第3章 链路控制

1、#sho cdpip, ipx后一页后一页3.1 概述概述3.2 帧同步和透明传输帧同步和透明传输3.3 差错检验差错检验3.4 数据链路控制数据链路控制3.5 高级数据链路控制规程（高级数据链路控制规程（hdlc）3.6 因特网数据链路控制协议因特网数据链路控制协议ppp前一页前一页 后一页后一页 tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页 1.什么是数据链路什么是数据链路数据链路数据链路/逻辑链路逻辑链路=(物理物理)链路链路+通信协议通信协议传输过程（传输过程（p54）2 帧传输的基本问题帧传输的基本问题针对帧格式针对帧格式 有有3个基本问题即帧同步、透明传输和差错检验个基本

2、问题即帧同步、透明传输和差错检验3 帧传输的可靠性帧传输的可靠性 传输过程的控制。如自动请求重发（差错控制和流量控制）传输过程的控制。如自动请求重发（差错控制和流量控制）4 媒体接入控制媒体接入控制多个结点接入媒体的控制多个结点接入媒体的控制数据通信基础知识数据通信基础知识3. 概述概述 tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页 3.2.1 帧同步帧同步1.同步传输同步传输通信双方使用统一的定位时钟。通信双方使用统一的定位时钟。实现帧同步与位同步的传输。实现帧同步与位同步的传输。以较大的数据块（帧）为单位进行传输。以较大的数据块（帧）为单位进行传输。（1）面向字符型：早期方法。数

3、据和控制信息使用字符集里）面向字符型：早期方法。数据和控制信息使用字符集里面的字符（如面的字符（如ascii码）如码）如arpanet。数据通信基础知识数据通信基础知识3.2帧同步和透明传输帧同步和透明传输syn syn sohstx正文正文etb/exxbcc tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页 缺点缺点（1）使用不同字符集的两台机器很难进行通信。（）使用不同字符集的两台机器很难进行通信。（2）控）控制字符（制字符（10个）的编码（如个）的编码（如syn 为为0010110）不能在用户数）不能在用户数据字段中出现，如果出现没有特别指出，就会引起通信错误。据字段中出现，如果

4、出现没有特别指出，就会引起通信错误。（2）面向比特型：目前使用。）面向比特型：目前使用。要传送的数据不要求是某个字要传送的数据不要求是某个字符集里的字符，只看作是位流符集里的字符，只看作是位流.如如hdlc。ppp数据通信基础知识数据通信基础知识 tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页 2. 异步传输异步传输接收端的时钟并没有和发送端的时钟同步。双方各自使用独立接收端的时钟并没有和发送端的时钟同步。双方各自使用独立的定位时钟。的定位时钟。异步异步传输以字符为单位进行数据传输传输以字符为单位进行数据传输( (数据位很少），字符之数据位很少），字符之间的传输间隔任意。间的传输间隔任

5、意。如如 pppppp3 3 帧同步帧同步接收方能正确判断每个帧的开始和结束位置接收方能正确判断每个帧的开始和结束位置数据通信基础知识数据通信基础知识前一页前一页 后一页后一页异步传输中的字符同步：异步传输中的字符同步：为了标志字符的开始和结束，在每个字符的开始部分加为了标志字符的开始和结束，在每个字符的开始部分加1 1位起始位（位起始位（“0”0”）, ,结束部分加结束部分加1212位（位（“1”1”）。异）。异步传输的时序同步仅仅在每个字符的范围内是必须的，步传输的时序同步仅仅在每个字符的范围内是必须的，接收器可以在每个新字符开始时启动定时机构，实现同接收器可以在每个新字符开始时启动定时机

6、构，实现同步。当接受端收到停止位时，就将定时机构复位，准备步。当接受端收到停止位时，就将定时机构复位，准备接收下一个字符。接收下一个字符。即使接收端时钟不太准确，只要能保证正确接收即使接收端时钟不太准确，只要能保证正确接收1010个比个比特就行。特就行。数据通信基础知识数据通信基础知识起始起始 位位bit-0bit-1bit-2bit-3bit-4bit-5bit-6bit-7bit-p停止停止位位 tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页 3.2.2 透明传输透明传输透明传输就是指不管所传数据是什么样的组合，都应当能够在透明传输就是指不管所传数据是什么样的组合，都应当能够在链路

