数据链路层的模型.ppt

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1、数据链路层的模型,主机A,主机A,结点1,结点1,结点1,传输层协议,数据链路层协议,数据链路层协议,数据虚通路,数据虚通路,数据实通路,数据实通路,数据链路/逻辑链路 = （物理）链路 + 通信规程,数据链路层提供的数字信道,物理层提供的无源点到点物理线路段,数据链路层协议,数据链路层向网络层提供的服务, 基本服务： 将源结点的网络层数据可靠地传输到相邻的 目的结点的网络层 三种服务： 1. 无确认的无连接服务：目的结点不作确认，差错由上层负责 2. 有确认的无连接服务：目的结点对收到的帧要作确认，发送 结点可以知道已发出的帧是否安全到达目的结点；误帧重传 3. 面向连接服务：可靠地传送数据

2、的服务，即提供在网络实体间 建立、维持和释放数据链路的功能 服务原语： 连接建立阶段： DL-CONNECT.request, DL-CONNECT.indication, DL-CONNECT.response, DL-CONNECT.confirm 维持阶段： DL-DATA.request, DL-DATA.indication 释放阶段： DL-DISCONNECT.request, DL-DISCONNECT.indication,网络层实体的通信过程示例,数据链路层实体,数据链路层实体,网络层实体,网络层实体,系统A,系统B,DL-C.req,DL-C.con,DL-C.res,D

3、L-C.ind,响应帧,DL-DC.ind,DL-D.req,DL-DC.ind,DL-D.ind,连接请求帧,DL-DC.req,释放连接请求帧,响应帧,确认帧,数据帧,DL-D.ind,连接建立阶段,数据传送阶段,连接释放阶段,数据链路层的功能, 数据链路管理 成帧：同步、定界及透明传输 流量控制 差错控制 寻址,控制信息的形成方法（成帧）, 字符计数法：帧头中使用一个字符来表示帧内的字符数 缺点：计数字段一旦出错，将无法再同步 带填充字符的首尾界符法：以特定的字符序列为控制字段 缺点：依赖于字符集，不通用，也无法扩展 带填充位的首尾标志法 ：采用统一的帧格式，以特定的 位序列进行帧同步和

4、定界 物理层编码违例法：IEEE802协议 只适用于在物理媒体的编码策略中采用了冗余技术的网络，优点：无需填充,带填充字符的首尾界符法（面向字符）:,帧首,同步字符,帧尾,数据,Bisync,传输帧,填充字符,帧首,01111110,01111101101111100,01111110,帧尾,数据,带填充位的首尾标志法（面向位） ：HDLC,填充位,差错控制, 目的：确保帧可靠地交付接收方 基本方法：接收方向发送方应答，告知是否正确收到帧 差错检测和纠正 检错码、纠错码 汉明距离：两个码字中不同位的个数 纠正单比特差错所需的最少校验位数公式： （m+r+1） 2 r n位码元，其中m位数据，r

5、位校验 汉明纠错法：纠正单比特错 CRC码：可检测出所有奇数位错及长度r的并发错误,CRC（循环冗余码/多项式编码）, 编码思想：将位串看成系数为0或1的多项式 检错思想：收发双方约定一个生成多项式G(x)（其最高阶和最低阶系数必须为1），发送方在帧的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多项式能被G(x)整除；接收方收到后，用G(x)除多项式，若有余数，则传输有错。 校验和计算算法 若G(x)为r阶，原帧为m位，其多项式为M(x)，则在原帧后面添加r个0，帧成为n+r位，相应多项式xr M(x) 按模2除法用对应于G(x)的位串去除对应于xr M(x) 的位串 按模2减法从对应于xr M(x) 的

6、位串中减去余数，结果就是要传送的带校验和的帧的多项式T(x) T(x) = xr M(x) + xr M(x) MOD2 G(x) ,发送方式（流控制技术）, 理想化的数据传输无需数据链路层协议 假定1：链路是理想的传输信道，数据既不会出错也不会丢失 假定2：不管发送方的速率多快，接收方总能接收到并上交 等待发送（停止等待协议） 发送方发出一帧后，要停下来等待接收方的应答，收到确认后才能发送下一帧 连续发送（连续ARQ协议/流水线协议） 发送方可以连续发送若干帧，如果在此过程中收到接收方的肯定应答，可以继续发送；若收到对其中某一帧的否认帧，则从该帧开始的后续帧全部重发,从 主 机 取 数 据,

