计算机网络与信息安全课件

第3章

数据链路层

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链2

3.1基本概念

链路：一条无源的点到点的物理线路段。

数据链路：链路+规程（控制数据传输）。

数据链路层的作用：

通过一些数据链路层协议（即链路控制规程），

在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链3

数据链路层的主要功能

①链路管理：数据链路的建立、维持和释放;

②帧同步：收方能从收到的比特流中区分一帧开始和

结束的地方；

③差错控制：收方收到有差错的数据帧时，能检错重

传或纠错；

④流量控制：发方发送数据的速率必须使收方来得及

接收；

⑤透明传输：不管所传数据是什么样的比特组合，收

方都能正确接收。并能将数据与控制信息分开；

⑥寻址：保证每一帧都能发送到目的站。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链

为网络层提供的服务

①无确认的无连接的服务：

适用于误码率很低的通信信道；或语音通信；

②有确认的无连接的服务：

适用于误码率很高的通信信道；如无线通信；

③有确认的面向连接的服务：

适用于通信要求较高（可靠性、实时性）的情况

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链5

差错检测和纠正

差错：接收的与发送的数据不一致。

随机差错：具有独立性，与前后码元无关。

突发差错：相邻多个数据位出错。

差错产生的原因

通信信道的噪声：

①热噪声：由传输介质导体的电子热运动产生。幅

度较小，是产生随机差错的主要根源。

②冲击噪声：由外界电磁干扰产生，幅度较大，

是产生突发差错的主要根源。

冲击噪声是引起差错的主要原因。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链6

差错评价指标

误码率：错传的码元数与所传输码元总数之比。

Pe=Ne/N

其中，N—传输的码元总数，Ne一错传的的码元数

误比特率：

错传的比特数与所传输总比特数之比。

在二进制码元时，误比特率=误码率。

普通电话线路：Pe=IO4〜io-6

大多数通信系统：Pe=10-5〜io-9

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链7

差错控制的基本方式

①反馈纠错

在接收端能发现差错，但不能确定错码的位置，通过反

馈信息请求发送端重发，直到接收端肯定确认为止。

适用于双工通信和非实时通信系统。

②前向纠错

在接收端不仅能发现错码，而且还能够确定错码的位

置，并纠正错码。

适用于单工通信和实时通信系统。

③混合纠错

少量差错在接收端自动纠正，若超出自行纠正能力时，

通过反馈信息请求发送端重发。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链8

误码控制基本原理

为了能判断传送的信息数据是否有误，在传送

时增加必要的附加判断数据；在不发生误码的情况

之下，附加判断数据是完全多余的，但如果发生误

码，即可利用信息数据与附加数据之间的特定关系

来实现检错和纠错。

即，为了使数据码具有检错和纠错能力，应当

按一定的规则在数据码的基础上增加一些冗余码（又

称监督码）。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链9

码字的检错与纠错能力

码字（n位）=数据码（m位）+冗余码（r位）。

海明距离：两个码字之间对应码元位的不同码元

的个数。

10001001

㊉10100011

00101010

有3位不同，所以，海明距离=3

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链10

码字编码的海明距离

对于一种码字编码，在这个码字集合中，可得到

所有任意两个码字的海明距离，其中最小的海明距离

称为该码字编码的海明距离d。

定理1：如果d>2t+l,则该编码可纠正任何t个（或t个以

下）的错误。

定理2：如果d>e+l,则该编码可检测出任何e个（或e个

以下）的错误。

一般情况下，冗余位越多（即r越大），检错纠错能

力越强，但相应的编码效率也随之降低了。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链11

示例：偶校验的检错与纠错能力

例：对于偶校验（使每个码字中都有偶数个1）

数据码为2位（有用数据为00、01、10、11）

冗余码为1位（偶校验位）

有用数据经过偶校验编码，其码字集合：

000、OIL101>110;

