ch數(shù)據(jù)鏈路控制ARQ

數(shù)據(jù)鏈路控制——forWAN1基本概念數(shù)據(jù)電路是一條通信雙方的物理電路段，中間不含任何交換節(jié)點(diǎn);是在線路或信道上加信號變換設(shè)備之后所形成的二進(jìn)制比特流通路,由傳輸信道加DCE組成。物理電路物理鏈路鏈路數(shù)據(jù)鏈路具備邏輯上的控制關(guān)系,=數(shù)據(jù)電路+規(guī)程一條物理鏈路可以構(gòu)成多條數(shù)據(jù)鏈路(復(fù)用時)2物理鏈路的基本結(jié)構(gòu)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路:主站發(fā)信息或命令;從站發(fā)確認(rèn)或響應(yīng);復(fù)合站兼有主從站功能多點(diǎn)鏈路:一站為控制站,其余各站為受控站

數(shù)據(jù)網(wǎng)Modem分組交換機(jī)DTEDCEDTEModem物理鏈路數(shù)據(jù)鏈路3數(shù)據(jù)鏈路控制的功能屏蔽物理層不同的通信環(huán)境和條件，向高層提供可靠幾乎無差錯、透明的邏輯信道。主要功能成幀控制用幀格式來分割和調(diào)節(jié)物理層比特流的傳送，以便于數(shù)據(jù)的傳送處理（緩沖準(zhǔn)備）和差錯控制。幀同步編址點(diǎn)到點(diǎn)如X.25中標(biāo)識DTE、DCE90頁；多點(diǎn)鏈接須保證每一幀都能送到正確的地址。4流量控制是一種使目的端實體可以調(diào)節(jié)源端實體發(fā)出PDU流量的協(xié)議機(jī)制。限制數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)量或速率。通過采用應(yīng)答機(jī)制來調(diào)節(jié)通信雙方在處理能力上的差異。通常是使用窗口技術(shù)來控制數(shù)據(jù)的傳輸節(jié)奏，以調(diào)節(jié)通信雙方的緩沖區(qū)的使用。差錯控制用途:處理PDU丟失或損壞情況通過差錯檢測(通過檢錯編碼發(fā)現(xiàn)傳輸中出現(xiàn)的差錯)和PDU重傳(檢錯重發(fā)),重發(fā)分為應(yīng)答重發(fā)(被動糾錯)和超時重發(fā)(主動糾錯)差錯恢復(fù)：若采用糾錯編碼則自動改正,開銷大5差錯控制和流量控制通常在一個單一的機(jī)制中一起實現(xiàn),也可以在多種協(xié)議級別上實現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制信息的識別在同一幀中，在同一信道中傳送。幀格式透明傳輸不管所傳數(shù)據(jù)是什么樣的比特組合,即使與某一控制信息完全一樣也可以,都能在物理鏈路上傳送.且保證收方不會誤判.鏈路管理數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放過程.6鏈路控制機(jī)制三種常用的流量及差錯控制技術(shù)停等協(xié)議Go-back-N(連續(xù)ARQ)選擇重傳ARQSelectiveRepeat后兩種是滑動窗口技術(shù)的兩個特例7最理想的數(shù)據(jù)傳輸假定1:鏈路是理想的傳輸信道(不會出錯和丟失)假定2:不管發(fā)方以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù),收方總來得及收下,并及時上交主機(jī)(接收緩沖區(qū)容量無限大永不會溢出或收發(fā)速率精確相等)則:此數(shù)據(jù)傳輸不需要2層協(xié)議!停等協(xié)議(stopandwait)8具有最簡單流量控制的L2協(xié)議假定1:鏈路是理想的傳輸信道(不會出錯和丟失)假定2:不成立則:為使收方的接收緩沖區(qū)不會溢出,在最簡單情況下,發(fā)方每發(fā)一數(shù)據(jù)幀停等收方發(fā)來ACK幀,之后再發(fā)下一數(shù)據(jù)幀.使收發(fā)雙方能夠同步(廣義).*

