計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第四章數(shù)據(jù)鏈路層

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

4.3HDLC通信協(xié)議

4.4數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)互連

1

數(shù)據(jù)鏈路層(Data-Link)

■數(shù)據(jù)鏈路層處理相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸

■將不可靠的物理鏈路變?yōu)榭煽康臄?shù)據(jù)鏈路

■傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元是幀(Frame)

■數(shù)據(jù)鏈路層的主要工作：

■線路規(guī)程：分幀、排序

■差錯(cuò)控制：為上層提供可靠鏈路

■流量控制：處理輸入數(shù)據(jù)的速率

■鏈路管理：鏈路的建立，維持，拆除

2

LinkLayer

■Datagramtransferredby

differentlinkprotocolsover

differentlinks:

■e.g.,Ethernetonfirstlink,

framerelayonintermediate

links,802.11onlastlink

■Eachlinkprotocolprovides

differentservices

■e.g.,mayormaynot

providerdtoverlink

3

AdaptorsCommunicating

rcving

sendingnode

node

adapteradapter

■linklayerimplemented■sendingside:

in"adaptor"(akaNIC)■encapsulatesdatagraminaframe

■Ethernetcard,PCMCIA■addserrorcheckingbits,rdt,flow

card,802.11cardcontrol,etc.

■adapterissemi-■receivingside

autonomous■looksforerrors,rdt,flowcontrol,etc

■extractsdatagram,passestorcving

node

4

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)：

■詢問/確認(rèn)方式(ENQ/ACK)

■輪詢/選擇方式(Poll/Select)

5

4.1.1詢問/確認(rèn)模式

■使用場合

■當(dāng)兩個(gè)設(shè)備之間存在一條專用鏈路時(shí)，即點(diǎn)對點(diǎn)

方式，采用詢問/確認(rèn)模式。只要一條鏈路兩頭的

設(shè)備級別相同，任意一個(gè)設(shè)備都可以啟動一個(gè)會

話過程。

■工作方式

■啟動方首先發(fā)送一個(gè)詢問幀（ENQ）詢問接收方

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）

■如果沒有準(zhǔn)備好接收，回答一個(gè)否認(rèn)幀（NAK）

6

ENQ/ACK線路規(guī)程

站點(diǎn)A

建立

詢問幀3種可能情況：

■沒有應(yīng)答

數(shù)據(jù)幀■回答是否定的

數(shù)據(jù)

■回答是肯定的

傳輸數(shù)據(jù)幀

終止EOT幀

7

4.L2輪詢/選擇模式

■使用場合:

■應(yīng)用在多點(diǎn)連接系統(tǒng)中。

■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。

主設(shè)備從設(shè)備A從設(shè)備B從設(shè)備C

3

3

8

輪詢/選擇模式

■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)。

■輪詢：如果主設(shè)備希望接收數(shù)據(jù)

■選擇：如果主設(shè)備希望發(fā)送數(shù)據(jù)

主設(shè)備從設(shè)備A從設(shè)備B從設(shè)備C

n-J

G一

■地址問題:

■在鏈路上的每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)地址來標(biāo)識自己。

9

選擇

■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。

主設(shè)備

建立

傳輸

終止

10

輪詢

■輪詢：主設(shè)備希望接收數(shù)據(jù)，逐個(gè)詢問設(shè)備

是否有數(shù)據(jù)發(fā)送。

■如果沒有數(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。

11

輪詢

12

輪詢/選擇模式

■兩種終止信息交互的方法：

■從設(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。

■主設(shè)備發(fā)出“時(shí)間到”消息。

13

4.2流量控制與差錯(cuò)控制

■流量控制是一組過程，這組過程是用來告訴

發(fā)送方在等待接收方的確認(rèn)信號之前最多可

以傳送多少數(shù)據(jù)。

■流量控制的兩個(gè)要點(diǎn)：

■數(shù)據(jù)流不能使接收方過載

■接收方對數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)

