点到点的数据链路层.ppt

,第三章 点到点的数据链路层,3.1 数据链路层,基本概念 链路（物理链路）：就是一条无源的点到点的物理线路段 数据链路（逻辑链路）：把实现控制数据传输规程的软件、硬件加到物理链路上实际中由网卡完成，还包括物理层的功能。,外部功能 成帧（发送端） 无差错传输 拆帧（接收端）,内部功能 链路管理 帧同步（帧定界） 透明传输 （一起的） 差错控制（包括差错检测和差错处理） 流量控制 寻址 将数据和控制信息分开,3.2 数据帧的同步,目的：接收方能正确区分出一帧的开始与结束 方法：发送方在要发送的数据的前后加上标志信息 首部IP数据报尾部帧 首部和尾部主要内容为标志信息，如特殊字符或特殊的比特 串 ： 注：SOH和EOT为特殊的控制字符（单个），十六进制分别为01和04,SOH 帧中数据部分 EOT,3.3 数据帧的透明传输,目的：保证任何比特组合均能正确传输 场合：帧数据部分出现与帧边界标志字段相同的问题 方法：常用转换插入法（点到多点是用的另外一种），将数据中的SOH和EOT转换成控制字符ESC（1B）和其它一个字符的组合（同时数据中的ESC 也要进行转换？），如,SOH ESC x EOT ESC y ESC ESC z,3.4 差错检测在数据位后加上校验位（帧检验序列FCS）,例：循环冗余校验(CRC)法 （注：接收端的检验是将接收到的数据包括校验位一起作为被除数）,举例,标准CRC生成多项式P（x）,常用的多项式P（x） CRC-12 P（x）= x12+x11+x3+x2+x+1 CRC-16 P（x）= x16+x15+x2+1 CRC-CCITT P（x）= x16+x12+x5+1-HDLC CRC-32 P（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+ x10 +x8+x7+x5+x4 + x2+x+1 前例中的P（x）多项式表示:P(X)= x4+x3+1,说明：,一般情况下，CRC码它不能发现的错误的几率仅为0.0047%以下 r位生成多项式产生的CRC码可检测出所有的双错、奇数位错和突发长度小于等于r的突发错以及（1-2-(r-1)）的突发长度为r+1的突发错和（1-2-r）的突发长度大于r+1的突发错。例如，r=16能检测出所有突发长度小于等于16的突发错以及99997%的突发长度为17的突发错和99998%的突发长度大于17的突发错。所以CRC码的检错能力还是很强的。这里，突发错误是指几乎是连续发生的一串错，突发长度就是指从出错的第一位到出错的最后一位的长度(但是，中间并不一定每一位都错)。,3.5 流量控制停止等待协议,不需要数据链路层协议的数据传输（完全理想的数据传输） 假定1：数据既不会出差错也不会丢失 假定2：接收缓冲区的容量为无限大，接收速 率与发送速率绝对相等 在这两个假定条件下，数据链路层不需要任何协议,具有简单流量控制的数据链路层协议 假定：链路是理想的传输信道，数据既不会出差错也不会丢失，但收方缓冲区容量有限。 算法：由收方控制发方的数据流量,在发送结点： 从主机取一个帧，将该帧送到发送缓存； 将缓存中的帧发送出去，等待； 收到由接收结点发过来的确认信息后，从主机取下一个新的帧，转到 2),在接收结点： 等待，若收到由发送结点发过来的帧，将其放入接收缓存区； 将接收将缓存中的帧上交主机，向发送结点发一确认信息确认帧； 转到 1),由收方控制发方的数据流量是计算机网络中流量控制的一个基本方法,具有简单流量控制的数据链路层协议,实用的停止等待协议(去掉之前的两个假设条件) 解决方法： 否认帧重传解决出错问题 超时定时器解决帧（三种）丢失问题 给帧加序号解决一种帧？的丢失，序号要？位,由于该协议发送端对出错的帧的重传是自动的，所以该协议又被称之为ARQ(Automatic Repeat reQuest) 一般将重传时间即超时定时器选为略大于“从发完数据帧到收到确认帧所需的平均时间”，且有时用超时定时器代替否认帧？,发送端： 从主机取一个帧； V(S) := 0； N(S) :=V(S),将数据帧放入发送缓存； 将发送缓存中的数据发出去； 设超时定时器; 等待; 若收到ACK，从主机取下一帧，V(S):=1-V(S),转3） 若收到NAK，转4） 若超时计时器时间到，转4）,接收端： V(R):=0 等待 当收到一个帧，用CRC方法校验，如果正确，继续，如果错误，转8） 若N(S)=V(R)，则继续，否则转7）? 将数据部分送交主机 V(R)=1-V(R) 发送ACK转2）（丢弃何如实现及不补发的后果？） 发送NAK转2）,停止等待协议算法,V(S)为待发送帧的序号； N(S) 为发送端正在发送的帧的序号； V(R)为接收端应接收的帧的序号,时间,DATA,DATA,A,B,ACK,传输时延tp,发送时延tf,处理时延tpr,确认帧发送时延ta,传输时延tp,处理时延tpr,tT,tT = tf +tout= tf + tp + tpr + ta + tp + tpr tf +2 tp,停止等待协议信道传输效率分析,时延分析,信道的最大吞吐量（不考虑出错） 1/ tT =1/(x/b+2d/传播速率) 单位为帧/s 或 x/ tT =x/(x/b+2d /传播速率) 单位为bit/s 信道利用率 tf / tT= tf /(tf + 2d /传播速率)=1/(1+2db/x) 信道的最大吞吐量（考虑出错概率为P）, P84 1/ tav =(1-P)/tT 结论：信道的最大吞吐量与发送速度成正比、与信道的长度成反比、与帧的长度成?