第6章数据链路层.ppt

1、第6章数据链路层、流量控制停止等待协议连续ARQ协议错误控制奇偶校验和循环冗余校验示例高级数据链路控制协议DHLC滑动/购买力平价协议、应用层、传输层、网络层、互联网、数据链路层、数据链路层在信息传输中的地位、应用层、传输层、网络层、发送端、接收端主机不同发送速率的设备如何同步？当通过通信线路传输的数据有错误时，如何检查？一个节点如何向下一个相邻节点传输数据？如何控制通信链路上传输的数据流？6.1简介、基本概念、物理链路、数据链路在数据链路层，点对点物理线路称为物理链路(简称链路)，物理链路加上通信协议或协议形成数据链路。由数据链路层形成的协议数据单元称为帧。数据链路层的主要功能是流量控制、链

2、路管理、指定传输数据的格式、帧封装和解包、错误控制、帧定界和寻址以及6.2流量控制。原理：发送方的数据传输速率由接收方控制，实现流量控制。也称为ARQ(自动重复请求)协议。6.2.1停止等待协议、发送方、接收方、数据、确认消息、下一个数据、使用ARQ协议时可能存在的几个问题、数据帧丢失、确认帧确认丢失、数据帧错误、问题解决方法、数据帧丢失、确认帧确认丢失、数据帧错误、超时重传、缓冲区、超时时钟等。首先，在接收到错误的数据帧后，接收方简单地丢弃它，等待发送方随时间的推移重新发送。停止等待协议的缺陷。问题：一次只发送一个数据帧，在发送下一个数据帧之前，等待接收方的确认。缺点：由于一次只能发送一个数

3、据帧，所以长时间处于空等待状态，通信效率很低。如何改进？连续ARQ协议，6.2.2连续ARQ协议，基本思想：发送一个数据帧后，要求发送方不要停止并等待接收方的确认，而是继续发送几个后续的数据帧；如果此时收到接收端发送的确认帧，则后续数据帧可以连续发送。这是连续的ARQ协议。结果：由于发送端减少了等待时间，提高了通信吞吐量。连续ARQ协议中涉及的特殊问题和解决方案、超时重传、设置多个定时器、重传队列、流量控制、传输窗口、接收窗口、协调、重复帧、帧序列号、连续ARQ协议的传输窗口大小的确定、要重传的数据帧多、负担重和传输窗口太大引起的问题、重传队列占用太多的存储资源，如果传输序列号的数量太大，系统

4、通信开销会很大。作为连续ARQ协议传输窗口的例子，假设传输帧序列号由3比特编码，即，传输序列号从0到7；假设发送窗口大小WT=5，即发送方可以同时发送多达5帧数据。为了提高通信效率，连续ARQ协议规定，接收机不需要在每次接收数据帧时都发送确认，而是在连续接收几个数据帧后，只能发送一个确认帧进行确认。ACKn表示接收端已正确接收到n-1数据帧，并希望发送端下次从n-1数据帧开始发送。例如，ACK5号确认帧表示4号之前的每个数据帧都已被正确接收，接收端希望发送端下次从5号数据帧开始发送。采用捎带技术，确认帧的发送方式，专门形成确认帧，以及连续ARQ协议的接收窗口机制，其功能：接收窗口WR用于控制接

5、收端接收数据帧。连续ARQ协议：接收窗口WR的大小设置为1。接收过程中接收窗口的变化，以及连续发送几个数据帧，中间某一帧出错或丢失时的处理方法，如：连续发送四个数据帧1、2、3、4；接收器正确接收了数据帧1、3和4，但没有正确接收数据帧2(可能丢失或错误)。处理方法、回退机制、回退ARQ协议、选择性重传、选择性重传ARQ协议、6.3错误控制、方法：向发送的数据添加冗余信息(即冗余码，也称为校验码)。生成校验码的常用方法，CRC校验，奇偶校验，校验和，发送的数据，校验码，发送的数据，6.3.1奇偶校验，定义：奇偶校验是在发送的数据后添加一个奇偶校验位“0”或“1”，以确保发送的数据中“1”的个数

6、和奇偶校验位分别为奇数或偶数(分别对应于奇数校验和偶数校验)。因为当检查数据中的偶数个“1”同时变为“0”或相反变化时，其奇偶校验特性不会改变。功能：简单，易于实现，常用于有限传输数据位的情况。6.3.2校验和也是一种简单易实现的检查方法，在互联网上的TCP、UDP、IP等协议中采用。循环冗余校验(CRC :)是一种用于错误校验的冗余码，通常称为循环冗余码。该校验码通常占用12、16或32位。6.3.3循环冗余校验，如内存中的数据校验。原理：循环冗余校验中校验码的产生基于模2运算，即两个不同二进制位的和或差为1，而两个相同二进制位的和或差为0。6.3.3循环冗余校验和循环冗余校验码的生成。假设

7、要传输的数据D是N位二进制数，Dn-1Dn-2D1D0，表示为多项式m (x)，M(x)=Dn-1Xn-1Dn-2xn-2D 1 d1d0x 0，将要传输的数据D左移K位，得到多项式M。保存要获得的K位校验码，将多项式M(x)xk除以生成多项式G(x)，并将余数用作校验码。G(x)必须是k次多项式。根据循环冗余校验的原理，m (x) xk=g (x) q (x) r (x)，m (x) xk r (x)如果发生错误，剩余的数不得为0。G(x)是一个特殊功能，6.4高级数据链路控制协议HDLC。1974年，IBM引入了面向比特的数据链路层程序SDLC，在6.4.1中进行了总结。国际标准化组织被修

