第4章数据链路控制.

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式第四章数据链路控制数据链路层定义和功能差错控制流量控制常用的数据链路层协议单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式为什么要设计数据链路层？在原始的物理传输线路上传输数据信号是有差错的，存在一定的误码率；设计数据链路层的目的就是如何在有差错的线路上，进行无差错传输。向网络层提供高质量的服务。从网络参考来看，物理层之上的各层都有改善数据传输质量的要求，数据链路层是重要的一层。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式4.1定义和功能要解决的问题：如何在有差错的线路上，进行无差错传输。ISO关于数据链路层的定义：数据链路层的目的是为了提供功能上和规程上的方法，以便建立、维护和释放网络实体间的数据链路。数据链路：从数据发送点到数据接收点（点到点pointtopoint）所经过的传输途径。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式虚拟数据通路，实际数据通路单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式分组和帧的关系单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式二、数据链路层基本功能数据链路控制规程为使数据能迅速、正确、有效地从发送点到达接收点所采用的控制方式。数据链路层协议应提供的最基本功能：数据在数据链路上的正常传输（建立、维护和释放）帧定界（帧同步）差错控制流量控制寻址单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式数据链路层协议的位置帧分组帧分组单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式数据链路连接数据链路层为网络层提供三种基本服务：无确认无连接服务由上层完成差错控制，适合于误码率低、实时性要求高的场合，如大部分有线局域网。有确认无连接服务进行简单的差错控制。适用于不可靠的信道，如无线网。面向连接确认服务在发送前需要建立连接，保证了帧的正确按序传输，适合于可靠性要求较高的场合。适合于大多数广域网。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式应答方式正向应答:只对正确的信息应答。负向应答:只对错误的信息应答。双向应答:既对正确的信息应答，也对错误的信息应答。问题1：在数据链路层，最常采用哪种应答方式？问题2：在数据传输过程中，数据会出现哪些情况？单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式正向应答工作方式A0D0D1A1D0D0A0D1A1D1启动计时器计时器超时启动计时器计时器超时D0A0D1A1D1A1(1)正常的数据传送（2）数据帧丢失及出错（3）应答帧丢失单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式4.2成帧（Framing）将比特流分成离散的帧，并计算每个帧的校验和。成帧方法：1）字符计数法在帧头中用一个域来表示整个帧的字符个数缺点：若计数出错，对本帧和后面的帧有影响。因此很少采用。555343224521355单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成帧（2）2）带字符填充的首尾字符定界法用DLESTX标示帧的开始用DLEETX标示帧的结束用DLEDLE标示传送数据信息中的DLE例如：信息DLESTXADLEBDLEETX在网络中传送时表示为：DLESTXDLEDLESTXADLEDLEBDLEDLEETXDLEETX缺点：局限于8位字符和ASCII字符传送，也不被普遍采用。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成帧（3）3）带位填充的首尾标记定界法帧的起始和结束都用一个特殊的位串“01111110”，称为标记(flag)“0”比特插入删除技术，在传送的数据信息中每遇到5个连续的1在其后加0例如：0110111111011111001在网络中传送时表示为：01111110011011111010111110001011111104）物理层编码违例法只适用于物理层编码有冗余的网络，如曼彻斯特编码注意：在很多数据链路协议中，使用字符计数法和一种其它方法的组合。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式4.3差错控制差错出现的特点：随机，连续突发（burst）差错产生的原因信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变；信号反射；串扰；闪电、大功率电机的启停等。出错情况帧（包括发送帧和响应帧）出错帧（包括发送帧和响应帧）丢失单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式差错控制的目的保证帧正确，按序送交上层。在接收方能够判断接收的数据是否正确，若错误还可能要恢复错误。差错控制的方法自动纠错机制检错反馈重发机制差错控制的方法单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式纠错码和检错码码字codeword一个帧包括m个数据位，r个校验位，称为n位码字（n=m+r）。纠错码error-correctingcode加入了足够多的冗余位，使接收方不仅知道有差错发生，并知道哪些位发生差错。检错码error-detectingcode加入了冗余位，使接收方知道有差错发生，但不知道什么差错，然后请求重发。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式海明定理海明距离两个编码的海明距离：两个编码不相同位的个数。编码方案的海明距离：编码方案中任两个编码海明距离的最小值。例：0000000000与0000011111的海明距离为5海明定理为检测d位错，编码方案的海明距离应至少为d+1；当发生d位错时，不会由一种合法编码变为另一种合法编码。