數(shù)據(jù)鏈路層模型

數(shù)據(jù)鏈路層模型數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)基本服務(wù)：將源結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)较噜彽?目的結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層三種服務(wù)：

1.無(wú)確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)：目的結(jié)點(diǎn)不作確認(rèn)，差錯(cuò)由上層負(fù)責(zé)

2.有確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)：目的結(jié)點(diǎn)對(duì)收到的幀要作確認(rèn)，發(fā)送結(jié)點(diǎn)可以知道已發(fā)出的幀是否安全到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)；誤幀重傳

3.面向連接服務(wù)：可靠地傳送數(shù)據(jù)的服務(wù)，即提供在網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的功能服務(wù)原語(yǔ)：連接建立階段：DL-CONNECT.request,DL-CONNECT.indication, DL-CONNECT.response,DL-CONNECT.confirm

維持階段：

DL-DATA.request,DL-DATA.indication

釋放階段：DL-DISCONNECT.request, DL-DISCONNECT.indication,,網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體的通信過程示例數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體系統(tǒng)A系統(tǒng)BDL-C.reqDL-C.conDL-C.resDL-C.ind響應(yīng)幀DL-DC.indDL-D.reqDL-DC.indDL-D.ind連接請(qǐng)求幀DL-DC.req釋放連接請(qǐng)求幀響應(yīng)幀確認(rèn)幀數(shù)據(jù)幀DL-D.ind連接建立階段數(shù)據(jù)傳送階段連接釋放階段數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路管理成幀：同步、定界及透明傳輸流量控制差錯(cuò)控制尋址控制信息的形成方法（成幀）字符計(jì)數(shù)法：幀頭中使用一個(gè)字符來(lái)表示幀內(nèi)的字符數(shù) 缺點(diǎn)：計(jì)數(shù)字段一旦出錯(cuò)，將無(wú)法再同步 帶填充字符的首尾界符法：以特定的字符序列為控制字段 缺點(diǎn)：依賴于字符集，不通用，也無(wú)法擴(kuò)展帶填充位的首尾標(biāo)志法：采用統(tǒng)一的幀格式，以特定的 位序列進(jìn)行幀同步和定界物理層編碼違例法：IEEE802協(xié)議 只適用于在物理媒體的編碼策略中采用了冗余技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需填充帶填充字符的首尾界符法（面向字符）:幀首同步字符幀尾數(shù)據(jù)Bisync

傳輸幀填充字符SYNSYNDLESTXADLEDLEBDLEDLECDLEETX幀首011111000幀尾數(shù)據(jù)帶填充位的首尾標(biāo)志法（面向位）：HDLC填充位

差錯(cuò)控制目的：確保幀可靠地交付接收方基本方法：接收方向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確收到幀差錯(cuò)檢測(cè)和糾正檢錯(cuò)碼、糾錯(cuò)碼漢明距離：兩個(gè)碼字中不同位的個(gè)數(shù)糾正單比特差錯(cuò)所需的最少校驗(yàn)位數(shù)公式：（m+r+1）<2r n位碼元，其中m位數(shù)據(jù)，r位校驗(yàn)漢明糾錯(cuò)法：糾正單比特錯(cuò)

CRC碼：可檢測(cè)出所有奇數(shù)位錯(cuò)及長(zhǎng)度<r的并發(fā)錯(cuò)誤 CRC（循環(huán)冗余碼/多項(xiàng)式編碼）編碼思想：將位串看成系數(shù)為0或1的多項(xiàng)式檢錯(cuò)思想：收發(fā)雙方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式G(x)（其最高階和最低階系數(shù)必須為1），發(fā)送方在幀的末尾加上校驗(yàn)和，使帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式能被G(x)整除；接收方收到后，用G(x)除多項(xiàng)式，若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)。校驗(yàn)和計(jì)算算法

