CH3數(shù)據(jù)鏈路層(謝希仁)

1、課件制作人：謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層課件制作人：謝希仁第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層*3.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念*3.2 停止等待協(xié)議3.2.1 完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸3.2.2 具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議3.2.3 實(shí)用的停止等待協(xié)議3.2.4 循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理3.2.5 停止等待協(xié)議的算法3.2.6 停止等待協(xié)議的定量分析課件制作人：謝希仁第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）*3.3 連續(xù) ARQ 協(xié)議3.3.1 連續(xù) ARQ 協(xié)議的工作原理3.3.2 連續(xù) ARQ 協(xié)議的吞吐量3.3.3 滑動(dòng)窗口的概念3.3.4 信道利用率與最佳幀長3.4 選擇重傳 ARQ 協(xié)議課件制作人：謝希

2、仁第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）*3.5 面向比特的鏈路層協(xié)議 HDLC3.5.1 HDLC 協(xié)議概述3.5.2 HDLC 的幀結(jié)構(gòu)*3.6 因特網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PPP 3.6.1 PPP 協(xié)議的工作原理 3.6.2 PPP 協(xié)議的幀格式 3.6.3 PPP 協(xié)議的工作狀態(tài)課件制作人：謝希仁3.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 n鏈路(link)是一條無源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。n一條鏈路只是一條通路的一個(gè)組成部分。n數(shù)據(jù)鏈路(data link) 除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。n現(xiàn)在最常用的方法

3、是使用適配器（即網(wǎng)卡）來實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。n一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。 課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)鏈路層像個(gè)數(shù)字管道 n常常在兩個(gè)對(duì)等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個(gè)數(shù)字管道，而在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀。n早期的數(shù)據(jù)通信協(xié)議曾叫作通信規(guī)程(procedure)。因此在數(shù)據(jù)鏈路層，規(guī)程和協(xié)議是同義語。 結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)幀幀課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能(1) 鏈路管理 (2) 幀定界 (3) 流量控制(4) 差錯(cuò)控制 (5) 將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開 (6) 透明傳輸 (7) 尋址 課件制作人：謝希仁3.2 停止等待協(xié)議n3.2.1 完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸n先研究一下

4、數(shù)據(jù)鏈路層的模型。課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機(jī) H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數(shù)據(jù)的流動(dòng)課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型( 續(xù)）局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機(jī) H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2

5、R3H1H2僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動(dòng)課件制作人：謝希仁3.2 停止等待協(xié)議3.2.1 完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī) A緩存主機(jī) B數(shù)據(jù)鏈路AP2AP1緩存發(fā)送方接收方幀高層幀課件制作人：謝希仁完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸所基于的兩個(gè)假定 n假定 1： 鏈路是理想的傳輸信道，所傳送的任何數(shù)據(jù)既不會(huì)出差錯(cuò)也不會(huì)丟失。n假定 2： 不管發(fā)方以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，收方總是來得及收下，并及時(shí)上交主機(jī)。n這個(gè)假定就相當(dāng)于認(rèn)為：接收端向主機(jī)交付數(shù)據(jù)的速率永遠(yuǎn)不會(huì)低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。 課件制作人：謝希仁3.2.2 具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議n現(xiàn)在去掉上述的第二個(gè)假定。但是，仍然保留第一個(gè)假定，即

6、主機(jī) A 向主機(jī) B傳輸數(shù)據(jù)的信道仍然是無差錯(cuò)的理想信道。然而現(xiàn)在不能保證接收端向主機(jī)交付數(shù)據(jù)的速率永遠(yuǎn)不低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。n由收方控制發(fā)方的數(shù)據(jù)流，乃是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中流量控制的一個(gè)基本方法。 課件制作人：謝希仁具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議算法在發(fā)送結(jié)點(diǎn)： (1) 從主機(jī)取一個(gè)數(shù)據(jù)幀。 (2) 將數(shù)據(jù)幀送到數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送緩存。 (3) 將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去。 (4) 等待。 (5) 若收到由接收結(jié)點(diǎn)發(fā)過來的信息(此信息 的格式與內(nèi)容可由雙方事先商定好)，則 從主機(jī)取一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀，然后轉(zhuǎn)到(2)。課件制作人：謝希仁具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議算法（續(xù)）在接收結(jié)點(diǎn)：

