第章数据链路层PPT课件.ppt

计算机网络 1 第4章数据链路层 数据链路层的服务与功能成帧方法流量控制与滑动窗口协议数据链路层协议 2 数据链路层的服务与功能 作用 对物理层传输原始比特流功能的加强 将物理层提供的可能出错的物理连接改造成逻辑上无差错的数据链路 即使之对网络层表现为一条无差错的链路 基本服务 将源机器的网络层数据传输到目的地机器网络层 服务类型 无确认 无连接服务 有确认 无连接服务 有确认面向连接服务 3 4 无确认无连接 当错误率很低 恢复留给高层 对实时通信很适合 绝大多数局域网采用有确认无连接 超时重发 使用于不可靠信道 如无线系统面向连接 为网络层进程提供了可靠的位流 5 主要功能 链路管理 即数据链路的建立 维护和释放 成帧 帧的封装 拆装和同步 透明传输 流量控制 差错控制 顺序控制 将数据和控制信息分开 寻址 6 成帧方法 字符计数法带字符填充的首尾字符定界法带位填充的首尾标记定界法物理层编码违例法 7 字节计数法 8 以一个特殊字符表征一帧的起始 并以一个专门字段来标明帧内的字节数 典型实例是DEC公司的数字数据通信报协议DDCMP DigitalDataCommunicationsMessageProtocol 9 带字符填充的首尾字符定界法 用特殊的字符作为帧头和帧尾 起始字符DLESTX 结束字符DLEETX 接收方一旦丢失了帧信息 只要查找DLESTX就可重新确定帧边界 字符填充局限于8位字符和ASCII字符传送 透明传输策略 当数据中含有DLE时 在DLE前面加上DLE 10 带位填充的首尾标记定界法 帧的起始和结束都用一个特殊的位串 01111110 称为标记 flag 在面向二进制位的同步串型通信中常使用带位填充的首尾标志格式 如HDLC 透明传输策略 0 插入法 11 物理层编码违例法 借用一些违法编码序列来定界帧的起始与终止 局域网IEEE802标准中就采用了这种方法 违法编码法不需要任何填充技术 便能实现数据的透明性 12 流量控制与滑动窗口协议 流量控制 FlowControl 规定了对帧进行发送和跟踪的方法 以及该站点如何进行错误控制 决定帧在什么时候可以或不可以被发送 什么时候这些帧可以被第二次发送 流量控制协议确保所有的相关帧能够精确和有序地到达目的地 典型情况下 流量控制是发送方 接收方某些连续层次的多个实体交互作用的结果 例如OSI模型中数据链路层和网络层的交互关系 流量控制也存在于较高层协议如TCP 实际上流量控制存在于不同的模型以及不同的层之间 13 基本流量控制方法 基于反馈的流控制接收方给发送方送回消息 告诉发送方它的状态基于速率的流控制限制了发送方传输数据的速率 无需利用接收方的反馈信息 14 停止 等待式ARQ 协议简单效率低效率是多少 滑动窗口大小发送窗口大小SWS 1接收窗口大小RWS 1 15 滑动窗口协议 slidingwindowprotocol 捎带确认 piggybacking 将确认暂时延迟以便可以等到下一个外发数据帧帧序号0 2n 1正好填入n位的域停 等协议使用n 1 序号是0或1发送窗口 对应于发送方允许发送的帧接收窗口 对应于接收方允许接受的帧不必有同样的上下界 不必有同样的大小 发送窗口中的序列号代表已经发送 而未被确认的帧 或者是可以被发送的帧 接收方窗口对应于可以接受的帧 16 17 自动重复请求 ARQ 自动重复请求 ARQ 是应用最广泛的一种差错控制技术 包括 无错接收的PDU的肯定确认 对未确认PDU的自动重传和丢弃 接收方监测到数据中存在差错 发否认帧 立即启动重发 不理会 发送方超时重发捎带确认 Piggybacking 暂时延迟待发确认 以便将其附加在下一个将要发送的数据中的技术 三个标准的版本 停止 等待式ARQ StopandWait 后退n帧ARQ GO DACK N 选择重传ARQ SelectiveRepeat 