由收方控制發(fā)方的數(shù)據(jù)流量是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中流量控制的一個基本方法.9具有最簡單流量控制的L2協(xié)議算法發(fā)方算法從主機(jī)取一個數(shù)據(jù)幀送入L2的發(fā)送緩存將緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)出去等待直至收到接收結(jié)點(diǎn)發(fā)過來的信息從主機(jī)取一個新的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)2.收方算法等待直至收到發(fā)來的數(shù)據(jù)幀放入L2的接收緩存向發(fā)方發(fā)信息轉(zhuǎn)1.10ABtFtFDataframeACKframetltAtAtproctP停等協(xié)議通信信過程11tprop=l/v傳播時延(propagationtime)lA和B的距離v傳播速度(propagationspeed)2or3×105km/stF傳送一幀的時時間=F/C=(H+D)/CtA傳送一確認(rèn)幀幀的時間(transmissiontime)Fframelength=H+D控制信息和數(shù)數(shù)據(jù)信息C數(shù)據(jù)發(fā)送速度度(datatransmissionspeed)tproc每個站對一個個到來的時間間做出反映的的處理時間12信道利用率U=tD/TT=(tF+tA+2tprop+2tproc)tF+2tpropT是發(fā)送一個幀幀和收到一個個確認(rèn)并準(zhǔn)備備好發(fā)送下一一幀的時間吞吐量(每秒秒幀數(shù))=1/T歸一化吞吐量量S=(1/(tF+2tprop))/(1/tF)=tF/(tF+2tprop)=1/(1+2)=tprop/tF13實用的停等協(xié)協(xié)議現(xiàn)狀1:傳輸輸數(shù)據(jù)的信道道不可靠(有有差錯)數(shù)據(jù)幀損壞、、丟失確認(rèn)幀損壞、、丟失現(xiàn)狀2:需要要對數(shù)據(jù)的發(fā)發(fā)端進(jìn)行流量量控制14確認(rèn)幀ACK否認(rèn)幀NAK幀有錯:CRC檢錯超時定時器設(shè)重發(fā)時間(幀丟失時防防死鎖)發(fā)送序號N(S)在數(shù)據(jù)幀中設(shè)設(shè)置,防重復(fù)復(fù)幀發(fā)送序號由發(fā)發(fā)方設(shè)置,收收方查詢編號方案V(S)V(R)發(fā)送、接收狀狀態(tài)變量,0、1交替變變化15發(fā)送結(jié)點(diǎn):①從主機(jī)取一一個數(shù)據(jù)幀(網(wǎng)絡(luò)層交付付),令V(S)=0;②令N(S)=V(S)(即將V(S)寫入數(shù)據(jù)幀的的發(fā)送序號),并將數(shù)據(jù)據(jù)幀送交發(fā)送送緩沖區(qū);③將發(fā)送緩存存中的數(shù)據(jù)幀幀發(fā)送出去,設(shè)置超時定定時器(選擇擇適當(dāng)?shù)闹匕l(fā)發(fā)時間tout),等待以下3個事件件中最先出現(xiàn)現(xiàn)的一個:④若收到ACK,則從主機(jī)取一一新幀,令V(S)=1-V(S)(更新,準(zhǔn)備發(fā)發(fā)下一數(shù)據(jù)幀幀),轉(zhuǎn)②⑤若超時定時時器時間到,或⑥收到NAK,則轉(zhuǎn)③(可見見重發(fā)時N(S)未變!)停等協(xié)議(5)16注意：touttA+2tprop+2tproc2tprop發(fā)送端在發(fā)完完數(shù)據(jù)幀時,須保留發(fā)送送緩存中的此此數(shù)據(jù)幀的副副本,等收到到對方發(fā)來的的ACK時方可清除.協(xié)議中發(fā)方等等到一個肯定定的確認(rèn)之后后才進(jìn)展到下下一個數(shù)據(jù).常稱為帶重發(fā)發(fā)的肯定確認(rèn)認(rèn)(PAR)或ARQ(自動重復(fù)請求求)17接收結(jié)點(diǎn):①令V(R)=0(V(R)初始化,其值等于欲接收的數(shù)據(jù)據(jù)幀的發(fā)送序序號);②等待;直到收到一一個數(shù)據(jù)幀;③檢查有無產(chǎn)產(chǎn)生傳輸差錯錯(如用CRC).