若G(x)為r階，原幀為m位，其多項(xiàng)式為M(x)，則在原幀后面添加r個(gè)0，幀成為n+r位，相應(yīng)多項(xiàng)式xrM(x)按模2除法用對(duì)應(yīng)于G(x)的位串去除對(duì)應(yīng)于xrM(x)的位串按模2減法從對(duì)應(yīng)于xrM(x)的位串中減去余數(shù)，結(jié)果就是要傳送的帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式T(x) T(x)=xrM(x)+[xrM(x)MOD2G(x)]發(fā)送方式（流控制技術(shù)）理想化的數(shù)據(jù)傳輸無(wú)需數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議假定1：鏈路是理想的傳輸信道，數(shù)據(jù)既不會(huì)出錯(cuò)也不會(huì)丟失假定2：不管發(fā)送方的速率多快，接收方總能接收到并上交等待發(fā)送（停止等待協(xié)議）發(fā)送方發(fā)出一幀后，要停下來(lái)等待接收方的應(yīng)答，收到確認(rèn)后才能發(fā)送下一幀連續(xù)發(fā)送（連續(xù)ARQ協(xié)議/流水線協(xié)議）發(fā)送方可以連續(xù)發(fā)送若干幀，如果在此過程中收到接收方的肯定應(yīng)答，可以繼續(xù)發(fā)送；若收到對(duì)其中某一幀的否認(rèn)幀，則從該幀開始的后續(xù)幀全部重發(fā)從主機(jī)取數(shù)據(jù)上交主機(jī)DATA1DATA4DATA3DATA2結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B從主機(jī)取數(shù)據(jù)上交主機(jī)DATA1DATA2結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B從主機(jī)取數(shù)據(jù)上交主機(jī)DATA1DATAnDATA2結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)BACKACKDATAn+3DATAn+2DATAn+1NAKn+1ACK理想信道具有簡(jiǎn)單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議流水線協(xié)議差錯(cuò)控制技術(shù)

差錯(cuò)控制技術(shù)差錯(cuò)控制肯定應(yīng)答（確認(rèn)）超時(shí)后重傳否認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)停止ARQGo-back-NARQ選擇重傳ARQ自動(dòng)請(qǐng)求重傳AutomaticRepeatRequest(ARQ)}實(shí)用的停止等待協(xié)議（有噪聲信道的單工協(xié)議）前提：實(shí)際信道不滿足理想化數(shù)據(jù)傳輸?shù)募俣髁靠刂品椒ǎ旱却l(fā)送差錯(cuò)控制：發(fā)送方數(shù)據(jù)幀中加入校驗(yàn)碼（CRC），由接收方檢查；若出錯(cuò)，返回NAK；發(fā)送方收到NAK后重發(fā)。幀丟失處理：超時(shí)定時(shí)器；以序號(hào)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：信道利用率低停止等待協(xié)議dataiACKdatai+1發(fā)出對(duì)剛收到的數(shù)據(jù)幀的應(yīng)答發(fā)出一幀等待，直到收到ACK才發(fā)送下一幀發(fā)送方接收方停等ARQframeiACKiframeI+1ACKi+1framei+2framei+2ACKi+2framei+3ACKi+3framei+3ACKi+3發(fā)送方接收方超時(shí)超時(shí)幀丟失

重發(fā)ACK丟失

重發(fā)，丟失重復(fù)幀停等協(xié)議的算法流程SGet!stDatafromNetworkLayerV(s)=0N(s)=V(s)SaveDateFrametoBufferSendBufferedDataFrametoPhysicalLayerStartTimerWaitEventReceivedACKReceivedNAKTimeOutGetNextDataV(s)=1-V(s)RV(r)=0WaitDataFrameReceivedFrame,andTestifErroroccursCorrectErrorN(s)=V(r)?DiscardFramePassDatatoNetwokLayerSendACKSendNAKSendACKV(r)=1-V(r)連續(xù)ARQ協(xié)議工作原理：發(fā)送方發(fā)完一幀后，不必停下來(lái)等待對(duì)方的應(yīng)答，可以連續(xù)發(fā)送若干幀；如果在發(fā)送過程中收到接收方的肯定應(yīng)答，可以繼續(xù)發(fā)送；若收到對(duì)其中某一幀的否認(rèn)幀，則從該幀開始的后續(xù)幀全部重發(fā)流量控制方法：連續(xù)發(fā)送差錯(cuò)控制：同停等協(xié)議優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)發(fā)送提高了信道利用率缺點(diǎn)：回走重傳（Go-back-N）,導(dǎo)致某些已正確接收的幀的重傳，因此降低了發(fā)送效率誤碼率較低時(shí)，連續(xù)ARQ優(yōu)于停等協(xié)議；反之則不一定Go-back-NARQframe1senderreceiver出錯(cuò)7，8幀被丟棄frame2frame3ACK4frame4frame5ACK6frame6frame7frame8NACK6ACK9frame7frame6frame86,7,8幀重傳滑動(dòng)窗口概念前提：在連續(xù)ARQ協(xié)議中，必須對(duì)可以連續(xù)發(fā)出的最多幀數(shù)（以發(fā)出但未確認(rèn)的幀）作限制原則：循環(huán)重復(fù)使用有限的幀序號(hào)流量控制：發(fā)送窗口：其大小WT表示在收到對(duì)方確認(rèn)的信息之前，可以連續(xù)發(fā)出的最多數(shù)據(jù)幀數(shù)（只有序號(hào)在窗口內(nèi)的幀才可以發(fā)送） 接收窗口：其大小WR可以連續(xù)接收的最多數(shù)據(jù)幀數(shù)（只有序號(hào)在窗口內(nèi)的幀才可以接收，否則丟棄） 接收窗口驅(qū)動(dòng)發(fā)送窗口的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)送窗口的最值：WT+WR<2n(n為序號(hào)的位數(shù))