7、上传输。当所传数据中的比特组合恰巧出现了某一个控制链路上传输。当所传数据中的比特组合恰巧出现了某一个控制信息完全一样时，必须有可靠的措施，使收方不会将数据误认信息完全一样时，必须有可靠的措施，使收方不会将数据误认为是某种控制信息。为是某种控制信息。方法：方法：比特填充，字符填充，特殊帧定界符比特填充，字符填充，特殊帧定界符数据通信基础知识数据通信基础知识1.零比特填充零比特填充在发送端，未加上标志字段时，先用硬件扫描整个帧在发送端，未加上标志字段时，先用硬件扫描整个帧(用用软件也能实现，但要慢些软件也能实现，但要慢些)。只要发现有。只要发现有5个连续个连续1，则立即，则立即填入一个填入一个o。

8、在接收一个帧时，先在接收一个帧时，先找到找到f字段以确定一个字段以确定一个hdlc帧的边帧的边界，再用界，再用硬件对其中的比特流进行扫描。每当发现硬件对其中的比特流进行扫描。每当发现5个连续个连续1时，就将这时，就将这5个连续个连续1后的一个后的一个0删除，以还原成原来的比特删除，以还原成原来的比特流。流。前一页前一页 后一页后一页前一页前一页 后一页后一页2.字符填充字符填充传送前：传送前：ox7eox7d ox5e ox7d ox7d ox5d接收：删除接收：删除ox7d，将后一字节与，将后一字节与ox20异或。异或。3.特殊帧定界符特殊帧定界符用用户数据中不可能出现的编码作为定界符。用用

9、户数据中不可能出现的编码作为定界符。4b/5b，16种组合作为数据，多余的种组合作为数据，多余的16种作为控制码与种作为控制码与定界符定界符前一页前一页 后一页后一页 tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页 3.3 差错检验差错检验奇偶校验、循环冗余编码。奇偶校验、循环冗余编码。1.奇偶校验码奇偶校验码 工作原理：在字节的最高或最低位增加一个校验位。工作原理：在字节的最高或最低位增加一个校验位。如：如：b 01100010偶校验码偶校验码 01100010 1 使使1的个数为偶数的个数为偶数奇校验码奇校验码 01100010 0 使使1的个数为奇数的个数为奇数方法简单，但检错能

10、力差。方法简单，但检错能力差。 只能检测出奇数个错而不能检测出偶数个错。只能检测出奇数个错而不能检测出偶数个错。数据通信基础知识数据通信基础知识 tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页 2. 循环冗余编码循环冗余编码(crc)是一种高效又可靠的方法。是一种高效又可靠的方法。要发送的数据看成是一个多项式的系数，数据为要发送的数据看成是一个多项式的系数，数据为b bn-1n-1b bn-2n-2b b1 1b b0 0 ( (其中为其中为0 0或或1)1)，则其对应的多项式，则其对应的多项式为为 b bn-1 n-1 x xn-1 n-1 + + b bn-2n-2x xn-2n-

11、2 + +b+b1 1x + bx + b0 0例如：数据例如：数据“1101”1101” 数据通信基础知识数据通信基础知识 tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页 方法：方法：(1)(1)产生数据对应的多项式为产生数据对应的多项式为k(x)=1110011 k(x)=1110011 (2)(2)发送方和接收方约定一个生成多项式发送方和接收方约定一个生成多项式g(x)=10101g(x)=10101( (如如x x4 4+x+x2 2+1)+1)，设该生成多项式的最高次幂为，设该生成多项式的最高次幂为r r。(3)(3)在数据块的末尾添加在数据块的末尾添加r r个个0 0，则其

12、相对应的多项式为，则其相对应的多项式为x xr rk(x)=11100110000k(x)=11100110000(4)(4)用用x xr rk(x)/g(x)k(x)/g(x)，得余式，得余式r(x).(11100110000/10101=110) r(x).(11100110000/10101=110) (5)(5)令令c(x)= xc(x)= xr rk(x)+r(x).(k(x)+r(x).(采用模采用模2 2运算运算)(11100110110)(11100110110)(6)(6)发送发送c(x) c(x) (7)(7)设接收端接收到的数据对应的多项式为设接收端接收到的数据对应的多项

13、式为c(x)c(x)，将，将c(x)c(x)除以除以g(x)g(x)，若余式不为，若余式不为0 0认为有错。认为有错。余式为余式为0 0一定没有错吗？一定没有错吗？数据通信基础知识数据通信基础知识 tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页 在特殊比特的组合下出错时余数也可能为在特殊比特的组合下出错时余数也可能为0 0，但是如果，但是如果g(x)g(x)选取得当这种情况发生的机会会很小。选取得当这种情况发生的机会会很小。例：例： 已知信息位串已知信息位串k（x）= 110011 生成多项式生成多项式g(x)= 11001问冗余码应该是几位？请计算出冗余码问冗余码应该是几位？请计算出