14

差錯(cuò)控制

■差錯(cuò)控制主要指錯(cuò)誤檢測和重傳方法。

■自動重復(fù)請求(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)的幀就會被發(fā)送方重新傳送。這個(gè)過程叫

ARQo

■數(shù)據(jù)被重傳的情況有三種：

■幀破壞

■幀丟失

■應(yīng)答幀丟失

15

實(shí)現(xiàn)技術(shù)

■流量控制和差錯(cuò)控制是結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)的

■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

■滑動窗口協(xié)議

16

4.2.1停止等待協(xié)議

■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，在每幀之間等待ACK幀所花費(fèi)的

時(shí)間很長。

17

停止等待協(xié)議

站點(diǎn)A站點(diǎn)B

數(shù)據(jù)幀

確認(rèn)幀

數(shù)據(jù)幀

確認(rèn)幀

數(shù)據(jù)幀

確認(rèn)幀

EOT幀

18

完成一幀發(fā)送所需的最短時(shí)間

站點(diǎn)B

tw=tI+2tP+2tProc+ts

tr.發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)間二幀長/數(shù)據(jù)傳輸率

小發(fā)送確認(rèn)幀時(shí)間=確認(rèn)幀長/數(shù)據(jù)傳輸率

tP：信號傳輸延時(shí)二距離/信號傳輸速度

tProc：節(jié)點(diǎn)處理數(shù)據(jù)時(shí)間

19

停等協(xié)議的定量分析（無差錯(cuò)）

■信道利用率：信道被占用的時(shí)間和總時(shí)間之比。

■有效數(shù)據(jù)傳輸率：單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)位數(shù)。

■無差錯(cuò)情況的信道利用率P:

尸二（一+/）//

tj:發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間

?。盒盘柕膫鬏斞訒r(shí)

■無差錯(cuò)情況的有效數(shù)據(jù)傳輸率

S=N/tw

N：有效數(shù)據(jù)位數(shù)；

tw：發(fā)送一幀的時(shí)間;

20

例：

■C二傳輸速率(10Mbps或10b計(jì)4ls)

■S二信號速度(200m/|is)

■O=發(fā)送方與接收方的距離(200m)

■tproc=生成一幀的時(shí)間(1AS)

■4=一幀的比特?cái)?shù)(200bit)

■N=一幀的數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)(160bit)

■一確認(rèn)幀的比特?cái)?shù)(40bit)

21

解:

■，卬=t]+2tp+2tproc+ts

■tj=Lf/C=200/10=20(iis)

■rs=Ls/C=40/10=4(gs)

■^=D/5=200/200=l(|is)

■廿20+2X1+2Xl+4=28(|is)

■信道有效忙碌的時(shí)間為廳％=20+1=2l(|Lis)

所以：

■信道利用率：P=(0+%)/他=21/28=75%

■有效數(shù)據(jù)傳送速率：S=N/tw=160/28=5.7Mbps

22

停等協(xié)議的定量分析（有差錯(cuò)）

■有差錯(cuò)時(shí)正確傳送一幀的平均時(shí)間

■無差錯(cuò)情況下，發(fā)送一幀的最小時(shí)間間隔為加

■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N

為（根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)學(xué)）：

/尸%卬/（1-0）

p:出錯(cuò)率

切發(fā)送一幀的平均時(shí)間；

23

停等協(xié)議的定量分析（有差錯(cuò)）

■系統(tǒng)最大吞吐量九max（每秒成功發(fā)送的幀數(shù)）

'max=1"尸（1-P）/麗

■極限吞吐量加=1/乙（書發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間）

■系統(tǒng)傳輸效率：最大吞吐量/極限吞吐量

P=九max/"

二［（1-嘰］/（16

二（1-。）/（刖%）

令。=tw/tj,則：

P=（l-p）/a

■p與“成反比，。越小效率越高。

24

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(AutoRepeatreQuest)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

25

ARQ處理錯(cuò)誤的三種情況

站點(diǎn)A站點(diǎn)B站點(diǎn)A站點(diǎn)B站點(diǎn)A站點(diǎn)B

超

時(shí)