7、上 交 主 机,DATA1,DATA4,DATA3,DATA2,结点A,结点B,从 主 机 取 数 据,上 交 主 机,DATA1,DATA2,结点A,结点B,从 主 机 取 数 据,上 交 主 机,DATA1,DATAn,DATA2,结点A,结点B,ACK,ACK,DATAn+3,DATAn+2,DATAn+1,NAKn+1,ACK, 理想信道, 具有简单流量控制的数据链路层协议, 流水线协议,差错控制技术,差错控制技术 差错控制 肯定应答（确认） 超时后重传 否认 标准 停止 ARQ Go-back-N ARQ 选择重传 ARQ,自动请求重传 Automatic Repeat Reques

8、t (ARQ),实用的停止等待协议（有噪声信道的单工协议）, 前提：实际信道不满足理想化数据传输的假定 流量控制方法：等待发送 差错控制：发送方数据帧中加入校验码（CRC），由接收方检查；若出错，返回NAK；发送方收到NAK后重发。 帧丢失处理：超时定时器；以序号标识数据帧 优点：简单 缺点： 信道利用率低,停止等待协议,data i,ACK,data i+1,发出对刚收到的 数据帧的应答,发出一帧,等待，直到收到ACK 才发送下一帧,发送方,接收方,停等ARQ,frame i,ACK i,frame I+1,ACKi+1,frame i+2,frame i+2,ACK i+2,frame i

9、+3,ACK i+3,frame i+3,ACK i+3,发送方,接收方,超时,超时,帧丢失,重发,ACK丢失,重发， 丢失重复帧,停等协议的算法流程,S,Get !st Data from Network Layer,V(s) = 0,N(s)= V(s),Save Date Frame to Buffer,Send Buffered Data Frame to Physical Layer,Start Timer,Wait Event,Received ACK,Received NAK,Time Out,Get Next Data,V(s) = 1-V(s),R,V(r) = 0,Wait

10、 Data Frame,Received Frame, and Test if Error occurs,Correct,Error,N(s) = V(r) ?,Discard Frame,Pass Data to Netwok Layer,Send ACK,Send NAK,Send ACK,V(r)= 1-V(r),连续ARQ协议, 工作原理：发送方发完一帧后，不必停下来等待对方的应答，可以连续发送若干帧；如果在发送过程中收到接收方的肯定应答，可以继续发送；若收到对其中某一帧的否认帧，则从该帧开始的后续帧全部重发 流量控制方法：连续发送 差错控制：同停等协议 优点：连续发送提高了信道利用率

11、 缺点： 回走重传（Go-back-N）,导致某些已正确接收的帧的重传，因此降低了发送效率 误码率较低时，连续ARQ优于停等协议；反之则不一定,Go-back-N ARQ,frame 1,sender,receiver,出错,7 ， 8帧 被丢弃,frame 2,frame 3,ACK 4,frame 4,frame 5,ACK 6,frame 6,frame 7,frame 8,NACK 6,ACK 9,frame 7,frame 6,frame 8,6, 7, 8帧 重传,滑动窗口概念, 前提：在连续ARQ协议中，必须对可以连续发出的最多帧数（以发出但未确认的帧）作限制 原则：循环重复使用

12、有限的帧序号 流量控制： 发送窗口：其大小WT表示在收到对方确认的信息之前，可以连续发出的最多数据帧数（只有序号在窗口内的帧才可以发送） 接收窗口：其大小WR可以连续接收的最多数据帧数（只有序号在窗口内的帧才可以接收，否则丢弃） 接收窗口驱动发送窗口的转动 发送窗口的最值：WT + WR 2n (n为序号的位数) WT 2n - 1,WT = 5,WR = 1,发出帧0, 1,0,0,0,0,1,1,1,1,4,2,2,2,2,3,3,3,3,4,4,4,5,5,5,5,6,6,6,6,7,7,7,7,H,H,H,H,H,H,T,T,发出帧2， 接收到ACK0,滑动窗口示例,接收到帧0， 发出

13、ACK0,初始状态,0,0,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,T,初始状态,T,T,T,接收到帧1 发出ACK1,WT = 5,WR = 1,0,0,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,H,发出帧3, 4,滑动窗口示例,H,H,H,H,H,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,帧1的定时器超时， 重发帧1,接收到ACK1,接收到帧3, 还没有收到帧2,接收到重传 的帧1,接收到帧2,T,T,T,T,T,T,T,滑动窗口协议,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1

