第4章：數(shù)據(jù)鏈路層

1、12本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求： 了解：數(shù)據(jù)傳輸過程中了解：數(shù)據(jù)傳輸過程中差錯產(chǎn)生的原因與性質(zhì)。差錯產(chǎn)生的原因與性質(zhì)。 掌握：誤碼率的定義與差錯控制方法。掌握：誤碼率的定義與差錯控制方法。 掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念。掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念。 了解了解：面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實例：面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實例BSC。 掌握：面向比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實例掌握：面向比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實例 HDLC。 掌握：掌握：Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。中的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。34.1 差錯產(chǎn)生與差錯控制方法差錯產(chǎn)生與差錯控制方法4.1.1 為什么要設(shè)計數(shù)據(jù)鏈路層為什么要設(shè)計數(shù)據(jù)鏈路層 在原始物理傳輸

2、線路上傳輸數(shù)據(jù)信號是有差錯的；在原始物理傳輸線路上傳輸數(shù)據(jù)信號是有差錯的； 設(shè)計數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的：設(shè)計數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的： 將有差錯的物理線路改進(jìn)成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路；將有差錯的物理線路改進(jìn)成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路； 方法方法 差錯檢測差錯檢測 差錯控制差錯控制 流量控制流量控制 作用：改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的服務(wù)。作用：改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的服務(wù)。44.1.2 差錯產(chǎn)生的原因和差錯類型差錯產(chǎn)生的原因和差錯類型 傳輸差錯傳輸差錯 通過通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)通過通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù) 不一致的現(xiàn)象不一致的現(xiàn)象; 差錯控制差錯控制 檢查是否出現(xiàn)差錯以及如

3、何糾正差錯；檢查是否出現(xiàn)差錯以及如何糾正差錯； 通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲；通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲； 由熱噪聲引起的差錯是隨機(jī)差錯，或隨機(jī)錯；由熱噪聲引起的差錯是隨機(jī)差錯，或隨機(jī)錯； 沖擊噪聲引起的差錯是突發(fā)差錯，或突發(fā)錯；沖擊噪聲引起的差錯是突發(fā)差錯，或突發(fā)錯； 引起突發(fā)差錯的位長稱為突發(fā)長度；引起突發(fā)差錯的位長稱為突發(fā)長度； 在通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯，是由隨機(jī)差錯與突發(fā)在通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯，是由隨機(jī)差錯與突發(fā)差錯共同構(gòu)成的。差錯共同構(gòu)成的。5傳輸差錯傳輸差錯產(chǎn)生過程產(chǎn)生過程信源通信信道信宿數(shù)據(jù)噪聲數(shù)據(jù)+噪聲(a)0011001111000111110

4、00011000100010110011001010傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號波形噪聲數(shù)據(jù)信號與噪聲信號疊加后的波形采樣時間接收數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)出錯的位(b)6 4.1.3 誤碼率的定義誤碼率的定義誤碼率定義誤碼率定義： 二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，它在數(shù)值上近似等于：它在數(shù)值上近似等于： Pe = Ne/N其中，其中，N為傳輸?shù)亩M(jìn)制比特總數(shù)；為傳輸?shù)亩M(jìn)制比特總數(shù)； Ne為被傳錯的比特數(shù)。為被傳錯的比特數(shù)。7討論討論 誤碼率應(yīng)該是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)誤碼率應(yīng)該是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下下傳輸可傳輸可靠性的參數(shù)；靠性的參數(shù)； 對于一個實際的

5、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越對于一個實際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好，要根據(jù)實際傳輸要求提出誤碼率要求；低越好，要根據(jù)實際傳輸要求提出誤碼率要求； 對于實際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M(jìn)制比特，對于實際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M(jìn)制比特，要折合成二進(jìn)制比特來計算；要折合成二進(jìn)制比特來計算； 差錯的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，在實際測量一個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)差錯的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，在實際測量一個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時，只有被測量的傳輸二進(jìn)制比特數(shù)越大，才會越接近時，只有被測量的傳輸二進(jìn)制比特數(shù)越大，才會越接近于真正的誤碼率值。于真正的誤碼率值。 84.1.4 檢錯碼與糾錯碼檢錯碼與糾錯碼 糾錯碼糾

6、錯碼： 每個傳輸?shù)姆纸M帶上足夠的冗余信息；每個傳輸?shù)姆纸M帶上足夠的冗余信息； 接收端能發(fā)現(xiàn)并自動糾正傳輸差錯。接收端能發(fā)現(xiàn)并自動糾正傳輸差錯。 檢錯碼檢錯碼: : 分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯的冗余信息；分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯的冗余信息； 接收端能發(fā)現(xiàn)出錯，但不能確定哪一比特是錯的，并接收端能發(fā)現(xiàn)出錯，但不能確定哪一比特是錯的，并且自己不能糾正傳輸差錯。且自己不能糾正傳輸差錯。 9常用的檢錯碼常用的檢錯碼 奇偶校驗碼奇偶校驗碼 垂直奇（偶）校驗垂直奇（偶）校驗 水平奇（偶）校驗水平水平奇（偶）校驗水平 垂直奇（偶）校驗（方陣碼）垂直奇（偶）校驗（方陣碼） 循環(huán)冗余編碼循環(huán)冗余編碼CR