7、(1) 等待。 (2) 若收到由發(fā)送結(jié)點(diǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)幀， 則將其放入數(shù)據(jù)鏈路層的接收緩存。 (3) 將接收緩存中的數(shù)據(jù)幀上交主機(jī)。 (4) 向發(fā)送結(jié)點(diǎn)發(fā)一信息，表示數(shù)據(jù)幀已 經(jīng)上交給主機(jī)。 (5) 轉(zhuǎn)到(1)。課件制作人：謝希仁兩種情況的對(duì)比（傳輸均無差錯(cuò)）ABDATADATADATADATA送主機(jī) B送主機(jī) B送主機(jī) B送主機(jī) BABDATA送主機(jī) BDATA送主機(jī) B時(shí)間不需要流量控制需要流量控制課件制作人：謝希仁3.2.3 實(shí)用的停止等待協(xié)議時(shí)間ABDATA0送主機(jī)ACKDATA1送主機(jī)ACK(a) 正常情況ABDATA0DATA0送主機(jī)ACK(c) 數(shù)據(jù)幀丟失重傳tout丟失 ！ABD

8、ATA0送主機(jī)ACKDATA0丟棄ACK(d) 確認(rèn)幀丟失重傳tout丟失 ！ABDATA0NAKDATA0送主機(jī)ACK(b) 數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)重傳出錯(cuò)四種情況課件制作人：謝希仁超時(shí)計(jì)時(shí)器的作用n結(jié)點(diǎn)A發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，就啟動(dòng)一個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器(timeout timer)。n計(jì)時(shí)器又稱為定時(shí)器。n若到了超時(shí)計(jì)時(shí)器所設(shè)置的重傳時(shí)間 tout而仍收不到結(jié)點(diǎn) B 的任何確認(rèn)幀，則結(jié)點(diǎn) A 就重傳前面所發(fā)送的這一數(shù)據(jù)幀。n一般可將重傳時(shí)間選為略大于“從發(fā)完數(shù)據(jù)幀到收到確認(rèn)幀所需的平均時(shí)間”。 課件制作人：謝希仁解決重復(fù)幀的問題 n使每一個(gè)數(shù)據(jù)幀帶上不同的發(fā)送序號(hào)。每發(fā)送一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀就把它的發(fā)送序號(hào)加 1。

9、 n若結(jié)點(diǎn) B 收到發(fā)送序號(hào)相同的數(shù)據(jù)幀，就表明出現(xiàn)了重復(fù)幀。這時(shí)應(yīng)丟棄重復(fù)幀，因?yàn)橐呀?jīng)收到過同樣的數(shù)據(jù)幀并且也交給了主機(jī) B。n但此時(shí)結(jié)點(diǎn) B 還必須向 A 發(fā)送確認(rèn)幀 ACK，因?yàn)?B 已經(jīng)知道 A 還沒有收到上一次發(fā)過去的確認(rèn)幀 ACK。 課件制作人：謝希仁幀的編號(hào)問題 n任何一個(gè)編號(hào)系統(tǒng)的序號(hào)所占用的比特?cái)?shù)一定是有限的。因此，經(jīng)過一段時(shí)間后，發(fā)送序號(hào)就會(huì)重復(fù)。 n序號(hào)占用的比特?cái)?shù)越少，數(shù)據(jù)傳輸?shù)念~外開銷就越小。 n對(duì)于停止等待協(xié)議，由于每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀就停止等待，因此用一個(gè)比特來編號(hào)就夠了。n一個(gè)比特可表示 0 和 1 兩種不同的序號(hào)。 課件制作人：謝希仁幀的發(fā)送序號(hào) n數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送

10、序號(hào) N(S) 以 0 和 1 交替的方式出現(xiàn)在數(shù)據(jù)幀中。n每發(fā)一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送序號(hào)就和上次發(fā)送的不一樣。用這樣的方法就可以使收方能夠區(qū)分開新的數(shù)據(jù)幀和重傳的數(shù)據(jù)幀了。 課件制作人：謝希仁可靠傳輸 n雖然物理層在傳輸比特時(shí)會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，但由于數(shù)據(jù)鏈路層的停止等待協(xié)議采用了有效的檢錯(cuò)重傳機(jī)制，數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)上面的網(wǎng)絡(luò)層就可以提供可靠傳輸?shù)姆?wù)。 課件制作人：謝希仁3.2.4 循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理 n在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 的檢錯(cuò)技術(shù)。n假設(shè)待傳送的數(shù)據(jù) M = 1010001101（共k bit）。我們?cè)贛的后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的 n bit 冗余碼一起發(fā)送。 課

