第3章-鏈路控制課件

1、 數(shù)據(jù)鏈路控制#sho cdpIP, IPX后一頁(yè) 主要學(xué)習(xí)內(nèi)容3.1 概述3.2 幀同步和透明傳輸3.3 差錯(cuò)檢驗(yàn)3.4 數(shù)據(jù)鏈路控制3.5 高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程（HDLC）3.6 因特網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議PPP前一頁(yè)后一頁(yè) TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè) 1.什么是數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路/邏輯鏈路=(物理)鏈路+通信協(xié)議傳輸過(guò)程（P54）2 幀傳輸?shù)幕締?wèn)題針對(duì)幀格式 有3個(gè)基本問(wèn)題即幀同步、透明傳輸和差錯(cuò)檢驗(yàn)3 幀傳輸?shù)目煽啃?傳輸過(guò)程的控制。如自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（差錯(cuò)控制和流量控制）4 媒體接入控制多個(gè)結(jié)點(diǎn)接入媒體的控制數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)3. 概述 TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè) 3.2.1 幀同

2、步1.同步傳輸通信雙方使用統(tǒng)一的定位時(shí)鐘。實(shí)現(xiàn)幀同步與位同步的傳輸。以較大的數(shù)據(jù)塊（幀）為單位進(jìn)行傳輸。（1）面向字符型：早期方法。數(shù)據(jù)和控制信息使用字符集里面的字符（如ASCII碼）如ARPANET。數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)3.2幀同步和透明傳輸SYNSYNSOHSTX正文ETB/EXXBCC TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè) 缺點(diǎn)（1）使用不同字符集的兩臺(tái)機(jī)器很難進(jìn)行通信。（2）控制字符（10個(gè)）的編碼（如SYN 為0010110）不能在用戶數(shù)據(jù)字段中出現(xiàn)，如果出現(xiàn)沒有特別指出，就會(huì)引起通信錯(cuò)誤。（2）面向比特型：目前使用。要傳送的數(shù)據(jù)不要求是某個(gè)字符集里的字符，只看作是位流.如HDLC。PPP數(shù)

3、據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí) TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè) 2. 異步傳輸接收端的時(shí)鐘并沒有和發(fā)送端的時(shí)鐘同步。雙方各自使用獨(dú)立的定位時(shí)鐘。異步傳輸以字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸(數(shù)據(jù)位很少），字符之間的傳輸間隔任意。如 PPP3 幀同步接收方能正確判斷每個(gè)幀的開始和結(jié)束位置數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)前一頁(yè)后一頁(yè)異步傳輸中的字符同步：為了標(biāo)志字符的開始和結(jié)束，在每個(gè)字符的開始部分加1位起始位（“0”）,結(jié)束部分加12位（“1”）。異步傳輸?shù)臅r(shí)序同步僅僅在每個(gè)字符的范圍內(nèi)是必須的，接收器可以在每個(gè)新字符開始時(shí)啟動(dòng)定時(shí)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)同步。當(dāng)接受端收到停止位時(shí)，就將定時(shí)機(jī)構(gòu)復(fù)位，準(zhǔn)備接收下一個(gè)字符。即使接收端時(shí)鐘不太準(zhǔn)確，只要能

4、保證正確接收10個(gè)比特就行。數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)起始 位bit-0bit-1bit-2bit-3bit-4bit-5bit-6bit-7bit-p停止位 TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè) 3.2.2 透明傳輸透明傳輸就是指不管所傳數(shù)據(jù)是什么樣的組合，都應(yīng)當(dāng)能夠在鏈路上傳輸。當(dāng)所傳數(shù)據(jù)中的比特組合恰巧出現(xiàn)了某一個(gè)控制信息完全一樣時(shí)，必須有可靠的措施，使收方不會(huì)將數(shù)據(jù)誤認(rèn)為是某種控制信息。方法：比特填充，字符填充，特殊幀定界符數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)1.零比特填充在發(fā)送端，未加上標(biāo)志字段時(shí)，先用硬件掃描整個(gè)幀(用軟件也能實(shí)現(xiàn)，但要慢些)。只要發(fā)現(xiàn)有5個(gè)連續(xù)1，則立即填入一個(gè)O。在接收一個(gè)幀時(shí)，先找到F字段以確