7、C 目前應(yīng)用最廣的檢錯碼編碼方法之一目前應(yīng)用最廣的檢錯碼編碼方法之一104.1.6 差錯控制機(jī)制差錯控制機(jī)制 反饋重發(fā)機(jī)制反饋重發(fā)機(jī)制 信源校驗碼編碼器存儲器發(fā)送裝置傳輸信道接收裝置發(fā)發(fā)送送端端校驗碼譯碼器接接收收端端信宿反饋信號控制器反饋信號控制器11反饋重發(fā)機(jī)制的分類反饋重發(fā)機(jī)制的分類 停止等待方式停止等待方式 接接收收端端發(fā)發(fā)送送端端ACKNAKACK1223122312連續(xù)工作方式連續(xù)工作方式 拉回方式拉回方式 選擇重發(fā)方式選擇重發(fā)方式 發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端ACK0ACK1NAKACK2ACK3(a)ACK0ACK1NAKACK2ACK6(b)ACK3ACK4ACK5丟棄丟棄重傳重

8、傳重傳重傳01234523456012345234560123452678901234526789發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端丟棄丟棄134.2 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念4.2.1 物理線路與數(shù)據(jù)鏈路物理線路與數(shù)據(jù)鏈路 線路線路 鏈路鏈路物理線路物理線路 數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路鏈路可以分為物理鏈路和邏輯鏈路。規(guī)程和協(xié)議同義。鏈路可以分為物理鏈路和邏輯鏈路。規(guī)程和協(xié)議同義。最重要的作用：通過一些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，在不太可靠的物理鏈路最重要的作用：通過一些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，在不太可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。144.2.2 數(shù)據(jù)鏈路控制數(shù)據(jù)鏈路控制 數(shù)據(jù)鏈路層的主要功

9、能：數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能： 鏈路管理鏈路管理 幀同步幀同步 流量控制流量控制 差錯控制差錯控制 幀的透明傳輸幀的透明傳輸 尋址尋址 將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 為實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路控制功能而為實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路控制功能而 制定的規(guī)程或協(xié)議。制定的規(guī)程或協(xié)議。154.2.3停止等待協(xié)議停止等待協(xié)議 停止等待協(xié)議是最簡單的基本數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。停止等待協(xié)議是最簡單的基本數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。 .2.3.1.2.3.1不需要數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸不需要數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸 兩個假設(shè)：兩個假設(shè)： . .鏈路是理想的傳輸通信，所有的任何數(shù)據(jù)鏈路是理想的傳輸通信，所有的任何

10、數(shù)據(jù)傳輸既不會出差錯也不會丟失。傳輸既不會出差錯也不會丟失。 . .發(fā)送方以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，接受方都發(fā)送方以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，接受方都來得及接受，并及時上交主機(jī)。來得及接受，并及時上交主機(jī)。 不可能實現(xiàn)不可能實現(xiàn)16.2.3.具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議層協(xié)議 假設(shè)還在成立假設(shè)還在成立 由接收方控制發(fā)送方的數(shù)據(jù)流，是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中流量由接收方控制發(fā)送方的數(shù)據(jù)流，是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中流量控制的一個基本方法?？刂频囊粋€基本方法。 具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的具體算法：具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的具體算法： 假設(shè)還在成立假設(shè)還在成立 在發(fā)送接點：在發(fā)送

11、接點：（）從主機(jī)取一個數(shù)據(jù)幀；（）從主機(jī)取一個數(shù)據(jù)幀；（）將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送緩存；（）將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送緩存；（）將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去；（）將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去；（）等待；（）等待；（）若接受到接收點發(fā)送來的信息，則從主機(jī)取一個（）若接受到接收點發(fā)送來的信息，則從主機(jī)取一個新的數(shù)據(jù)幀，然后轉(zhuǎn)到（新的數(shù)據(jù)幀，然后轉(zhuǎn)到（2 2）。）。17.2.3.具有最簡單流量控制的數(shù)具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議據(jù)鏈路層協(xié)議 在接收接點：在接收接點：（）等待；（）等待；（）若收到由發(fā)送接點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀，就（）若收到由發(fā)送接點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀，就將其放在數(shù)據(jù)鏈路層的

