第4章数据链路层

第4章数据链路层学习目标

了解1数据链路层概述帧的定界方法2HDLCHDLC的中英文名称链路非平衡、平衡工作控制模式主站、从站、复合站的概念HDLC帧的组成部分,各组成部分的功能和使用3PPPPPP的中英文名称PPP的功能和使用PPP的帧格式和工作过程4网桥的概念理解1数据链路层概述数据链路层功能数据链路的概念帧的概念2差错控制实现停止等待协议ARQ协议工作原理3流量控制窗口技术工作原理HDLCHDLC

数据链路层概述物理层链路任何相邻节点间点到点的物理线路节点间没有其他任何节点存在（因此数据肯定是顺序发送和接收的）数据链路物理线路+通信控制规程（差错/流量等）链路差错控制等处理电路差错控制等处理电路数据链路帧与报文报文用户传输的数据。帧发送端和接收端之间通过链路传送的一个完整的信息组的信息单位。帧起始标志接收站标识控制段帧校验序列数据帧数据链路层的目的在网络实体间提供功能和手段：建立维持释放传输数据链路服务数据单元在物理连接上建立数据链路连接数据链路连接链路层为网络层提供的服务数据链路连接无应答、无连接服务有应答、无连接服务正向应答双向应答负向应答面向连接服务有链路建立、数据帧传送、拆除链路的阶段也就是双方在通信前后要进行协商，都准备好的情况下才进行通信。和网络层交换数据接收本地网络层递交的数据将接收的数据提交给网络层提供数据链路端点标识符，即地址在将报文分帧的情况下保证帧的顺序差错检测、纠正、报告流量控制发送/接收端数据速率相同服务质量参数商定链路层的功能链路管理发送/接收是否准备好定界与同步帧何处起始、何处中止字符计数首尾分界字符首尾分界标志序列物理编码违例流量控制发送和接收之间协调。*不是保证物理层的通信线路速率相同，而是发送/接收端链路层处理能力协调。差错控制差错控制编码透明传输能正确区分控制信息和数据寻址多点连接时如何确定发送/接收端数据链路控制规程种类面向字符数据和控制信息都被编码成字符（例如ASCII），使用特定的字符表示控制信息来和数据区分。面向比特面向字符的链路控制规程4.2停等协议4.2停等协议算法发送方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)发送序号初始化取得上层数据data数据帧编码发送数据帧启动超时计数器接收数据帧判断数据帧否为空并且超时计数是否还未溢出vs=vs+1yesnoyesyesno(data_r=NAK)判断是否收到确认信息判断对方是否要求重发time_out=1yes判断是否已经超时no4.2停等协议算法接收方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停等协议特点优点：简单在数据帧当中只需设置一个序号，表示当前帧的序号在发送/接收端只需要1个计数器发送缓冲区中只需要保存1帧数据缺点：等待时间长只有收到确认信息后才能发送下一帧4.3连续ARQ协议4.3连续ARQ算法vs_n=0,vs_buff=8,vs_c=5buff_s()=0,vs_ack=0发送序号初始化,发送缓冲区大小初始化，发送窗口初始化发送缓冲区初始化，应答序号初始化。buff_s(vs_n)=get_host()从上层获取数据，写入发送缓冲区当前位置data_s=vs+buff_s(vs_n)+CRC组装发送帧编码send(data_s)vs_n=(vs_n+1)mod8(vs_n>vs_c)and(vs_ack<(vs_n-1))判断是否发送缓冲区已满，而还未收到应答帧发送帧，并将发送序号加1vs_n=vs_ackCalltime_out()time_out=1data_r=receive()…vs_ack=data_r(ACKm)data_r=receive()…vs_ack=data_r(ACKm)yesnonoyes发送方接收帧，取得接收方希望接收的帧编号4.3连续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连续ARQ的特点优点：不需要等待每一帧的确认信息缺点：需要在发送方保存多帧信息，所需缓存大。重传的方式回退N步重传出错帧后所有帧也需要重传。网络开销大。选择重传只重传出错帧。需要接收端保存多帧，等待出错帧重传后组装。4.4流量控制窗口机制连续ARQARQWt=1Wr=1回退n步ARQ1<Wt<=2n-1Wr=1选择重传ARQ1<Wt<=2n-11<Wr<=2n-1Wt>Wr数据链路控制规程举例局域网内常用的链路层规程IEEE802广域网上的数据链路层协议HDLCPPP（拨号连接网络）PPPOE（ADSL）网络层网络层PPPRS-232CRS-232C网通信标准RS-232C网通信标准PPPRS-232C拨号上网modemmodem路由器以太网物理层IEEE802/…以太网物理层IEEE802/…RS-232C/V.35/…HDLC/PPP/……………网络层……网络层网络层路由器以太网物理层IEEE802/…以太网物理层IEEE802/…RS-232C/V.35等HDLC/PPP/…网络层……DCE局域网连入广域网DCE数据链路规程链路种类非平衡型主站发送命令控制整个链路通信，从站只能接受命令，对其响应。异步平衡相应方式各站都可以发起命令平衡型链路两端的节点都可以发出命令正常响应方式主站发起命令，从站响应异步响应方式从站也可以发起传送数据的命令4.5HDLC标志：帧定界标志地址：次站/应答站地址帧校验：CRC校验HDLC控制字段比特序号12345678信息帧0N(S)P/FN(R)监控帧10SP/FN(R)无编号帧11MP/FM监控帧S用于信息帧的差错控制、流量控制FLAGAddressControlFCSFLAG8位 8位 8位 16位8位32位N(R)P/FSS8765432101…控制编码监控帧标志探询响应位监控帧S-----SS由SS两位编码定义了三个监控帧SS 帧名称00 RR 接收准备好 01 RNR 接收未准备好 10 REJ 拒绝帧 RR----接收准备好初始好不忙以前正确对方是否也好？RNR----接收未准备好用于流量控制忙REJ----拒绝帧用于差错控制编号不正确时，要求重发用于忙状态解除无编号帧U用于链路的建立、拆除及多种控制功能FLAGAddressControlFCSFLAG8位 8位 8位 16位8位32位MMMP/FMM8765432101…帧编码MM----帧编码876 5 43 MMM P/F MM 帧名称001 P=1 11 SABM 置异步平衡方式011 P=1 11 SABME 置扩充异步平 衡方式(模128)011 F=1 00 UA 无编号确认000 F=1 11 DM 已断开方式010 P=1 00 DISC 断开连接100 F=1 01 FRMR 帧拒绝SABM/SABME