5、定一個(gè)HDLC幀的邊界，再用硬件對(duì)其中的比特流進(jìn)行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn)5個(gè)連續(xù)1時(shí)，就將這5個(gè)連續(xù)1后的一個(gè)0刪除，以還原成原來(lái)的比特流。前一頁(yè)后一頁(yè)前一頁(yè)后一頁(yè)2.字符填充傳送前：OX7EOX7D OX5E OX7D OX7D OX5D接收：刪除OX7D，將后一字節(jié)與OX20異或。3.特殊幀定界符用用戶數(shù)據(jù)中不可能出現(xiàn)的編碼作為定界符。4B/5B，16種組合作為數(shù)據(jù)，多余的16種作為控制碼與定界符前一頁(yè)后一頁(yè) TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè) 3.3 差錯(cuò)檢驗(yàn)奇偶校驗(yàn)、循環(huán)冗余編碼。1.奇偶校驗(yàn)碼 工作原理：在字節(jié)的最高或最低位增加一個(gè)校驗(yàn)位。如：b 01100010偶校驗(yàn)碼 01100010 1

6、 使1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)奇校驗(yàn)碼 01100010 0 使1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)方法簡(jiǎn)單，但檢錯(cuò)能力差。 只能檢測(cè)出奇數(shù)個(gè)錯(cuò)而不能檢測(cè)出偶數(shù)個(gè)錯(cuò)。數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí) TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè) 2. 循環(huán)冗余編碼(CRC)是一種高效又可靠的方法。要發(fā)送的數(shù)據(jù)看成是一個(gè)多項(xiàng)式的系數(shù)，數(shù)據(jù)為bn-1bn-2b1b0 (其中為0或1)，則其對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式為 bn-1 xn-1 + bn-2xn-2 +b1x + b0例如：數(shù)據(jù)“1101” 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí) TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè) 方法：(1)產(chǎn)生數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式為K(x)=1110011 (2)發(fā)送方和接收方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式G(x)=10101(如

7、x4+x2+1)，設(shè)該生成多項(xiàng)式的最高次冪為r。(3)在數(shù)據(jù)塊的末尾添加r個(gè)0，則其相對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式為xrK(x)=11100110000(4)用xrK(x)/G(x)，得余式R(x).(11100110000/10101=110) (5)令C(x)= xrK(x)+R(x).(采用模2運(yùn)算)(11100110110)(6)發(fā)送C(x) (7)設(shè)接收端接收到的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式為C(x)，將C(x)除以G(x)，若余式不為0認(rèn)為有錯(cuò)。余式為0一定沒有錯(cuò)嗎？數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí) TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè) 在特殊比特的組合下出錯(cuò)時(shí)余數(shù)也可能為0，但是如果G(x)選取得當(dāng)這種情況發(fā)生的機(jī)會(huì)會(huì)很小。例

8、： 已知信息位串K（x）= 110011 生成多項(xiàng)式G(x)= 11001問(wèn)冗余碼應(yīng)該是幾位？請(qǐng)計(jì)算出冗余碼R(x)，并驗(yàn)證C(x)整除G(x)。數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí) TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè) 3.4.1 數(shù)據(jù)鏈路的基本思想可靠的傳輸應(yīng)滿足兩個(gè)條件P603.4.2 數(shù)據(jù)鏈路控制的基本機(jī)制差錯(cuò)控制的方法采用反饋重傳機(jī)制；流量控制采用滑動(dòng)窗口機(jī)制反饋重傳機(jī)制（1）接收方反饋確認(rèn)信息收到正確幀后返回正確認(rèn)否則返回負(fù)確認(rèn)。（2.）發(fā)送方重傳差錯(cuò)幀幀丟失或收到負(fù)確認(rèn)發(fā)送方重傳數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)3.4 數(shù)據(jù)鏈路控制 TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè) 2. 滑動(dòng) 窗口機(jī)制滑動(dòng)窗口機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)傳輸流量

9、進(jìn)行控制。發(fā)送端和接收端分別設(shè)定發(fā)送窗口和接收窗口 。發(fā)送窗口用來(lái)對(duì)發(fā)送端進(jìn)行流量控制。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。自動(dòng)請(qǐng)求重傳ARQ包含了以上機(jī)制即差錯(cuò)控制與流量控制。數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)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) TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè) 3.4.3 自動(dòng)請(qǐng)求

10、重傳1停等式 ARQ：等待對(duì)方確認(rèn)后再發(fā)2連續(xù)ARQ：重發(fā)出錯(cuò)數(shù)據(jù)后的所有數(shù)據(jù)。3選擇重發(fā)ARQ：重發(fā)出錯(cuò)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí) TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè)WT=1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)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)丟失重傳tout丟失 ！ABDATA0送主機(jī)ACKDATA0丟棄ACK(d) 確認(rèn)丟失重傳tout丟失 ！ABDATA0NAKDATA0送主機(jī)ACK(b) 數(shù)據(jù)出錯(cuò)重傳出錯(cuò)四種情況停等式 ARQABDATAACK傳播時(shí)延 t傳 t轉(zhuǎn)tACRt傳tDATAtout=tDATA/(tDATA+tACR+t