14、冗余码r(x)，并验证，并验证c(x)整除整除g(x)。数据通信基础知识数据通信基础知识 tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页 3.4.1 数据链路的基本思想数据链路的基本思想可靠的传输应满足两个条件可靠的传输应满足两个条件p603.4.2 数据链路控制的基本机制数据链路控制的基本机制差错控制的方法采用反馈重传机制；流量控制采用滑动窗差错控制的方法采用反馈重传机制；流量控制采用滑动窗口机制口机制1.反馈重传机制反馈重传机制（1）接收方反馈确认信息）接收方反馈确认信息收到正确帧后返回正确认否则返回负确认。收到正确帧后返回正确认否则返回负确认。（2.）发送方重传差错帧）发送方重传

15、差错帧帧丢失或收到负确认发送方重传数据帧。帧丢失或收到负确认发送方重传数据帧。数据通信基础知识数据通信基础知识3.4 数据链路控制数据链路控制 tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页 2. 滑动滑动 窗口机制窗口机制滑动窗口机制对数据传输流量进行控制。滑动窗口机制对数据传输流量进行控制。n发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口 。n发送窗口用来对发送端进行流量控制。发送窗口用来对发送端进行流量控制。n发送窗口的大小发送窗口的大小 wt 代表在还没有收到对方确认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。信息的情况

16、下发送端最多可以发送多少个数据帧。自动请求重传自动请求重传arq包含了以上机制即差错控制与流量控制。包含了以上机制即差错控制与流量控制。数据通信基础知识数据通信基础知识01234567012发送窗口wt不允许发送这些帧允许发送 5 个帧(a)01234567012不允许发送这些帧还允许发送 4 个帧wt已发送(b)01234567012不允许发送这些帧wt已发送(c)01234567012不允许发送这些帧还允许发送 3 个帧wt已发送 已发送并已收到确认(d) tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页 3.4.3 自动请求重传自动请求重传1停等式停等式 arq：等待对方确认后再发

17、：等待对方确认后再发2连续连续arq：重发出错数据后的所有数据。：重发出错数据后的所有数据。3选择重发选择重发arq：重发出错数据：重发出错数据数据通信基础知识数据通信基础知识 tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页 后一页后一页wt=1 数据通信基础知识数据通信基础知识abdata0送主机ackdata1送主机ack(a) 正常情况abdata0data0送主机ack(c) 数据丢失重传tout丢失 ！abdata0送主机ackdata0丢弃ack(d) 确认丢失重传tout丢失 ！abdata0nakdata0送主机ack(b) 数据出错重传出错四种情况停等式停等式 arqabdataa

18、ck传播时延 t传 t转tacrt传tdatatout=tdata/(tdata+tacr+t转+2t传) tdata/(tdata+2t传)=p/(p+2e）停等arq链路的利用率tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页后一页后一页数据通信基础知识数据通信基础知识连续连续arq data0data1data2data3data5ack1ack2ack1 确认 data0ack2 确认 data1data6 不按序，丢弃，重传 ack4data5 不按序，丢弃，重传 ack4ack4ack3 确认 data2ack4重传 data5重传 data4ab超时重传时间tout送交主机送交主机ack

19、4ack5ack4data4 丢失ack3data4?data6data7ack4 确认 data3ack5 确认 data4data7 不按序，丢弃，重传 ack4重传 data6重传 data7ack6ack7ack6 确认 data5ack7 确认 data6接收方接收方wr=1不允许接收这些帧01234567012wr准备接收 0 号帧(a)不允许接收这些帧01234567012wr准备接收 1 号帧已收到(b)不允许接收这些帧01234567012wr准备接收 4 号帧已收到(c)连续arq发送窗口的最大值 n当用 n 个比特进行编号时，若接收窗口的大小为 1，则只有在发送窗口的大小

20、 wt 2n 1时，连续 arq 协议才能正确运行。n例如，当采用 3 bit 编码时，发送窗口的最大值是 7 而不是 8。 连续arq信道利用率n当信道的传输质量好，误码率很小时，利用率高。n当出现差错时(这是不可避免的)，数据帧的不断重传将进一步使信道利用率降低。 选择重传 arqn可加大接收窗口，先收下发送序号不连续但仍处在接收窗口中的那些数据帧。等到所缺序号的数据帧收到后再一并送交主机。 n选择重传 arq 协议可避免重复传送那些本来已经正确到达接收端的数据帧。n但我们付出的代价是在接收端要设置具有相当容量的缓存空间。tcp/ip技术探讨技术探讨前一页前一页后一页后一页数据通信基础知识