14、2 3 4 5 6 7,已成功发出 的数据帧,将发出的数据帧,窗口后沿,窗口前沿,帧序号,发送方 缓冲区,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,已正确接收 的数据帧,将收到的数据帧,帧序号,接收方 缓冲区,窗口后沿,窗口前沿,滑动窗口示例,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3

15、 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0,1,2,ACK3,3,4,5,6,ACK4,选择重传ARQ协议, 原则：只重传出错或定时器超时的数据帧 方法：WR 1，暂存接受窗口中序号在出错帧之后的数据帧 优点：避免重传已正确传送的帧，提高了信道利用率 缺点： 在接收端需要占用一定容量的缓存 接收窗口的最值： WR WT WR 2n

16、-1,选择重传 ARQ,frame 1,sender,receiver,出错,frame 2,frame 3,ACK 4,frame 4,frame 5,ACK 6,frame 6,frame 7,frame 8,NACK 6,ACK 9,frame 9,frame 6,frame 10,只重传帧6,面向字符协议的不足：, 采用停等协议，半双工通信，通信线路利用率低； 所有通信设备必须使用同样的字符代码 只对数据部分进行差错控制，可靠性差 依赖于字符集，不易扩展, 面向位协议,IBM SNA的 SDLC（同步数据链路控制 ） ANSI 的ADDCP（先进的数据通信控制规程） ISO 的HDLC

17、 （高级数据链路控制） CCITT的LAP（链路接入规程） X.25采用LAPB（链路接入规程 - 平衡型 ）,HDLC的两种配置、三种方式,主站：发送命令帧、数据信息帧和应答帧，并负责控制链路 从站（次站）：接收命令帧，向主站发送响应帧，并配合主站进行链路控制 复合站（组合站）：同时具有主站和从站功能。, 两种基本配置：非平衡配置 点 - 点工作 多点工作 平衡配置 点 - 点工作 三种方式：正常响应方式NRM 数据传输由主站发起， 从站只能响应主站的轮询 异步响应方式ARM 从站可以主动发送响应帧 异步平衡方式ABM 任一复合站都可以发起数据传输,命令(B),响应(B),命令(B/C/D)

18、,命令(B),命令(A),响应(B),响应(A),响应(B),响应(C),响应(D),主站A,主站A,从站B,从站B,从站C,从站D,复合站A,复合站B,非平衡配置：点-点,非平衡配置：点-多点,平衡配置,HDLC的帧结构,F,Info,C,A,F,FCS,8 位,16, 0,8,8,8,校验区间,透明传输区间, 帧同步：标志F“0111，1110”标记帧的首尾边界 透明传输：零比特填充 地址字段A：非平衡方式，填入从站地址 平衡方式，填入响应站地址 帧检验序列FCS：采用CRC-CCITT16， G(x) = x16 + x12 + x5 + 1 控制字段C：标记帧类型，并附加控制信息,HD

19、LC帧类型,信息帧,监督帧,无编号帧,1,2,3,4,5,6,7,8,0,0,1,1,1,FrametoSend N(S),FrameExpected N(R),P/F,P/F,P/F,N(R),M,分类 S,分类 M, 序号N(S)和N(R)以3位表示，模8循环，N(R)表示准备接收的最低帧序号，确认序号在其前面的帧都已正确接收（捎带应答） 状态变量V(S)和V(R)记录N(S)和N(R)的值 扩展方式，序号N(S)和N(R)以7位表示，模128循环，用于卫星链路，此时控制字段占16位,监督帧的类型,S = 00 RR（Receive Ready）, 准备接收下一帧， 确认N(R)-1及以前

20、的各帧 01 RNR（Receive Not Ready）, 暂停接收下一帧， 确认N(R)-1及以前的各帧 10 REJ（Reject）, 否认自N(R)开始的帧 确认N(R)-1及以前的各帧 11 SREJ (Selective Reject), 只否认N(R)帧 确认N(R)-1及以前的各帧,连续 ARQ,选择重传 ARQ,P/F位的意义（询问/终止）,= 0 无意义 = 1 非平衡配置 正常响应方式 主站,S/I 帧 P=1 （命令）,S/I 帧 （响应） I中F=1，表示最后一个数据帧 S中F=1，表示此时没有数据要发送,从站,NRM,异步响应方式,ARM,平衡配置 异步平衡方式 A

