jù)幀0

數(shù)據(jù)幀1

數(shù)據(jù)幀2

超

時

定時器啟動：當發(fā)送窗口滿，或者沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了。

36

窗口的大小與編號范圍的關系

■在回退N協(xié)議中，如果幀的編號范圍是0?n-

1,則窗口的尺寸為n-1。為什么？

■4種可能的情況：

■如果窗口的尺寸＞n

■如果窗口的尺寸=n

■如果窗口的尺寸=n-1

■如果窗口的尺寸vn-1

37

如果窗口尺寸等于n時，協(xié)議失敗

站點A站點B

口aS

38

如果窗口尺寸等于n-1時，協(xié)議成功

站點A站點B

4------------:

39

選擇拒絕自動重傳請求

■只有特定的丟失或損壞幀被重發(fā)。

■接收方收到的數(shù)據(jù)幀可以是不按順序到達的。

■選擇拒絕自動重傳請求與回退n自動重傳請求有4個

不同點：

■接收設備必須具有排序功能。在發(fā)送了NAK幀之后，必須

存儲所收到的所有幀，直到損壞的幀被重新收到為止。

■發(fā)送設備須具有查找機制，以便發(fā)現(xiàn)和選擇需要重傳的幀。

■所有的重傳幀被排序和所有重復幀被辨別出來并刪除之

前，所收到的所有幀都必須保存。

■ACK幀的編號指的是被正確接收的幀編號，不是指期望接

收的幀編號，而NAK幀的編號指的是錯誤或丟失的幀。

40

選擇拒絕自動重傳請求錯誤處理

■差錯情況有三種:

■幀破壞

■數(shù)據(jù)幀丟失

■確認幀丟失

41

幀破壞

站點A站點B

G

42

數(shù)據(jù)幀丟失

站點A站點B

如果丟失的是最后一幀？

?接收方不做任何反應

?發(fā)送方按丟失確認幀進行處理。

43

確認幀丟失

■當發(fā)送窗口滿時，或傳輸完畢時，啟動定時

時鐘。

■如果在預定時間段內(nèi)沒有應答到來，發(fā)送方

將尚未應答的所有幀都重傳一遍。

44

窗口的大小與編號范圍的關系

■如果幀的編號范圍是0到n-1（即模n編號），則

發(fā)送窗口尺寸和接收窗口尺寸之和應小于或

等于n。如果要求發(fā)送窗口和接收窗口大小相

等，則窗口尺寸應該小于或等于n/2。

45

發(fā)送窗口尺寸太大,協(xié)議失敗

站點站點

AB假定：n=8,

發(fā)送窗口=4

接收窗口=5

發(fā)送數(shù)據(jù)幀。?

收到數(shù)據(jù)幀0?3,發(fā)送

超ACK3,移動窗口，可接

時

ACK3丟失收數(shù)據(jù)幀4、5、6、7、0

重新發(fā)送數(shù)據(jù)3

幀0?3

接收到數(shù)據(jù)幀，認為它是

新幀，但是它是重復幀。

46

接收窗口尺寸太大，協(xié)議失敗

站點A站點B

假定：n=8,

口發(fā)送窗口=5

a接收窗口=4

收到數(shù)據(jù)幀0?3,發(fā)送

ACK3,移動窗口，接收

數(shù)據(jù)幀4,發(fā)送ACK4,再

移動窗口，可接收數(shù)據(jù)幀

5、6、7、0

接收到數(shù)據(jù)幀0,認為是新

幀，但是它們是重復幀。

47

窗口大小的選擇

■窗口選得太大，會要求有足夠大的緩存空間

■如果選得太小，由于傳播和發(fā)送延遲，第一

個應答幀返回到發(fā)送方之前，發(fā)送方發(fā)送窗

口中的幀已經(jīng)全部發(fā)送出去，但是沒有得到

應答，發(fā)送方必須等待，從而影響了傳輸速

度和傳輸效率。

■假設一個幀的發(fā)送時間為勿傳播時間為小,

則窗口的大小〃應該滿足如下條件

m[+tp)