21、数据通信基础知识选择重发选择重发arq data0data1data2data3data5ack1ack2ack1 确认 data0ack2 确认 data1ack7ack3 确认 data2ack0重传 data4ab超时重传时间tout送交主机ack4ack6data4 丢失ack3data4?data6data7ack4 确认 data3ack6 确认 data5ack7 确认 data6ack0确认 data7ack5 确认 data4n接收窗口wr1 (如wr=4）n需接收方设置一定容量的缓存空间选择重传 arq 发送窗口的限制 n接收窗口不应大于发送窗口，若用 n 比特进行编号，则

22、：wt =wr 2n/2n=3, wt=wr=4前一页前一页 后一页后一页3.5 高级数据链路控制规程（高级数据链路控制规程（hdlc）hdlc是一种面向位的链路层协议是一种面向位的链路层协议1. 数据链路的配置方式数据链路的配置方式非平衡配置非平衡配置 特点是由一个主站控制整个链路的工作（数据链特点是由一个主站控制整个链路的工作（数据链路建立和拆除以及差错恢复等）。主站发出的帧叫做命令。路建立和拆除以及差错恢复等）。主站发出的帧叫做命令。受主站控制的各站叫做次站或从站受主站控制的各站叫做次站或从站, 从站不能主动地发送帧，从站不能主动地发送帧，只能被动的对主站作出响应，从站返回主站的帧称为响

23、应。只能被动的对主站作出响应，从站返回主站的帧称为响应。平衡配置平衡配置 链路两端的两个站都是复合站。复合站同时具有主链路两端的两个站都是复合站。复合站同时具有主站与次站的功能。因此每个复合站都可以发出命令和响应。站与次站的功能。因此每个复合站都可以发出命令和响应。主要用于点对点链路。主要用于点对点链路。前一页前一页 后一页后一页前一页前一页 后一页后一页比特888可变168信息 info标志 f标志 f地址 a控制 c帧检验序列 fcsmsmp/f11n(r)p/f01n(r)p/fn(s)0信息帧信息帧i无编号帧无编号帧u监督帧监督帧s2. hdlc的帧格式的帧格式标志字段标志字段：表示帧

24、的开始和结尾，由：表示帧的开始和结尾，由8位位01111110组成。组成。在两个标志字段之间的比特串中，如果碰巧出现了和标志在两个标志字段之间的比特串中，如果碰巧出现了和标志字段字段f一样的比特组合，那么就会误认为是找到了一个帧的一样的比特组合，那么就会误认为是找到了一个帧的边界。为了避免出现这种错误，边界。为了避免出现这种错误，hdlc采用采用零比特填充法零比特填充法使使一帧中两个一帧中两个f字段之间不会出现字段之间不会出现6个连续个连续1 前一页前一页 后一页后一页地址字段地址字段：当使用非平衡方式传输数据时，地址字段总是填入：当使用非平衡方式传输数据时，地址字段总是填入从站地址；当使用平

25、衡方式传输数据时，地址字段填入应答站地从站地址；当使用平衡方式传输数据时，地址字段填入应答站地址。如果地址字段为全址。如果地址字段为全1时，表示为广播地址，则要求网中所有站时，表示为广播地址，则要求网中所有站都要接收该帧。（如上图括号内的字母表示应填入的站的地址）都要接收该帧。（如上图括号内的字母表示应填入的站的地址）控制字段：控制字段：用来表示此帧的类型（信息帧，监督帧，无编号帧）用来表示此帧的类型（信息帧，监督帧，无编号帧）和提供一些控制功能。如命令和响应。该字段是和提供一些控制功能。如命令和响应。该字段是hdlc的关键，的关键，hdlc的许多重要功能都要考控制字段来实现的许多重要功能都要

26、考控制字段来实现。数据字段：数据字段：封装的数据。放置来自网络层的封装的数据。放置来自网络层的pdu。帧校验序列：帧校验序列：用于错误检测，采用用于错误检测，采用crc校验。校验。前一页前一页 后一页后一页3. 帧类型帧类型 根据控制字段的含义分为：根据控制字段的含义分为：信息帧信息帧(i帧帧) 以以0开头，监督帧开头，监督帧(s帧帧)以以10开头，无编号开头，无编号(u帧帧)以以11开头。开头。n(s): （24位）表示当前帧的序号（仅位）表示当前帧的序号（仅i帧有），帧有），24位，用于存放发送帧序号（发送方填入）位，用于存放发送帧序号（发送方填入）.n(r): （68位）用来存放接收方下

