工业通信与网络技术.ppt

1、工业通信与网络技术,差错控制、流量控制和高级数据链路控制,数据链路控制协议 流量控制 调整数据流，防止缓存溢出 差错检测 差错控制 对损坏帧重传,数据链路层功能,向网络层提供服务接口 组帧、帧同步 差错控制：纠正传输比特差错 流量控制：调节数据流量 发送站发送帧的速度=接受站接纳这些帧的速度 寻址 多点线路，指明站点身份 链路支持自身的控制：控制信息和数据在同一链路上 链路管理：管理数据交换的初始化、维持以及终止等工作,1.流量控制,确保发送实体发送的数据不会超出接收实体接收数据能力的一种技术 防止缓存溢出 传输时间Transmission time 一个帧的所有比特送到媒体上所花的时间 传播

2、时间Propagation time 一个比特经过链路从源点到终点所花的时间,帧传输模型,传播时延,传输时延,传输时间（传输时延） tframe 将一帧所有比特发送到传输媒体所花的时间 与帧的长度成正比 传输时间 = L / R L=以比特为单位的帧长度 传播时间(传播时延) tprop 一个比特通过链路的时间 传播时间 = d / V d=以米为单位的链路距离 V=以m/s 为单位的传播速度,传输时间与传播时间,1.1 停止等待流量控制,源实体传输一个帧 目的实体收到帧并发送确认 下个帧发送前等待确认 目的实体可以通过不发送确认而停止数据流 如果一个报文通过少量但比较长的帧来发送，那么这个过

3、程很难再完善。 在一个报文使用多个帧传送时，停止等待过程显得不太合适，因为一次只能够传送一个帧。,Frame,Ack,Src,Destn,Src,Destn,传播时延 传输时延,传输时延 传播时延,大数据块分割成小数据块,缓存空间限制 及早发现传输错误 差错发生，重传的数据量也少 阻止一个站点长时间占用传输媒体,停止等待方式的链路利用率,链路的比特长度：当比特流完全占满整个链路时，链路上的比特数量 B= R(d/v)R:bps; d:m 非导向媒体：v=3x108 m/s 导向媒体： v=2x108 m/s 传送数据的总时间 T=nTF =n(tframe+ 2tprop) TF=tprop+

4、 tframe+ tproc+ tprop+ tack+ tproc 线路利用率或者效率 U=ntframe/n(tframe+2tprop)=tframe/(tframe+2tprop)=1/(1+2a) a= tprop/tframe 传输时间归一化 传播时延表示为变量 a,a的另一个表达式 当 a1时, 皆有: 总时间T=1+2a U=1/(1+2a) 例1: 求 ATM的链路利用率 L=424bits, d=1000km, R=155.52Mbps 例2:求LAN的链路利用率 L=1000bits, d=0.1km10km, R=10Mbps1Gbps 例3:求拨号数据链路利用率 L=

5、1000bits, d=5000km, R=56Kbps,1.2 滑动窗口流量控制,允许多个帧传送 接收器分配W个帧的缓存 发送器可以在没有确认的情况下发送W个帧 每个帧都有序号标识 ACK 包括下个希望接收的帧序号 序号大小是受限的 K比特长的字段，模编号为 2k，窗口大小为2k -1,发送方滑动窗口,当发送出数据时，滑动窗口从左边开始收缩； 当收到确认时，滑动窗口向右扩展,接收方滑动窗口,当接收到数据时，滑动窗口从左边开始收缩； 当发送确认时，滑动窗口向右扩展,滑动窗口例1：,序号字段3比特，窗口大小 7,例2：,滑动窗口的改进,接收方可以通过不允许继续发送(Receive Not Rea

6、dy) 来对帧进行确认 站点必须发送一个正常的确认帧来重新启动滑动窗口 如双向发送，使用 piggybacking (捎带确认) 数据帧：帧序号、确认序号 如果无数据发送，使用确认帧 如果只送数据而不需发送确认，则重送上一个确认编号,2.差错控制,检测和纠正帧传输过程中出现的差错 丢失的帧 损坏的帧 差错控制技术： 差错检测 肯定确认 超时重传 否认与重传,ARQ ( Automatic Repeat Request ) 自动重传请求,停止等待 ARQ（stop-and-wait ARQ） 返回 N ARQ（go-back-N ARQ） 选择拒绝 ARQ（selective-reject AR

