計算機網(wǎng)絡(luò)原理第4章課件

第四章數(shù)據(jù)鏈路層本章介紹的是OSI參考模型的第二層—數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層在OSI參考模型中的位置與物理層一樣，同樣是屬于基礎(chǔ)的低層，是網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。在此主要向大家介紹的是與數(shù)據(jù)鏈路層相關(guān)功能的實現(xiàn)技術(shù)，如數(shù)據(jù)鏈路層的幀同步技術(shù)、差錯控制技術(shù)、流量控制技術(shù)等。

本章重點如下：數(shù)據(jù)鏈路層的分層結(jié)構(gòu)及各層主要作用數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用數(shù)據(jù)鏈路層的幾種成幀方法工作原理數(shù)據(jù)鏈路層檢錯碼和記錯碼差錯控制方案原理數(shù)據(jù)鏈路層的停等ARQ、連續(xù)ARQ和選擇重發(fā)ARQ協(xié)議工作原理數(shù)據(jù)鏈路層的窗口協(xié)議及工作原理第1課時主講內(nèi)容數(shù)據(jù)鏈路層結(jié)構(gòu)及各自作用數(shù)據(jù)鏈路層主要功能三種數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)類型字符計數(shù)法、字符填充的首尾定界符法、比特填充的首尾定界符法成幀原理

糾錯碼和檢錯碼方案差錯控制原理ARQ協(xié)議、停等ARQ協(xié)議、連續(xù)ARQ協(xié)議和選擇重發(fā)ARQ協(xié)議差錯控制原理4.1數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)鏈路層將本質(zhì)上不可靠的傳輸媒體變成可靠的傳輸通路提供給網(wǎng)絡(luò)層。每次通信都要經(jīng)過建立通信聯(lián)絡(luò)和拆除通信聯(lián)絡(luò)兩個過程，這種建立起來的數(shù)據(jù)收發(fā)關(guān)系就叫做數(shù)據(jù)鏈路.

4.1.1數(shù)據(jù)鏈路層的分層結(jié)構(gòu)及各自作用

數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議分為“面向字符”和“面向比特”兩類。面向字符的鏈路層協(xié)議包括：ISO1747～1975、BSC、DDCMP、PPP；面向比特的鏈路層協(xié)議包括：SDLC、ADCCP、HDLC、LAP、ISO3309～1984、ISO7809～1984、ISO7776、ISO1155、ISO1177、ISO2626、ISO2629等。各協(xié)議的具體介紹參見書中說明。4.1.3數(shù)據(jù)鏈路層主要功能概述

數(shù)據(jù)鏈路層最基本的服務(wù)是將源計算機網(wǎng)絡(luò)層傳來的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)较噜徆?jié)點的目標計算機的網(wǎng)絡(luò)層。具體功能包括：成幀、差錯控制、流量控制、鏈路管理、MAC尋址、區(qū)分數(shù)據(jù)與控制信息、透明傳輸。各功能的詳細介紹參見書中說明。

4.1.4鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)

數(shù)據(jù)鏈路層會向網(wǎng)絡(luò)層提供以下三種類型的服務(wù)（三種服務(wù)的詳細介紹參見書中說明）：無確認的無連接服務(wù)有確認的無連接服務(wù)有確認的面向連接服務(wù)4.2成幀功能在數(shù)據(jù)鏈路層，為了提高數(shù)據(jù)的差錯控制效率，一般的做法是把物理層的比特流分解成一個個的幀，并計算出每一幀的校驗和。當一幀到達目標計算機時，重新計算校驗和。如果新計算出的校驗和與該幀中所包括的校驗和不同，則數(shù)據(jù)鏈路層知道在傳輸過程中產(chǎn)生了錯誤，就會采取相應(yīng)的措施進行處理，如返回錯誤報告、丟棄壞幀等。

常見的成幀方法包括：字符計數(shù)法；字符填充的首尾定界符法；比特填充的首尾定界符法；違法編碼法。這四種成幀方法的功能原理分別參見書中4.2.1、4.6.2、4.6.3和4.6.4節(jié)介紹。4.3差錯控制功能在數(shù)據(jù)鏈路層差錯控制功能中，主要采取糾錯碼、檢錯碼、反饋檢測、自動重發(fā)等重傳技術(shù)。

4.3.1差錯控制概述

差錯控制功能是數(shù)據(jù)鏈路層另一個非常重要的基本功能，也是確保數(shù)據(jù)通信正常進行的基本前提。在設(shè)計差錯控制方法時通常采取：檢錯碼方案和糾錯碼方案。

除了需要采取一定的檢錯和糾錯編碼差錯控制方法外，還需要在發(fā)生無法自動糾錯的情況下進行數(shù)據(jù)幀重傳的相應(yīng)技術(shù)，這就是“反饋檢測”法和“自動重發(fā)”法。

以上檢錯碼方案和糾錯碼方案的詳細介紹參見書中4.3.2和4.3.3節(jié)。“反饋檢測”法和“自動重發(fā)”方法在本書的下節(jié)介紹。4.4.3自動重發(fā)請求（ARQ）協(xié)議

ARQ（AutomaticRepeatreQuest，自動重發(fā)請求，也稱“循環(huán)自動請求”）協(xié)議是指在接收站接收到一個包含出錯數(shù)據(jù)的信息（幀）時，自動發(fā)出一個重傳錯幀的請求。ARQ的作用原則是對出錯的數(shù)據(jù)幀自動重發(fā)，它有3種形式：停等協(xié)議ARQ、連續(xù)ARQ和選擇重傳ARQ。這3種形式各自的特點參見書中介紹。

