第4章 数据链路控制.ppt

,4,*,第四章 数据链路控制,计算机网络与通讯,1,学习目标,本章内容：,4.1,控制机制,4.2,差错校验,4.3,数据链路层实例,学习重点：,控制机制的原理，几种,ARQ,的差异,几种差错校验,2,1,）概述,4.1,控制机制,数据链路层,作用,：,将一条不太可靠的物理链路加上相应的控制机制变成可靠的数据链路。,可靠（完全理想）数据链路：,（基于两个假设,/,条件）,(1),不管发方以多快的速率发送数据，收方总是来得及接收、处理并上交。,(2),链路是理想的传输信道，传输的任何数据既不会出现差错也不会丢失。,控制机制：,（,1,）流量控制,:,由收方控制发方的数据流,（,滑动窗口机制）,（,2,）差错控制：,（确认重发机制）,ARQ,(,停等、回退,N,、,选择重传）,3,2,）滑动窗口机制,4.1,控制机制,分别设置发送窗口和接收窗口，收方窗口通过,确认,控制发方窗口向前滑动，从而控制数据传输过程。,发送窗口,W,T,接收窗口,W,R,;,发方可连续发送发送窗口内的所有帧；,收方控制双方的窗口向前滑动：收方收到一（多）个正确的帧后，接收窗口向前滑动，同时发出一确认，引起发送窗口向前滑动。,4,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,发送窗口,W,T,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,初始状态，可发送,0,4,号帧,已收到确认的帧,可发送的帧（或已发送但未被确认的帧）,不可发送的帧,收到,0,号帧确认，向前滑动,1,个号，可发送,1,5,号帧,收到,3,号帧的累积确认，向前滑动,3,个号，可发送,4,7,号帧,5,3,）停等,ARQ,4.1,控制机制,在发送方发出一个数据帧后停下来不再发送，等待收方的,ACK,达到，,ACK,达到后才发送下一帧。,（滑动窗口，,W,T,1,W,R,=1,）,6,4.1,控制机制,发方发出一帧后启动,超时定时器,，超时,T,out,后未收到确认，重发此帧,;,Tout,大于一个数据帧的正常往返传输时间（,Tdata,、,Tack,、时延,2,、,Tpro,),数据帧和确认帧编号解决重复帧问题；,0,和,1,交替编号（,data0-ack1,data1-ack0),比较简单，但传输效率低。,7,4,）回退,-N ARQ,4.1,控制机制,在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。,（连续,ARQ,）（由于减少了等待时间，整个通信的传输速度就提高了。）,接收端只按序接收数据帧。,发方发一个帧便启动定时器，若超时后仍未收到接受端,ACK,，发方要重发此帧，而且还必须,重发此帧后面,所有的已发帧（不管这些帧是否有传输错误）。,（回退,N,）,ACK,n,表示确认,n-1,号帧,DATA,n-1,，并期望下次收到,n,号帧,:ACK1,表示确认,0,号帧,DATA0,，并期望下次收到,1,号帧。依此类推。,（滑动窗口，,W,T,1,W,R,=1,）,8,4.1,控制机制,9,5,）选择重传,ARQ,4.1,控制机制,可加大接收窗口,W,R,1,，先收下发送序号不连续但仍处在接收窗口中的那些数据帧。等到所缺序号的数据帧收到后再一并送交主机。,选择重传,ARQ,协议，出现传输差错时只重传出错的帧，后续的正确到达的帧不再重传。,（提高了信道的利用率）,付出的代价是在接收端要设置具有相当容量的缓存空间。,选择重传,ARQ,协议，接收窗口不大于发送窗口，一般相等。,（滑动窗口，,W,T,1,W,R,1,）,10,4,数据链路控制,4.1,控制机制,4.2,差错校验,4.3,数据链路层实例,11,4.2,差错校验,线路传输差错,（噪声）：,（,1,）改善线路质量（,2,）差错控制技术,差错控制编码：,在发送数据前，按照某种规则在数据位之外,附加,上一定的与被传送的信息码之间有某种关系的,冗余位,后再发送，接收端按预先确定的编码规则进行译码，进而发现错误或纠正错误。,确认,-,重传机制,(,反馈重发纠错,),前向纠错技术,FEC,12,CRC,计算方法,4.2,差错校验,假设待传送的二进制数据,K=1010001101,（共,k,bit,）。在,K,的后面再添加供差错检测用的,r,bit,冗余码,一起发送。,（冗余码如何求解？）,（,1,）用二进制的模,2,运算进行,2,r,乘,K,的运算,2,r,K,，这相当于在,K,后面添加,r,个,0,。,（,2,）得到的,(,k,+r)bit,的数,除以,（无借位减）,事先选定好的长度为,(r+1)bit,的数,G,，得出商是,Q,，而,余数是,R,（冗余码）,。,（,3,）,发送端,发送的二进制数据：,C,2,r,K,R,（,4,）接收端信息除以,G,，如,余数为,0,，传输无差错,，否则传输出错。,13,假定：设,G=110101,，,r,5,（,1,）,2,r,K,1010001101,00000,（,2,）,（,3,）,C,2,r,K,R,101000110101110,（发送端）,（,4,）接收端。