数据链路层模型

数据链路层模型数据链路层向网络层提供的服务基本服务：将源结点的网络层数据可靠地传输到相邻的 目的结点的网络层三种服务：

1.无确认的无连接服务：目的结点不作确认，差错由上层负责

2.有确认的无连接服务：目的结点对收到的帧要作确认，发送结点可以知道已发出的帧是否安全到达目的结点；误帧重传

3.面向连接服务：可靠地传送数据的服务，即提供在网络实体间建立、维持和释放数据链路的功能服务原语：连接建立阶段：DL-CONNECT.request,DL-CONNECT.indication, DL-CONNECT.response,DL-CONNECT.confirm

维持阶段：

DL-DATA.request,DL-DATA.indication

释放阶段：DL-DISCONNECT.request, DL-DISCONNECT.indication,,网络层实体的通信过程示例数据链路层实体数据链路层实体网络层实体网络层实体系统A系统BDL-C.reqDL-C.conDL-C.resDL-C.ind响应帧DL-DC.indDL-D.reqDL-DC.indDL-D.ind连接请求帧DL-DC.req释放连接请求帧响应帧确认帧数据帧DL-D.ind连接建立阶段数据传送阶段连接释放阶段数据链路层的功能数据链路管理成帧：同步、定界及透明传输流量控制差错控制寻址控制信息的形成方法（成帧）字符计数法：帧头中使用一个字符来表示帧内的字符数 缺点：计数字段一旦出错，将无法再同步 带填充字符的首尾界符法：以特定的字符序列为控制字段 缺点：依赖于字符集，不通用，也无法扩展带填充位的首尾标志法：采用统一的帧格式，以特定的 位序列进行帧同步和定界物理层编码违例法：IEEE802协议 只适用于在物理媒体的编码策略中采用了冗余技术的网络，优点：无需填充带填充字符的首尾界符法（面向字符）:帧首同步字符帧尾数据Bisync

传输帧填充字符SYNSYNDLESTXADLEDLEBDLEDLECDLEETX帧首011111000帧尾数据带填充位的首尾标志法（面向位）：HDLC填充位

差错控制目的：确保帧可靠地交付接收方基本方法：接收方向发送方应答，告知是否正确收到帧差错检测和纠正检错码、纠错码汉明距离：两个码字中不同位的个数纠正单比特差错所需的最少校验位数公式：（m+r+1）<2r n位码元，其中m位数据，r位校验汉明纠错法：纠正单比特错

CRC码：可检测出所有奇数位错及长度<r的并发错误 CRC（循环冗余码/多项式编码）编码思想：将位串看成系数为0或1的多项式检错思想：收发双方约定一个生成多项式G(x)（其最高阶和最低阶系数必须为1），发送方在帧的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多项式能被G(x)整除；接收方收到后，用G(x)除多项式，若有余数，则传输有错。校验和计算算法

若G(x)为r阶，原帧为m位，其多项式为M(x)，则在原帧后面添加r个0，帧成为n+r位，相应多项式xrM(x)按模2除法用对应于G(x)的位串去除对应于xrM(x)的位串按模2减法从对应于xrM(x)的位串中减去余数，结果就是要传送的带校验和的帧的多项式T(x) T(x)=xrM(x)+[xrM(x)MOD2G(x)]发送方式（流控制技术）理想化的数据传输无需数据链路层协议假定1：链路是理想的传输信道，数据既不会出错也不会丢失假定2：不管发送方的速率多快，接收方总能接收到并上交等待发送（停止等待协议）发送方发出一帧后，要停下来等待接收方的应答，收到确认后才能发送下一帧连续发送（连续ARQ协议/流水线协议）发送方可以连续发送若干帧，如果在此过程中收到接收方的肯定应答，可以继续发送；若收到对其中某一帧的否认帧，则从该帧开始的后续帧全部重发从主机取数据上交主机DATA1DATA4DATA3DATA2结点A结点B从主机取数据上交主机DATA1DATA2结点A结点B从主机取数据上交主机DATA1DATAnDATA2结点A结点BACKACKDATAn+3DATAn+2DATAn+1NAKn+1ACK理想信道具有简单流量控制的数据链路层协议流水线协议差错控制技术