若有,則轉(zhuǎn)⑦⑦;否則④若N(S)≠V(R),則丟棄此數(shù)據(jù)據(jù)幀,并轉(zhuǎn)⑥⑥;否則⑤將收到的數(shù)數(shù)據(jù)幀中的數(shù)數(shù)據(jù)部分送交交網(wǎng)絡(luò)層,令V(R)=1-V(R)(準(zhǔn)備接收下一一數(shù)據(jù)幀);⑥發(fā)送確認(rèn)幀幀ACK,轉(zhuǎn)②⑦發(fā)送否認(rèn)幀幀NAK,轉(zhuǎn)②18注意:④N(S)≠V(R)表明收到的是是重復(fù)的數(shù)據(jù)據(jù)幀,該幀應(yīng)應(yīng)丟棄但收方方仍發(fā)ACK.發(fā)方的數(shù)據(jù)幀幀丟失或收方的確認(rèn)幀幀丟失都會導(dǎo)致致重發(fā).⑤N(S)==V(R)表明收到的是是新的(非重重復(fù))且非被被損壞的數(shù)據(jù)據(jù)幀.19吞吐量1/T假設(shè)超時時間間值等于2倍倍的傳播時延延值發(fā)送成功一個個幀所需的平平均時間T=Nx(tF+2tprop)設(shè)P1為丟失數(shù)據(jù)幀幀的概率,P2為丟失ACK幀的概率,則則幀發(fā)送成功功的概率為(1-P1)(1-P2),有故障的概率為為P=1-(1-P1)(1-P2)每幀傳送的平平均次數(shù)Nx=(1-P)+2P(1-P)+3P2(1-P)+…+P(1-P)=1/(1-P)歸一化吞吐量量(1/T)/(1/tF)=(1-P)/(1+2)20=傳播時間/傳傳輸時間=(l/v)/(F/C)=lC/vF歸一化吞吐量量隨幀長增加加而增加,隨隨距離增加而而減小,隨發(fā)發(fā)送速度(數(shù)數(shù)據(jù)率)增加加而減小。21所有滑動窗口口協(xié)議中,每每個外出幀包包含一個序號號:0某一最大值值,序號字段為n比特時編號最大值通常為為2n-1.停等滑動窗口口協(xié)議n=1,序號為0或1.所有滑動窗口口協(xié)議的精髓髓在于:在任任何時刻發(fā)方方維持一張允允許發(fā)送的幀幀的序號表.這些幀落于于發(fā)送窗口sendingwindow內(nèi).類似還有有接收窗口對應(yīng)一組允許許接受的幀的的序號表.發(fā)發(fā)方的和收方方的窗口不用用具有相同的的上下限(lowerandupperlimits),及相同的大小小.SlidingWindowprotocols22發(fā)送窗口：發(fā)發(fā)送端維護(hù)的的一個允許并并已被發(fā)出但尚未被確認(rèn)認(rèn)的幀的序號表，其其中的序號連連續(xù).發(fā)送窗口的上上界表示要發(fā)發(fā)送的下一個個幀的序號，，下界表示未未得到確認(rèn)的的幀的最小編編號。發(fā)送窗口大小小=上界-下界，大大小可變；最大發(fā)送窗口口尺寸WT：發(fā)送端可以不不等待收方應(yīng)應(yīng)答而連續(xù)發(fā)發(fā)送的最大幀幀數(shù)。因為當(dāng)前在發(fā)發(fā)送窗口內(nèi)的的幀可能最終終在運(yùn)送中丟丟失或損壞,所以發(fā)方必必須在內(nèi)存中中保留所有這這些幀以備可可能的重發(fā)，，故須設(shè)置最最大窗口尺寸寸(緩存大小小):在沒有收到對對方確認(rèn)的條條件下發(fā)方可可連續(xù)發(fā)送的的幀數(shù).23發(fā)送窗口滑動動機(jī)制有新分組從網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層到來且且窗口未增到到最大尺寸時時,窗口上沿沿增1;確認(rèn)來到時,檢查確認(rèn)序號號，落在發(fā)送送窗口內(nèi)則順順時針滑動發(fā)發(fā)送窗口，否否則不做處理理.在連續(xù)ARQ中為使協(xié)議正確確,1<WT2n-1,n為序號的比特特數(shù).(WT=2n時若ACK全部丟失,發(fā)發(fā)方會誤判0號重復(fù)幀為為新的數(shù)據(jù)幀幀.)滑動窗口協(xié)議議(2)24V(S)=01230例1:WT=2n,n=2,ACK全部丟失一直沒收到確確認(rèn),窗口已至最大大尺寸,關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)層01230N(S)toutV(R)=012301超時重重發(fā)幀幀0!V(R)==0==N(S),故收下下“新新幀””(實實為重重復(fù)幀幀!!!!)