该编码的海明距离d=2,

根据定理1,该编码不能纠正任何错误（t=0）。

根据定理2,该编码可检测出任何1个错误（e=l）o

寄校验的检错能力与偶校验一样。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链12

误码控制编码的分类

按冗余码的控制功能分：

①纠错码：在接收端能发现并自动纠正差错。

②检错码：在接收端能发现差错。

纠错检错的常用方法

①海明码：可纠错和检错，实现复杂，效率低。

②奇偶校验码：方法简单，检错能力差。

③循环冗余编码(CRC):实现容易，检错能力强，广

泛使用。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链13

纠错码：海明码

海明在1950年提出的可纠正一位错的编码方法。

用r个校验位构造出r个校验关系式来指示一位错

码的n（=m+r）种可能位置及表示无差错。

码字排列：从最左边位开始依次编号（1、2、…、n）;

r个校验位:在2k的位置（1、2、4、8、…）;

m个数据位：在其余位（3、5、6、7、9、…）。

r的确定：r2-r>m+1;（.r2>n+l=m+r+l）

例如：4个信息位D1D2D3D4,3个校验位尸沪2尸3。

码位号一►blb2b3b4b5b6b7

码字fPI|P2|D1|P3|D2|D3|D4|

7/

孑交验位

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链14

确定校验关系:

错码位号

码字位号海明位S4S2S1

b1P1001

b2P2010

b3D1011

b4P3100

b5D2101

b6D3110

b7D4111

无错码000Pl=b3㊉b5㊉b7

广A友LL、送辛工端山：yP2=b3㊉b6㊉b7

IP3=b5㊉b6㊉b7

（编码）

采用偶校验Y

rSl=bl㊉b3㊉b50b7

接收端：yS2=b2©b3©b6㊉b7

（解码）JS4=b4©b5©b6©b7

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链15

海明示例：发送端

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链16

海明示例：接收端

____________r-差错位

收到的发送码——aI。口口lololilol

b1b2b3b4b5b6b7

P1P2D1P3D2D3D4

SiXXXX

S2XXXX

S4XXXX

rSl=bl㊉b3㊉b5㊉b7=1

接收端：JS2=b2㊉b3㊉b6㊉b7=1

(解码)IS4=b4㊉b5㊉b6㊉b7=1

检错：S4s2s1=111。000,

,・,有差错！差错位是b7(D4);

纠错：b7位变反！

I数据：去掉校验位，数据=1011,

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链17

海明编码解码一简便法

b1b2b3b4b5b6b7

例数据=尸7|尸2|1I尸3l0I1I1]

1011,b3=011

编码简便法：将码字中为1的各位

fb6=110

码字位号表示为二进制码，再按U㊉b7=111

模2求和，所得结果就是校验码。

P3P2P1=010

b1b2b3b4b5b6b7

发送的码字:

收到的码字:

b2=010

解码简便法：将码字中为1的各位

码字位号表示为二进制码，再按b3=011

U㊉b6=110

模2求和，若和为0,则无差错。

若和不为0,则指明差错的位号。S4S2S1=111一

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链18

海明示例：数据=1100001(m=7,r=4)

b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11

1XXXXXX

2XXXXXX

4XXXX

8XXXX

P1P21P3100P4001

b3=0011

编码.b5=0101

那‘㊉b11=1011

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链19

检错码：循环冗余码一CRC码

特点：实现容易，检错能力强，广泛使用。

常结合反馈重传法来保证信息的可靠传输。

码字组成:

数据码CRC校验码

发送的码字片.1…b2b0

n位m位+r位

编码与解码的计算采用二进制比特序列多项式。

二进制比特序列多项式：

m1

M(x)=bm_1x"+…+力声，+...+bjX+b0

其中，力尸0或I,m-10,共机位

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链20

例：若数据码=110011,

594

可表示为：M(x)=1*X+1X+0・X3+Q.x2+l»x+1

即：M(x)=x5+x4+x+1o

生成多项式G(%):

r

G(x)=gtx+・・・+g卢i+...+g]X+g0

其中，g尸。或I,r>i>o,g10»go=°，共r+1位

G(x)被通信双方事先共同选定使用：

发送端：通过G(x)生成校验码；

接收端：通过G(x)校验接收的码字。

对于多项式的运算：采用模2计算(加法不进

位，减法不借位)；加减法是一样的。

模2计算即是异或运算。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链21

在发送端：

1.生成校验码:

把要发送的数据码拉⑴寸去除G(x),所得的余

数值就是循环冗余码(简称CRC校验码)。

M(x)-xrR(x)。㈤为商

=。(%)+

G(x)G(x)尺㈤为余数(CRC校验码)

M(x)-xr-R(x)G(x)共r+1个bit位,

=2(%)

G(x)A⑴共r个bit位

2.发送M⑴・M+R(x):即,M(x)-xr-R(x)

实际上，把CRC校验码区㈤附加到数据码拉⑴

的后面，就构成编码多项式然后爰

送传输。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链22

在接收端：

接收到府(x).M+我(%)后，按如下操作进行校验:

人

M(x)-xr+K(x)Q(x)为商

G(x)E(x)为余数

若以W{w：无错

有错

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链23

CRC示例1：发送端

例：设数据码拉⑴=110011,

采用生成多项式G(x)=x4+x3+l(即11001),r=4

发送端：求CRC校验码

M(x)-xr…J(x)

----------=0(%)+------

G(x)G(x)

100001―商Q(X)

G(x)-^11001/1100110000<—M(x)-xr

111001多项式运算采用

10000二进制模二算

11001法，

1001—余数R(x)即，异或运算

发送码：M(x)・x，+R(x)=1100111001

数据位校验位

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链24

CRC示例1：接收端一无差错

接收端:采用生成多项式G(x)=x4+x3+l(即11001)

接收到府(%)./+我(%后，按如下操作进行校验:

人人

M(x)-xr+7f(x)⑺+器Q⑴为商

G(x)为余数

若£(x){=0无错

W0有错

100001―商Q(x)

G(x)-^11001/1100111001收到的发送码府(x).x「+我(%)

z11001

11001

11001

余数石⑴无差错！

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链25

CRC示例1：接收端一有差错

发送端发出的码字=1100111001

II

接收端收到的码字=1100100001,

突发工错

100001―商Q(x)

G(x)->11001/1100100001收到的码字曲(x).M+我(%)

z11001

00001

11001

—11000<-余数E(X)

£(x)wO,检测到差错!

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链26

CRC示例2：发送端

例：设数据M⑴=11100110,G(x)=11001,r=4

求CRC校验码K(x).・

10110110―商Q(x)

G(x).11001/111001100000<r-M(X)-Xr

111001

10111

11001

11100

11001

发送码：10100

M(x)xr+R(x)11001

=11100110011011010

------v------11001

数据位校验位y—----―^0110—余数R(x)

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链27

流行的生成多项式有:

CRC-8:G(x)=x8+x2+x+l

CRC-12:G(x)=x12+xn+x3+x2+x+l

CRC-16:G(x)=x16+x75+x2+l

CRC-CCITT:G(x)=x16+x12+G+I

检测能力：

所有单个错、奇数个错和离散的二位错。

所有长度《r位的突发差错。

CRC的实现：

①硬件：采用多段移位寄存器及异或门组成CRC

校验电路来实现。

②软件：通过快速CRC校验软件来实现。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链28

3.2停止等待协议

数据链路协议主要考虑的问题：

①避免所传送的数据可能出现差错和丢失；

②使发方发送数据的速率适应收方的接收能力。

物理链路

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链29

理想化的数据传输

假设1:所传送的数据即不会出现差错和也不会丢

失；（不考虑差错控制问题）

假设2：接收端的数据接收速率足够快，有能力接

收发送端的数据发送率。

发送端接收端

（不考虑流量控制问题）

在理想化的条件下，数据链路

层不需要：

①差错控制协议；

②流量控制协议；

就可保证数据的正确传输。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链30

最简单流量控制的停止等待协议

保留假设1;去掉假设2。考虑流量控制问题f流量控制协议

使发送端发送数据的速率适应接收端的接收能力。

最简单流量控制协议

在发送节点：发送端接收端

①从数据链路层的发送缓存中取一个数据帧；

②发送这个数据帧；

③等待；

④若收到由接收端的应答信息，转到①。

在接收节点：

①等待；

②接收由发送端发来的数据帧；

③将其存入数据链路层的接收缓存；

④发送应答信息，表示数据帧已接收；转到①

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链31

实用的停止等待协议（ARQ）

去掉假设1;去掉假设2。

考虑差错控制问题f差错控制协议；

考虑流量控制问题f流量控制协议；

初步协议：

①发送端发送数据帧后，等待接收端的应答帧；

②接收端收到数据帧后，通过CRC校验（一般用硬件检验）,

如果无差错，回送一个确认帧ACK,

否则，回送一个否认帧NAK。

③发送端收到应答帧，

如果是ACK,发送下一数据帧，

如果是NAK,重发数据帧。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链32

(a)正常情况

___一一六摹薪箍『33

死锁现象:

当出现帧丢失时，发送端永远

等待下去。如何解决？发送端接收端

解决方法：

发送端设立一个超时计时器，发t

送完一个数据帧时，就启动它；

如果在规定时间tout内得不到应答

帧，就判定为超时，重传数据帧。

Tout也称重传时间

（C）数据帧丢失

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链34

重复帧差错:发送端接收端

若应答帧丢失，按照超时

重发方法，接收端将收到重复

帧，如何解决？

解决方法：

给每个数据帧附加不同的

发送序号Ns,如果接收端收到

相同序号的数据帧，则丢弃，并II弃

回送一个ACK。

(d)应答帧丢失

数据帧：帧头HiNs数据CRC帧尾

其它附加控制信息

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链35

发送序号需要多少位?

对于ARQ协议，发送序号有0和1即可(只需1个bit);

每发一个送新的数据帧，发送序号就和上次发送的不一样,

重发的数据帧发送序号不变。

状态序号S,Ofl0gi

发送端I重

帧序号4O

接收端_

状态序号广o0-1

D2丢弃重复帧D2D3

if(Ns==R)接收else丢弃

S-发送端本地状态序号(Ibit)。

R-接收端本地状态序号(lbit)o

Ns-发送端附加到数据帧上的序号(lbit)o

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链36

ARQ协议:

接收端

一重传

一重传

变序号->

一变序号

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链37

重传时间tout的选择

若Tout太长，浪费时间,

若Tout太短，过早重传数据，产生“额外”应答帧。

“额外”应答帧

状态序号S-Ofl1f0Of111-00-»1

发送顺»重发

••

帧序号N卜三OO

接收端

状态序号R

D1丢弃差错丢弃丢弃D4D5

如何解决？

提示：在确认帧ACK和否认帧NAK中附加序号。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链38

停止等待协议的信道利用率

设：单程传输时延nz,

数据帧发送时间疗，

数据传输率c,数据帧长度L

总时间-等待时间

信道利用率Cr=

传送一帧的总时间

忽略应答帧长度和处理时间：

1

Tf+2Td

l+2Td—

L

数据帧L越短，信道利用率越低。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链39

示例

例：卫星信道：

单程传输时延Td=250ms,

数据传输率。=50kb/s,

数据帧长度L=lkbit,

信道手1用率Cr==------------------------=3.8%

'c”"50x103

1+2Td—l+2x0.250--------

LIxlO3

例：若，Td=20ms,C=4kb/s,

要使信道利用率达到50%,L=?