11、件制作人：謝希仁冗余碼的計(jì)算 n用二進(jìn)制的模 2 運(yùn)算進(jìn)行 2n 乘 M 的運(yùn)算，這相當(dāng)于在 M 后面添加 n 個(gè) 0。n得到的 (k + n) bit 的數(shù)除以事先選定好的長度為 (n + 1) bit 的數(shù) P，得出商是 Q 而余數(shù)是 R，余數(shù) R 比除數(shù) P 至少要少1 個(gè)比特。 課件制作人：謝希仁冗余碼的計(jì)算舉例 n設(shè) n = 5, P = 110101，模 2 運(yùn)算的結(jié)果是：商 Q = 1101010110， 余數(shù)R = 01110。n將余數(shù) R 作為冗余碼添加在數(shù)據(jù) M 的后面發(fā)送出去，即發(fā)送的數(shù)據(jù)是101000110101110，或 2nM + R。 課件制作人：謝希仁 1101

12、010110 Q 商 除數(shù) P 110101 101000110100000 2nM 被除數(shù) 110101 111011 110101 111010 110101 111110 110101 101100 110101 110010 110101 01110 R 余數(shù)循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說明 課件制作人：謝希仁幀檢驗(yàn)序列 FCS n在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗(yàn)序列 FCS (Frame Check Sequence)。n循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 和幀檢驗(yàn)序列 FCS并不等同。nCRC 是一種常用的檢錯(cuò)方法，而 FCS 是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼。nFCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC

13、 并非用來獲得 FCS 的惟一方法。 課件制作人：謝希仁檢測(cè)出差錯(cuò) n只要得出的余數(shù) R 不為 0，就表示檢測(cè)到了差錯(cuò)。n但這種檢測(cè)方法并不能確定究竟是哪一個(gè)或哪幾個(gè)比特出現(xiàn)了差錯(cuò)。n一旦檢測(cè)出差錯(cuò)，就丟棄這個(gè)出現(xiàn)差錯(cuò)的幀。n只要經(jīng)過嚴(yán)格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù) P，那么出現(xiàn)檢測(cè)不到的差錯(cuò)的概率就很小很小。 課件制作人：謝希仁應(yīng)當(dāng)注意 n僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)只能做到無差錯(cuò)接受(accept)。n“無差錯(cuò)接受”是指：“凡是接受的幀（即不包括丟棄的幀），我們都能以非常接近于 1 的概率認(rèn)為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯(cuò)”。n也就是說：“凡是接受的幀都沒有傳輸差錯(cuò)”（有差錯(cuò)的

14、幀就丟棄而不接受）。n要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）就必須再加上確認(rèn)和重傳機(jī)制。 課件制作人：謝希仁3.2.5 停止等待協(xié)議的算法n這里不使用否認(rèn)幀（實(shí)用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議大都是這樣的），而且確認(rèn)幀帶有序號(hào) n。n按照習(xí)慣的表示法，ACKn 表示“第 n 1 號(hào)幀已經(jīng)收到，現(xiàn)在期望接收第 n 號(hào)幀”。nACK1 表示“0 號(hào)幀已收到，現(xiàn)在期望接收的下一幀是 1 號(hào)幀”；nACK0 表示“1 號(hào)幀已收到，現(xiàn)在期望接收的下一幀是 0 號(hào)幀”。 課件制作人：謝希仁在發(fā)送結(jié)點(diǎn) (1) 從主機(jī)取一個(gè)數(shù)據(jù)幀，送交發(fā)送緩存。(2) V(S)0。 (3) N(S)V(S)。(4) 將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)