錯!25V(S)=0123例2:WT=2n-1,n=2,ACK全部丟丟失一直沒沒收到到確認(rèn)認(rèn),窗口已已至最最大尺尺寸,關(guān)閉網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層層0120N(S)toutV(R)=0123超時重重發(fā)幀幀0!V(R)N(S),故不收收下0號幀幀,但但發(fā)ACK!OK3tout12ACK0新數(shù)據(jù)據(jù)幀26接收L2窗口對對應(yīng)可可以(允許許)接接受的的幀.任何落落于窗窗口外外的幀幀一概概丟棄棄.當(dāng)一個個序號號等于于窗口口下沿沿的幀幀收到到時,被傳傳遞給給網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層,并產(chǎn)產(chǎn)生一一個確確認(rèn)(響應(yīng)應(yīng)幀),窗窗口還還要旋旋轉(zhuǎn)一一格.大小固固定：：與發(fā)發(fā)送窗窗口不不同,收方方的窗窗口總是保保持其其最初初的大大小.窗口尺尺寸為為1指指數(shù)據(jù)據(jù)鏈路路層只只順序序接受受幀,但對對于較較大窗窗口不不這樣樣.與之對對比,網(wǎng)絡(luò)層層總是是按正正確的的順序序納入入數(shù)據(jù)據(jù),不管管L2的窗口口尺寸寸.在連續(xù)續(xù)ARQ中,WR=1.滑動窗窗口協(xié)協(xié)議(3)271比特的的滑動動窗口口協(xié)議議AProtocolUsingGoBacknAProtocolUsingSelectiveRepeat滑動窗窗口協(xié)協(xié)議(4)28滑動窗窗口協(xié)協(xié)議(5)1比特的的滑動動窗口口協(xié)議議（AOneBitSlidingWindowProtocol）協(xié)議特特點(diǎn)：：窗口大大小：：N=1，發(fā)送序序號和和接收收序號號的取取值范范圍：：0，，1；；可進(jìn)行行數(shù)據(jù)據(jù)雙向向傳輸輸，信信息幀幀中可可含有有確認(rèn)認(rèn)信息息（piggybacking技術(shù)））；信息幀幀中包包括兩兩個序序號域域：發(fā)發(fā)送序序號和和接收收序號號（已已經(jīng)正正確收收到的的幀的的序號號）29為提高高傳輸輸效率率而設(shè)設(shè)計,解決決辦法法:連連續(xù)續(xù)發(fā)送送多幀幀后再再等待待確認(rèn)認(rèn)，稱稱為流流水線線技術(shù)術(shù)(pipelining).AProtocolUsingGoBackn協(xié)議特特點(diǎn)：：接收方方從出出錯幀幀起丟丟棄所所有后后繼幀幀；接收窗窗口為為1；；對于出出錯率率較高高的信信道，，浪費(fèi)費(fèi)帶寬寬。滑動窗窗口協(xié)協(xié)議(6)30退后n幀協(xié)議議(續(xù)續(xù))發(fā)送方方有流流量控控制，，為重重傳設(shè)設(shè)緩沖沖；發(fā)送窗窗口未未滿，，EnableNetworkLayer發(fā)送送窗窗口口滿滿，，DisableNetworkLayer發(fā)送送窗窗口口大大小小<序序號號個個數(shù)數(shù)（（MaxSeq+1）；；退后后n幀重重發(fā)發(fā)；；由于于有有多多個個未未確確認(rèn)認(rèn)幀幀，，設(shè)設(shè)多多個個計計時時器器。。31AProtocolUsingSelectiveRepeat協(xié)議議特特點(diǎn)點(diǎn)接收收窗窗口口大大于于1，，先先暫暫存存出出錯錯幀幀的的后后繼繼幀幀；；只重重傳傳壞壞幀幀；；對最最高高序序號號的的幀幀進(jìn)進(jìn)行行確確認(rèn)認(rèn)；；接收收窗窗口口較較大大時時，，需需較較大大緩緩沖沖區(qū)區(qū)。?；瑒觿哟按翱诳趨f(xié)協(xié)議議(7)32滑動動窗窗口口協(xié)協(xié)議議(8)33AProtocolUsingSelectiveRepeat(cont.)目的的在不不可可靠靠信信道道上上有有效效傳傳輸輸時時，，不不會會因因重重傳傳而而浪浪費(fèi)費(fèi)信信道道資資源源，，采采用用選選擇擇重重傳傳技技術(shù)術(shù)。。基本本原原理理發(fā)送送窗窗口口大大小?。海篗axSeq，，接收收窗窗口口大大小小：：(MaxSeq+1)/2保證證接接收收窗窗口口前前移移后后與與原原窗窗口口沒沒有有重重疊疊；；設(shè)MaxSeq=7,若接接收收窗窗口口=7，，發(fā)發(fā)方方發(fā)發(fā)幀0~6