有關(guān)停等協(xié)議ARQ、連續(xù)ARQ和選擇重傳ARQ工作原理分別參見書中4.4.4、4.4.5和4.4.6節(jié)。第2課時主講內(nèi)容窗口協(xié)議及運行機制XON/XOFF流量控制原理1位滑動窗口協(xié)議的窗口機制GO-BACK-N協(xié)議的窗口機制選擇性重傳協(xié)議的窗口機制數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)類型LLC向網(wǎng)絡(luò)層提供的基礎(chǔ)呼叫服務(wù)工作原理及分類MAC子層向LLC子層提供的基礎(chǔ)呼叫服務(wù)4.5流量控制功能對發(fā)送端數(shù)據(jù)的發(fā)送速率適當?shù)目刂疲拱l(fā)送速率不致超過接收方的速率就是數(shù)據(jù)鏈路層的流量控制功能。在數(shù)據(jù)鏈路層中，XON/XOFF方案和窗口機制就是兩種常用的流量控制方法。

4.5.1XON/XOFF方案

XON/XOFF是一種異步通信協(xié)議，接收設(shè)備或計算機使用特殊字符來控制發(fā)送設(shè)備或計算機傳送的數(shù)據(jù)流。當接收計算機不能繼續(xù)接收數(shù)據(jù)時，發(fā)送一個XOFF控制字符告訴發(fā)送方停止傳送；當傳輸可以恢復(fù)時，該計算機發(fā)送一個XON字符來通知發(fā)送方。其中XON采用ASCII字符集中的控制字符DC1，XOFF采用ASCII字符集中的控制字符DC3。當通信線路上的接收方發(fā)生過載時，便向發(fā)送方發(fā)送一個XOFF字符，發(fā)送方接收XOFF字符后便暫停發(fā)送數(shù)據(jù)；等接收方處理完緩沖器中的數(shù)據(jù)，過載恢復(fù)后，再向發(fā)送方發(fā)送一個XON字符，以通知發(fā)送方恢復(fù)數(shù)據(jù)發(fā)送。4.5.3窗口協(xié)議機制

窗口協(xié)議的本質(zhì)就是在任何時刻，發(fā)送方總是維持著一組序列號，分別對應(yīng)于它所允許的發(fā)送幀。類似地在接收方也維持著這樣一個“接收窗口”（ReceivingWindow），對應(yīng)于一組允許它接收的幀。發(fā)送方的窗口和接收方的窗口不必有相同的上、下限，也不必有同樣的大小。

具體的窗口協(xié)議機制參見書中介紹。

4.6數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)

為了能夠辨認出LLC通信協(xié)議間傳送的數(shù)據(jù)是屬于誰，每一個LLC數(shù)據(jù)單元（LLCPDU）上都有“目的地服務(wù)點”（DSAP）和“源服務(wù)點”（SSAP）。

在LLC子層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)分為TYPE1服務(wù)、TYPE2服務(wù)、TYPE3服務(wù)和TYPE4服務(wù)4種。其中TYPE1服務(wù)及TYPE3服務(wù)提供不需要依靠通信聯(lián)機（ConnectionlessService）的服務(wù)。而TYPE2服務(wù)則是提供通信聯(lián)機式的服務(wù)（ConnectionorientedService）。

TYPE3和TYPE1相似，不過針對每一個接到的數(shù)據(jù)都要回一個ACK（Acknowledgement）回復(fù)信息。TYPE4服務(wù)則同時提供以上服務(wù)。4.6.1LLC向網(wǎng)絡(luò)層提供的基礎(chǔ)呼叫服務(wù)

LLC提供給網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)是利用要求（Request）、通知（Indication）和確認（Confirm）3種基礎(chǔ)呼叫（Primitives）的。它的工作原理參見書中介紹。

在TYPE1的服務(wù)中由于不提供可靠的傳送服務(wù)，因此沒有“確認”基礎(chǔ)呼叫，其提供的服務(wù)只有“DL-UNITDATA.request”（傳送數(shù)據(jù)單元請求）和“DL-UNITDATA.indication”（接收數(shù)據(jù)通知）兩個基礎(chǔ)呼叫。

在TYPE2的服務(wù)中則根據(jù)不同的功能將所提供的基礎(chǔ)呼叫分為5類：通信聯(lián)機的建立（ConnectionEstablishment）；數(shù)據(jù)的傳送（DataTransfer）；通信聯(lián)機的終止（ConnectionTermination）；通信聯(lián)機的重設(shè)（ConnectionResetting）；通信聯(lián)機的數(shù)據(jù)流量控制4.6.2MAC子層向LLC子層提供的基礎(chǔ)呼叫

數(shù)據(jù)鏈路層的LLC子層利用MAC子層所提供的服務(wù)來傳送LLCPDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）的，在MAC子層中也需提供相應(yīng)的接口規(guī)程。MAC子層利用MA_UNITDATA.request（發(fā)送數(shù)據(jù)單元請求）、MA_UNITDATA.indication（接收數(shù)據(jù)單元通知）和MA_UNITDATA.STATUS.indication（發(fā)送數(shù)據(jù)單元狀態(tài)通知）3種基礎(chǔ)呼叫提供服務(wù)。其工作原理參見書中介紹。

4.6.3