15、幀發(fā)送出去。 (5) 設(shè)置超時(shí)計(jì)時(shí)器。(6) 等待。 等待以下(7)和(8)這兩個(gè)事件中最先出現(xiàn)的一個(gè)(7) 收到確認(rèn)幀 ACKn， 若 n = 1 V(s)，則： 從主機(jī)取一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀，放入發(fā)送緩存； V(S)1 V(S)，轉(zhuǎn)到 (3)。 否則，丟棄這個(gè)確認(rèn)幀，轉(zhuǎn)到(6)。 (8) 若超時(shí)計(jì)時(shí)器時(shí)間到，則轉(zhuǎn)到(4)。課件制作人：謝希仁在接收結(jié)點(diǎn) (1) V(R)0。(2) 等待。(3) 收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀； 若 N(S) = V(R)，則執(zhí)行(4)； 否則丟棄此數(shù)據(jù)幀，然后轉(zhuǎn)到(6)。(4) 將收到的數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)部分送交上層軟件 （也就是數(shù)據(jù)鏈路層模型中的主機(jī)）。(5) V(R)1 V(R)

16、。(6) nV(R)； 發(fā)送確認(rèn)幀 ACKn，轉(zhuǎn)到(2)。 課件制作人：謝希仁停止等待協(xié)議的要點(diǎn)n只有收到序號(hào)正確的確認(rèn)幀 ACKn 后，才更新發(fā)送狀態(tài)變量 V(S)一次，并發(fā)送新的數(shù)據(jù)幀。n接收端接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，就要將發(fā)送序號(hào) N(S) 與本地的接收狀態(tài)變量 V(R) 相比較。n若二者相等就表明是新的數(shù)據(jù)幀，就收下，并發(fā)送確認(rèn)。n否則為重復(fù)幀，就必須丟棄。但這時(shí)仍須向發(fā)送端發(fā)送確認(rèn)幀 ACKn，而接收狀態(tài)變量 V(R) 和確認(rèn)序號(hào) n 都不變。 課件制作人：謝希仁停止等待協(xié)議的要點(diǎn)（續(xù)）n連續(xù)出現(xiàn)相同發(fā)送序號(hào)的數(shù)據(jù)幀，表明發(fā)送端進(jìn)行了超時(shí)重傳。連續(xù)出現(xiàn)相同序號(hào)的確認(rèn)幀，表明接收端收到了重復(fù)幀

17、。 n發(fā)送端在發(fā)送完數(shù)據(jù)幀時(shí)，必須在其發(fā)送緩存中暫時(shí)保留這個(gè)數(shù)據(jù)幀的副本。這樣才能在出差錯(cuò)時(shí)進(jìn)行重傳。只有確認(rèn)對(duì)方已經(jīng)收到這個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，才可以清除這個(gè)副本。 課件制作人：謝希仁停止等待協(xié)議的要點(diǎn)（續(xù)）n實(shí)用的 CRC 檢驗(yàn)器都是用硬件完成的。nCRC 檢驗(yàn)器能夠自動(dòng)丟棄檢測(cè)到的出錯(cuò)幀。因此所謂的“丟棄出錯(cuò)幀”，對(duì)上層軟件或用戶來說都是感覺不到的。n發(fā)送端對(duì)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行重傳是自動(dòng)進(jìn)行的，因而這種差錯(cuò)控制體制常簡稱為 ARQ (Automatic Repeat reQuest)，直譯是自動(dòng)重傳請(qǐng)求，但意思是自動(dòng)請(qǐng)求重傳。 課件制作人：謝希仁3.2.6 停止等待協(xié)議的定量分析n設(shè) tf 是一個(gè)數(shù)

18、據(jù)幀的發(fā)送時(shí)間，且數(shù)據(jù)幀的長度是固定不變的。顯然，數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時(shí)間 tf 是數(shù)據(jù)幀的長度 lf (bit)與數(shù)據(jù)的發(fā)送速率 C (bit/s)之比，即 tf = lf /C = lf /C (s) （3-1） n發(fā)送時(shí)間 tf 也就是數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時(shí)延。n數(shù)據(jù)幀沿鏈路傳到結(jié)點(diǎn)B還要經(jīng)歷一個(gè)傳播時(shí)延 tp。n結(jié)點(diǎn) B 收到數(shù)據(jù)幀要花費(fèi)時(shí)間進(jìn)行處理，此時(shí)間稱為處理時(shí)間 tpr，發(fā)送確認(rèn)幀 ACK 的發(fā)送時(shí)間為 ta。 課件制作人：謝希仁停止等待協(xié)議中數(shù)據(jù)幀和確認(rèn)幀的發(fā)送時(shí)間關(guān)系 ABDATADATAACK傳播時(shí)延 tp處理時(shí)間 tpr確認(rèn)幀發(fā)送時(shí)間 ta傳播時(shí)延 tp處理時(shí)間 tprtT時(shí)間兩個(gè)成功