为纠正d位错，编码方案的海明距离应至少为2d+1；当发生d位错时，出错编码仍然最接近于原始的正确编码。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式差错码举例奇偶校验码在数据后填加一个奇偶位（paritybit）例：使用偶校验（“1”的个数为偶数）10110101——10110101110110001——101100010若接收方收到的字节奇偶结果不正确，就可以知道传输中发生了错误。增加奇偶校验位后海明距离由1变为2，因此可以检查出一位二进制位的差错单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式循环冗余码(CRC)循环冗余码（CRC码，多项式编码）110001，表示成多项式x5+x4+1生成多项式G(x)发方、收方事前约定；生成多项式的高位和低位必须为1生成多项式必须比传输信息对应的多项式短。CRC校验基本思想：CRC码（即校验和）加在帧尾，使带CRC码的帧的多项式能被G(x)除尽；接收方接收时，用G(x)去除它，若有余数，则传输出错。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式设G(x)为r阶，在帧的末尾加r个0，使帧为m+r位，相应多项式为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（等于或小于r位），结果就是要传送的带校验和的多项式T(x)。]G(x)MOD2M(x)x[M(x)xT(x)rrCRC码计算算法单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式CRC的检错能力发送：T(x)；接收：T(x)+E(x)；余数((T(x)+E(x))/G(x))=0+余数(E(x)/G(x))若余数(E(x)/G(x))=0，则差错不能发现；否则，可以发现。四个多项式已成为国际标准CRC-12=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16=x16+x15+x2+1CRC-CCITT=x16+x12+x5+1CRC-32=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1硬件实现CRC校验。循环冗余校验法CRC码计算算法单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式检验和(checksum)算法检验字段初值置0；数据拆分成与检验字段等长的分片，不足部分补0；将所有分片逐位取反，并连续累加，丢弃最高进位；计算结果置入检验字段；接收段执行相同的过程，并将计算结果和传输过来的检验和进行比较以决定数据是否出现差错；适用于高层协议，如IP、TCP、UDP等；单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式检验和算法举例待传输数据为：10010100,01110110,1100计算过程~(10010100)+~(01110110)=1111010011110100+~(11000000)=00110011带检验和的传输数据是10010100,01110110,110000110011单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式4.4流量控制帧AP1缓存发送方AP2缓存接收方数据链路高层数据链路主机A主机B层单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式假设单工传输发送方无休止工作（要发送的信息无限多）；接收方无休止工作（缓冲区无限大）；发送数据的速率低于接收数据的速率；通信线路（信道）不损坏或丢失信息帧（无错）。工作过程发送程序取数据，构成帧，发送帧；接收程序等待，接收帧，送数据给高层。单工停等协议（理想情况）单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式DATADATADATA时间送主机B送主机B送主机BBADATA送主机B送主机BBADATA（b）（a）（a）简单停等协议；（b）带流量控制停等协议单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式增加约束条件：接收方不能无休止接收。例如：缓冲区数量有限，接收速率比发送速率低等。解决办法：接收方每收到一个帧，给发送方回送应答。发送方收到应答前不发送后续帧。工作过程发送程序取数据，成帧，发送帧，等待应答帧；接收程序等待，接收帧，数据送高层，发送应答帧。单工停等协议（无错情况）单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式时间送主机BA(a)正常情况DATA0DATA1ACKACK送主机BA(b)数据帧出错DATA0DATA0NAKACK送主机出错BA(c)数据帧丢失DATA0DATA0ACK送主机丢失重传超时BA(d)确认帧丢失DATA0DATA0ACK重传超时ACK丢失送主机丢弃数据帧在链路上传输的可能情况单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式增加约束条件：信道有差错，信息帧可能损坏或丢失。解决方法常使用正向应答+重发机制来解决差错控制。数据序号采用循环序号机制。应答帧的两种方式：单帧应答：应答序号为某一个正确帧的序号成批应答：应答序号为下一个期望接收的序号通常采用附载应答方式：将数据帧携带应答信息的通信方式称为附载应答。可以把应答帧的序号加在信息帧中一并发送，以提高效率。单工停等协议（有错情况）单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式网络层取数，成帧发送帧帧到否应答到否超时否重复否正确否接收帧，送网络层发应答发送帧应答帧YNYNYNNY定时器丢弃丢弃NY有噪声信道的单工停等协议示意图单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式BADATAACKDATA传播时延tp传播时延tp处理时延处理时延tpr确认帧发送时间tatpr时间连续成功发送数据帧之间的最小时间间隔tT数据帧发送时间tf重传时间tout