n>2+2xtP/tI

48

完成一幀發(fā)送所需的最短時間

站點B

方卬=1+2tp+2tproc+

tf.發(fā)送數(shù)據(jù)幀時間=幀長/數(shù)據(jù)傳輸率

ts：發(fā)送確認幀時間=確認幀長/數(shù)據(jù)傳輸率

tp：信號傳輸延時二距離/信號傳輸速度

tProc：節(jié)點處理數(shù)據(jù)時間

49

例

■在衛(wèi)星通信中，設幀的長度為1200bit,信道

速率為4.8kbit/s,傳播延遲為七=250ms,在全

雙工的數(shù)據(jù)通信中，窗口至少應為多大？

■解：

片1200+(4.8XlO3)=o25s=250ms

所以：

心2X(250+250)+250,即〃>4

50

滑動窗口協(xié)議回退N的效率

■不考慮應答幀的丟失，正確傳送一幀所需的

平均時間為：

t^h+ptwKl-p)

■系統(tǒng)最大吞吐量：

入maxT〃V=(lN)/G(l+P(〃-1)))

■系統(tǒng)的傳輸效率：最大吞吐量/極限吞吐量

p=(l-〃)/(l+p3-1))

:Mr中a=t

51

例1

■若數(shù)據(jù)幀的差錯率為p=0.01,而。=4,則對于

停止等待協(xié)議，有：

P=Q-P，a

=0.99/4-0.25

而對于滑動窗口協(xié)議，則有：

P=(1-/?)/(1+p3D)

=0.99/(1+0.01*3)

—0.96o

■在此情況下，即使〃高達0.01,滑動窗口協(xié)議

也比停止等待協(xié)議好。

52

例2

■在一個廣域網(wǎng)上，設p=0.01,數(shù)據(jù)幀長度為

1200bit,線路速率為9.6kbps,線路長度為160km,

應答幀長為120bit,貝小

tj=125ms,tP=1ms,"=12.5ms

所以：

a=(tI+2tP+ts)/t1=139.5/125=1.12

對于停止等待協(xié)議，有：

p=(l-p)/Q=0.99/L12=0.89

而對于滑動窗口協(xié)議，則有：

p=(l-p)/(l+(“-1)0=0.989

兩者相差不明顯

53

3種協(xié)議方法總結

■停止等待協(xié)議：

■發(fā)送窗口=1,接收窗口=1

■滑動窗口中的回退N：

■發(fā)送窗口＞1,接收窗口=1

■滑動窗口中的選擇拒絕：

■發(fā)送窗口＞1,接收窗口＞1

54

成幀的方法

■幀的組成必須保證能識別一個完整的幀，并

保證一旦出現(xiàn)傳輸錯誤導致前一個幀丟失，

也必須能識別下一個幀（幀同步）

■4種方法

■字符計數(shù)法

■含字節(jié)填充的分界符法

■含位填充的分界標志法

■物理層編碼違例法

55

封裝成幀

■封裝成幀(framing)就是在一段數(shù)據(jù)的前后分

別添加首部和尾部，然后就構成了一個幀。

確定幀的界限。

■首部和尾部的一個重要作用就是進行幀定界。

幀開始IP數(shù)據(jù)報幀結束

發(fā)送I幀首部幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部

M---------------<MTU----------------

--------------數(shù)據(jù)鏈路層的幀長------------

56

字符記數(shù)法

■幀的長度用一個字節(jié)表示，作為幀的頭部的

一個域

51234567898012345687890123

幀長度計數(shù)

51234367898012345687890123

幀長度計數(shù)錯

■問題：一旦幀長度計數(shù)有誤，將無法在同步

57

含字節(jié)填充的分界符法

■用特殊的字符作為幀頭和幀尾

FLAGHeaderPayloadTrailerFLAG

■這是一種面向字符的幀格式，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是字

符，但在幀中不允許出現(xiàn)幀界符標志。

■常用于面向字符的串行通信中

■所用的特定字符依賴于所采用的字符編碼集,兼容性

比較差。

■不適合傳輸數(shù)據(jù)中包含二進制數(shù)的幀

■對于在數(shù)據(jù)中偶爾出現(xiàn)的幀界符標志，可以在前面插入一

個轉義字節(jié)