11、轉(zhuǎn)+2t傳) tDATA/(tDATA+2t傳)=P/(P+2E）停等ARQ鏈路的利用率TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)連續(xù)ARQ DATA0DATA1DATA2DATA3DATA5ACK1ACK2ACK1 確認(rèn) DATA0ACK2 確認(rèn) DATA1DATA6 不按序，丟棄，重傳 ACK4DATA5 不按序，丟棄，重傳 ACK4ACK4ACK3 確認(rèn) DATA2ACK4重傳 DATA5重傳 DATA4AB超時(shí)重傳時(shí)間tout送交主機(jī)送交主機(jī)ACK4ACK5ACK4DATA4 丟失ACK3DATA4?DATA6DATA7ACK4 確認(rèn) DATA3ACK5 確認(rèn) DATA4DATA

12、7 不按序，丟棄，重傳 ACK4重傳 DATA6重傳 DATA7ACK6ACK7ACK6 確認(rèn) DATA5ACK7 確認(rèn) DATA6接收方WR=1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)連續(xù)ARQ發(fā)送窗口的最大值 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。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。 連續(xù)ARQ信道利用

13、率當(dāng)信道的傳輸質(zhì)量好，誤碼率很小時(shí)，利用率高。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。 選擇重傳 ARQ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)。 選擇重傳 ARQ 協(xié)議可避免重復(fù)傳送那些本來(lái)已經(jīng)正確到達(dá)接收端的數(shù)據(jù)幀。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。TCP/IP技術(shù)探討前一頁(yè)后一頁(yè)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)選擇重發(fā)ARQ DATA0DATA1DATA2DATA3DATA5ACK1ACK2ACK1 確認(rèn) DATA0ACK2 確認(rèn) DATA1ACK7ACK3 確認(rèn) DATA2ACK

14、0重傳 DATA4AB超時(shí)重傳時(shí)間tout送交主機(jī)ACK4ACK6DATA4 丟失ACK3DATA4?DATA6DATA7ACK4 確認(rèn) DATA3ACK6 確認(rèn) DATA5ACK7 確認(rèn) DATA6ACK0確認(rèn) DATA7ACK5 確認(rèn) DATA4接收窗口WR1 (如WR=4）需接收方設(shè)置一定容量的緩存空間選擇重傳 ARQ 發(fā)送窗口的限制 接收窗口不應(yīng)大于發(fā)送窗口，若用 n 比特進(jìn)行編號(hào)，則：WT =WR 2n/2n=3, WT=WR=4前一頁(yè)后一頁(yè)3.5 高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程（HDLC）HDLC是一種面向位的鏈路層協(xié)議1. 數(shù)據(jù)鏈路的配置方式非平衡配置 特點(diǎn)是由一個(gè)主站控制整個(gè)鏈路的工作（

15、數(shù)據(jù)鏈路建立和拆除以及差錯(cuò)恢復(fù)等）。主站發(fā)出的幀叫做命令。受主站控制的各站叫做次站或從站, 從站不能主動(dòng)地發(fā)送幀，只能被動(dòng)的對(duì)主站作出響應(yīng)，從站返回主站的幀稱為響應(yīng)。平衡配置 鏈路兩端的兩個(gè)站都是復(fù)合站。復(fù)合站同時(shí)具有主站與次站的功能。因此每個(gè)復(fù)合站都可以發(fā)出命令和響應(yīng)。主要用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路。前一頁(yè)后一頁(yè)前一頁(yè)后一頁(yè)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 FCSMSMP/F11N(R)P/F01N(R)P/FN(s)0信息幀I無(wú)編號(hào)幀U監(jiān)督幀S2. HDLC的幀格式標(biāo)志字段：表示幀的開始和結(jié)尾，由8位01111110組成。在兩個(gè)標(biāo)志字段之間的比特串中，如果碰

16、巧出現(xiàn)了和標(biāo)志字段F一樣的比特組合，那么就會(huì)誤認(rèn)為是找到了一個(gè)幀的邊界。為了避免出現(xiàn)這種錯(cuò)誤，HDLC采用零比特填充法使一幀中兩個(gè)F字段之間不會(huì)出現(xiàn)6個(gè)連續(xù)1 前一頁(yè)后一頁(yè)地址字段：當(dāng)使用非平衡方式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，地址字段總是填入從站地址；當(dāng)使用平衡方式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，地址字段填入應(yīng)答站地址。如果地址字段為全1時(shí)，表示為廣播地址，則要求網(wǎng)中所有站都要接收該幀。（如上圖括號(hào)內(nèi)的字母表示應(yīng)填入的站的地址）控制字段：用來(lái)表示此幀的類型（信息幀，監(jiān)督幀，無(wú)編號(hào)幀）和提供一些控制功能。如命令和響應(yīng)。該字段是HDLC的關(guān)鍵，HDLC的許多重要功能都要考控制字段來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)字段：封裝的數(shù)據(jù)。放置來(lái)自網(wǎng)絡(luò)層的PDU。