7、Q）,2.1停止等待ARQ,源点发送一个帧 等待 ACK 收到损坏的帧，丢弃它 发送器超时 没有收到确认, 重传 确认损坏，发送器无法辨认 重传 接收到两个互为副本的帧 使用 ACK0 和 ACK1,发送方保留帧的副本,停止等待ARQ 优势和不足,简单 低效率,2.2返回 N ARQ,基于滑动窗口流量控制 没有收到确认帧的最大数目取决于窗口大小 无差错，终点肯定确认接收到的帧 有差错，发送一个否认 放弃这个帧及之后的所有帧 发送器必须重传有差错的帧及后面所有的帧,返回N ARQ：损坏的帧,接收器检测到第i个帧出错 发送否认i 发送器得到否认i 发送器重传帧i以及 后面所有的帧,Frame,RR

8、,Src,Destn,Damaged,REJ,Retransmit,i,i,i+3,Back,返回N ARQ：丢失的帧（1）,帧i丢失 发送器发送i1 接收器收到i1发现次序不对 发送一个拒绝i 发送器重新回到帧i并重传,Frame,RR,Destn,Damaged,REJ,Retransmit,Src,返回N ARQ：丢失的帧（2）,帧 i 丢失并且没有发送 接收器没接受到任何帧并且不返回RR或REJ 发送器超时，传输一个RR帧，包含一个被置为1的P比特的比特 接收器将这个比特解释为命令，该命令要求接收器发送一个RR响应，表明自己希望接受到下个帧，即帧i 发送器重传帧i,返回N ARQ：损坏

9、的RR,接收器收到 i 并发送RR (i+1) ，它在传输中丢失 确认是累积的, 下一个RR (i+n) 可能在帧 i 超时前到达 发送器超时，传输一个RR，并设置一个P比特计时器 在启动复位过程 前这个过程将重复数次,发送器发送新的RR，启动P比特计时器,返回N ARQ：损坏的REJ,如同前面的损坏的帧,返回N ARQ,超时,2.3 选择拒绝 ARQ（1）,也叫选择重传 只有拒绝的帧或超时的帧被重传 重传帧的数量降低到了最小 接收器必须维护一个足够大的缓存，以便保存拒绝帧后收到的帧 发送方也需要具有能够发送失序帧的更为复杂的逻辑,选择拒绝 ARQ（2）,接受者 缓存,接受窗口滑动到可接受帧7

10、，0，1，2，3，4，5,B认为丢失的是帧7，接受到的是新的帧0,累计确认,3.高级数据链路控制（HDLC） 3.1基本特点,站点类型,主站 控制链路操作 发出的帧称为命令 为链路上的每个从站维护独立的逻辑链路 从站 主站的控制下操作 发出的帧称为响应 混合站 发出的帧可以是命令或者是响应,链路设置,非平衡设置 一个主站和一个或多个从站 支持全双工或半双工传输 平衡设置 两个混合站组成 支持全双工或半双工传输,数据传送方式,正常响应方式 (NRM) 非平衡设置 主站初始化到从站的数据传送 从站通过传输数据来响应主站的命令 用于多点线路 多个终端连接到一个主计算机上 终端作为从站,异步平衡方式(

11、ABM) 平衡设置 两个混合站都能够初始化数据传输，不需要得到许可 使用最广泛 没有用于轮询的额外开销,异步响应方式(ARM) 非平衡设置 主站没有明确允许，从站能够初始化传输 主站对线路全权负责 ARM很少被使用,3.2帧结构,同步传输 所有传输以帧的形式 独立的帧格式能够完全满足各种类型的数据和控制交换 帧格式,标志字段,在帧的两端起定界作用 01111110模式 一个帧的结束标志，也是起始标志 接收方搜索标志序列用于帧起始同步 比特填充用于避免和包含 011111（0）10的数据混淆 出现5个1插入一个附加0 有5个1的模式出现，检查下个比特 如果是0，则删除 如果是1且第7个比特是0，

12、组合被认为是标志字段 如果后面两个比特都是1, 发送方指明异常中止,比特填充,一个帧被分成两个帧,两个帧合并成一个帧,地址字段,标识了传输该帧或准备接收这个帧的从站 通常为8比特 可以使用扩展格式，长度是7比特的倍数 每个八位组的最低位是1或0取决于它是不是字段的最后一个八位组 八位组地址11111111，让主站广播帧，所有从站都能接收到,控制字段,不同帧类型的帧不同 帧类型有: 信息帧 向用户传输的数据 在信息帧中捎带了流量控制和差错控制数据 监控帧 未使用捎带时提供了ARQ机制 无编号帧 提供增补的链路控制 字段中前一位或两位用做帧类型的标识,控制字段格式,轮询/结束比特,应用与环境有关 命令帧 P 比特 1 是向对等实体请求（轮询）响应帧 响应帧 F 比特 1 表示发送的响应帧是一个请求命令的结果,信息字段,只有信息帧和无编号帧 必须有整数个八位组成 长度可变,FCS,帧检验序列 差错检测码 16比特的 CRC 32比特的 CRC,HDLC的操作