幀破壞幀丟失應(yīng)答幀丟失

26

差錯(cuò)控制的要求

■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)號相

同，說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。

27

4.2.2滑動窗口協(xié)議

■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幀來對多個(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：

■在滑動窗口協(xié)議中，數(shù)據(jù)幀以模n方式編號，也就是

說，編號從0到n-1o

■窗口的大小是n-1o

■接收方發(fā)送的應(yīng)答幀(ACK)編號是接收方希望收到的下

一幀的編號。

28

滑動窗口協(xié)議中的流量控制

■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。

■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。

■在接收方，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。

29

發(fā)送方發(fā)送窗口

窗口右邊是不

可以發(fā)送的幀

01234567012345

初始時(shí)，未發(fā)送任何幀，分界和

窗口的左邊界重疊，窗口中的幀

都是未發(fā)送但是可以發(fā)送的幀。

⑻

（C）(d)

30

接收方發(fā)送窗口

⑻

（C）(d)

31

滑動窗口協(xié)議中的差錯(cuò)控制

■滑動窗口協(xié)議中，有兩種實(shí)現(xiàn)自動重傳請求

(ARQ)技術(shù):

■回退N自動重傳請求(Go-back-N)

■選擇拒絕自動重傳請求(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；

■確認(rèn)幀、否認(rèn)幀必須有編號；

■定時(shí)器，判斷數(shù)據(jù)幀在傳輸中丟失。

32

回退n自動重傳請求

■在滑動窗口的回退n自動重傳請求中，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)幀開始，未被應(yīng)答的所有幀都進(jìn)行重傳。

■差錯(cuò)情況有三種：

■幀破壞

■數(shù)據(jù)幀丟失

■確認(rèn)幀丟失

33

幀破壞

站點(diǎn)A站點(diǎn)B

34

數(shù)據(jù)幀丟失

站點(diǎn)A站點(diǎn)B

發(fā)送窗口=5

幀，丟棄后面接

I收的幀。)

35

確認(rèn)幀丟失

站點(diǎn)A站點(diǎn)B

口

數(shù)據(jù)幀0

數(shù)據(jù)幀1

數(shù)據(jù)幀2

超

時(shí)

定時(shí)器啟動：當(dāng)發(fā)送窗口滿，或者沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了。

36

窗口的大小與編號范圍的關(guān)系

■在回退N協(xié)議中，如果幀的編號范圍是0?n-

1,則窗口的尺寸為n-1。為什么？

■4種可能的情況：

■如果窗口的尺寸＞n

■如果窗口的尺寸=n

■如果窗口的尺寸=n-1

■如果窗口的尺寸vn-1

37

如果窗口尺寸等于n時(shí)，協(xié)議失敗

站點(diǎn)A站點(diǎn)B

口aS

38

如果窗口尺寸等于n-1時(shí)，協(xié)議成功

站點(diǎn)A站點(diǎn)B

4------------:

39

選擇拒絕自動重傳請求

■只有特定的丟失或損壞幀被重發(fā)。

■接收方收到的數(shù)據(jù)幀可以是不按順序到達(dá)的。

■選擇拒絕自動重傳請求與回退n自動重傳請求有4個(gè)

不同點(diǎn)：

■接收設(shè)備必須具有排序功能。在發(fā)送了NAK幀之后，必須

存儲所收到的所有幀，直到損壞的幀被重新收到為止。

■發(fā)送設(shè)備須具有查找機(jī)制，以便發(fā)現(xiàn)和選擇需要重傳的幀。

■所有的重傳幀被排序和所有重復(fù)幀被辨別出來并刪除之

前，所收到的所有幀都必須保存。

■ACK幀的編號指的是被正確接收的幀編號，不是指期望接

收的幀編號，而NAK幀的編號指的是錯(cuò)誤或丟失的幀。

40

選擇拒絕自動重傳請求錯(cuò)誤處理

■差錯(cuò)情況有三種:

■幀破壞

■數(shù)據(jù)幀丟失

■確認(rèn)幀丟失

41

幀破壞

站點(diǎn)A站點(diǎn)B

G

42

數(shù)據(jù)幀丟失

站點(diǎn)A站點(diǎn)B

如果丟失的是最后一幀？

?接收方不做任何反應(yīng)

?發(fā)送方按丟失確認(rèn)幀進(jìn)行處理。

43

確認(rèn)幀丟失

■當(dāng)發(fā)送窗口滿時(shí)，或傳輸完畢時(shí)，啟動定時(shí)

時(shí)鐘。

■如果在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)沒有應(yīng)答到來，發(fā)送方

將尚未應(yīng)答的所有幀都重傳一遍。

44

窗口的大小與編號范圍的關(guān)系

■如果幀的編號范圍是0到n-1（即模n編號），則

發(fā)送窗口尺寸和接收窗口尺寸之和應(yīng)小于或

等于n。如果要求發(fā)送窗口和接收窗口大小相

等，則窗口尺寸應(yīng)該小于或等于n/2。

45

發(fā)送窗口尺寸太大,協(xié)議失敗

站點(diǎn)站點(diǎn)

AB假定：n=8,

發(fā)送窗口=4

接收窗口=5

發(fā)送數(shù)據(jù)幀。?

收到數(shù)據(jù)幀0?3,發(fā)送

超ACK3,移動窗口，可接

時(shí)

ACK3丟失收數(shù)據(jù)幀4、5、6、7、0

重新發(fā)送數(shù)據(jù)3

幀0?3

接收到數(shù)據(jù)幀，認(rèn)為它是

新幀，但是它是重復(fù)幀。

46

接收窗口尺寸太大，協(xié)議失敗

站點(diǎn)A站點(diǎn)B

假定：n=8,

口發(fā)送窗口=5

a接收窗口=4

收到數(shù)據(jù)幀0?3,發(fā)送

ACK3,移動窗口，接收

數(shù)據(jù)幀4,發(fā)送ACK4,再

移動窗口，可接收數(shù)據(jù)幀

5、6、7、0

接收到數(shù)據(jù)幀0,認(rèn)為是新

幀，但是它們是重復(fù)幀。

47

窗口大小的選擇

■窗口選得太大，會要求有足夠大的緩存空間

■如果選得太小，由于傳播和發(fā)送延遲，第一

個(gè)應(yīng)答幀返回到發(fā)送方之前，發(fā)送方發(fā)送窗

口中的幀已經(jīng)全部發(fā)送出去，但是沒有得到

應(yīng)答，發(fā)送方必須等待，從而影響了傳輸速

度和傳輸效率。

■假設(shè)一個(gè)幀的發(fā)送時(shí)間為勿傳播時(shí)間為小,

則窗口的大小〃應(yīng)該滿足如下條件

m[+tp)

n>2+2xtP/tI

48

完成一幀發(fā)送所需的最短時(shí)間

站點(diǎn)B

方卬=1+2tp+2tproc+

tf.發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)間=幀長/數(shù)據(jù)傳輸率

ts：發(fā)送確認(rèn)幀時(shí)間=確認(rèn)幀長/數(shù)據(jù)傳輸率

tp：信號傳輸延時(shí)二距離/信號傳輸速度

tProc：節(jié)點(diǎn)處理數(shù)據(jù)時(shí)間

49

例

■在衛(wèi)星通信中，設(shè)幀的長度為1200bit,信道

速率為4.8kbit/s,傳播延遲為七=250ms,在全

雙工的數(shù)據(jù)通信中，窗口至少應(yīng)為多大？

■解：

片1200+(4.8XlO3)=o25s=250ms

所以：

心2X(250+250)+250,即〃>4

50

滑動窗口協(xié)議回退N的效率

■不考慮應(yīng)答幀的丟失，正確傳送一幀所需的

平均時(shí)間為：

t^h+ptwKl-p)