19、發(fā)送的數(shù)據(jù)幀之間的最小時(shí)間間隔數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時(shí)間tf設(shè)置的重傳時(shí)間tout課件制作人：謝希仁重傳時(shí)間 n重傳時(shí)間的作用是：數(shù)據(jù)幀發(fā)送完畢后若經(jīng)過了這樣長的時(shí)間還沒有收到確認(rèn)幀，就重傳這個(gè)數(shù)據(jù)幀。 n為方便起見，我們?cè)O(shè)重傳時(shí)間為 tout = tp + tpr+ ta + tp + tpr (3-2) n設(shè)上式右端的處理時(shí)間 tpr 和確認(rèn)幀的發(fā)送時(shí)間 ta 都遠(yuǎn)小于傳播時(shí)延 tp，因此可將重傳時(shí)間取為兩倍的傳播時(shí)延，即 tout = 2tp (3-3)課件制作人：謝希仁簡單的數(shù)學(xué)分析 n兩個(gè)發(fā)送成功的數(shù)據(jù)幀之間的最小時(shí)間間隔是 tT = tf + tout = tf + 2tp (3-4) n設(shè)

20、數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)差錯(cuò)(包括幀丟失)的概率為 p，但假設(shè)確認(rèn)幀不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。n設(shè)正確傳送一個(gè)數(shù)據(jù)幀所需的平均時(shí)間 tav tav = tT ( 1 + 一個(gè)幀的平均重傳次數(shù)) 課件制作人：謝希仁簡單的數(shù)學(xué)分析（續(xù)） 一幀的平均重傳次數(shù) = 1 P重傳次數(shù)為 1 + 2 P重傳次數(shù)為 2 + 3 P重傳次數(shù)為 3 + = 1 P第 1 次發(fā)送出錯(cuò) P第 2 次發(fā)送成功 + 2 P第 1, 2 次發(fā)送出錯(cuò) P第 3 次發(fā)送成功 + 3 P第 1, 2, 3 次發(fā)送出錯(cuò) P第 4 次發(fā)送成功 + = p(1 p) + 2p2(1 p) + 3p3(1 p) + 這里 PX 是出現(xiàn)事件 X 的概率。 課件制作

21、人：謝希仁簡單的數(shù)學(xué)分析（續(xù)） 得出正確傳送一個(gè)數(shù)據(jù)幀所需的平均時(shí)間：當(dāng)傳輸差錯(cuò)率增大時(shí)，tav 也隨之增大。當(dāng)無差錯(cuò)時(shí)，p = 0, tav = tT。 )1 ( /)1 (1pttippttiTTiTav(3-5)課件制作人：謝希仁簡單的數(shù)學(xué)分析（續(xù)） 每秒成功發(fā)送的最大幀數(shù)就是鏈路的最大吞吐量 max。顯然， max = 1/tav = (1 p) / tT (3-6)在發(fā)送端，設(shè)數(shù)據(jù)幀的實(shí)際到達(dá)率為，則不應(yīng)超過最大吞吐量 max，即 (1 p) / tT (3-7)用時(shí)間 tf 進(jìn)行歸一化，得出歸一化的吞吐量 為 tf (1 p) / 1 (3-8)其中參數(shù) 是 tT 的歸一化時(shí)間：

22、tT / tf 1 (3-9)當(dāng)重傳時(shí)間遠(yuǎn)小于發(fā)送時(shí)間時(shí)， 1，此時(shí)的歸一化吞吐量 1 p (3-10) 課件制作人：謝希仁停止等待協(xié)議 ARQ 的優(yōu)缺點(diǎn) n優(yōu)點(diǎn)：比較簡單 。n缺點(diǎn)：通信信道的利用率不高，也就是說，信道還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被數(shù)據(jù)比特填滿。n為了克服這一缺點(diǎn)，就產(chǎn)生了另外兩種協(xié)議，即連續(xù) ARQ 和選擇重傳 ARQ。這將在后面進(jìn)一步討論。 課件制作人：謝希仁3.3連續(xù) ARQ 協(xié)議3.3.1 連續(xù) ARQ 協(xié)議的工作原理 n在發(fā)送完一個(gè)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)送若干個(gè)數(shù)據(jù)幀。n如果這時(shí)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。n由于減少了等待時(shí)間，整個(gè)通