17、幀校驗(yàn)序列：用于錯(cuò)誤檢測(cè)，采用CRC校驗(yàn)。前一頁(yè)后一頁(yè)3. 幀類型 根據(jù)控制字段的含義分為：信息幀(I幀) 以0開頭，監(jiān)督幀(S幀)以10開頭，無(wú)編號(hào)(U幀)以11開頭。N(S): （24位）表示當(dāng)前幀的序號(hào)（僅I幀有），24位，用于存放發(fā)送幀序號(hào)（發(fā)送方填入）.N(R): （68位）用來(lái)存放接收方下一個(gè)預(yù)期要接收的幀的序號(hào)（接收方填入），如N(R)5，表示接收方下一幀接收5號(hào)幀，說(shuō)明5號(hào)幀前的各幀接收方都已接妥。N(R)帶有確認(rèn)的意思.前一頁(yè)后一頁(yè)P(yáng)/F:當(dāng)主站想知道從站是否有數(shù)據(jù)發(fā)送,或者想知道從站的狀態(tài)時(shí),就可以向從站發(fā)送P=1的幀.當(dāng)被輪詢的從站有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí),就可以向主站連續(xù)發(fā)送信息

18、幀,最后一幀終結(jié)位F必須置為1.表示該站已發(fā)送完數(shù)據(jù).P/F=0表示無(wú)意義。S字段:用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程進(jìn)行管理. M字段:僅存在于無(wú)編號(hào)幀中(不含有N(R)和N(S)而得名)用于提供對(duì)鏈路的建立、拆除以及多種控制功能。前一頁(yè)后一頁(yè)S字段:用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程進(jìn)行管理.00：接收準(zhǔn)備就緒 （請(qǐng)發(fā)下一幀 10：接收未就緒 （ 緩存區(qū)已滿或連接有錯(cuò) ）01：拒絕 （幀出錯(cuò)，重發(fā)N(R)開始以后的幀）11：選擇性拒絕 （重發(fā) N(R)號(hào)幀）前一頁(yè)后一頁(yè)4. HDLC的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程三個(gè)階段：建立數(shù)據(jù)鏈路（使用U幀）傳輸數(shù)據(jù)（使用S幀、I幀）拆除鏈路（使用U幀）前一頁(yè)后一頁(yè)3.6 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP點(diǎn)對(duì)點(diǎn)

19、協(xié)議就是用來(lái)控制一條連接兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的鏈路協(xié)議。一種應(yīng)用在電話撥號(hào)上網(wǎng)的場(chǎng)合，另一種應(yīng)用在路由器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的Internet主干。在這種情況下，一是不存在尋址問(wèn)題，二是不會(huì)發(fā)生訪問(wèn)鏈路的沖突. 因特網(wǎng)服務(wù)提供者（ISP)調(diào)制解調(diào)器至因特網(wǎng)用戶家庭撥號(hào)電話線使用TCP/IP的PPP連接路由器P304前一頁(yè)后一頁(yè)P(yáng)PP協(xié)議無(wú)以下功能:(1)差錯(cuò)控制 PPP只需差錯(cuò)檢錯(cuò)而無(wú)需重傳。出錯(cuò)丟棄(2)流量控制 如果網(wǎng)絡(luò)層來(lái)不及接收數(shù)據(jù)，則由網(wǎng)絡(luò)層來(lái)丟棄數(shù)據(jù)或讓對(duì)方降低數(shù)據(jù)傳輸速率。(3)順序控制 PPP不要求數(shù)據(jù)幀按序到達(dá)，這是為了與IP數(shù)據(jù)報(bào)的操作方式兼容。(4)多點(diǎn)鏈路 PPP只需滿足一發(fā)一收兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的鏈路操作。1 . PPP協(xié)議的組成提供在串行連路上封裝數(shù)據(jù)幀的方法 用于建立、配置（封包格式、分組大小等） 、測(cè)試和拆除數(shù)據(jù)鏈路的鏈路控制協(xié)議（LCP）.一組網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）,用以支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議.前一頁(yè)后一頁(yè)2 . PPP協(xié)議的幀格式（同HDLC類似）標(biāo)志字段 7E地址字段 FF控制字段 03協(xié)議字段 信息部分校驗(yàn)字段 FCS標(biāo)志字段 7E字節(jié)111116001/22/4標(biāo)志字段: 01