工業(yè)通信與網(wǎng)絡技術

1、工業(yè)通信與網(wǎng)絡技術 差錯控制、流量控制和高級數(shù)據(jù)鏈路控制差錯控制、流量控制和高級數(shù)據(jù)鏈路控制數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議u流量控制流量控制調(diào)整數(shù)據(jù)流，防止緩存溢出調(diào)整數(shù)據(jù)流，防止緩存溢出u差錯檢測差錯檢測u差錯控制差錯控制對損壞幀重傳對損壞幀重傳數(shù)據(jù)鏈路層功能數(shù)據(jù)鏈路層功能向網(wǎng)絡層提供服務接口向網(wǎng)絡層提供服務接口組幀、幀同步組幀、幀同步差錯控制：差錯控制：糾正傳輸比特差錯糾正傳輸比特差錯流量控制：流量控制：調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流量調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流量u發(fā)送站發(fā)送幀的速度發(fā)送站發(fā)送幀的速度 傳輸時延傳輸時延傳輸時延傳輸時延 傳播時延傳播時延大數(shù)據(jù)塊分割成小數(shù)據(jù)塊大數(shù)據(jù)塊分割成小數(shù)據(jù)塊u緩存空間限制緩存空間限制u

2、及早發(fā)現(xiàn)傳輸錯誤及早發(fā)現(xiàn)傳輸錯誤差錯發(fā)生，重傳的數(shù)據(jù)量也少差錯發(fā)生，重傳的數(shù)據(jù)量也少u阻止一個站點長時間占用傳輸媒體阻止一個站點長時間占用傳輸媒體停止等待方式的鏈路利用率停止等待方式的鏈路利用率鏈路的比特長度鏈路的比特長度：當比特流完全占滿整個鏈路時，鏈：當比特流完全占滿整個鏈路時，鏈路上的比特數(shù)量路上的比特數(shù)量ub= r(d/v)r:bps; d:m非導向媒體：非導向媒體：v=3x108 m/s導向媒體：導向媒體： v=2x108 m/s傳送數(shù)據(jù)的總時間傳送數(shù)據(jù)的總時間 t=ntf =n(tframe+ 2tprop)utf=tprop+ tframe+ tproc+ tprop+ tack

3、+ tproc線路利用率或者效率線路利用率或者效率uu=ntframe/n(tframe+2tprop)=tframe/(tframe+2tprop)=1/(1+2a)ua= tprop/tframep傳輸時間歸一化傳輸時間歸一化p傳播時延表示為變量傳播時延表示為變量 aa的另一個表達式的另一個表達式u當當 a1時時, 皆有皆有:總時間總時間t=1+2au=1/(1+2a)例例1: 求求 atm的鏈路利用率的鏈路利用率 ul=424bits, d=1000km, r=155.52mbps例例2:求求lan的鏈路利用率的鏈路利用率ul=1000bits, d=0.1km10km, r=10mbp

4、s1gbps例例3:求撥號數(shù)據(jù)鏈路利用率求撥號數(shù)據(jù)鏈路利用率ul=1000bits, d=5000km, r=56kbps1.2 滑動窗口流量控制滑動窗口流量控制允許多個幀傳送允許多個幀傳送接收器分配接收器分配w個幀的緩存?zhèn)€幀的緩存發(fā)送器可以在沒有確認的情況下發(fā)送發(fā)送器可以在沒有確認的情況下發(fā)送w個幀個幀每個幀都有序號標識每個幀都有序號標識ack 包括下個希望接收的幀序號包括下個希望接收的幀序號序號大小是受限的序號大小是受限的uk比特長的字段，模編號為比特長的字段，模編號為 2k，窗口大小為，窗口大小為2k -1 發(fā)送方滑動窗口發(fā)送方滑動窗口當發(fā)送出數(shù)據(jù)時，滑動窗口從左邊開始收縮；當發(fā)送出數(shù)據(jù)