23、信的吞吐量就提高了。 課件制作人：謝希仁連續(xù) ARQ 協(xié)議的工作原理 DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5重傳 DATA2重傳 DATA3ACK1ACK2ACK1 確認(rèn) DATA0ACK2 確認(rèn) DATA1DATA2 出錯(cuò)，丟棄DATA3 不按序，丟棄，重傳 ACK2DATA4 不按序，丟棄，重傳 ACK2DATA5 不按序，丟棄，重傳 ACK2ACK3ACK3 確認(rèn) DATA2ACK4 確認(rèn) DATA3ACK4重傳 DATA5重傳 DATA4超時(shí)重傳時(shí)間ABtout送交主機(jī)送交主機(jī)?ACK2ACK2ACK2課件制作人：謝希仁需要注意： (1) 接收端只按序接收數(shù)據(jù)幀。

24、雖然在有差錯(cuò)的 2號(hào)幀之后接著又收到了正確的 3 個(gè)數(shù)據(jù)幀，但接收端都必須將這些幀丟棄，因?yàn)樵谶@些幀前面有一個(gè) 2 號(hào)幀還沒有收到。雖然丟棄了這些不按序的無差錯(cuò)幀，但應(yīng)重復(fù)發(fā)送已發(fā)送過的最后一個(gè)確認(rèn)幀（防止確認(rèn)幀丟失）。(2) ACK1 表示確認(rèn) 0 號(hào)幀 DATA0，并期望下次收到 1 號(hào)幀；ACK2 表示確認(rèn) 1 號(hào)幀 DATA1，并期望下次收到 2 號(hào)幀。依此類推。 課件制作人：謝希仁需要注意： (3) 結(jié)點(diǎn) A 在每發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)都要設(shè)置該幀的超時(shí)計(jì)時(shí)器。如果在所設(shè)置的超時(shí)時(shí)間內(nèi)收到確認(rèn)幀，就立即將超時(shí)計(jì)時(shí)器清零。但若在所設(shè)置的超時(shí)時(shí)間到了而未收到確認(rèn)幀，就要重傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀（仍需

25、重新設(shè)置超時(shí)計(jì)時(shí)器）。 在等不到 2 號(hào)幀的確認(rèn)而重傳 2 號(hào)數(shù)據(jù)幀時(shí)，雖然結(jié)點(diǎn) A 已經(jīng)發(fā)完了 5 號(hào)幀，但仍必須向回走，將 2號(hào)幀及其以后的各幀全部進(jìn)行重傳。連續(xù) ARQ 又稱為Go-back-N ARQ，意思是當(dāng)出現(xiàn)差錯(cuò)必須重傳時(shí)，要向回走 N 個(gè)幀，然后再開始重傳。 課件制作人：謝希仁需要注意： (4) 以上講述的僅僅是連續(xù) ARQ 協(xié)議的工作原理。協(xié)議在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)還有許多的細(xì)節(jié)。例如，用一個(gè)計(jì)時(shí)器就可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于 N 個(gè)獨(dú)立的超時(shí)計(jì)時(shí)器的功能。 課件制作人：謝希仁3.3.2 連續(xù) ARQ 協(xié)議的吞吐量 n可以很方便地導(dǎo)出連續(xù) ARQ 協(xié)議的吞吐量公式。課件制作人：謝希仁3.3.3 滑動(dòng)

26、窗口的概念n發(fā)送端和接收端分別設(shè)定發(fā)送窗口和接收窗口 。n發(fā)送窗口用來對(duì)發(fā)送端進(jìn)行流量控制。n發(fā)送窗口的大小 WT 代表在還沒有收到對(duì)方確認(rèn)信息的情況下發(fā)送端最多可以發(fā)送多少個(gè)數(shù)據(jù)幀。 01234567012發(fā)送窗口WT不允許發(fā)送這些幀允許發(fā)送 5 個(gè)幀(a)01234567012不允許發(fā)送這些幀還允許發(fā)送 4 個(gè)幀WT已發(fā)送(b)01234567012不允許發(fā)送這些幀WT已發(fā)送(c)01234567012不允許發(fā)送這些幀還允許發(fā)送 3 個(gè)幀WT已發(fā)送 已發(fā)送并已收到確認(rèn)(d)課件制作人：謝希仁接收端設(shè)置接收窗口 n在接收端只有當(dāng)收到的數(shù)據(jù)幀的發(fā)送序號(hào)落入接收窗口內(nèi)才允許將該數(shù)據(jù)幀收下。 n若