12、接收緩存；將其放在數(shù)據(jù)鏈路層的接收緩存；（）將接收緩存中的數(shù)據(jù)幀上交主機(jī)；（）將接收緩存中的數(shù)據(jù)幀上交主機(jī)；（）在發(fā)送接點發(fā)一信息，表示數(shù)據(jù)幀已經(jīng)上（）在發(fā)送接點發(fā)一信息，表示數(shù)據(jù)幀已經(jīng)上交給主機(jī)；交給主機(jī)；（）轉(zhuǎn)到（）轉(zhuǎn)到（1 1）；）； 不可能實現(xiàn)不可能實現(xiàn)18.2.3.實用的停止等待協(xié)議實用的停止等待協(xié)議 前面的兩個假設(shè)不在成立，及傳輸數(shù)據(jù)的信道前面的兩個假設(shè)不在成立，及傳輸數(shù)據(jù)的信道不能保證使所有的數(shù)據(jù)不產(chǎn)生錯誤，并且還需不能保證使所有的數(shù)據(jù)不產(chǎn)生錯誤，并且還需要對數(shù)據(jù)的發(fā)送端進(jìn)行流量控制。要對數(shù)據(jù)的發(fā)送端進(jìn)行流量控制。 不出錯誤的時候處理方法：確認(rèn)幀不出錯誤的時候處理方法：確認(rèn)幀(A

13、CK)(ACK)和否和否認(rèn)幀（認(rèn)幀（NCK)NCK) 錯誤的時候處理方法：在數(shù)據(jù)幀中加上了冗余錯誤的時候處理方法：在數(shù)據(jù)幀中加上了冗余檢驗檢驗(CRC)(CRC)，并重發(fā)。，并重發(fā)。 超時計時器：超時計時器： 重復(fù)幀重復(fù)幀: :194.3連續(xù)連續(xù)ARQ協(xié)議協(xié)議 4.3.14.3.1連續(xù)連續(xù)ARQARQ協(xié)議的工作原理：要點是在發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀協(xié)議的工作原理：要點是在發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后，不是停下來等待確認(rèn)幀，而是可以連續(xù)再發(fā)送若干數(shù)據(jù)后，不是停下來等待確認(rèn)幀，而是可以連續(xù)再發(fā)送若干數(shù)據(jù)幀。如果這時收到了接收端發(fā)來的確認(rèn)幀，那么還可以接著幀。如果這時收到了接收端發(fā)來的確認(rèn)幀，那么還可以接著發(fā)送數(shù)據(jù)幀

14、，這樣就減少了等待時間，整個通信的吞吐量就發(fā)送數(shù)據(jù)幀，這樣就減少了等待時間，整個通信的吞吐量就提高了。提高了。 例如書上例子：例如書上例子：P79P79 這里注意兩點：這里注意兩點： （1 1）接收端只是按順序接收數(shù)據(jù)幀。）接收端只是按順序接收數(shù)據(jù)幀。 （2 2）結(jié)點）結(jié)點A A在每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀時都要設(shè)置超時計時器。在每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀時都要設(shè)置超時計時器。 連續(xù)連續(xù)ARQARQ協(xié)議又稱為協(xié)議又稱為Go-backe-N ARQ Go-backe-N ARQ 意思就是當(dāng)出差錯必須意思就是當(dāng)出差錯必須重時，要向回走重時，要向回走N N個幀，然后再開始重傳。個幀，然后再開始重傳。 特點：提高了連

15、續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的效果，但是另一個方面，在特點：提高了連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的效果，但是另一個方面，在重傳時又必須把原來已正確發(fā)送過的幀傳送，這樣又降低了重傳時又必須把原來已正確發(fā)送過的幀傳送，這樣又降低了數(shù)據(jù)幀傳送效率。數(shù)據(jù)幀傳送效率。204.3.2滑動窗口的概念滑動窗口的概念 4.3.24.3.2滑動窗口的概念滑動窗口的概念 連續(xù)連續(xù)ARQARQ協(xié)議的問題：協(xié)議的問題： 連續(xù)連續(xù)ARQARQ協(xié)議中，應(yīng)該將發(fā)送出去但沒有被確協(xié)議中，應(yīng)該將發(fā)送出去但沒有被確認(rèn)的數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)幀數(shù)目加以限制，著就是滑認(rèn)的數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)幀數(shù)目加以限制，著就是滑動窗口要研究的內(nèi)容。動窗口要研究的內(nèi)容。 在接收端和發(fā)送端分別設(shè)置在接

16、收端和發(fā)送端分別設(shè)置發(fā)送窗口發(fā)送窗口和和接收窗接收窗口口，來限制數(shù)據(jù)幀的數(shù)目。，來限制數(shù)據(jù)幀的數(shù)目。 發(fā)送窗口發(fā)送窗口：用來對發(fā)送端進(jìn)行流量控制。發(fā)送：用來對發(fā)送端進(jìn)行流量控制。發(fā)送窗口的大小表示在沒有收到對方確認(rèn)信息的情窗口的大小表示在沒有收到對方確認(rèn)信息的情況下發(fā)送端最多可以發(fā)送多少個數(shù)據(jù)幀。況下發(fā)送端最多可以發(fā)送多少個數(shù)據(jù)幀。214.3.2滑動窗口的概念滑動窗口的概念 發(fā)送窗口發(fā)送窗口的規(guī)則如下：的規(guī)則如下： （1 1）發(fā)送窗口內(nèi)的幀是允許發(fā)送的幀，而不）發(fā)送窗口內(nèi)的幀是允許發(fā)送的幀，而不需要考慮有沒有收到確認(rèn)。需要考慮有沒有收到確認(rèn)。 （2 2）每發(fā)送完一幀，允許發(fā)送的幀就減少）每發(fā)送