WT<2n-1

WT=5WR=1發(fā)出幀0,100001111422223333444555566667777HHHHHHTT發(fā)出幀2，接收到ACK0滑動(dòng)窗口示例接收到幀0，發(fā)出ACK0初始狀態(tài)0011223344556677T初始狀態(tài)TTT接收到幀1發(fā)出ACK1WT=5WR=10011223344556677H發(fā)出幀3,4滑動(dòng)窗口示例HHHHH01234567012345670123456701234567幀1的定時(shí)器超時(shí)，重發(fā)幀1接收到ACK1接收到幀3,還沒有收到幀2接收到重傳的幀1接收到幀2TTTTTTT滑動(dòng)窗口協(xié)議0123456701234567已成功發(fā)出的數(shù)據(jù)幀將發(fā)出的數(shù)據(jù)幀窗口后沿窗口前沿幀序號(hào)發(fā)送方緩沖區(qū)0123456701234567已正確接收的數(shù)據(jù)幀將收到的數(shù)據(jù)幀幀序號(hào)接收方緩沖區(qū)窗口后沿窗口前沿滑動(dòng)窗口示例01234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670123456701234567012345670,1,2ACK33,4,5,6ACK4選擇重傳ARQ協(xié)議原則：只重傳出錯(cuò)或定時(shí)器超時(shí)的數(shù)據(jù)幀方法：WR>1，暫存接受窗口中序號(hào)在出錯(cuò)幀之后的數(shù)據(jù)幀優(yōu)點(diǎn)：避免重傳已正確傳送的幀，提高了信道利用率缺點(diǎn)：在接收端需要占用一定容量的緩存接收窗口的最值：

WR<WT

WR<2n-1選擇重傳ARQframe1senderreceiver出錯(cuò)frame2frame3ACK4frame4frame5ACK6frame6frame7frame8NACK6ACK9frame9frame6frame10只重傳幀6面向字符協(xié)議的不足：采用停等協(xié)議，半雙工通信，通信線路利用率低；所有通信設(shè)備必須使用同樣的字符代碼只對(duì)數(shù)據(jù)部分進(jìn)行差錯(cuò)控制，可靠性差依賴于字符集，不易擴(kuò)展面向位協(xié)議IBMSNA的SDLC（同步數(shù)據(jù)鏈路控制）ANSI的ADDCP（先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信控制規(guī)程）ISO的HDLC（高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制）CCITT的LAP（鏈路接入規(guī)程）X.25采用LAPB（鏈路接入規(guī)程----平衡型）HDLC的兩種配置、三種方式主站：發(fā)送命令幀、數(shù)據(jù)信息幀和應(yīng)答幀，并負(fù)責(zé)控制鏈路從站（次站）：接收命令幀，向主站發(fā)送響應(yīng)幀，并配合主站進(jìn)行鏈路控制復(fù)合站（組合站）：同時(shí)具有主站和從站功能。兩種基本配置：非平衡配置點(diǎn)---點(diǎn)工作 多點(diǎn)工作 平衡配置點(diǎn)---點(diǎn)工作三種方式：正常響應(yīng)方式NRM數(shù)據(jù)傳輸由主站發(fā)起， 從站只能響應(yīng)主站的輪詢 異步響應(yīng)方式ARM從站可以主動(dòng)發(fā)送響應(yīng)幀 異步平衡方式ABM任一復(fù)合站都可以發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸命令(B)響應(yīng)(B)命令(B/C/D)命令(B)命令(A)響應(yīng)(B)響應(yīng)(A)響應(yīng)(B)響應(yīng)(C)響應(yīng)(D)主站A主站A從站B從站B從站C從站D復(fù)合站A復(fù)合站B非平衡配置：點(diǎn)---點(diǎn)非平衡配置：點(diǎn)---多點(diǎn)平衡配置HDLC的幀結(jié)構(gòu)FInfoCAFFCS8位16>0888校驗(yàn)區(qū)間透明傳輸區(qū)間幀同步：標(biāo)志F“0111，1110”標(biāo)記幀的首尾邊界透明傳輸：零比特填充地址字段A：非平衡方式，填入從站地址 平衡方式，填入響應(yīng)站地址 幀檢驗(yàn)序列FCS：采用CRC-CCITT16，G(x)=x16+