58

含字節(jié)填充的分界符法例

■通常FLAG用ASCII字符7EH定義

■對于二進制數(shù)中偶爾出現(xiàn)的FLAG前面插入一

個ESC（ASCII字符1BH）

原始數(shù)據(jù)線路上的數(shù)據(jù)

41337E9C4B0C41331B7E9C4B0C

41331B9C4B0C41331B1B9C4B0C

41331B7E9C4B0C41331B1B1B7E9C4B0C

41331B1B9C4B0C41331B1B1B1B9C4B0C

59

含位填充的分界標志法

■在面向二進制位的通信中常使用帶位填充的

首尾標志格式,如HDLC

■以特殊的位模式01111110作為幀標志，即一

個幀的開始和結束

■當幀中出現(xiàn)一個與幀標志相同的位串

01111110時，在5個1后插入1個0,變成

011111010o接收方將自動刪除第5個1后的0

■含位填充的分界標志法也稱為位插入法

原始數(shù)據(jù)011011111111111111110010

線路上的數(shù)據(jù)011011111011111011111010010

60

物理層編碼違例法

■例如在雙相位編碼中

■數(shù)據(jù)0用低高電平對

■數(shù)據(jù)1用高低電平對

■連續(xù)高電平或連續(xù)低電平可用作幀邊界

61

4.3HDLC通信協(xié)議

■面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是以字符為控制

傳輸信息的基本單元，由于與特定字符集有

關，其缺點表現(xiàn)在：

■兼容性差；

■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)議的設計目標：

■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。

62

面向比特型協(xié)議

■在面向比特的協(xié)議中，幀被看作一系列比特。

■面向比特協(xié)議的控制信息可以是一個或多個

比特，可以用較短的比特位表示較豐富的控

制信息。

■面向比特的協(xié)議的另一個重要的優(yōu)點：不受

任何編碼系統(tǒng)的制約。

ADCCP

SDLCJBMJ975

HDLCJ979|ITU-T〉LAP…

63

4.3.1站點類型、鏈路配置和通信方式

■站點類型：HDLC協(xié)議中站點有三種類型

■主站點：具有控制權的一方，主站發(fā)出命令

■從站點：接受命令，發(fā)出響應，配合主站工作

■復合站點：由傳輸?shù)膶傩?、方向決定工作方式

■復合站同時具有主站與從站的功能

■每個復合站都可以發(fā)出命令與響應

■鏈路配置：HDLC協(xié)議有2種配置方式

■非平衡式

■點—點方式（對稱式）

■多點方式（非平衡式）

■平衡式

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鏈路配置

從設備A從設備B從設備C

主設備

命令

非平衡式-----?----------------------------4-----

應答~-

應答

命令.A充當主設備應答設備B

對稱式

應答B(yǎng)充當主設備.命令

復合站點A命令/應答命令/應答復合站點B

平衡式

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通信方式

■通信方式：在一次交互中所涉及到的兩個設備之間的關系。

這種方式描述了由誰控制鏈路。支持3種不同的工作方式：

■正常應答方式(NRM)、異步應答方式(ARM)和異步平衡方式(ABM)

■非平衡式一采用正常應答方式和異步應答方式

■正常應答方式：

■主站可以隨時向從站傳輸數(shù)據(jù)幀；

■從站只有在主站向它發(fā)送命令幀進行探詢、響應后才可以向主站發(fā)送數(shù)據(jù)

幀。

■異步應答方式：

■主站負責數(shù)據(jù)鏈路的初始化、鏈路的建立、釋放與差錯恢復等功能。

■主站和從站可以隨時相互傳輸數(shù)據(jù)幀；

■從站可以不需要等待主站發(fā)出探詢就可以發(fā)送數(shù)據(jù)。

■平衡式一采用異步平衡方式

■每個復合站都可以平等地發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，不需要得到對方復合站的許

可。

66

4.3.2HDLC幀格式

■為了支持3種通信方式，定義了三種類型的幀:

■信息幀（I-幀）：數(shù)據(jù)及與數(shù)據(jù)有關的控制信息

■監(jiān)控幀（S-幀）：流量和錯誤控制信息

■無編號幀（U-幀）：鏈路管理服務

標志地址控制數(shù)據(jù)信息幀校驗序列標志

標志地址控制幀校驗序列標志

標志地址控制管理信息幀校驗序列標志

67

HDLC幀格式

0N(S)P/FN(R)i-幀

10ss類別碼P/FN(R)s-幀

11ss類別碼P/FSS類別碼u-幀

68

標志字段

標志地址控制信息幀校驗序列標志

0111111001111110

■一個字節(jié)（8位），其比特模式為01111110；表示一個

幀的開始和結束，并且為接收方提供同步手段。

■位填充法

■發(fā)送方發(fā)送一個含有五個以上連續(xù)1的數(shù)據(jù)時，它總是在

第五個1后面插入一個冗余的0。不管第六個比特是0還是1

■接收方接收時作相反的動作（去掉5個1后面的零）。

■例如：

要發(fā)送的序列是01111101111110,發(fā)送時變成

0111110011111010

69

地址字段

正盛地址控制信息幀校驗序列標志

01111110

■該字段是指從站地址，或者是以從站方式運

行的復合站地址。

■如果幀是由主站發(fā)送的，則地址表示接收該

幀的從站地址。

■如果幀是由從站發(fā)送的，則地址表示發(fā)送該

幀的從站地址。

70

地址字段的擴展

正盛地址控制信息幀校驗序列標志

01111110

■根據(jù)網(wǎng)絡的規(guī)模，地址字段可以有1個或幾個

字節(jié)的長度，如果地址字段只有一個字節(jié)，

該字節(jié)最后一比特總是1。如果地址字段有多

個字節(jié)，除最后一個字節(jié)外其他所有字節(jié)都

要以0結尾，最后一個字節(jié)要以1結尾。

XXXXXXX0XXXXXXX1

71

控制字段

標志地址控卓刖信息幀校驗序列標志

0111111001111110

■用于流量管理。根據(jù)控制字段的內(nèi)容，可以

知道一個幀的類型。

■如果控制字段的第一個比特是0,該幀就是一個信

息幀。

■如果控制字段的前兩個比特是10,該幀就是一個

監(jiān)管幀。

■如果控制字段的前兩個比特是11,該幀就是一個

無編號幀。

72

I-幀的控制字段

12345678

0N(S)P/FN(R)

■第一位為0,它是I幀的標志。

■第2、3、4位：N(S)位，當前發(fā)送幀的編號。

■第5位：P/F位，表示是否還有要發(fā)送的幀

■P/F=0,表示還有要發(fā)送的幀；

■P/F=1,表示沒有要發(fā)送的幀，發(fā)送結束。

■第6、7、8位：N(R)位，期望收到的幀編號。

73

S-幀的控制字段

12345678

10CODEP/FN(R)

,00’接收就緒幀(RR)

」01,接收未就緒幀(RNR)

—>10,拒絕幀(REJ)

——a”,選擇拒絕幀(SREJ)

■當不能在一個I-幀上捎帶確認信息時，例如它沒有數(shù)