■系統(tǒng)最大吞吐量：

入maxT〃V=(lN)/G(l+P(〃-1)))

■系統(tǒng)的傳輸效率：最大吞吐量/極限吞吐量

p=(l-〃)/(l+p3-1))

:Mr中a=t

51

例1

■若數(shù)據(jù)幀的差錯(cuò)率為p=0.01,而。=4,則對于

停止等待協(xié)議，有：

P=Q-P，a

=0.99/4-0.25

而對于滑動窗口協(xié)議，則有：

P=(1-/?)/(1+p3D)

=0.99/(1+0.01*3)

—0.96o

■在此情況下，即使〃高達(dá)0.01,滑動窗口協(xié)議

也比停止等待協(xié)議好。

52

例2

■在一個(gè)廣域網(wǎng)上，設(shè)p=0.01,數(shù)據(jù)幀長度為

1200bit,線路速率為9.6kbps,線路長度為160km,

應(yīng)答幀長為120bit,貝小

tj=125ms,tP=1ms,"=12.5ms

所以：

a=(tI+2tP+ts)/t1=139.5/125=1.12

對于停止等待協(xié)議，有：

p=(l-p)/Q=0.99/L12=0.89

而對于滑動窗口協(xié)議，則有：

p=(l-p)/(l+(“-1)0=0.989

兩者相差不明顯

53

3種協(xié)議方法總結(jié)

■停止等待協(xié)議：

■發(fā)送窗口=1,接收窗口=1

■滑動窗口中的回退N：

■發(fā)送窗口＞1,接收窗口=1

■滑動窗口中的選擇拒絕：

■發(fā)送窗口＞1,接收窗口＞1

54

成幀的方法

■幀的組成必須保證能識別一個(gè)完整的幀，并

保證一旦出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤導(dǎo)致前一個(gè)幀丟失，

也必須能識別下一個(gè)幀（幀同步）

■4種方法

■字符計(jì)數(shù)法

■含字節(jié)填充的分界符法

■含位填充的分界標(biāo)志法

■物理層編碼違例法

55

封裝成幀

■封裝成幀(framing)就是在一段數(shù)據(jù)的前后分

別添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個(gè)幀。

確定幀的界限。

■首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行幀定界。

幀開始IP數(shù)據(jù)報(bào)幀結(jié)束

發(fā)送I幀首部幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部

M---------------<MTU----------------

--------------數(shù)據(jù)鏈路層的幀長------------

56

字符記數(shù)法

■幀的長度用一個(gè)字節(jié)表示，作為幀的頭部的

一個(gè)域

51234567898012345687890123

幀長度計(jì)數(shù)

51234367898012345687890123

幀長度計(jì)數(shù)錯(cuò)

■問題：一旦幀長度計(jì)數(shù)有誤，將無法在同步

57

含字節(jié)填充的分界符法

■用特殊的字符作為幀頭和幀尾

FLAGHeaderPayloadTrailerFLAG

■這是一種面向字符的幀格式，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是字

符，但在幀中不允許出現(xiàn)幀界符標(biāo)志。

■常用于面向字符的串行通信中

■所用的特定字符依賴于所采用的字符編碼集,兼容性

比較差。

■不適合傳輸數(shù)據(jù)中包含二進(jìn)制數(shù)的幀

■對于在數(shù)據(jù)中偶爾出現(xiàn)的幀界符標(biāo)志，可以在前面插入一

個(gè)轉(zhuǎn)義字節(jié)

58

含字節(jié)填充的分界符法例

■通常FLAG用ASCII字符7EH定義

■對于二進(jìn)制數(shù)中偶爾出現(xiàn)的FLAG前面插入一

個(gè)ESC（ASCII字符1BH）

原始數(shù)據(jù)線路上的數(shù)據(jù)