17、完一幀，允許發(fā)送的幀就減少1 1，但是發(fā)送窗口的位置不變。但是發(fā)送窗口的位置不變。 （3 3）如所有允許發(fā)送的幀都發(fā)送完了）如所有允許發(fā)送的幀都發(fā)送完了 ，還在，還在沒有收到任何的確認(rèn)信息，那么就不能再發(fā)送沒有收到任何的確認(rèn)信息，那么就不能再發(fā)送任何幀了。而進(jìn)入等待。任何幀了。而進(jìn)入等待。 （4 4）每收到一個幀的確認(rèn)，發(fā)送窗口就向前）每收到一個幀的確認(rèn)，發(fā)送窗口就向前滑動一個幀的位置。滑動一個幀的位置。224.3.2滑動窗口的概念滑動窗口的概念 接收窗口接收窗口：是為了控制可以接受那些數(shù)據(jù)幀而：是為了控制可以接受那些數(shù)據(jù)幀而不是接收那些幀。在接收端只有當(dāng)收到數(shù)據(jù)幀不是接收那些幀。在接收端只有

18、當(dāng)收到數(shù)據(jù)幀的發(fā)送序號落入接受窗口內(nèi)才能允許將該數(shù)據(jù)的發(fā)送序號落入接受窗口內(nèi)才能允許將該數(shù)據(jù)幀收下。幀收下。 接收窗口接收窗口歸納如下：歸納如下： （1 1）只有當(dāng)收到幀的序號與接收窗口一致時）只有當(dāng)收到幀的序號與接收窗口一致時才能接收該數(shù)據(jù)幀。才能接收該數(shù)據(jù)幀。 （2 2）每收到一個序號正確的幀，接收窗口就）每收到一個序號正確的幀，接收窗口就向前滑動一個幀的位置，并同時向發(fā)送端發(fā)送向前滑動一個幀的位置，并同時向發(fā)送端發(fā)送該幀的確認(rèn)信息。該幀的確認(rèn)信息。234.3.3信道利用率信道利用率 數(shù)據(jù)幀必須包括一定的控制信息，所以數(shù)據(jù)幀必須包括一定的控制信息，所以連續(xù)不停地發(fā)送數(shù)據(jù)幀，信道的利用率連續(xù)

19、不停地發(fā)送數(shù)據(jù)幀，信道的利用率不可能達(dá)到不可能達(dá)到100%100%出錯時，數(shù)據(jù)幀不得不出錯時，數(shù)據(jù)幀不得不重傳將進(jìn)一步降低信道的利用率。重傳將進(jìn)一步降低信道的利用率。 數(shù)據(jù)幀的長短就很重要，不能太長，也數(shù)據(jù)幀的長短就很重要，不能太長，也不能太短。因此要選擇一個最佳的數(shù)據(jù)不能太短。因此要選擇一個最佳的數(shù)據(jù)幀的長度。在次幀下信道的利用率最高。幀的長度。在次幀下信道的利用率最高。244.4選擇重傳選擇重傳ARQ協(xié)議協(xié)議 為了提高信道的利用率，可以設(shè)法只重為了提高信道的利用率，可以設(shè)法只重傳出現(xiàn)差錯的數(shù)據(jù)幀或是計時器超時的傳出現(xiàn)差錯的數(shù)據(jù)幀或是計時器超時的數(shù)據(jù)幀，就必須增加接收窗口的大小，數(shù)據(jù)幀，就必

20、須增加接收窗口的大小，接收下發(fā)送序號不連續(xù)但仍在接收窗口接收下發(fā)送序號不連續(xù)但仍在接收窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)幀，這就是選擇重傳內(nèi)的數(shù)據(jù)幀，這就是選擇重傳ARQARQ協(xié)議。協(xié)議。 選擇重傳選擇重傳ARQARQ協(xié)議特點：協(xié)議特點：P84P84254.5 數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù) 數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)的類型數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)的類型： 面向連接確認(rèn)服務(wù)（面向連接確認(rèn)服務(wù)（acknowledged connection-oriented service）；）； 無連接確認(rèn)服務(wù)（無連接確認(rèn)服務(wù)（acknowladged connectionless service）；）； 無連接不確認(rèn)服務(wù)（無