,14,注意事项,4.2,差错校验,接收端只要得出的余数,R,不为,0,，就表示检测到了,差错,。,但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。,一旦检测出差错，就,丢弃,这个出现差错的帧。,只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数,G,，那么出现检测不到的差错的概率就很小。,CRC-8,CRC-16,CRC-32,。,仅用循环冗余检验,CRC,差错检测技术只能做到,无差错接受,(accept),。,“无差错接受”是指：“凡是接受的帧都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受）。,要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上,确认,和,重传,机制。,15,在数据,K,后面添加上的冗余码,R,称为,帧检验序列,FCS(Frame Check Sequence),。,循环冗余检验,CRC,和帧检验序列,FCS,并不等同。,CRC,是一种常用的,检错方法,，而,FCS,是添加在数据后面的,冗余码,。,FCS,可以用,CRC,这种方法得出，但,CRC,并非用来获得,FCS,的惟一方法。,FCS,（帧检验序列）,4.2,差错校验,16,4,数据链路控制,4.1,控制机制,4.2,差错校验,4.3,数据链路层实例,17,4.3,数据链路层实例,1,）高级数据链路控制（,HDLC,）,最终源于,1974,年,IBM,公司推出计算机网络体系中（,SNA,）的,面向比特,的规程,SDLC(Synchronous Data Link Control),，后经,ISO,把,SDLC,修改后称为,HDLC,。,（,1,）标志,F,：为,6,个连续,1,加上两边各一个,0,共,8 bit,。在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。（信息段中和标志,F,相同位串，,零比特填充法,）,HDLC,帧结构,18,数据中某一段比特组合恰好,出现和,F,字段一样的情况,0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0,会被误认为是,F,字段,发送端在,5,个连,1,之后,填入,0,比特再发送出去,填入,0,比特,0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0,在接收端将,5,个连,1,之后,的,0,比特删除，恢复原样,在此位置删除填入的,0,比特,0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0,零比特的填充与删除,19,4.3,数据链路层实例,（,2,）控制字段,C,共,8 bit,，是最复杂的字段。,HDLC,的许多重要功能都靠控制字段来实现。当第,0,比特为,0,表示,信息帧,，用,3,比特,N,（,S,）表示发送帧的,序号,，用,3,比特,N,（,R,）表示,确认,帧的序号。,（,3,）信息：不定长，以比特为单位,（,4,）帧检验序列,FCS,字段：共,16 bit,，采用,CRC,。,20,4.3,数据链路层实例,2,）点对点协议（,PPP,）,1992,年制订了,PPP,协议。经过,1993,年和,1994,年的修订，现在的,PPP,协议已成为因特网的正式标准,（,1,）,PPP,的帧格式和,HDLC,的相似。（标志,F/,零比特填充,、地址,A,、,FCS,）,（,2,）,PPP,是面向字节，所有的,PPP,帧的长度都是整数字节。,（,3,）信息部分：可变，默认长度,1500,字节。,21,4.3,数据链路层实例,（,4,）,PPP,有一个,2,个字节的,协议字段,。,当协议字段为,0 x0021,时，,PPP,帧的信息字段就是,IP,数据报。,若为,0 xC021,则信息字段是,PPP,链路控制数据。,若为,0 x8021,，则表示这是网络控制数据。,（,5,）控制字段,C,，,不提供序号和确认,的可靠传输。,在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的,PPP,协议较为合理。,在因特网环境下，,PPP,的信息字段放入的数据是,IP,数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的。,帧检验序列,FCS,字段可保证无差错接受。,22,4.3,数据链路层实例,HDLC,和,PPP,（,1,）,HDLC,：面向比特，广泛应用于,X.25,等诸多网络中；,PPP,：面向字节，在,Internet,使用最多的数据链路层协议,（电话拨号上网）,。,（,2,）,PPP,在数据的处理所耗费的时间都要比,HDLC,要多，特别在大数据传输时，更能体现出,HDLC,的传输速度。,PPP,在安全方面却比,HDLC,要更胜一筹，其具有身份验证功能。,（,3,）,cisco,路由器之间缺省采用,HDLC,，,Cisco,路由器和非,Cisco,路由器采用,PPP,。,23,