計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章1

第四章數(shù)據(jù)鏈路層4.1線路規(guī)程4.2流量控制與差錯(cuò)控制4.4數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)互連數(shù)據(jù)鏈路層提供兩個(gè)相鄰的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的可靠通信。將不可靠的物理鏈路變?yōu)榭煽康臄?shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)男畔卧菐?Frame)數(shù)據(jù)鏈路層的主要工作：線路規(guī)程、差錯(cuò)控制和流量控制。4.1線路規(guī)程線路規(guī)程是監(jiān)視鏈路的建立，以及在給定時(shí)刻分配一個(gè)具體設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的權(quán)利。線路規(guī)程可以兩種方式實(shí)現(xiàn)：①詢問(wèn)/應(yīng)答（ENQ/ACK）②輪詢(Poll)/選擇(Select)方式。4.1.1詢問(wèn)/確認(rèn)模式①詢問(wèn)/確認(rèn)模式的使用場(chǎng)合：當(dāng)兩個(gè)設(shè)備之間存在一條專用鏈路時(shí)，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，采用詢問(wèn)/確認(rèn)模式。只要一條鏈路兩頭的設(shè)備級(jí)別相同，任意一個(gè)設(shè)備都可以啟動(dòng)一個(gè)會(huì)話過(guò)程。②詢問(wèn)/確認(rèn)模式的工作方式啟動(dòng)方首先發(fā)送一個(gè)詢問(wèn)幀（ENQ）詢問(wèn)接收方是否可以接收數(shù)據(jù)，接收方如果已經(jīng)準(zhǔn)備好接收，回答一個(gè)確認(rèn)幀（ACK）。如果沒(méi)有準(zhǔn)備好接收，回答一個(gè)否認(rèn)（NAK）。詢問(wèn)/確認(rèn)(ENQ/ACK)線路規(guī)程

3種可能出現(xiàn)的情況:①?zèng)]有應(yīng)答:②回答是否定:③回答是肯定:

4.1.2輪詢/選擇模式輪詢(Poll)/選擇(Select)模式的使用場(chǎng)合在多點(diǎn)連接系統(tǒng)。在這種環(huán)境下，不僅僅要確定設(shè)備是否就緒，還要確定哪一個(gè)站點(diǎn)有權(quán)使用信道。①工作方式：主設(shè)備控制鏈路，主設(shè)備發(fā)命令，從設(shè)備響應(yīng)。②地址問(wèn)題：在鏈路上的每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)地址來(lái)標(biāo)識(shí)自己。②地址問(wèn)題：在鏈路上的每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)地址來(lái)標(biāo)識(shí)自己。

③選擇：主設(shè)備希望發(fā)送數(shù)據(jù)，用SeL告訴從設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。從設(shè)備用ACK同意接收，用NAK拒絕接收。多點(diǎn)選擇

④輪詢：主設(shè)備希望接收數(shù)據(jù)，逐個(gè)詢問(wèn)設(shè)備是否有數(shù)據(jù)發(fā)送。如果沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送，必須回答否定應(yīng)答幀(NAK)。如果有數(shù)據(jù)，直接用數(shù)據(jù)幀應(yīng)答。有兩種終止信息交互的方法：①?gòu)脑O(shè)備將所有的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，并以一個(gè)傳輸結(jié)束幀(EOT)結(jié)束傳輸。②主設(shè)備發(fā)出“時(shí)間到”消息。4.2流量控制與差錯(cuò)控制流量控制是一組過(guò)程，這組過(guò)程是用來(lái)告訴發(fā)送方在等待接收方的確認(rèn)信號(hào)之前最多可以傳送多少數(shù)據(jù)。流量控制有兩個(gè)要點(diǎn)：①數(shù)據(jù)流不能使接收方過(guò)載②接收方對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)差錯(cuò)控制主要指錯(cuò)誤檢測(cè)和重傳方法。自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求(ARQ)：數(shù)據(jù)幀在傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤，接收方就返回一個(gè)否定應(yīng)答幀(NAK)，出錯(cuò)的幀就會(huì)被發(fā)送方重新傳送。這個(gè)過(guò)程叫ARQ。數(shù)據(jù)被重傳的情況有三種：幀破壞、幀丟失和應(yīng)答幀丟失。流量控制和差錯(cuò)控制是結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)的，有兩種實(shí)現(xiàn)流量控制和差錯(cuò)控制的技術(shù)：停止等待協(xié)議滑動(dòng)窗口協(xié)議4.2.1停止等待協(xié)議①停止等待協(xié)議的流量控制發(fā)送方每發(fā)送一幀后就等待應(yīng)答。只有收到一個(gè)應(yīng)答(ACK)后，才發(fā)送下一個(gè)幀。直到發(fā)送方發(fā)送一個(gè)傳輸結(jié)束幀。優(yōu)點(diǎn)：協(xié)議簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：效率低，在線路上只有一幀。如果設(shè)備之間的距離很長(zhǎng)，在每幀之間等待ACK幀所花費(fèi)的時(shí)間很長(zhǎng)。停止等待協(xié)議