據(jù)信息可發(fā)時，用S-幀來對收到的數(shù)據(jù)幀進行應答。

N(R)就是期望收到的幀的編號，它是一個應答域。

■如果最近一幀是正確的，N(R)域將是序列中下一幀

的序號；如果最近一幀是錯誤的，N(R)域是這個損

壞幀的序號。

74

U-幀的控制字段

12345678

11CODEP/FCODEU-幀

5位編碼

■U-幀中的P/F位一般都應置1。

■無論是I-幀、U-幀、S-幀，P/F位置1的數(shù)據(jù)幀

和命令幀都是要立即進行響應的幀。

75

信息字段

正盛地址控制信息幀校驗序列標志

01111110

■S-幀中沒有信息字段。

■I-幀的信息字段是用戶數(shù)據(jù)信息。

■U-幀中的信息字段是鏈路管理信息。

■把發(fā)送信息和控制信息結合到一幀中的技術

稱為捎帶確認。

76

幀校驗序列字段

正盛地址控制信息幀校驗序列標志

01111110

■幀校驗序列是HDLC協(xié)議的錯誤檢測字段。

■它含有一個兩字節(jié)或一個四字節(jié)的循環(huán)冗余

校驗(CRC)碼。

■常用CRC-CCITT：X16+X12+X5+1

77

4.3.3監(jiān)控幀的使用方式

S-幀標志地址控制幀校驗序列標志

■S-幀沒有信息字段，但是每一幀都給接收方

帶去了某種信息。

■信息的含義需要通過S-幀的類型和傳輸上下

文來獲得。4種類型

■接收就緒(RR)幀

■接收未就緒(RNR)幀

■拒絕(REJ)幀

■選擇拒絕(SREJ)幀

78

接收就緒(RR)幀

■接收就緒幀有四種使用方式，各有不同意義：

■應答(ACK)：接收站本身沒有數(shù)據(jù)信息發(fā)送時，用一個接

收就緒幀作為應答幀來對所接收的數(shù)據(jù)幀進行應答。

■查詢(POLL)：當主站點詢問從站點是否有數(shù)據(jù)發(fā)送時，

它向從站點發(fā)送一個P/F位置1的RR幀。

■對查詢的否定應答(POLL.NAK)：從站點用一個P/F位置1

的RR幀回答主站點的查詢，通知主站點它沒有數(shù)據(jù)發(fā)送。

如果從站點有數(shù)據(jù)發(fā)送，從站點用I-幀來響應查詢。

■對選擇的肯定應答(SEL.ACK)：如果從站點收到了主站點

的選擇幀，并且從站點準備好從主站接收數(shù)據(jù)，它用一個

P/F位置1的RR幀回答主站點的選擇。

79

接收未就緒(RNR)幀

■接收未就緒幀有三種使用方式：

■應答(ACK)：接收方向發(fā)送方返回的RNR幀有兩

個意思。

■應答，表示接收方收到了編號在N(R)以前的所有幀。

■要求發(fā)送方暫停發(fā)送，直到發(fā)送方收到一個RR幀為止。

■選擇(SEL)：當主站點想要向某個從站點發(fā)送數(shù)

據(jù)時，它通過發(fā)送一個P/F位置1的RNR幀來通知

從站點。

■對選擇的否定應答(SEL.NAK)：當選擇的從設備

不能接收數(shù)據(jù)時，它回答一個P/F置1的RNR幀。

80

拒絕(REJ)幀和選擇拒絕(SREJ)幀

■REJ：在回退N自動重傳請求中，當接收方?jīng)]