8、改为HDLC，国际电信联盟被修改为连接接入程序和平衡接入程序。HDLC定义了三个站点、两个链路结构和三种数据传输模式。站类型、主站、从站、复合站、链路结构、不平衡结构、平衡结构、数据传输模式、正常响应模式NRM(正常响应模式)、异步响应模式ARM(异步响应模式)、异步平衡模式ABM(异步平衡模式)、6.4.2 HDLC帧结构、帧同步：HDLC:特殊标志字符是标志字段F(Flag)，即二进制数0111110。问题：为了保证f的唯一性。解决方法：在发送数据之前，先用硬件扫描数据。如果有五个连续的“1”，在后面填写一个“0”。处理后，将数据打包到一个框架中。HDLC帧结构，HDLC帧结构的每个字段标

9、识帧的开始，标识帧的结束，HDLC帧结构的每个字段占用8位，用于给出站点地址。HDLC帧结构的每个字段长度不定，表示要传输的数据。HDLC帧结构的每个字段，总共16位，使用CRC校验；验证对象包括三个字段：地址、控制和信息。HDLC帧结构的每个字段占用8位，用于完成HDLC协议的控制功能。HDLC有三种帧：信息帧1、监督帧2和无编号帧3，它们由控制字段的前两位决定。控制字段的第一位是0。N(S)是传输序列号，表示当前传输的信息帧的序列号；N(R)是接收序列号，表示站希望接收的下一个信息帧的序列号。“投票/最终”是查询/终止标志；当P位被设置为有效时，要求另一方立即发送响应；当f设置为有效时，表

10、示数据已经发送。控制字段的第一位和第二位是10。根据字段s (2位)，有四种监控帧。右后帧：S=00，表示接收准备就绪；通常作为确认帧。RNR帧：S=10，表示接收尚未就绪。REJ帧：S=01，表示拒绝。SREJ帧：S=11，表示选择被拒绝。未编号的帧：第一位和第二位是11。该帧没有N(S)和N(R)字段。其功能由M字段标识，M字段占用5位，有32个组合，但只定义了15个组合，主要起控制作用，如设置响应模式、建立数据链路、拆除数据链路等。6.4.3 HDLC信息交换过程，建立数据链路，释放数据链路，传输数据，HDLC协议进行数据传输分为三个阶段：6.5 SLIP/PPP协议，互联网接入模式，专

11、线接入，电话线接入，SLIP/PPP协议，介绍1984年，互联网开始使用面向字符的数据链路层协议，它没有错误检测和控制功能，不能动态指定IP地址。它只支持IP协议，不支持其他网络层协议，不支持用户身份认证，不能保证通信安全。6.5.1单点登录协议，1992年，因特网工程任务组建立了点对点协议。点对点协议具有错误检测功能，支持各种网络层协议和用户认证，允许在建立连接时动态协商链路选项和网络层协议、6.5.2 PPP协议、6.5.2 PPP协议和PPP功能。(1)定义了封装网络层协议数据单元(如IP数据报)的方法，即指定了采用的帧格式。(2)数据链路控制协议被定义为建立、释放、配置、测试和维护数据

12、链路。(3)定义了网络控制协议(NCP)，用于协商网络层选项，使PPP支持不同的网络层协议，如IP、DECnet、Apple Talk等。PPP帧格式，PPP帧格式，占用1个字节，值为01111110，标记帧的开始和结束，用于帧同步。PPP的帧格式占用1个字节，其值为11111111，这意味着所有电台都接收它(即广播模式)。PPP的帧格式占用1个字节，值为00000011，与DHLC帧中的控制字段相同，用于定义帧类型。默认情况下，PPP使用未编号的帧。PPP的帧格式占用1到2个字节，用于解释封装在数据帧中的数据的来源(无论是NCP、LCP还是IP数据报等)。)。PPP的帧格式为可变长度，默认最

13、大长度为1500字节，用于存储要传输的数据或控制信息(如NCP数据包)。请注意，PPP不使用确认机制。(1)如果实现可靠的数据链路层协议，开销将会增加；当数据链路层几乎没有错误时，使用简单的PPP协议是合理的。(2)在互联网环境中，IP数据报被封装和传输。即使数据链路层能够可靠地传输，网络层仍然不能保证传输的可靠性(因为IP提供尽力服务)，所以即使数据链路层提供可靠的传输功能，它也可能是冗余的。(3)购买力平价帧有检查字段。PPP协议根据校验域进行校验，如果发现数据帧有错误，则丢弃该数据帧，这样可以保证无错传输。链路控制协议LCP用于建立、测试和拆除数据链路，并协商链路选项。LCP协议提供三种

14、帧：链路建立帧，用于建立和配置链路。链路终止帧：用于取消和释放链路。链接维护框架：用于管理和维护链接。上述功能可以通过上述三帧LCP协议实现。网络控制协议NCP用于配置要使用的网络层协议。不同的网络层协议对应不同的网络控制点。例如，完成IP协议配置的网络控制点是IPCP协议，它可以动态地为IP主机分配一个IP地址。注意：只有在建立了PPP链路后，才能使用网络控制协议来协商网络层参数。PPP中有两种认证协议：口令认证协议，在使用网络之前，要验证用户的身份，确定其合法性。系统通过认证并确认安全后，建立连接；否则，终止连接。以PC机通过普通电话线接入互联网为例，介绍了PPP的认证过程和PPP协议的工作过程。1.客户端通过拨号连接到互联网服务提供商的调制解调器，互联网服务提供商的路由器在确认后与客户端建立物理连接；2.用户终端和路由器相互发送一些LCP数据包，协商