5、時，滑動窗口從左邊開始收縮；當收到確認時，滑動窗口向右擴展當收到確認時，滑動窗口向右擴展接收方滑動窗口接收方滑動窗口當接收到數(shù)據(jù)時，滑動窗口從左邊開始收縮；當接收到數(shù)據(jù)時，滑動窗口從左邊開始收縮；當發(fā)送確認時，滑動窗口向右擴展當發(fā)送確認時，滑動窗口向右擴展滑動窗口例滑動窗口例1：序號字段3比特，窗口大小 7例例2：滑動窗口的改進滑動窗口的改進接收方可以通過不允許繼續(xù)發(fā)送接收方可以通過不允許繼續(xù)發(fā)送(receive not ready) 來對幀進行確認來對幀進行確認站點必須發(fā)送一個正常的確認幀來重新啟動滑站點必須發(fā)送一個正常的確認幀來重新啟動滑動窗口動窗口如雙向發(fā)送，使用如雙向發(fā)送，使用 pig

6、gybacking (捎帶確認捎帶確認)u數(shù)據(jù)幀：幀序號、確認序號數(shù)據(jù)幀：幀序號、確認序號u如果無數(shù)據(jù)發(fā)送，使用確認幀如果無數(shù)據(jù)發(fā)送，使用確認幀u如果只送數(shù)據(jù)而不需發(fā)送確認，則重送上如果只送數(shù)據(jù)而不需發(fā)送確認，則重送上一個確認編號一個確認編號2.差錯控制差錯控制檢測和糾正幀傳輸過程中出現(xiàn)的差錯檢測和糾正幀傳輸過程中出現(xiàn)的差錯u丟失的幀丟失的幀u損壞的幀損壞的幀差錯控制技術：差錯控制技術：u差錯檢測差錯檢測u肯定確認肯定確認u超時重傳超時重傳u否認與重傳否認與重傳arq ( automatic repeat request )自動重傳請求自動重傳請求停止等待停止等待 arq（stop-and-w

7、ait arq）返回返回 n arq（go-back-n arq）選擇拒絕選擇拒絕 arq（selective-reject arq）2.1停止等待停止等待arq源點發(fā)送一個幀源點發(fā)送一個幀等待等待 ack收到損壞的幀，丟棄它收到損壞的幀，丟棄它u發(fā)送器超時發(fā)送器超時u沒有收到確認沒有收到確認, 重傳重傳確認損壞，發(fā)送器無法辨認確認損壞，發(fā)送器無法辨認u重傳重傳u接收到兩個互為副本的幀接收到兩個互為副本的幀u使用使用 ack0 和和 ack1停止等待停止等待arq優(yōu)勢和不足優(yōu)勢和不足簡單簡單低效率低效率2.2返回返回 n arq基于滑動窗口流量控制基于滑動窗口流量控制沒有收到確認幀的最大數(shù)目取

8、決于窗口大小沒有收到確認幀的最大數(shù)目取決于窗口大小無差錯，終點肯定確認接收到的幀無差錯，終點肯定確認接收到的幀有差錯，發(fā)送一個否認有差錯，發(fā)送一個否認u放棄這個幀及之后的所有幀放棄這個幀及之后的所有幀u發(fā)送器必須重傳有差錯的幀及后面所有的發(fā)送器必須重傳有差錯的幀及后面所有的幀幀返回返回n arq：損壞的幀：損壞的幀接收器檢測到第接收器檢測到第i個個幀出錯幀出錯發(fā)送否認發(fā)送否認i發(fā)送器得到否認發(fā)送器得到否認i發(fā)送器重傳幀發(fā)送器重傳幀i以及以及 后面所有的幀后面所有的幀framerrsrcdestndamagedrejretransmitiii+3back返回返回n arq：丟失的幀（：丟失的幀（