2Tdecr2X20X10-3X4X103X50%

TL=--------------=--=--1-6--0---(-b--it-)--------------------

1-Cr1-50%

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链40

3.3连续ARQ协议

目的：提高信道利用率。

方法：

发送端发送完一个数据帧后，不停下来等待应答

帧，而是连续再发送数据帧。当收到否认帧NAK时，

再控制重发。

实现要求：

数据帧需附加发送序号信息。否认帧附加出错的

数据帧发送序号。

常用协议：

①回退N帧ARQ协议(gobackn)

②选择重发ARQ协议(selectiverepeat)

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链41

回退N帧ARQ协议(gobackn)

①方式1：

反馈否认帧NAK（含出错的数据帧发送序号）。再

从出错的数据帧开始重传。

往返时间退回嗫重传

人

、辛±111

友送牺1I2I3I4I53I46789

接收端12343456789

A丢弃

差错

要求：发送端要求有一个能存储N个数据帧的缓冲区。

接收端只需能存储一个数据帧的缓冲。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链42

②方式2:

不反馈否认帧NAK。发送端采用超时机制。

发送端每发送一个数据帧就启动该帧计时器，

当收到确认帧后，计时器复位；如果直到超时

还没有收到确认帧，则重发该数据帧及后继的

帧。

差错

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链43

3.4选择重发ARQ协议(selectiverepeat)

目的：进一步提高信道利用率。

方法：只重传出现差错的数据帧或者超时的数据帧。

要求：在接收端要设置具有相当容量的缓存空间。

重传

•

3

收

接•山

3而

差错、丢弃与4,5号一并送入上层

暂存于缓存中

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链44

选择重发ARQ协议一工作原理示意图

多个数据帧出错情况

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链45

滑动窗口协议(SlidingWindows)

对于连续ARQ协议，采用了发送端不等待确认

帧返回就可连续发送帧，存在问题：

①当未被确认的数据帧数目太多时；只要有一帧出

错，就有很多数据帧需要重传，因而增大开销。

②为了对发送出去的大量未被确认的数据帧进行编

号，每个数据帧的发送序号也要占用较多的比特

数，因而又增大了开销。

滑动窗口协议：

对发送端已发送出去但未被确认的帧的数目加以限

制。

在发送端和接收端分别设置发送窗口和接收窗口。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链46

发送窗口（在发送端）

目的：用来对发送端进行流量控制。

发送窗口尺寸Ws：在还没有收到应答帧的情况下,

发送端最多可以连续发送数据帧的个数。

发送序号：

一般采用n位bit进行编号（0〜2口・1）。

若n=3;则用3位bit进行编号（0〜7）。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链47

•发送端只能连续发送窗口内的数据帧;

•每收到一个确认帧后，发送窗口的前、后沿顺时针

旋转一个号，并可以一个发送新的数据帧。

•若未应答帧的数目等于发送窗口尺寸时，便停止发

送新的数据帧。

发送0〜4号数据帧，收到0号确认帧，又收到1〜3号确认帧，

若没有收到它们的发送5号数据帧，继续发送6、7、0号数据帧。

确认帧，则停止发送。等待1〜5号确认帧。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链48

接收窗口（在接收端）

目的：用来控制可以接收哪些数据帧而不可以接收哪

些帧。

接收窗口防：只有当收到的数据帧的发送序号落入接

收窗口内，才允许将该数据帧收下；否则，丢

收到0号数据帧后，

等待接收0号数据帧并发出0号确认帧又收到1〜3号数据帧后,

等待接收1号数据帧。并发出1〜3号确认帧，

等待接收4号数据帧。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链49

如果Wr=l,意味着只能按顺序接收数据帧。

如果防较大，有可能会出现数据帧的失序。

差错情况：设防=1；

若收到0号数据帧，接收窗口顺时针旋转一个号，

并发出0号确认帧；准备接收1号数据帧。

此时，如果收到的不是1号数据帧：

而是0号数据帧，表明发出0号确认帧发送端没有

收到，因此再发送一次0号确认帧，此时收到的0号数

据帧必须丢弃，否则发生重复。

若是2号数据帧，表明发送端发出的1号数据帧丢

失，因此发送1号否认帧，让对方重新发送1号数据帧。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链50