(不定，存在一个最佳值） 而信道的利用率与帧的长度成正比，与信道的长度及发送速度成反比（这是消极怠工，所以上两参数是有区别）,3.5 连续ARQ协议,工作原理 发送端连续发送数据帧，直至收到否认帧或某一帧的限时器起作用,后采用go-back-N(发送端需一个队列?解释一下图）,说明： 结点B收到出错的帧时可有两种选择：发NAK 或不做响应 接收端只按序接收数据帧（要求的接收缓存大小?) 结点A每发送完一个数据帧时都要设置超时计时器 若传输信道的质量很差时，连续ARQ协议不一定优于停止等待协议 连续ARQ协议相应的代价？对比一般的ARQ协议,滑动窗口技术 目的：限制连续发送的帧的数量 发送窗口的大小：WT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。 停止发送的三个条件？,接收窗口：WR表示在接收端只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口WR内才允许将该数据帧收下，一般地连续ARQ协议的WR大小为1,显然： 1 .只有在接收窗口向前移动时，发送窗口才有可能向前移动（就像干部任免一样）。 2.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。 3.发送窗口的大小受管道容量（带宽*往返时延/帧长1）限制（习题，卫星往返时延取为250*2500ms）。 此外: 当用n个比特进行编号时，若接收窗口的大小为1时，则只有在发送窗口大小WT=2n-1时（即WR WT=2n），连续ARQ协议才能正确运行(以免WR与 WT有编号重复)。,滑动窗口技术信道吞吐量与利用率分析（简单讨论一下连续ARQ）,无差错时 吞吐量：WT*lf/ (lf/b+2Tp)1则是？ 有差错时复杂,3.6 选择重发ARQ协议,目的:进一步提高信道的利用率只重传出现差错或者是丢失的数据帧， 代价:加大接收窗口（但显然没必要也不应大于发送窗口）以便暂存已正确接收但是是无序的数据帧，目前很少用。,3.7 面向比特的链路控制规程HDLC,HDLC概述 面向比特：数据和控制信息完全独立且完全由比特表示；其适应性好、传输效率高。（面向字符的：链路上所传送的数据以及控制信息必须是由规定字符集中的字符所组成,其适应性差、传输效率低;） 提供的是带确认的可靠传输：效率低，所以现在很少使用(是广域网X.25的一部分）,HDLC的帧结构 标志字段：以01111110作标志，采用0比特填充技术实现透明传输。 地址字段：8比特可扩充（第一比特为扩展比特，为0表后续）,检验区间,透明传输区间,控制字段：控制该协议的所有功能，共8位包括帧的类型等 HDLC帧的类型：信息帧、监督帧、无编号帧,信息帧（数据帧）,0,N(S),N(R),P/F,0,N(S):当前发送的信息帧的序号（窗口容量？） N(R):所期望收到的信息帧的序号。它带有确认N(R)-1号帧以及在这以前的帧都已正确接收（捎带与整体确认） P/F:询问/终止（链路管理）,监督帧（反馈帧，没有？发送序号）,00:RR 接收就绪 10:RNR 确认并暂停接收 01:REJ 拒绝N(R)起的所有帧但确认以前的帧 11:SREJ 选择拒绝，只拒绝序号为N(R) 的帧,若第3、第4比特的组合为,无编号帧（待命）,无编号帧随时发出,3.8 因特网的点对点PPP协议 典型的PPP协议应用（远程）,PPP协议的基本需求（设计时的基本考虑）,简单（复杂性不高于IP） 透明性 多种网络层协议（如对IPX的支持） 多种类型链路（串并行，同异步等） 差错检测（低于可靠传输要求） 连接的活跃度（链路的活动状态检查） 最大传输单元（缺省为1500B，净负荷，否则丢弃 网络层地址协商（为网络层的正常传输提供保证） 数据压缩协商,PPP协议未考虑的功能,纠错（所以是不可靠传输） 流量控制 给帧加序号（不考虑重传） 多点传输 非全双工（即不支持半双工或单工）,PPP协议的三个组成部分 一个将IP数据包封装在串行链路中的方法（成帧） 用来建立、配置、和测试数据链路连接的链路控制协议（LCP） 一套网络控制协议（NCP）：每一协议应支持不同的网络层,PPP的工作过程：,用户拨号接入ISP时，首先建立一条物理连接。 用户PC机发送一系列的LCP分组，路由器产生响应（协商参数，认证、加密、压缩等，通信没什么神秘的)）。 给PC机分配临时IP地址，连接建立完成（NCP）。 通信完毕，首先收回IP地址。 LCP释放数据链路层连接。 释放物理层连接。,PPP的工作过程（P95）：,PPP的帧格式： （仿HDLC）,起始标志字段：1字节，固定为01111110 （但透明传输不一定用0比特填充），即0x7E 地址字段：1字节，固定为全1，即0xFF（实际没用） 控制字段：1字节，固定为00000011 ，即0x03 （也是实际 没用，控制帧是通过协议字段指明）,PPP的帧格式（2）：,协议字段：2字节，值不同表示信息字段的内容不同。 信息字段：数据部分，长度可变，但不能超过1500个字节。 FCS字段：2字节。 结束标志字段：同起始标志字段。,0x0