9、1）幀幀i丟失丟失發(fā)送器發(fā)送發(fā)送器發(fā)送i1接收器收到接收器收到i1發(fā)發(fā)現(xiàn)次序不對現(xiàn)次序不對發(fā)送一個拒絕發(fā)送一個拒絕i發(fā)送器重新回到幀發(fā)送器重新回到幀i并重傳并重傳framerrdestndamagedrejretransmitsrc返回返回n arq：丟失的幀（：丟失的幀（2）幀幀 i 丟失并且沒有發(fā)送丟失并且沒有發(fā)送接收器沒接受到任何幀并且不返回接收器沒接受到任何幀并且不返回rr或或rej發(fā)送器超時，傳輸一個發(fā)送器超時，傳輸一個rr幀，包含一個被置為幀，包含一個被置為1的的p比特的比特比特的比特接收器將這個比特解釋為命令，該命令要求接接收器將這個比特解釋為命令，該命令要求接收器發(fā)送一個收器發(fā)

10、送一個rr響應，表明自己希望接受到下響應，表明自己希望接受到下個幀，即幀個幀，即幀i發(fā)送器重傳幀發(fā)送器重傳幀i返回返回n arq：損壞的：損壞的rr接收器收到接收器收到 i 并發(fā)送并發(fā)送rr (i+1) ，它在傳輸中丟失，它在傳輸中丟失確認是累積的確認是累積的, 下一個下一個rr (i+n) 可能在幀可能在幀 i 超時超時前到達前到達發(fā)送器超時，傳輸一個發(fā)送器超時，傳輸一個rr，并設置一個，并設置一個p比特比特計時器計時器在啟動復位過程在啟動復位過程 前這個過程將重復數(shù)次前這個過程將重復數(shù)次發(fā)送器發(fā)送新的發(fā)送器發(fā)送新的rr，啟動啟動p比特計時器比特計時器返回返回n arq：損壞的：損壞的rej

11、如同前面的損壞的幀如同前面的損壞的幀返回返回n arq超時2.3 選擇拒絕選擇拒絕 arq（1）也叫選擇重傳也叫選擇重傳只有拒絕的幀或超時的幀被重傳只有拒絕的幀或超時的幀被重傳重傳幀的數(shù)量降低到了最小重傳幀的數(shù)量降低到了最小接收器必須維護一個足夠大的緩存，以接收器必須維護一個足夠大的緩存，以便保存拒絕幀后收到的幀便保存拒絕幀后收到的幀發(fā)送方也需要具有能夠發(fā)送失序幀的更發(fā)送方也需要具有能夠發(fā)送失序幀的更為復雜的邏輯為復雜的邏輯選擇拒絕選擇拒絕 arq（2）接受者緩存接受窗口滑動到可接受幀7，0，1，2，3，4，5b認為丟失的是幀7，接受到的是新的幀0累計確認3.高級數(shù)據(jù)鏈路控制（高級數(shù)據(jù)鏈路控制

12、（hdlc）3.1基本特點基本特點p 站點類型站點類型主站主站u控制鏈路操作控制鏈路操作u發(fā)出的幀稱為命令發(fā)出的幀稱為命令u為鏈路上的每個從站維護獨立的邏輯鏈路為鏈路上的每個從站維護獨立的邏輯鏈路從站從站u主站的控制下操作主站的控制下操作u發(fā)出的幀稱為響應發(fā)出的幀稱為響應混合站混合站u發(fā)出的幀可以是命令或者是響應發(fā)出的幀可以是命令或者是響應p 鏈路設置鏈路設置非平衡設置非平衡設置u一個主站和一個或多個從站一個主站和一個或多個從站u支持全雙工或半雙工傳輸支持全雙工或半雙工傳輸平衡設置平衡設置u兩個混合站組成兩個混合站組成u支持全雙工或半雙工傳輸支持全雙工或半雙工傳輸p 數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)傳送方式正