差错控制技术差错控制肯定应答（确认）超时后重传否认标准停止ARQGo-back-NARQ选择重传ARQ自动请求重传AutomaticRepeatRequest(ARQ)}实用的停止等待协议（有噪声信道的单工协议）前提：实际信道不满足理想化数据传输的假定流量控制方法：等待发送差错控制：发送方数据帧中加入校验码（CRC），由接收方检查；若出错，返回NAK；发送方收到NAK后重发。帧丢失处理：超时定时器；以序号标识数据帧优点：简单缺点：信道利用率低停止等待协议dataiACKdatai+1发出对刚收到的数据帧的应答发出一帧等待，直到收到ACK才发送下一帧发送方接收方停等ARQframeiACKiframeI+1ACKi+1framei+2framei+2ACKi+2framei+3ACKi+3framei+3ACKi+3发送方接收方超时超时帧丢失

重发ACK丢失

重发，丢失重复帧停等协议的算法流程SGet!stDatafromNetworkLayerV(s)=0N(s)=V(s)SaveDateFrametoBufferSendBufferedDataFrametoPhysicalLayerStartTimerWaitEventReceivedACKReceivedNAKTimeOutGetNextDataV(s)=1-V(s)RV(r)=0WaitDataFrameReceivedFrame,andTestifErroroccursCorrectErrorN(s)=V(r)?DiscardFramePassDatatoNetwokLayerSendACKSendNAKSendACKV(r)=1-V(r)连续ARQ协议工作原理：发送方发完一帧后，不必停下来等待对方的应答，可以连续发送若干帧；如果在发送过程中收到接收方的肯定应答，可以继续发送；若收到对其中某一帧的否认帧，则从该帧开始的后续帧全部重发流量控制方法：连续发送差错控制：同停等协议优点：连续发送提高了信道利用率缺点：回走重传（Go-back-N）,导致某些已正确接收的帧的重传，因此降低了发送效率误码率较低时，连续ARQ优于停等协议；反之则不一定Go-back-NARQframe1senderreceiver出错7，8帧被丢弃frame2frame3ACK4frame4frame5ACK6frame6frame7frame8NACK6ACK9frame7frame6frame86,7,8帧重传滑动窗口概念前提：在连续ARQ协议中，必须对可以连续发出的最多帧数（以发出但未确认的帧）作限制原则：循环重复使用有限的帧序号流量控制：发送窗口：其大小WT表示在收到对方确认的信息之前，可以连续发出的最多数据帧数（只有序号在窗口内的帧才可以发送） 接收窗口：其大小WR可以连续接收的最多数据帧数（只有序号在窗口内的帧才可以接收，否则丢弃） 接收窗口驱动发送窗口的转动发送窗口的最值：WT+WR<2n(n为序号的位数)

WT<2n-1

WT=5WR=1发出帧0,100001111422223333444555566667777HHHHHHTT发出帧2，接收到ACK0滑动窗口示例接收到帧0，发出ACK0初始状态0011223344556677T初始状态TTT接收到帧1发出ACK1WT=5WR=10011223344556677H发出帧3,4滑动窗口示例HHHHH01234567012345670123456701234567帧1的定时器超时，重发帧1接收到ACK1接收到帧3,还没有收到帧2接收到重传的帧1接收到帧2TTTTTTT滑动窗口协议0123456701234567已成功发出的数据帧将发出的数据帧窗口后沿窗口前沿帧序号发送方缓冲区0123456701234567已正确接收的数据帧将收到的数据帧帧序号接收方缓冲区窗口后沿窗口前沿滑动窗口示例01234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670,1,2ACK33,4,5,6ACK4选择重传ARQ协议原则：只重传出错或定时器超时的数据帧方法：WR>1，暂存接受窗口中序号在出错帧之后的数据帧优点：避免重传已正确传送的帧，提高了信道利用率缺点：在接收端需要占用一定容量的缓存接收窗口的最值：