41337E9C4B0C41331B7E9C4B0C

41331B9C4B0C41331B1B9C4B0C

41331B7E9C4B0C41331B1B1B7E9C4B0C

41331B1B9C4B0C41331B1B1B1B9C4B0C

59

含位填充的分界標(biāo)志法

■在面向二進(jìn)制位的通信中常使用帶位填充的

首尾標(biāo)志格式,如HDLC

■以特殊的位模式01111110作為幀標(biāo)志，即一

個(gè)幀的開始和結(jié)束

■當(dāng)幀中出現(xiàn)一個(gè)與幀標(biāo)志相同的位串

01111110時(shí)，在5個(gè)1后插入1個(gè)0,變成

011111010o接收方將自動刪除第5個(gè)1后的0

■含位填充的分界標(biāo)志法也稱為位插入法

原始數(shù)據(jù)011011111111111111110010

線路上的數(shù)據(jù)011011111011111011111010010

60

物理層編碼違例法

■例如在雙相位編碼中

■數(shù)據(jù)0用低高電平對

■數(shù)據(jù)1用高低電平對

■連續(xù)高電平或連續(xù)低電平可用作幀邊界

61

4.3HDLC通信協(xié)議

■面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是以字符為控制

傳輸信息的基本單元，由于與特定字符集有

關(guān)，其缺點(diǎn)表現(xiàn)在：

■兼容性差；

■傳輸透明性不好；

■等待發(fā)送方式，傳輸效率低。

■面向比特型協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)：

■以比特作為傳輸控制信息的基本單元；

■數(shù)據(jù)幀與控制幀格式相同；

■傳輸透明性好；

■連續(xù)發(fā)送，傳輸效率高。

62

面向比特型協(xié)議

■在面向比特的協(xié)議中，幀被看作一系列比特。

■面向比特協(xié)議的控制信息可以是一個(gè)或多個(gè)

比特，可以用較短的比特位表示較豐富的控

制信息。

■面向比特的協(xié)議的另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)：不受

任何編碼系統(tǒng)的制約。

ADCCP

SDLCJBMJ975

HDLCJ979|ITU-T〉LAP…

63

4.3.1站點(diǎn)類型、鏈路配置和通信方式

■站點(diǎn)類型：HDLC協(xié)議中站點(diǎn)有三種類型

■主站點(diǎn)：具有控制權(quán)的一方，主站發(fā)出命令

■從站點(diǎn)：接受命令，發(fā)出響應(yīng)，配合主站工作

■復(fù)合站點(diǎn)：由傳輸?shù)膶傩?、方向決定工作方式

■復(fù)合站同時(shí)具有主站與從站的功能

■每個(gè)復(fù)合站都可以發(fā)出命令與響應(yīng)

■鏈路配置：HDLC協(xié)議有2種配置方式

■非平衡式

■點(diǎn)—點(diǎn)方式（對稱式）

■多點(diǎn)方式（非平衡式）

■平衡式

64

鏈路配置

從設(shè)備A從設(shè)備B從設(shè)備C

主設(shè)備

命令

非平衡式-----?----------------------------4-----

應(yīng)答~-

應(yīng)答

命令.A充當(dāng)主設(shè)備應(yīng)答設(shè)備B

對稱式

應(yīng)答B(yǎng)充當(dāng)主設(shè)備.命令

復(fù)合站點(diǎn)A命令/應(yīng)答命令/應(yīng)答復(fù)合站點(diǎn)B

平衡式

65

通信方式

■通信方式：在一次交互中所涉及到的兩個(gè)設(shè)備之間的關(guān)系。

這種方式描述了由誰控制鏈路。支持3種不同的工作方式：

■正常應(yīng)答方式(NRM)、異步應(yīng)答方式(ARM)和異步平衡方式(ABM)

■非平衡式一采用正常應(yīng)答方式和異步應(yīng)答方式

■正常應(yīng)答方式：

■主站可以隨時(shí)向從站傳輸數(shù)據(jù)幀；

■從站只有在主站向它發(fā)送命令幀進(jìn)行探詢、響應(yīng)后才可以向主站發(fā)送數(shù)據(jù)

幀。

■異步應(yīng)答方式：

■主站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的初始化、鏈路的建立、釋放與差錯(cuò)恢復(fù)等功能。