27、一个预期要接收的帧位）用来存放接收方下一个预期要接收的帧的序号（接收方填入），如的序号（接收方填入），如n(r)5，表示接收方下一帧接，表示接收方下一帧接收收5号帧，说明号帧，说明5号帧前的各帧接收方都已接妥。号帧前的各帧接收方都已接妥。n(r)带有确带有确认的意思认的意思.前一页前一页 后一页后一页p/f:当主站想知道从站是否有数据发送当主站想知道从站是否有数据发送,或者想知道从站的或者想知道从站的状态时状态时,就可以向从站发送就可以向从站发送p=1的帧的帧.当被轮询的从站有数据要当被轮询的从站有数据要发送时发送时,就可以向主站连续发送信息帧就可以向主站连续发送信息帧,最后一帧终结位最后一帧

28、终结位f必须必须置为置为1.表示该站已发送完数据表示该站已发送完数据.p/f=0表示无意义。表示无意义。s字段字段:用来对数据的传输过程进行管理用来对数据的传输过程进行管理. m字段字段:仅存在于无编号帧中仅存在于无编号帧中(不含有不含有n(r)和和n(s)而得名而得名)用于提供对链路的建立、拆除以及多种控制功能。用于提供对链路的建立、拆除以及多种控制功能。前一页前一页 后一页后一页s字段字段:用来对数据的传输过程进行管理用来对数据的传输过程进行管理.00：接收准备就绪：接收准备就绪 （请发下一帧（请发下一帧 10：接收未就绪：接收未就绪 （ 缓存区已满或连接有错缓存区已满或连接有错 ）01：

29、拒绝：拒绝 （帧出错，重发（帧出错，重发n(r)开始以后的帧）开始以后的帧）11：选择性拒绝：选择性拒绝 （重发（重发 n(r)号帧）号帧）前一页前一页 后一页后一页4. hdlc的数据传输过程的数据传输过程三个阶段：三个阶段：建立数据链路（使用建立数据链路（使用u帧）帧）传输数据（使用传输数据（使用s帧、帧、i帧）帧）拆除链路（使用拆除链路（使用u帧）帧）前一页前一页 后一页后一页3.6 点对点协议点对点协议ppp点对点协议就是用来控制一条连接两个结点的链路协议。一种点对点协议就是用来控制一条连接两个结点的链路协议。一种应用在电话拨号上网的场合，另一种应用在路由器点对点连接应用在电话拨号上网

30、的场合，另一种应用在路由器点对点连接的的internet主干。在这种情况下，一是不存在寻址问题，二是主干。在这种情况下，一是不存在寻址问题，二是不会发生访问链路的冲突不会发生访问链路的冲突. 因特网服务提供者（因特网服务提供者（isp)调制解调制解调器调器至因特网至因特网用户家庭用户家庭拨号电话线拨号电话线使用使用tcp/ip的的ppp连接连接路由器路由器p304前一页前一页 后一页后一页ppp协议无以下功能协议无以下功能:(1)差错控制差错控制 ppp只需差错检错而无需重传。出错丢弃只需差错检错而无需重传。出错丢弃(2)流量控制流量控制 如果网络层来不及接收数据，则由网络层来丢如果网络层来不

31、及接收数据，则由网络层来丢弃数据或让对方降低数据传输速率。弃数据或让对方降低数据传输速率。(3)顺序控制顺序控制 ppp不要求数据帧按序到达，这是为了与不要求数据帧按序到达，这是为了与ip数据数据报的操作方式兼容。报的操作方式兼容。(4)多点链路多点链路 ppp只需满足一发一收两个节点的链路操作。只需满足一发一收两个节点的链路操作。1 . ppp协议的组成协议的组成(1)提供在串行连路上封装数据帧的方法提供在串行连路上封装数据帧的方法 (2)用于建立、配置用于建立、配置（封包格式、分组大小等）（封包格式、分组大小等） 、测试和拆除、测试和拆除数据链路的链路控制协议（数据链路的链路控制协议（lcp）.(3)一组网络控制协议（一组网络控制协议（ncp）,用以支持不同的网络层协议用以支持不同的网络层协议.前一页前一页 后一页后一页2 . ppp协议的帧格式协议的帧格式（同（同hdlc类似）类似）标志字段标志字段 7e地址字段地址字段 ff控制字段控制字段 03协议字段协议字段 信息部分信息部分校验字段校验字段 fcs标志字段标志字段 7e字节字节111116001/22/4标志字段标志字段: 01111110 在信息字段中出现与此相同的字符在信息字段中出现与此相同的字