21、連接不確認(rèn)服務(wù)（unacknowledged connectionless service）。）。 26實際數(shù)據(jù)路徑實際數(shù)據(jù)路徑與虛擬數(shù)據(jù)路徑與虛擬數(shù)據(jù)路徑網(wǎng) 絡(luò) 層數(shù)據(jù)鏈路層物 理 層傳輸介質(zhì)應(yīng) 用 層表 示 層會 話 層傳 輸 層網(wǎng) 絡(luò) 層數(shù)據(jù)鏈路層物 理 層主機(jī)2主機(jī)2虛擬數(shù)據(jù)路徑應(yīng) 用 層表 示 層會 話 層傳 輸 層主機(jī)1主機(jī)1（a）虛擬數(shù)據(jù)路徑（a）虛擬數(shù)據(jù)路徑網(wǎng) 絡(luò) 層數(shù)據(jù)鏈路層物 理 層傳輸介質(zhì)應(yīng) 用 層表 示 層會 話 層傳 輸 層網(wǎng) 絡(luò) 層數(shù)據(jù)鏈路層物 理 層主機(jī)2主機(jī)2實際數(shù)據(jù)路徑應(yīng) 用 層表 示 層會 話 層傳 輸 層主機(jī)1主機(jī)1（b）實際數(shù)據(jù)路徑（b）實際數(shù)據(jù)路徑27

22、4.5 面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實例：面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實例：BSC4.5.1 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議點-點線路廣播線路面向字符型面向比特型邏輯鏈路子層邏輯鏈路子層IBM BSCISO BMIBM SDLCANSI ADLCISO HDLCIEEE 802.2IEEE 802.3IEEE 802.4IEEE 802.5類型子層284.5.2 面向字符型協(xié)議實例：面向字符型協(xié)議實例：BSC 什么是面向字符型協(xié)議什么是面向字符型協(xié)議? 以字符為控制傳輸信息的基本單元以字符為控制傳輸信息的基本單元 ASIIC碼：碼： 格式字符：格式字符：SOH（start of

23、 heading） STX（start of text） ETB（end of transmission block） ETX（end of text） 控制字符：控制字符：ACK（acknowledge） NAK（negative acknowledge） ENQ（enquire） EOT（end of transmission） SYN（synchrous） DLE（data link escape）29面向字符型面向字符型BSC協(xié)議的數(shù)據(jù)報文格式協(xié)議的數(shù)據(jù)報文格式SYNSYNSOH報頭STX正文ETB/ETXBCC報文開始同步字符用戶定義報頭結(jié)束分組結(jié)束報文結(jié)束校驗字段正文字段30建立、

24、維護(hù)建立、維護(hù)與釋放數(shù)據(jù)與釋放數(shù)據(jù)鏈路流程圖鏈路流程圖發(fā)送ENQ接收ACKACK?發(fā)送數(shù)據(jù)接收應(yīng)答ACK/NAK結(jié)束?重發(fā)發(fā)送EOT準(zhǔn)備數(shù)據(jù)放送ENQ發(fā)送ACK接收數(shù)據(jù),EOT發(fā)送ACK發(fā)送NAKENQ?EOT?BCC正確?結(jié)束結(jié)束YYYYNNNNNYACKNAK314.6典型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議分析典型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議分析 面向比特型面向比特型4.6.1 HDLC產(chǎn)生的背景產(chǎn)生的背景 面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的缺點面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的缺點： 報文格式不一樣；報文格式不一樣； 傳輸透明性不好；傳輸透明性不好； 等待發(fā)送方式，傳輸效率低。等待發(fā)送方式，傳輸效率低。面向比特型協(xié)議的設(shè)計目標(biāo)面向比特型

25、協(xié)議的設(shè)計目標(biāo)： 以比特作為傳輸控制信息的基本單元；以比特作為傳輸控制信息的基本單元； 數(shù)據(jù)幀與控制數(shù)據(jù)幀與控制 幀格式相同；幀格式相同； 傳輸透明性好；傳輸透明性好； 連續(xù)發(fā)送，傳輸效率高。連續(xù)發(fā)送，傳輸效率高。324.6.2 數(shù)據(jù)鏈路的配置和數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)鏈路的配置和數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)鏈路的配置數(shù)據(jù)鏈路的配置 非平衡配置非平衡配置:p85 平衡配置平衡配置: p85非平衡配置中的主站與從站非平衡配置中的主站與從站 主站：控制數(shù)據(jù)鏈路的工作過程。主站發(fā)出命令主站：控制數(shù)據(jù)鏈路的工作過程。主站發(fā)出命令 從站：接受命令，發(fā)出響應(yīng)，配合主站工作從站：接受命令，發(fā)出響應(yīng)，配合主站工作非平衡配置中的結(jié)