18 退后N帧协议 19 设窗口序列号分别是0 1 2 MAX SEQ 2n 1 sws 1 rws 1sws应小于N 2n 最大未确认帧数是2n 1问题 若sws N 发送0 7号帧 成功 又发送0 7号帧 成功 全部丢失 无法区分 滑动窗口大小 20 选择重传协议 21 sws 1 rws 1选择性重传失效 举例说明如下 设2n 8 设sws 7 rws 7 发方发帧0 6 收方全部收到 接收窗口前移 7 5 现在发生意外 确认帧全部丢失 由于超时 发方重传帧0 收方作为新帧接收 并对帧6确认 因为0 6都收到 发送方发出新帧7 5 收方已收过帧0 丢弃新帧0 协议出错 选择性拒绝ARQ中 显然接收窗口不应该大于发送窗口 当接收窗口尺寸取最大时 rws sws 明显地 rws sws 2n 2 2n 1 只有满足这个条件才能不发生混帧的问题 前后两个接收窗口不能重叠 22 基本数据链路层协议数据结构和函数定义 23 24 无限制单工协议 25 单工停等式协议 26 支持重传的确认协议 27 28 29 30 数据链路层协议 异步协议 以字符为独立的信息传输单位 在每个字符的起始处开始对字符内的比特实现同步 但字符与字符之间的间隔时间是不固定的 即字符之间是异步的 同步协议 是以许多字符或许多比特组织成的数据块 帧为传输单位 在帧的起始处同步 使帧内维持固定的时钟 BSC规程 HDLC规程 Internet数据链路协议 31 面向字符的同步控制协议 面向字符的同步协议是最早提出的同步协议 其典型代表是IBM的二进制同步通信BSC BinarySynchronousCommunication 协议 随后ANSI和ISO都提出了类似的相应标准 1 ISO1745 基本型传输控制规程及其扩充部分 BM和XBM 2 IBM的二进制同步通信规程 BSC 3 DEC的数字数据通信报文协议 DDCMP 32 1 BSC控制字符任何链路层协议均可由链路建立 数据传输和链路拆除三部分组成 BSC协议用ASCII和EBCDIC字符集定义的传输控制字符来实现相应的功能 33 数据报文 报头 文本 停等方式传送数据块格式 2 BSC数据报文 34 3 BSC监控报文监控报文有如下四种 1 肯定确认和选择响应 如图 a 所示 2 否定确认和选择响应 如图 b 所示 3 轮询 选择请求 如图 c 所示 拆链 如图 d 所示 35 4 协议运行面向字符数据交换整个过程的原语描述和实际实现过程 36 高级数据链路控制规程HDLC 高级数据链路控制 HDLC High levelDataLinkControl 是由国际标准化组织ISO于1976年提出制定的面向位的有序链路级协议 HDLC相关系列协议关系如下 IBM的SNA使用同步数据链路控制协议SDLC SynchronousDataLinkControlprotocol ANSI修改SDLC 提出高级数据通信控制过程ADCCP AdvancedDataCommunicationControlProcedure ISO修改SDLC 提出高级数据链路控制协议HDLC High levelDataLinkControl CCITT修改HDLC 提出链路访问过程LAP LinkAccessProcedure 作为X 25网络接口标准的一部分 后来改为LAPB 37 HDLC 帧结构 规程元素 规程类型主要功能目标 1 保证发射的数位流具有透明性 2 确定发送帧的格式及帧内段的含义 3 实现链路上站之间的协调 保证有序交换 HDLC适用于多种链接形式 计算机 计算机计算机 终端终端 终端 38 1 HDLC的操作方式数据站 station 由计算机和终端组成 负责发送和接收帧 HDLC涉及三种类型的站 1 主站 primarystation 主要功能是发送命令 包括数据 接收响应 负责整个链路的控制 如系统的初始 