有要發(fā)送的數(shù)據(jù)用來捎帶應答信息時，返回

的一個否定應答幀。在REJ幀中，N(R)域指

明了損壞幀的序號，損壞幀及其以后所有幀

必須重發(fā)。

■SREJ：在選擇拒絕自動重傳請求中，當接收

方收到一個損壞幀時，它用一個選擇拒絕幀

告訴發(fā)送方哪一幀被損壞。N(R)指明了被損

壞幀的編號。被損壞的幀需要重發(fā)。

81

4.3.4無編號幀的種類及意義

■無編號幀是用來在互連設備之間交換會話管

理信息和控制信息的。

■無編號幀的控制字段中有5位編碼位，這5個

編碼位可用來表示32種不同類型的無編號幀。

■包含5個基本功能類：

■方式設置

■無序號交互

■斷開連接

■啟動模式

■混雜形式

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各種類型的無編號幀

編碼名稱性質(zhì)意義

00001SNRM命令設置正常響應模式。

11011SNRME命令設置擴展正常響應模式。

11000SARM命令設置異步響應模式。

11010SARME命令設置擴展升少響應模式。

11100SABM命令設置異步平衡模式。

11110SABME命令設置擴展異步平衡模式。

00100UP命令無序號輪詢。從指定站發(fā)來的關于對狀態(tài)信息的輪詢。

00000UI命令/響應無序號信息。通常用來發(fā)送狀態(tài)信息，一般是在UP或SIM信號后發(fā)送。

00110UA響應無序號確認。通常用來確認剛才發(fā)送的命令，如設置模式和斷開連接。

00010RD響應請求斷開連接。

00011DISC命令斷開連接。初始化兩個站之間的斷連。當另外一個站用一個UA響應

時，斷連結束。

11000DM響應斷開連接方式。告訴上站，從站處于斷連狀態(tài)。

10000RIM響應請求初始化模式。從站請求主站發(fā)送一個SIM。

10000SIM命令設置初始化模式。命令其它的站初始化它們的數(shù)據(jù)鏈路控制功能。

11001RSET命令重啟動。

11101XID命令/響應交換標示。允許兩個站交換它們的標示和狀態(tài)信息。

10001FRMR響應幀拒絕。通常被用十-個U-幀出現(xiàn)了I司步錯誤。

4.3.5HDLC協(xié)議通信實例

■查詢/響應

主設備從設備B」從設備C口1

從設備A

__________L

--------------------8-------------------------------------------y----------

[B,RR,N(R)=O,P/F=1]

[B,I,N(R)=O,N(S)=O,P/F=O]

[B,I,N(R)=O,N(S)=1,P/F=1]

[B,RNR,N(R)=2,P/F=0]

84

選擇/應答

主設備從設備A4從設備B從設備C—J

--------------o---

[B,RNR,N(R)=O,P/F=1]

[B,RR,N(R)=O,P/F=1]

[B,I,N(R)=O,N(S)=O,P/F=1]

[B,RR,N(R)=1,P/F=1]

85

對等通信

設備A設備B

4----------4

[B,SABM,P/F=1]

[A,UA,P/F=1]A建立連接

■J

[B,I,N(S)=O,N(R)=O,P/F=O]

[B,I,N(S)=1,N(R)=O,P/F=1]

[A,I,N(S)=0,N(R)=2,P/F=0]

）數(shù)據(jù)交換

.[A,I,N(S)=1,N(R)=2,P/F=0]、

y-------

[A,I,N(S)=2,N(R)=2,P/F=1]

.

[B,RR,N(R)=3]

[A,DISC,P/F=1]7

[B,UA,P/F=1].?斷開連接

J

y

1

86

4.4數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡互連

■網(wǎng)橋是數(shù)據(jù)鏈路層上的互連設備。

■從互連網(wǎng)絡的結構上看，網(wǎng)橋屬于DCE級的

端到端的連接；從協(xié)議的層次上看，網(wǎng)橋同

時作用在OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。

87

4.4.1網(wǎng)橋

■網(wǎng)橋在數(shù)據(jù)鏈路層上進行數(shù)據(jù)幀的存貯和轉

發(fā)

■網(wǎng)橋常用于局域網(wǎng)的互連

■局域網(wǎng)常用的鏈路層協(xié)議：

■802.1：LAN中的網(wǎng)絡互連標準

■802.2：LLC邏輯鏈路控制協(xié)議標準

■802.3：CSMA/CD媒體訪問方法

■802.4：令牌總線訪問方法

■802.5：令牌環(huán)訪問方法

■802.11：無線局域網(wǎng)協(xié)議

88

802與OSI的層次對應關系

IEEE標準OSI模型

89

以太網(wǎng)MAC幀

■常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標準：

■DIXEthernetV2標準

■IEEE的802.3標準

前同步碼幀開始

定界符

90

網(wǎng)橋的內(nèi)部結構

網(wǎng)橋站地址接口

站表①1

②

1

接口管理二二網(wǎng)橋協(xié)議\2

軟件實體

⑥"T"

接口1?A緩存-----A接口2

網(wǎng)橋A

接口1接口2

網(wǎng)段A]網(wǎng)罩B

④⑥

91

使用網(wǎng)橋帶來的好處

■過濾通信量。

■擴大了物理范圍。

■可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速

率（如10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng)）的局域

網(wǎng)。

92

網(wǎng)橋的路由功能

■網(wǎng)橋具有根據(jù)幀的目的地址決定是否接受該

幀的功能，也就是具有路由的功能。

局域網(wǎng)L1

局域網(wǎng)L2

局域網(wǎng)L5

93

網(wǎng)橋的錯誤檢測和幀格式轉換功能

■由于網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，因此可以將數(shù)

據(jù)鏈路層不一致的幀轉換。

主機A主機B

高層局層

網(wǎng)絡層

LLC層

MAC層

物理層

令牌總線

CSMA/CDLANLAN