26、構(gòu)特點非平衡配置中的結(jié)構(gòu)特點 點點- -點方式點方式 多點方式多點方式33數(shù)據(jù)鏈路的非平衡配置方式數(shù)據(jù)鏈路的非平衡配置方式34非平衡配置方式非平衡配置方式正常響應(yīng)模式（正常響應(yīng)模式（normal response mode，NRM） 主站可以隨時向從站傳輸數(shù)據(jù)幀；主站可以隨時向從站傳輸數(shù)據(jù)幀； 從站只有在主站向它發(fā)送命令幀進(jìn)行探詢（從站只有在主站向它發(fā)送命令幀進(jìn)行探詢（poll），），從從站響應(yīng)后才可以向主站發(fā)送數(shù)據(jù)幀。站響應(yīng)后才可以向主站發(fā)送數(shù)據(jù)幀。 異步響應(yīng)模式（異步響應(yīng)模式（asynchronous response mode，ARM） 主站和從站可以隨時相互傳輸數(shù)據(jù)幀；主站和從站可以隨

27、時相互傳輸數(shù)據(jù)幀； 從站可以不需要等待主站發(fā)出探詢就可以發(fā)送數(shù)據(jù)；從站可以不需要等待主站發(fā)出探詢就可以發(fā)送數(shù)據(jù)； 主站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的初始化、鏈路的建立、釋放與差主站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的初始化、鏈路的建立、釋放與差錯恢復(fù)等功能。錯恢復(fù)等功能。35平衡配置方式平衡配置方式 鏈路兩端的兩個站都是復(fù)合站（鏈路兩端的兩個站都是復(fù)合站（combined station）；）； 復(fù)合站同時具有主站與從站的功能；復(fù)合站同時具有主站與從站的功能； 每個復(fù)合站都可以發(fā)出命令與響應(yīng)；每個復(fù)合站都可以發(fā)出命令與響應(yīng)； 平衡配置結(jié)構(gòu)中只有異步平衡模式（平衡配置結(jié)構(gòu)中只有異步平衡模式（asynchronous balanced

28、 mode，ABM）；）； 異步平衡模式的每個復(fù)合站都可以平等地發(fā)起數(shù)據(jù)傳異步平衡模式的每個復(fù)合站都可以平等地發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，而不需要得到對方復(fù)合站的許可。輸，而不需要得到對方復(fù)合站的許可。36數(shù)據(jù)鏈路的平衡配置方式數(shù)據(jù)鏈路的平衡配置方式374.6.3 HDLC的幀結(jié)構(gòu)的幀結(jié)構(gòu) 信息幀信息幀, ,監(jiān)督幀監(jiān)督幀, ,無編號幀無編號幀 F（flag） ：固定格式固定格式 01111110 作用作用 幀同步幀同步 傳輸數(shù)據(jù)的透明性（傳輸數(shù)據(jù)的透明性（零零比特插入與刪除）比特插入與刪除） A（address） ：地址地址 C（control） ：幀的類型、幀的編號、命令與控制信息幀的類型、幀的編號、命令

29、與控制信息 I（information） ：網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)，Nmax = 256B CRC（checksum） ：校驗校驗A、C、I字段的數(shù)據(jù)字段的數(shù)據(jù) G(X)= X16+X12+X5+1標(biāo)志字段F(8位)地址字段A(8/16位)控制字段C(8/16位)信息字段I(長度可變)幀校驗字段FCS(16/32位)標(biāo)志字段F(8位)38幀類型及控制字段的意義幀類型及控制字段的意義標(biāo)志字段F（8 位 ）地址字段A（8 /16位 ）控制字段C（8 位 ）信息字段I(長度可變)幀校驗字段F C S（1 6/32位 ）標(biāo)志字段F(8位)0N(S)P/FN(R)1 0監(jiān)控P/FN(R)1 1未分配P/

30、F未分配信息幀( I ) ：信息幀( I ) ：監(jiān)控幀( S ) ：監(jiān)控幀( S ) ：無編號幀無編號幀(U)：(U)：b0b4b7b1b2b3b5b639幀類型幀類型 I幀幀 ： N（S） 發(fā)送發(fā)送幀的順序號幀的順序號 N（R） 接收幀的順序號接收幀的順序號 P/F= Poll / Final， P=1 詢問，詢問，F(xiàn)=1 響應(yīng)響應(yīng) P與與F成對出現(xiàn)成對出現(xiàn) S幀幀 ：監(jiān)控功能位監(jiān)控功能位 S = 00，RR（receive ready） S = 01，RNR（receive not ready） S = 10，RJE（reject） S = 11，SREJ（select reject） U