21、BM,P=1 （询问）,F=1 （回答本站状态）,命令方,响应方,非平衡配置的正常响应方式（主从方式）,B,RR0,P,F,B,10,RR,P=1,000,FCS,F,F,A,C,B,I10,F,B,0,001,0,000,FCS,F,I,主站A,从站B,B,RR0,P,B,I00,B,I10,B,I20,B,I30,F,B,RR4,C,RR0,P,C,RR0,F, P=1的询问具有强制性，对方必须立即应答,平衡配置的异步平衡方式（对等方式）：全双工通信,B,RR2,F,F,B,10,RR,F=1,010,FCS,F,F,A,C,A,I10,P,F,A,0,001,P=1,000,FCS,F,

22、I,复合站A,复合站B,B,I00,P,A,I00,A,I22 丢失,A,I34,A,I45,B,I42, P=1的询问具有强制性，对方必须立即应答,B,I10,B,I20,B,I31,A,I10,P,B,RR2,F,A,RR2,F,B,I52,B,I62,B,I72,A,I26,P,B,I02,B,I12,A,I30,A,RR3,F,无编号帧，定义了15种，起控制作用, 建立数据链路： 正常响应方式，置正常响应方式SNRM 异步平衡方式，置异步平衡方式SABM 拆除数据链路：断连命令DISC 对命令的确认：无编号确认UA 帧拒绝FRMR：表示通过重发仍不能纠正的错误，如收到非法命令，帧中的控

23、制字段无效，数据字段过长，N(R)无效，监督帧或无编号帧长度错误等等 携带信息（I字段）的无编号帧：无编号信息UI，用于数据链路层管理的数据,数据链路连接建立和拆除示例,B,SNRM,P,B,UA,F,主站A,从站B，C,A与B建立连接,A与C建立连接,C,SNRM,P,C,UA,F,数据传送阶段,B,DISC,P,B,UA,F,C,DISC,P,C,UA,F,A与B释放连接,A与C释放连接,B,SABM,P,B,UA,F,A,DISC,P,A,UA,F,数据传送阶段,复合站A,复合站B,A与B建立连接,B与A释放连接,异步平衡方式,正常响应方式,SLIP：串行线路IP，RFC1055, 成帧

24、：原始IP包加上尾部标志C0h，字符填充 DBh,DCh 优化：RFC1144，TCP、IP首部压缩，删去相同的首部，以增量来表示不同部分 问题： 无差错检测和校验，由高层负责 只支持IP 不能动态分配IP地址 不提供身份验证，不适于拨号方式 不是Internet标准，存在多个不兼容版本,PPP：点点协议，RFC1661,1662,1663,F,净荷,C,A,F,检查和,1 字节,2/4,0 -最大长度,1,1,1,协议,1/2,F：首尾标志7Eh，透明传输采用字符填充 A：地址字段，永远为FFh，表示所有站点都可以接收 C：控制字段，默认为03h，表示无编号帧 协议：指明净荷字段的包类型，支

25、持LCP、NCP、IP、IPX、AppleTalk. LCP（链路控制协议），用于建立/拆除数据链路连接、测试连接质 量、协商参数. NCP（网络控制协议），用于协商网络层选项，如动态分配IP地址物理层：支持MODEM拨号、HDLC位串行线、SONET.,对SLIP的改进，Internet的正式标准，支持差错检测、多种协议、允许连接时协商IP地址、允许身份验证.,PPP通信阶段状态转换图,ESTABLISH,AUTHENTICATE,DEAD,TERMINATE,OPEN,NETWORK,检测到载波,协商失败,连接双方达成一致,通过身份验证,NCP配置,数据传输结束,失去载波,验证失败,ATM

26、 的差错检测：信头差错控制HEC, 差错检测只对信元首部的4字节进行 HEC计算方法：信头的4B除以x8 + x2 + x + 1，所得余数加上 “01010101” 改进（纠错）：一连串信元异或，结果信元附加到信元串之后传输,纠错方式,检错方式,未检测到错误,检测到多位错误（丢弃信元）,检测到一位错误（纠正）,未检测到错误,检测到错误(丢弃信元),HEC算法的双工作方式,ATM 的信元定界：HEC,搜索,逐比特检查HEC,预同步,同步,逐信元检查HEC,HEC正确,连续次HEC正确,HEC不正确,连续次HEC不正确,信元定界状态图,数据链路层的主要内容, 数据链路层的模型、功能及提供的服务 成帧、差错控制及流量控制的主要方法 实用的数据链路层协议 停等协议 连续ARQ协议 选择重传ARQ协议 HDLC SLIP和PPP ATM的TC子层,