流控 差错恢复等 2 次站 secondarystation 主要功能是接收命令 发送响应 配合主站完成链路控制 3 组合站 combinedstation 同时具有主 次站功能 既发送又接收命令和响应 并负责整个链路的控制 39 HDLC适用的链路构型1 非平衡型 2 平衡型 40 1 正规响应模式NRM NormalResponseMode 适用于点 点式和多点式两种非平衡构型 次站必须在得到主站明确的许可之后才可以发送 2 异步响应模式ARM AsynchronousResponseMode 用于非平衡型结构 链路空闲时主站 次站都可以发送 即允许次站未得到主站许可就启动发送 多点配置有时以一种竞争的方式进行操作 连接在一起的工作站都可以自由地发送 3 异步平衡模式ABM AsynchronousBalancedMode 适用于通信双方都是组合站的平衡构型 提供了在两个逻辑上地位平等的站 即两个复合站 之间的平衡型数据传输方式 HDLC基本操作模式 41 2 HDLC的帧结构HDLC的帧格式 由标志 地址 控制 信息和帧检验序列 FCS 等段构成 42 3 HDLC帧的类型1 信息帧 Information 2 监控帧 Supervisory 3 无编号帧 U帧 43 4 HDLC链路层协议构成HDLC的三种站 两种构型 三种操作模式 以及规程元素中定义的各种帧的各种组合产生多种链路层协议 HDLC定义了选择构成链路层协议的良序结构 1 选择站构型 2 基本操作模式 3 基本帧种类 4 14种任选功能 5 得到协议 44 5 HDLC协议交互示例帧描述 地址帧名N S P FN R SNRM命令帧 建立了A和B C间的链路 A站轮询B站 B站连续发送四个I帧 并将第四个帧的F位设置为 1 从而又将发送权归还A 主站在发送帧时总是插入目的次站的地址 所有的次站都监视线路上传输的帧 并且只接收带有自己站的地址的帧 次站总是在发送给A的帧中插入自己的地址 使A知道该帧是由哪个次站发来的 45 面向比特数据交换整个过程的原语描述和实际实现过程 46 6 两种数据链路层协议比较 47 Internet的链路层协议 用户接入Internet的方法 通过电话线拨号接入Internet 使用专线接入 在Internet上使用最广泛的数据链路层协议 串行线路互连网协议SLIP SerialLineInternetProtocol 点对点协议PPP Point to PointProtocol 48 路由器到路由器之间 用户到ISP之间 49 点到点的协议PPPPPP包含三个主要成分 即HDLC封装 链路控制协议和网络控制协议 提供三个方面的功能 1 成帧 明确地定界一个帧的结束和下一个帧的开始 也允许进行错误检测 标志 01111110 地址 11111111 控制段 缺省值是00000011 表示一个无编号帧 协议段 说明在载荷段中的分组种类 可以是LCP NCP IP IPX AppleTalk等 载荷段长度是可变的 50 2 链路控制协议 LCP 负责启动线路 测试线路和选项协商 并在它们不再被需要时稳妥地释放 3 协商网络层选项 对于所支持的每一个网络层协议都有一个不同的网络控制协议 NCP 用来建立和配置不同的网络层协议 PPP允许使用多个网络层协议 51 PC机成为一台临时Internet主机工作过程 通过Modem呼叫ISP的路由器 当路由器的调制解调器回答用户的呼叫后 建立物理连接 PC机给路由器发送LCP分组 被包含在一个或多个PPP帧中 用于决定PPP参数 发送NCP分组 用于配置网络层 如通常情况下PC机获得动态IP地址 这样 PC机就成为了Internet主机 可以发送和接收IP分组 当完成工作后 NCP断掉网络层连接 释放IP地址 然后LCP停掉数据链路层连接 最后计算机通知Modem挂断电话 释放物理层连接 52 总之 P