31、幀幀 ：用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路控制功能用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路控制功能40U幀的格式與鏈路控制功能幀的格式與鏈路控制功能MP/FM1 1A01111110FCS01111110110000000111100000100011010001UACMADSARMSNRMSABMDISC命令響應(yīng)置異步響應(yīng)置正常響應(yīng)置異步平衡響應(yīng)拆鏈無編號確認(rèn)命令拒絕建立主從的點-點結(jié)構(gòu)建立主從的多點結(jié)構(gòu)建立復(fù)合站的平衡結(jié)構(gòu)結(jié)束已建立的數(shù)據(jù)鏈路從站響應(yīng)主站的命令從站報告幀傳輸異常414.6.4 數(shù)據(jù)鏈路層的工作過程數(shù)據(jù)鏈路層的工作過程 簡化的信息幀結(jié)構(gòu)的表示方法簡化的信息幀結(jié)構(gòu)的表示方法 一個信息幀的表示一個信息幀的表示 IN(S)

32、N(R)P/FData高層數(shù)據(jù)探詢/終止位接收幀序號發(fā)送幀序號I幀標(biāo)志I， N(S)=3， N(R)=4， P=142 無編號幀的表示方法無編號幀的表示方法 SNRM幀與幀與UA幀結(jié)構(gòu)的表示方法幀結(jié)構(gòu)的表示方法 U ， SNRM ， P=1U ， UA ， F=1置異步響應(yīng)模式：置異步響應(yīng)模式：無編號確認(rèn)：無編號確認(rèn)：01111110A11001001FCS0111111001111110A11001110FCS01111110置異步響應(yīng)模式：置異步響應(yīng)模式：無編號確認(rèn)：無編號確認(rèn)：43正常響應(yīng)正常響應(yīng)模式數(shù)據(jù)模式數(shù)據(jù)鏈路工作鏈路工作44討論：數(shù)據(jù)鏈路層討論：數(shù)據(jù)鏈路層與物理層的關(guān)系與物理層的

33、關(guān)系454.7 Internet中的數(shù)據(jù)鏈路層中的數(shù)據(jù)鏈路層 4.7.1 Internet中主要的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議中主要的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 SLIP （Serial Line IP） 串行線路的串行線路的Internet數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 PPP （ Point-to-Point Protocol） 點點-點協(xié)議點協(xié)議 SLIP與與PPP用于串行通信的撥號線路上，是目前家庭用于串行通信的撥號線路上，是目前家庭計算機(jī)或公司用戶通過計算機(jī)或公司用戶通過ISP接到接到Internet主要的協(xié)議。主要的協(xié)議。 464.7.2 SLIP協(xié)議協(xié)議 SLIP出現(xiàn)于出現(xiàn)于20世紀(jì)世紀(jì)80年代初，最早是在

34、年代初，最早是在BSD UNIX 4.2版操作系統(tǒng)上實現(xiàn)的版操作系統(tǒng)上實現(xiàn)的; SLIP協(xié)議支持協(xié)議支持TCP/IP協(xié)議協(xié)議; 對數(shù)據(jù)報進(jìn)行了簡單的封裝，然后來用對數(shù)據(jù)報進(jìn)行了簡單的封裝，然后來用RS-232接口串接口串行線路進(jìn)行傳輸行線路進(jìn)行傳輸; SLIP通常也用來將遠(yuǎn)程終端連接到通常也用來將遠(yuǎn)程終端連接到UNIX主機(jī)，也可主機(jī)，也可通過租用或撥號串行線路進(jìn)行主機(jī)到路由器，以及路通過租用或撥號串行線路進(jìn)行主機(jī)到路由器，以及路由器到路由器的通信。由器到路由器的通信。47典型的典型的SLIP接入方式接入方式 Internet的家庭或小型公司用戶通過調(diào)制解調(diào)器、電話網(wǎng)的家庭或小型公司用戶通過調(diào)制

35、解調(diào)器、電話網(wǎng)絡(luò)連接到絡(luò)連接到ISP的調(diào)制解調(diào)器；的調(diào)制解調(diào)器； ISP的調(diào)制解調(diào)器再通過它的路由器接入的調(diào)制解調(diào)器再通過它的路由器接入Internet； SLIP系統(tǒng)一般可以發(fā)送和接收系統(tǒng)一般可以發(fā)送和接收1006B的的IP數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)報。48SLIP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)協(xié)議的幀結(jié)構(gòu) RFC 1055文件對文件對SLIP幀格式進(jìn)行了討論幀格式進(jìn)行了討論; SLIP幀頭與幀尾的幀頭與幀尾的“CO”，是協(xié)議使用的惟一的一個是協(xié)議使用的惟一的一個控制字符控制字符; CO的二進(jìn)制編碼比特序列是的二進(jìn)制編碼比特序列是1000011 0000000; CO的使用將影響的使用將影響SLIP幀數(shù)據(jù)的透明性幀數(shù)據(jù)的透