27、接收到的數(shù)據(jù)幀落在接收窗口之外，則一律將其丟棄。 n在連續(xù) ARQ 協(xié)議中，接收窗口的大小 WR = 1。n只有當(dāng)收到的幀的序號(hào)與接收窗口一致時(shí)才能接收該幀。否則，就丟棄它。n每收到一個(gè)序號(hào)正確的幀，接收窗口就向前（即向右方）滑動(dòng)一個(gè)幀的位置。同時(shí)發(fā)送對(duì)該幀的確認(rèn)。 不允許接收這些幀01234567012WR準(zhǔn)備接收 0 號(hào)幀(a)不允許接收這些幀01234567012WR準(zhǔn)備接收 1 號(hào)幀已收到(b)不允許接收這些幀01234567012WR準(zhǔn)備接收 4 號(hào)幀已收到(c)課件制作人：謝希仁滑動(dòng)窗口的重要特性n只有在接收窗口向前滑動(dòng)時(shí)（與此同時(shí)也發(fā)送了確認(rèn)），發(fā)送窗口才有可能向前滑動(dòng)。n收發(fā)兩

28、端的窗口按照以上規(guī)律不斷地向前滑動(dòng)，因此這種協(xié)議又稱為滑動(dòng)窗口協(xié)議。n當(dāng)發(fā)送窗口和接收窗口的大小都等于 1時(shí)，就是停止等待協(xié)議。 課件制作人：謝希仁發(fā)送窗口的最大值 n當(dāng)用 n 個(gè)比特進(jìn)行編號(hào)時(shí)，若接收窗口的大小為 1，則只有在發(fā)送窗口的大小 WT 2n 1時(shí)，連續(xù) ARQ 協(xié)議才能正確運(yùn)行。n例如，當(dāng)采用 3 bit 編碼時(shí)，發(fā)送窗口的最大值是 7 而不是 8。 課件制作人：謝希仁3.3.4 信道利用率n由于每個(gè)數(shù)據(jù)幀都必須包括一定的控制信息(如幀的序號(hào)、地址、同步信息以及其他的一些控制信息)，所以即使連續(xù)不停地發(fā)送數(shù)據(jù)幀，信道利用率(即扣除全部的控制信息后的數(shù)據(jù)率與信道容量之比)也不可能達(dá)

29、到 100 %。 n當(dāng)出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)(這是不可避免的)，數(shù)據(jù)幀的不斷重傳將進(jìn)一步使信道利用率降低。 課件制作人：謝希仁最佳幀長 n若數(shù)據(jù)幀的幀長取得很短，那么控制信息在每一幀中所占的比例就增大，因而額外開銷增大，這就導(dǎo)致信道利用率的下降。n若幀長取得太長，則數(shù)據(jù)幀在傳輸過程中出錯(cuò)的概率就增大，于是重傳次數(shù)將增大，這也會(huì)使信道利用率下降。n由此可見，存在一個(gè)最佳幀長，在此幀長下信道的利用率最高。 課件制作人：謝希仁3.4 選擇重傳 ARQ 協(xié)議 n可加大接收窗口，先收下發(fā)送序號(hào)不連續(xù)但仍處在接收窗口中的那些數(shù)據(jù)幀。等到所缺序號(hào)的數(shù)據(jù)幀收到后再一并送交主機(jī)。 n選擇重傳 ARQ 協(xié)議可避免重復(fù)傳送那些

30、本來已經(jīng)正確到達(dá)接收端的數(shù)據(jù)幀。n但我們付出的代價(jià)是在接收端要設(shè)置具有相當(dāng)容量的緩存空間。n對(duì)于選擇重傳 ARQ 協(xié)議，若用 n 比特進(jìn)行編號(hào)，則接收窗口的最大值受下式的約束WR 2n/2 (3-18) 課件制作人：謝希仁3.5 面向比特的鏈路控制規(guī)程 HDLC3.5.1 HDLC 協(xié)議概述n1974年，IBM 公司推出了面向比特的規(guī)程SDLC (Synchronous Data Link Control)。n后來 ISO 把 SDLC 修改后稱為 HDLC (High-level Data Link Control)，譯為高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制，作為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 3309。nCCITT 則將 H