■主站和從站可以隨時(shí)相互傳輸數(shù)據(jù)幀；

■從站可以不需要等待主站發(fā)出探詢就可以發(fā)送數(shù)據(jù)。

■平衡式一采用異步平衡方式

■每個(gè)復(fù)合站都可以平等地發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，不需要得到對方復(fù)合站的許

可。

66

4.3.2HDLC幀格式

■為了支持3種通信方式，定義了三種類型的幀:

■信息幀（I-幀）：數(shù)據(jù)及與數(shù)據(jù)有關(guān)的控制信息

■監(jiān)控幀（S-幀）：流量和錯(cuò)誤控制信息

■無編號幀（U-幀）：鏈路管理服務(wù)

標(biāo)志地址控制數(shù)據(jù)信息幀校驗(yàn)序列標(biāo)志

標(biāo)志地址控制幀校驗(yàn)序列標(biāo)志

標(biāo)志地址控制管理信息幀校驗(yàn)序列標(biāo)志

67

HDLC幀格式

0N(S)P/FN(R)i-幀

10ss類別碼P/FN(R)s-幀

11ss類別碼P/FSS類別碼u-幀

68

標(biāo)志字段

標(biāo)志地址控制信息幀校驗(yàn)序列標(biāo)志

0111111001111110

■一個(gè)字節(jié)（8位），其比特模式為01111110；表示一個(gè)

幀的開始和結(jié)束，并且為接收方提供同步手段。

■位填充法

■發(fā)送方發(fā)送一個(gè)含有五個(gè)以上連續(xù)1的數(shù)據(jù)時(shí)，它總是在

第五個(gè)1后面插入一個(gè)冗余的0。不管第六個(gè)比特是0還是1

■接收方接收時(shí)作相反的動作（去掉5個(gè)1后面的零）。

■例如：

要發(fā)送的序列是01111101111110,發(fā)送時(shí)變成

0111110011111010

69

地址字段

正盛地址控制信息幀校驗(yàn)序列標(biāo)志

01111110

■該字段是指從站地址，或者是以從站方式運(yùn)

行的復(fù)合站地址。

■如果幀是由主站發(fā)送的，則地址表示接收該

幀的從站地址。

■如果幀是由從站發(fā)送的，則地址表示發(fā)送該

幀的從站地址。

70

地址字段的擴(kuò)展

正盛地址控制信息幀校驗(yàn)序列標(biāo)志

01111110

■根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，地址字段可以有1個(gè)或幾個(gè)

字節(jié)的長度，如果地址字段只有一個(gè)字節(jié)，

該字節(jié)最后一比特總是1。如果地址字段有多

個(gè)字節(jié)，除最后一個(gè)字節(jié)外其他所有字節(jié)都

要以0結(jié)尾，最后一個(gè)字節(jié)要以1結(jié)尾。

XXXXXXX0XXXXXXX1

71

控制字段

標(biāo)志地址控卓刖信息幀校驗(yàn)序列標(biāo)志

0111111001111110

■用于流量管理。根據(jù)控制字段的內(nèi)容，可以

知道一個(gè)幀的類型。

■如果控制字段的第一個(gè)比特是0,該幀就是一個(gè)信

息幀。

■如果控制字段的前兩個(gè)比特是10,該幀就是一個(gè)

監(jiān)管幀。

■如果控制字段的前兩個(gè)比特是11,該幀就是一個(gè)

無編號幀。

72

I-幀的控制字段

12345678

0N(S)P/FN(R)

■第一位為0,它是I幀的標(biāo)志。

■第2、3、4位：N(S)位，當(dāng)前發(fā)送幀的編號。

■第5位：P/F位，表示是否還有要發(fā)送的幀

■P/F=0,表示還有要發(fā)送的幀；

■P/F=1,表示沒有要發(fā)送的幀，發(fā)送結(jié)束。

■第6、7、8位：N(R)位，期望收到的幀編號。

73

S-幀的控制字段

12345678

10CODEP/FN(R)