36、明性; IP數(shù)據(jù)包EndEndIP數(shù)據(jù)包C0C0C0在數(shù)據(jù)傳送中以“DB”“DC”表示DB在數(shù)據(jù)傳送中以“DB”“DD”表示49 SLIP協(xié)議的缺點協(xié)議的缺點 使用使用SLIP協(xié)議時，通信的雙方都必須知道對方的協(xié)議時，通信的雙方都必須知道對方的IP地地址，因為址，因為SLIP協(xié)議沒有為它們提供相互交換地址信息協(xié)議沒有為它們提供相互交換地址信息的方法；的方法； 沒有設(shè)置協(xié)議類型字段，不具備同時處理多種網(wǎng)絡(luò)層沒有設(shè)置協(xié)議類型字段，不具備同時處理多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的能力；協(xié)議的能力； 沒有校驗和字段，差錯控制功能由高層的協(xié)議承擔(dān)；沒有校驗和字段，差錯控制功能由高層的協(xié)議承擔(dān)； SLIP協(xié)議并不是協(xié)議并不

37、是Internet的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因此不同版本的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因此不同版本的之間就會存在著差別，使得互連變得困難。的之間就會存在著差別，使得互連變得困難。504.7.3 CSLIP協(xié)議協(xié)議 SLIP協(xié)議通常運行于傳輸速率相對較低的串行線路上協(xié)議通常運行于傳輸速率相對較低的串行線路上; 在常用于在常用于Telnet之類的應(yīng)用程序中，人們提出了一種壓之類的應(yīng)用程序中，人們提出了一種壓縮的縮的SLIP（CSLIP ）協(xié)議協(xié)議; RFC 1144對對CSLIP進(jìn)行了定義進(jìn)行了定義; Telnet是一種交互式的應(yīng)用程序，每次常常只傳送幾個是一種交互式的應(yīng)用程序，每次常常只傳送幾個字節(jié)的信息，通信效率低。字節(jié)的信

38、息，通信效率低。 IP報頭(20位)TCP報頭(20位)數(shù)據(jù)壓縮TCP/IP報頭(3到5位)數(shù)據(jù)S SL LI IP P幀幀：C CS SL LI IP P幀幀：51因特網(wǎng)的點對點的協(xié)議因特網(wǎng)的點對點的協(xié)議PPPPPP 早期使用的是簡單的面向字符協(xié)議早期使用的是簡單的面向字符協(xié)議SLIPSLIP，但是該，但是該協(xié)議的缺點很多，如：協(xié)議的缺點很多，如： （1 1） SLIPSLIP沒有差錯檢測功能；沒有差錯檢測功能； （2 2）通信的每一方都必須事先知道對方的）通信的每一方都必須事先知道對方的IPIP； （3 3） SLIPSLIP僅支持僅支持IPIP協(xié)議，不支持其他協(xié)議；協(xié)議，不支持其他協(xié)議；

39、 （4 4） SLIPSLIP并沒有成為因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，存在并沒有成為因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，存在很多互不兼容的版本，影響到了因特網(wǎng)的通信。很多互不兼容的版本，影響到了因特網(wǎng)的通信。 為了克服為了克服SLIPSLIP的缺點，在的缺點，在19921992年制定了年制定了PPPPPP協(xié)議，協(xié)議，并經(jīng)過修訂后得到廣泛的使用。并經(jīng)過修訂后得到廣泛的使用。52因特網(wǎng)的點對點的協(xié)議因特網(wǎng)的點對點的協(xié)議PPPPPP 下面我們就來學(xué)習(xí)點對點的協(xié)議（下面我們就來學(xué)習(xí)點對點的協(xié)議（PPPPPP協(xié)議）協(xié)議） PPPPPP協(xié)議有如下的三部分組成：協(xié)議有如下的三部分組成： （1 1）一個將）一個將IPIP數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈

40、路的方法；數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法； （2 2）一個用來建立、配置和測試數(shù)據(jù)鏈路連）一個用來建立、配置和測試數(shù)據(jù)鏈路連接的鏈路控制協(xié)議（接的鏈路控制協(xié)議（LCPLCP） （3 3）還有一套網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（）還有一套網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCPNCP）, ,其中的其中的每一個協(xié)議都支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。每一個協(xié)議都支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。53因特網(wǎng)的點對點的協(xié)議因特網(wǎng)的點對點的協(xié)議PPPPPP PPPPPP協(xié)議不使用序號和確認(rèn)機(jī)制的主要原協(xié)議不使用序號和確認(rèn)機(jī)制的主要原因：因： （1 1）控制開銷。）控制開銷。 （2 2）數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸并不能保證）數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸并不能保證網(wǎng)絡(luò)層的傳輸也是可靠的。網(wǎng)絡(luò)層的傳輸也是可靠的。 （3 3）PPPPPP協(xié)議在幀格式中有幀檢驗序列協(xié)議在幀格式中有幀檢驗序列FCSFCS字段。字段。 PPPPPP協(xié)議使用的狀態(tài)：協(xié)議使用的狀態(tài)：P91P91544.7.4 PPP協(xié)議基本特點協(xié)議基本特點 PPP協(xié)議是協(xié)議是Internet標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)，RFC