13、常響應方式正常響應方式 (nrm)u非平衡設置非平衡設置u主站初始化到從站的數(shù)據(jù)傳送主站初始化到從站的數(shù)據(jù)傳送u從站通過傳輸數(shù)據(jù)來響應主站的命令從站通過傳輸數(shù)據(jù)來響應主站的命令u用于多點線路用于多點線路u多個終端連接到一個主計算機上多個終端連接到一個主計算機上u終端作為從站終端作為從站異步平衡方式異步平衡方式(abm)u平衡設置平衡設置u兩個混合站都能夠初始化數(shù)據(jù)傳輸，不需兩個混合站都能夠初始化數(shù)據(jù)傳輸，不需要得到許可要得到許可u使用最廣泛使用最廣泛u沒有用于輪詢的額外開銷沒有用于輪詢的額外開銷異步響應方式異步響應方式(arm)u非平衡設置非平衡設置u主站沒有明確允許，從站能夠初始化傳輸主站沒

14、有明確允許，從站能夠初始化傳輸u主站對線路全權負責主站對線路全權負責uarm很少被使用很少被使用3.2幀結構幀結構同步傳輸同步傳輸所有傳輸以幀的形式所有傳輸以幀的形式獨立的幀格式能夠完全滿足各種類型的數(shù)獨立的幀格式能夠完全滿足各種類型的數(shù)據(jù)和控制交換據(jù)和控制交換幀格式幀格式標志字段標志字段在幀的兩端起定界作用在幀的兩端起定界作用01111110模式模式一個幀的結束標志，也是起始標志一個幀的結束標志，也是起始標志接收方搜索標志序列用于幀起始同步接收方搜索標志序列用于幀起始同步比特填充用于避免和包含比特填充用于避免和包含 011111（0）10的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)混淆混淆u出現(xiàn)出現(xiàn)5個個1插入一個附加插入

15、一個附加0u有有5個個1的模式出現(xiàn)，檢查下個比特的模式出現(xiàn)，檢查下個比特u如果是如果是0，則刪除，則刪除u如果是如果是1且第且第7個比特是個比特是0，組合被認為是標志字段，組合被認為是標志字段u如果后面兩個比特都是如果后面兩個比特都是1, 發(fā)送方指明異常中止發(fā)送方指明異常中止比特填充比特填充一個幀被分一個幀被分成兩個幀成兩個幀兩兩個個幀幀合合并并成成一一個個幀幀地址字段地址字段標識了傳輸該幀或準備接收這個幀的從站標識了傳輸該幀或準備接收這個幀的從站通常為通常為8比特比特可以使用擴展格式，長度是可以使用擴展格式，長度是7比特的倍數(shù)比特的倍數(shù)u每個八位組的最低位是每個八位組的最低位是1或或0取決于

16、它是不是字段的取決于它是不是字段的最后一個八位組最后一個八位組八位組地址八位組地址11111111，讓主站廣播幀，所有從站都能接，讓主站廣播幀，所有從站都能接收到收到控制字段控制字段不同幀類型的幀不同不同幀類型的幀不同幀類型有幀類型有:u信息幀信息幀 向用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)向用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在信息幀中捎帶了流量控制和差錯控制在信息幀中捎帶了流量控制和差錯控制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)u監(jiān)控幀監(jiān)控幀 未使用捎帶時提供了未使用捎帶時提供了arq機制機制u無編號幀無編號幀 提供增補的鏈路控制提供增補的鏈路控制字段中前一位或兩位用做幀類型的標識字段中前一位或兩位用做幀類型的標識控制字段格式控制字段格式輪詢輪詢/結束比特結束比特應用與環(huán)境有關應用與環(huán)境有關命令幀命令幀np 比特比特n1 是向?qū)Φ葘嶓w請求（輪詢）響應幀是向?qū)Φ葘嶓w請求（輪詢）響應幀響應幀響應幀nf 比特比特n1 表示發(fā)送的響應幀是一個請求命令的結果表示發(fā)送的響應幀是一個請求命令的結果信息字段信息字段只有信息幀和無編號幀只有信息幀和無編號幀必須有必須有整數(shù)個八位整數(shù)個八位組成組成長度長度可變可變fcs幀檢驗序列幀檢驗序列差錯檢測碼差錯檢測碼16比特的比特的 crc32比特的比特的 crchdlc的操作的操作交換信息幀、監(jiān)控幀及無編號幀交換信息幀、監(jiān)