应答帧丢失情况

，/、、"XUJ

Ws=2发送晒接收端Wr=2送

0234567DO上

D1层

回234567DO

ACK10返34567D1

0|12|34567rD2

Dl.touf

重发DIIACK201国4567D2

0运34567

D1

012回567

ACK1

012回567D3D1丢弃

D4

012|3-4]567!D3

D4

101234^6]7-

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链51

应答帧被“篡改”情况:ACKfNAK

送

上

层

DO

D1

D2

D3

D4

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链52

应答帧被“篡改，，情况:NAKfACK

Ws=2发送端接收端Wr=2缓

叵234567冲

区

叵234567DO

012345670叵34567

0117Tl45670叵34567D2

叵

012|34|567034567

回退，重发D1D3丢弃

0[121345670叵34567

重发D1D4丢弃

0[12]345670[TT|34567DI

01[23\456701[U|4567

丢弃ACK1

01[131456701[2314567D2D3

0123[T5167

0123[TT]67D4D5

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链53

重叠问题

在接收前后，接收窗口范围内的有效序号出现重叠。

Ws=4发送端接收端Wr=5

01234567

[0]123|4567

木

重复D1〜3丢弃

应答帧全部丢失

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链54

避免重叠问题

为了避免重叠问题，接收窗口尺寸防42口/2。

Ws=4发送端接收端Wr=4

01234567

01234567

out

重发

0123^567

0123|4567

丢弃

01234567

应答帧全部丢失

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链55

发送窗口的最大尺寸值

Ws=8发送端接收端Wr=4

01231567

012314567

0123|4567

0123|4567

重复帧D0〜7

应答帧全部丢失

n

所以，W^<2-lo

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链56

累积确认方法

接收端在连续接收若干个正确的数据帧以

后，对最后一个数据帧发回确认帧。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链57

窗口控制协议的信道利用率

发送窗口Ws=4

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链58

窗口控制协议的信道利用率

设：单程传输时延nz,数据帧发送时间

数据传输率c,数据帧长度L,窗口尺寸Ws

在正常传输情况下，忽略应答帧长度和处理时间:

当Ws・7y>2Td+7y时：Cr^100%

当发送端

G—WsTf二Ws

〜疗+2窃］+2"C

L接收端

显然，Ws越大，信道利用率越高。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链59

依据信道利用率进行窗口尺寸的选择

优化原则：

发送端收到窗口中第一个已发数据帧的确认时，正

好发完窗口中的最后一个数据帧。

Ws

由

Cr*r

l+2Td—

L

令Cr=100%

Ws^2Td—^-l

L

Ws大于上述选择，贝110=100%,但浪费缓冲区；

Ws小于上述选择，则Cr<100%,发送端需要等待应

答而使发送停顿。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链60

示例

例：卫星信道：

单程传输时延Td=250ms,

数据传输率。=50kb/s,

数据帧长度L=1000bit,

窗口尺寸Wy=2Trf—+1=2x0.25——^-+1=26

阉LIxlO3

例：若，Td=20ms,C=56kb/s,Ws=8,L=?