WR<WT

WR<2n-1选择重传ARQframe1senderreceiver出错frame2frame3ACK4frame4frame5ACK6frame6frame7frame8NACK6ACK9frame9frame6frame10只重传帧6面向字符协议的不足：采用停等协议，半双工通信，通信线路利用率低；所有通信设备必须使用同样的字符代码只对数据部分进行差错控制，可靠性差依赖于字符集，不易扩展面向位协议IBMSNA的SDLC（同步数据链路控制）ANSI的ADDCP（先进的数据通信控制规程）ISO的HDLC（高级数据链路控制）CCITT的LAP（链路接入规程）X.25采用LAPB（链路接入规程----平衡型）HDLC的两种配置、三种方式主站：发送命令帧、数据信息帧和应答帧，并负责控制链路从站（次站）：接收命令帧，向主站发送响应帧，并配合主站进行链路控制复合站（组合站）：同时具有主站和从站功能。两种基本配置：非平衡配置点---点工作 多点工作 平衡配置点---点工作三种方式：正常响应方式NRM数据传输由主站发起， 从站只能响应主站的轮询 异步响应方式ARM从站可以主动发送响应帧 异步平衡方式ABM任一复合站都可以发起数据传输命令(B)响应(B)命令(B/C/D)命令(B)命令(A)响应(B)响应(A)响应(B)响应(C)响应(D)主站A主站A从站B从站B从站C从站D复合站A复合站B非平衡配置：点---点非平衡配置：点---多点平衡配置HDLC的帧结构FInfoCAFFCS8位16>0888校验区间透明传输区间帧同步：标志F“0111，1110”标记帧的首尾边界透明传输：零比特填充地址字段A：非平衡方式，填入从站地址 平衡方式，填入响应站地址 帧检验序列FCS：采用CRC-CCITT16，G(x)=x16+

x12+

x5+1控制字段C：标记帧类型，并附加控制信息HDLC帧类型信息帧监督帧无编号帧1234567800111FrametoSendN(S)FrameExpectedN(R)P/FP/FP/FN(R)M分类S分类M序号N(S)和N(R)以3位表示，模8循环，N(R)表示准备接收的最低帧序号，确认序号在其前面的帧都已正确接收（捎带应答）状态变量V(S)和V(R)记录N(S)和N(R)的值扩展方式，序号N(S)和N(R)以7位表示，模128循环，用于卫星链路，此时控制字段占16位监督帧的类型S=00RR（ReceiveReady）,准备接收下一帧， 确认N(R)-1及以前的各帧

01RNR（ReceiveNotReady）,暂停接收下一帧， 确认N(R)-1及以前的各帧

10REJ（Reject）,否认自N(R)开始的帧 确认N(R)-1及以前的各帧

11SREJ(SelectiveReject),只否认N(R)帧 确认N(R)-1及以前的各帧

连续ARQ选择重传ARQP/F位的意义（询问/终止）=0无意义=1非平衡配置正常响应方式主站

S/I帧P=1（命令）

S/I帧（响应）I中F=1，表示最后一个数据帧S中F=1，表示此时没有数据要发送从站NRM异步响应方式ARM平衡配置异步平衡方式

ABMP=1（询问）F=1（回答本站状态）命令方响应方非平衡配置的正常响应方式（主从方式）B,RR0,PFB10RRP=1000FCSFFACB,I10FB00010000FCSFI主站A从站BB,RR0,PB,I00B,I10B,I20B,I30,FB,RR4C,RR0,PC,RR0,FP=1的询问具有强制性，对方必须立即应答平衡配置的异步平衡方式（对等方式）：全双工通信B,RR2,FFB10RRF=1010FCSFFACA,I10,PFA0001P=1000FCSFI复合站A复合站BB,I00,PA,I00A,I22丢失A,I34A,I45B,I42P=1的询问具有强制性，对方必须立即应答B,I10B,I20B,I31A,I10,PB,RR2,FA,RR2,FB,I52B,I62B,I72A,I26,PB,I02B,I12A,I30A,RR3,F无编号帧，定义了15种，起控制作用建立数据链路：正常响应方式，置正常响应方式SNRM

异步平衡方式，置异步平衡方式SABM拆除数据链路：断连命令DISC对命令的确认：无编号确认UA帧拒绝FRMR：表示通过重发仍不能纠正的错误，如收到非法命令，帧中的控制字段无效，数据字段过长，N(R)无效，监督帧或无编号帧长度错误等等携带信息（I字段）的无编号帧：无编号信息UI，用于数据链路层管理的数据数据链路连接建立和拆除示例B,SNRM,PB,UA,F主站A从站B，CA与B建立连接A与C建立连接C,SNRM,PC,UA,F数据传送阶段B,DISC,PB,UA,FC,DISC,PC,UA,FA与B释放连接A与C释放连接B,SABM,PB,UA,FA,DISC,PA,UA,F数据传送阶段复合站A复合站BA与B建立连接B与A释放连接异步平衡方式正常响应方式SLIP：串行线路IP，RFC1055成帧：原始IP包加上尾部标志C0h，字符填充