置异步平衡方式(扩充)SABM使对方建立异步平衡的通信方式,根据接受并确认的此命令,把发送V(S)和接收V(R)状态变量置成0。SABME使对方建立扩充异步平衡的通信方式,根据接受并确认的此命令,把发送V(S)和接收V(R)状态变量置成0。UA无编号确认应答用来确认置方式、初始化、复位、断开命令的接收和执行。DM断开方式应答对置方式命令SABM/SABME是一种请求。如果重复使用置方式命令，那么DM应答表示此时置方式命令无作用。DISC断开命令用在逻辑上结束以前所建立的操作方式。FRMR帧拒收应答用来标明所收到的命令帧或应答帧存在错误，而且在一定程度上重发同一帧也不能得到恢复。例如：所接受到的控制字段非法或不能实现所接受帧（附有信息字段）的信息超过了已确定的最大长度。所接受的N（R）不是指已被发送和确认的I帧，就是指并未被发送的I帧和不适等待发送的一个顺序好的I帧。LAPB链路操作规程链路的建立数据传送阶段链路拆除阶段LAPB链路操作规程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链路操作规程A方B方FBDISC,PFCSFFBUA,FFCSFS=3R=2S=2R=3P=1FB2030…FCSFFA3120…FCSFFARNR4,FFCSFS=3R=4FA4030…FCSFS=4R=44.6Internet链路层协议-PPPPPP（Point-to-PointProtocol点到点协议）是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。设计PPP的目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。PPPPPP由3部分协议构成。包括：链路控制协议LCP（LinkControlProtocol）LCP负责创建，维护或终止一次物理连接。网络控制协议NCP（NetworkControlProtocol）NCP是一族协议，负责解决物理连接上运行什么网络协议，以及解决上层网络协议发生的问题。认证协议口令验证协议PAP（PasswordAuthenticationProtocol）发送用户名和口令（明文传输）挑战握手验证协议CHAP（Challeng