x12+

x5+1控制字段C：標(biāo)記幀類型，并附加控制信息HDLC幀類型信息幀監(jiān)督幀無(wú)編號(hào)幀1234567800111FrametoSendN(S)FrameExpectedN(R)P/FP/FP/FN(R)M分類S分類M序號(hào)N(S)和N(R)以3位表示，模8循環(huán)，N(R)表示準(zhǔn)備接收的最低幀序號(hào)，確認(rèn)序號(hào)在其前面的幀都已正確接收（捎帶應(yīng)答）狀態(tài)變量V(S)和V(R)記錄N(S)和N(R)的值擴(kuò)展方式，序號(hào)N(S)和N(R)以7位表示，模128循環(huán)，用于衛(wèi)星鏈路，此時(shí)控制字段占16位監(jiān)督幀的類型S=00RR（ReceiveReady）,準(zhǔn)備接收下一幀， 確認(rèn)N(R)-1及以前的各幀

01RNR（ReceiveNotReady）,暫停接收下一幀， 確認(rèn)N(R)-1及以前的各幀

10REJ（Reject）,否認(rèn)自N(R)開始的幀 確認(rèn)N(R)-1及以前的各幀

11SREJ(SelectiveReject),只否認(rèn)N(R)幀 確認(rèn)N(R)-1及以前的各幀

連續(xù)ARQ選擇重傳ARQP/F位的意義（詢問/終止）=0無(wú)意義=1非平衡配置正常響應(yīng)方式主站

S/I幀P=1（命令）

S/I幀（響應(yīng)）I中F=1，表示最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀S中F=1，表示此時(shí)沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送從站NRM異步響應(yīng)方式ARM平衡配置異步平衡方式

ABMP=1（詢問）F=1（回答本站狀態(tài)）命令方響應(yīng)方非平衡配置的正常響應(yīng)方式（主從方式）B,RR0,PFB10RRP=1000FCSFFACB,I10FB00010000FCSFI主站A從站BB,RR0,PB,I00B,I10B,I20B,I30,FB,RR4C,RR0,PC,RR0,FP=1的詢問具有強(qiáng)制性，對(duì)方必須立即應(yīng)答平衡配置的異步平衡方式（對(duì)等方式）：全雙工通信B,RR2,FFB10RRF=1010FCSFFACA,I10,PFA0001P=1000FCSFI復(fù)合站A復(fù)合站BB,I00,PA,I00A,I22丟失A,I34A,I45B,I42P=1的詢問具有強(qiáng)制性，對(duì)方必須立即應(yīng)答B(yǎng),I10B,I20B,I31A,I10,PB,RR2,FA,RR2,FB,I52B,I62B,I72A,I26,PB,I02B,I12A,I30A,RR3,F無(wú)編號(hào)幀，定義了15種，起控制作用建立數(shù)據(jù)鏈路：正常響應(yīng)方式，置正常響應(yīng)方式SNRM

異步平衡方式，置異步平衡方式SABM拆除數(shù)據(jù)鏈路：斷連命令DISC對(duì)命令的確認(rèn)：無(wú)編號(hào)確認(rèn)UA幀拒絕FRMR：表示通過重發(fā)仍不能糾正的錯(cuò)誤，如收到非法命令，幀中的控制字段無(wú)效，數(shù)據(jù)字段過長(zhǎng)，N(R)無(wú)效，監(jiān)督幀或無(wú)編號(hào)幀長(zhǎng)度錯(cuò)誤等等攜帶信息（I字段）的無(wú)編號(hào)幀：無(wú)編號(hào)信息UI，用于數(shù)據(jù)鏈路層管理的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鏈路連接建立和拆除示例B,SNRM,PB,UA,F主站A從站B，CA與B建立連接A與C建立連接C,SNRM,PC,UA,F數(shù)據(jù)傳送階段B,DISC,PB,UA,FC,DISC,PC,UA,FA與B釋放連接A與C釋放連接B,SABM,PB,UA,FA,DISC,PA,UA,F數(shù)據(jù)傳送階段復(fù)合站A復(fù)合站BA與B建立連接B與A釋放連接異步平衡方式正常響應(yīng)方式SLIP：串行線路IP，RFC1055成幀：原始IP包加上尾部標(biāo)志C0h，字符填充