②完成一幀發(fā)送所需的最短時(shí)間：WT=tI+2tp+2tproc+tS其中：tI：發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)間=幀長(zhǎng)/數(shù)據(jù)傳輸率tS：發(fā)送確認(rèn)幀時(shí)間=確認(rèn)幀長(zhǎng)/數(shù)據(jù)傳輸率tp：信號(hào)傳輸延時(shí)=距離/0.7光速tproc：節(jié)點(diǎn)處理數(shù)據(jù)時(shí)間③停等協(xié)議的定量分析⑴無(wú)差錯(cuò)情況的信道利用率F：F=(tI+tp)/WT；tI：發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間;tp：信號(hào)的傳輸延時(shí)；信道利用率：信道被占用的時(shí)間和總時(shí)間之比。⑵無(wú)差錯(cuò)情況的有效數(shù)據(jù)傳輸率S=D1/WT；D1是有效數(shù)據(jù)位數(shù)；WT是發(fā)送一幀的時(shí)間；有效數(shù)據(jù)傳輸率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)位數(shù)。例1：C=傳輸速率（10Mbps或10bit/us）S=信號(hào)速度（200m/us）D=發(fā)送方與接收方的距離（200m）tproc=生成一幀的時(shí)間（1us）Lf=一幀的比特?cái)?shù)（200Bit）N=一幀的數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)（160Bit）LS=一確認(rèn)幀的比特?cái)?shù)（40Bit）計(jì)算：WT=tI+2tP+2tProc+tStI=Lf/C=200/10=20(us);tS=LS/C=40/10=4(us);tP=D/S=200/200=1(us);WT=20+2×1+2×1+4=28;信道有效忙碌的時(shí)間為tI+tP=20+1;所以：信道的利用率:P=21/28=75%有效數(shù)據(jù)傳送速率:160/28=5.7Mbps

⑶有差錯(cuò)時(shí)正確傳送一幀的平均時(shí)間無(wú)差錯(cuò)情況下，發(fā)送一幀的最小時(shí)間間隔為WT,記為tW。當(dāng)出錯(cuò)率為p時(shí),正確發(fā)送一幀的平均時(shí)間間隔tV為(根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)學(xué))：tV=tW/(1-p);p是出錯(cuò)率tV是發(fā)送一幀的平均時(shí)間;⑷系統(tǒng)的最大吞吐量最大吞吐量λmax（每秒成功發(fā)送的幀數(shù)）：λmax=1/tV=(1-p)/tW

極限吞吐量M=1/tI(tI是發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間)⑸系統(tǒng)的傳輸效率系統(tǒng)的傳輸效率ρ=最大吞吐量λmax/極限吞吐量ρ=[(1-p)/tw]/[1/tI];令a≡tw/tI>1;則:ρ=(1-p)/a說(shuō)明ρ的大小與a的關(guān)系是反比;a越小效率越高;④停止等待協(xié)議中的差錯(cuò)控制為了實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制，停止等待協(xié)議采用ARQ技術(shù)，ARQ處理錯(cuò)誤的三種情況：幀破壞幀丟失應(yīng)答幀丟失要求：發(fā)送站要保留數(shù)據(jù)幀的備份；數(shù)據(jù)幀和應(yīng)答幀必須交替的標(biāo)識(shí)為0和1。如果接收方收到了兩個(gè)相鄰的數(shù)據(jù)幀且標(biāo)號(hào)相同，說(shuō)明接收方收到了一個(gè)重復(fù)幀。應(yīng)當(dāng)丟棄一個(gè)重復(fù)幀。否定應(yīng)答幀(NAK),通知發(fā)送方重新發(fā)送最近的一幀。定時(shí)器，判斷數(shù)據(jù)幀在傳輸中丟失。4.2.2滑動(dòng)窗口協(xié)議①滑動(dòng)窗口協(xié)議中的流量控制

發(fā)送方在收到應(yīng)答消息前可以發(fā)送若干幀。接收方使用一個(gè)ACK幀來(lái)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)幀的接收進(jìn)行確認(rèn)。具體可以接受多少幀視窗口大小而定.

幀編號(hào)：在滑動(dòng)窗口協(xié)議中，數(shù)據(jù)幀以模n方式編號(hào)，也就是說(shuō)，編號(hào)從0到n-1。窗口的大小是n-1。接收方發(fā)送的應(yīng)答幀(ACK)編號(hào)是接收方希望收到的下一幀的編號(hào)。窗口是發(fā)送方和接收方存放數(shù)據(jù)幀的緩沖區(qū)：發(fā)送方窗口用于存放已經(jīng)發(fā)送但未收到應(yīng)答的數(shù)據(jù)幀和在收到應(yīng)答幀之前可以發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。在接受方，只要窗口未填滿就可以在未發(fā)送應(yīng)答幀的情況下繼續(xù)接收數(shù)據(jù)幀。接收方窗口用于存放已經(jīng)被接收但未給應(yīng)答的數(shù)據(jù)幀。發(fā)送方發(fā)送窗口

接收方接收窗口

②滑動(dòng)窗口協(xié)議中的差錯(cuò)控制滑動(dòng)窗口協(xié)議中，有兩種實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求(ARQ)技術(shù):回退N自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求(Go-back-N)選擇拒絕自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求(Select-Rej)要求：發(fā)送站要保留數(shù)據(jù)幀的備份；除確認(rèn)幀外，接收方可以發(fā)送否認(rèn)幀，告訴發(fā)送方重新發(fā)送一個(gè)損壞的幀；定時(shí)器，判斷數(shù)據(jù)幀在傳輸中丟失③回退n自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求在滑動(dòng)窗口的回退n自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求中，如果一幀丟失或損壞了，從最近一次得到應(yīng)答的數(shù)據(jù)幀