31、DLC 再修改后稱為鏈路接入規(guī)程 LAP (Link Access Procedure)。不久，HDLC 的新版本又把 LAP 修改為 LAPB，“B”表示平衡型(Balanced)，所以 LAPB 叫做鏈路接入規(guī)程(平衡型)。 課件制作人：謝希仁3.5.2 HDLC 的幀結(jié)構(gòu)n標(biāo)志字段 F (Flag) 為 6 個(gè)連續(xù) 1 加上兩邊各一個(gè) 0 共 8 bit。在接收端只要找到標(biāo)志字段就可確定一個(gè)幀的位置。 比特888可變168信息 Info標(biāo)志 F標(biāo)志 F地址 A控制 C幀檢驗(yàn)序列 FCS透明傳輸區(qū)間FCS 檢驗(yàn)區(qū)間課件制作人：謝希仁零比特填充法 nHDLC 采用零比特填充法使一幀中兩個(gè) F

32、 字段之間不會(huì)出現(xiàn) 6 個(gè)連續(xù) 1。n在發(fā)送端，當(dāng)一串比特流數(shù)據(jù)中有 5 個(gè)連續(xù) 1 時(shí)，就立即填入一個(gè) 0。n在接收幀時(shí)，先找到 F 字段以確定幀的邊界。接著再對(duì)比特流進(jìn)行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn) 5 個(gè)連續(xù) 1 時(shí)，就將其后的一個(gè) 0 刪除，以還原成原來的比特流。 課件制作人：謝希仁零比特的填充與刪除 數(shù)據(jù)中某一段比特組合恰好出現(xiàn)和 F 字段一樣的情況0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0會(huì)被誤認(rèn)為是 F 字段發(fā)送端在 5 個(gè)連 1 之后填入 0 比特再發(fā)送出去填入 0 比特0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0在接收端將 5 個(gè)連 1 之

33、后的 0 比特刪除，恢復(fù)原樣在此位置刪除填入的 0 比特0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0課件制作人：謝希仁透明傳輸 n采用零比特填充法就可傳送任意組合的比特流，或者說，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的透明傳輸。n當(dāng)連續(xù)傳輸兩個(gè)幀時(shí)，前一個(gè)幀的結(jié)束標(biāo)志字段 F 可以兼作后一幀的起始標(biāo)志字段。n當(dāng)暫時(shí)沒有信息傳送時(shí)，可以連續(xù)發(fā)送標(biāo)志字段，使收端可以一直和發(fā)端保持同步。 課件制作人：謝希仁其他字段 n地址字段 A 是 8 bit。 n幀檢驗(yàn)序列 FCS 字段共 16 bit。所檢驗(yàn)的范圍是從地址字段的第一個(gè)比特起，到信息字段的最末一個(gè)比特為止。 n控制字段 C 共 8 bi

34、t，是最復(fù)雜的字段。HDLC 的許多重要功能都靠控制字段來實(shí)現(xiàn)。 課件制作人：謝希仁3.6 因特網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PPP3.6.1 PPP 協(xié)議的工作原理n現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PPP (Point-to-Point Protocol)。n用戶使用撥號(hào)電話線接入因特網(wǎng)時(shí)，一般都是使用 PPP 協(xié)議。 課件制作人：謝希仁用戶撥號(hào)入網(wǎng)的示意圖 路由器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP)用戶家庭撥號(hào)電話線 使用 TCP/IP 的 PPP 連接使用 TCP/IP 的 客戶進(jìn)程路由選擇 進(jìn)程至因特網(wǎng)PC 機(jī)課件制作人：謝希仁PPP 協(xié)議 n1992 年制訂了 PPP 協(xié)議。經(jīng)過 1993 年和 1994 年的修訂，現(xiàn)在的 PPP 協(xié)議已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)RFC 1661。 nPPP協(xié)議有三個(gè)組成部分 n一個(gè)將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法。n鏈路控制協(xié)議 LCP (Link Control Protocol)。n網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 NCP (Network Control Protocol)。 課件制作人：謝希仁3.6.