2Tde2x0.02x56x1()3

数据帧长度L=«320(bit)

Ws-18-1

在已知条件不变的情况下，设置L=160bit,信道利

用率如何？

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链61

ARQ协议、连续ARQ协议的窗口尺寸

ARQ协议：

发送窗口胭=1,接收窗口防=1

连续ARQ协议：

•回退N帧ARQ协议：

发送窗口册＞1,接收窗口防二1。

・选择重发连续ARQ协议：

发送窗口册＞1,接收窗口防〉1,且

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链62

3.5数据链路层示例

分类:

「异步型(等待式协议)

数据链路层协议1「面向字符(BSC,ARPADLC)

。同步型<面向字节计数(DDCMP)

I面向比特(HDLC,SDLC,

ADCCP,LAPB,…)

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链63

高级数据链路控制HDLC

1976年，ISO提出HDLC(High-levelDataLinkControl)

适用范围:

计算机一计算机、计算机一终端、终端一终端

三种类型的站：

主站：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）；

次站：主要功能是接收命令，发送响应，配合主站完

成链路的控制；

复合站：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。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链64

HDLC的链路构型

非平衡配置（主从配置）

主站控制整个链路工作。主站发出的帧叫命令；从

站发出的帧叫响应。

适合把智能和半智能的终端连接到计算机。

>

主站~―1口从站

—FJ<------响应

占一占式

/Itt/lit>-v

主站f|命令A|~~>|命令B|_>|命令C|~~>

从站A从站B从站C

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链65

HDLC的链路构型

平衡配置

复合站具有主站和从站的功能。地位平等。

适合于计算机和计算机之间的连接

命响应>

复合站A复合站B

命令/响应

»不支持多点平衡配置。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链66

HDLC的基本操作模式

A正常响应模式NRM:

适用于非平衡构型。只有当从站得到主站的许可

（主站向从站发出探询）后，从站才能发起一次一帧

或多帧数据的传输响应。

»异步响应模式ARM:

适用于点—点式非平衡构型。从站不必等待主站

的许可，就可发起一次传输。但主站和从站的地位不

变。

»异步平衡模式ABM:

适用于复合站的平衡构型。双方具有同等能力，

任何一个复合站可随时传输帧。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链67

HDLC的帧的类型

＞信息帧（I帧）

用来传输用户数据;

帧标志地址控制数据帧校验帧标志

＞监控帧（S帧）

用来传输控制信息（如流量和差错控制信息）；

帧标志地址控制帧校验帧标志

＞无序号帧（U帧）

用来传输网络管理信息;

帧标志地址控制管理信息帧校验帧标志

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链68

HDLC的帧结构

bit88/168可变16/328

帧标志地址控制数据帧校验帧标志

帧标志（Flag）

定界符为01111110=7EH（零比特填充法）。

地址域（Address）

A主站发出的帧为目的地址，即表示命令帧；

A从站发出的帧为源地址，即表示响应帧；

A有效地址为254个（通常为8位，可扩展到16位）

■全1的8位地址表示广播（所有次站接收）；

■全0的8位地址是无效地址。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链69

HDLC的帧结构

bit88/168可变16/328

帧标志地址控制数据帧校验帧标志

校验区间,

透明传输区间

/____________________________________

数据域（Data）

»任意比特串或字符串（有上限）

校验和（Checksum）

»循环冗余校验（CRC），生成多项式：

■CRC-CCITTG（x）=x16+x12+x5+l

■或G（x）=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+

x8+x7+x5+x4+x2+x+1

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链70

HDLC帧的控制域

控制域(Control)

标识帧的类型和功能，使对方站执行特定的操作。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链71

HDLC帧的控制域一信息帧

bit1313

信息帧0N(s)P/FN(R)

N(s)-发送序号

表示当前发送的信息帧的序号，使用滑动窗口技

术，3位序号，发送窗口册=7;

N(r)-接收序号(确认序号)

表示本站期望收到的帧的发送序号，而不是最后

一个已收到的帧序号；

它具有捎带确认功能。

陈家琪计算机网络与信息安全-第3章数据链72

复合站A复合站B

ftHDLC帧的捎带确认-BI

1信息帧U

标志A0F=00数据CRC才不志

目的站地址本帧序号心』J.一

信心、帧

标志CRC数据1F=00B标志

捎带确认本帧序号目的站地址

信息帧

标志A1F=01数据CRC才不志

本帧序号捎带确认

信息帧

标志CRC