,00’接收就緒幀(RR)

」01,接收未就緒幀(RNR)

—>10,拒絕幀(REJ)

——a”,選擇拒絕幀(SREJ)

■當(dāng)不能在一個(gè)I-幀上捎帶確認(rèn)信息時(shí)，例如它沒有數(shù)

據(jù)信息可發(fā)時(shí)，用S-幀來對收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行應(yīng)答。

N(R)就是期望收到的幀的編號，它是一個(gè)應(yīng)答域。

■如果最近一幀是正確的，N(R)域?qū)⑹切蛄兄邢乱粠?/p>

的序號；如果最近一幀是錯(cuò)誤的，N(R)域是這個(gè)損

壞幀的序號。

74

U-幀的控制字段

12345678

11CODEP/FCODEU-幀

5位編碼

■U-幀中的P/F位一般都應(yīng)置1。

■無論是I-幀、U-幀、S-幀，P/F位置1的數(shù)據(jù)幀

和命令幀都是要立即進(jìn)行響應(yīng)的幀。

75

信息字段

正盛地址控制信息幀校驗(yàn)序列標(biāo)志

01111110

■S-幀中沒有信息字段。

■I-幀的信息字段是用戶數(shù)據(jù)信息。

■U-幀中的信息字段是鏈路管理信息。

■把發(fā)送信息和控制信息結(jié)合到一幀中的技術(shù)

稱為捎帶確認(rèn)。

76

幀校驗(yàn)序列字段

正盛地址控制信息幀校驗(yàn)序列標(biāo)志

01111110

■幀校驗(yàn)序列是HDLC協(xié)議的錯(cuò)誤檢測字段。

■它含有一個(gè)兩字節(jié)或一個(gè)四字節(jié)的循環(huán)冗余

校驗(yàn)(CRC)碼。

■常用CRC-CCITT：X16+X12+X5+1

77

4.3.3監(jiān)控幀的使用方式

S-幀標(biāo)志地址控制幀校驗(yàn)序列標(biāo)志

■S-幀沒有信息字段，但是每一幀都給接收方

帶去了某種信息。

■信息的含義需要通過S-幀的類型和傳輸上下

文來獲得。4種類型

■接收就緒(RR)幀

■接收未就緒(RNR)幀

■拒絕(REJ)幀

■選擇拒絕(SREJ)幀

78

接收就緒(RR)幀

■接收就緒幀有四種使用方式，各有不同意義：

■應(yīng)答(ACK)：接收站本身沒有數(shù)據(jù)信息發(fā)送時(shí)，用一個(gè)接

收就緒幀作為應(yīng)答幀來對所接收的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行應(yīng)答。

■查詢(POLL)：當(dāng)主站點(diǎn)詢問從站點(diǎn)是否有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，

它向從站點(diǎn)發(fā)送一個(gè)P/F位置1的RR幀。

■對查詢的否定應(yīng)答(POLL.NAK)：從站點(diǎn)用一個(gè)P/F位置1

的RR幀回答主站點(diǎn)的查詢，通知主站點(diǎn)它沒有數(shù)據(jù)發(fā)送。

如果從站點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送，從站點(diǎn)用I-幀來響應(yīng)查詢。

■對選擇的肯定應(yīng)答(SEL.ACK)：如果從站點(diǎn)收到了主站點(diǎn)

的選擇幀，并且從站點(diǎn)準(zhǔn)備好從主站接收數(shù)據(jù)，它用一個(gè)

P/F位置1的RR幀回答主站點(diǎn)的選擇。

79

接收未就緒(RNR)幀

■接收未就緒幀有三種使用方式：

■應(yīng)答(ACK)：接收方向發(fā)送方返回的RNR幀有兩

個(gè)意思。

■應(yīng)答，表示接收方收到了編號在N(R)以前的所有幀。

■要求發(fā)送方暫停發(fā)送，直到發(fā)送方收到一個(gè)RR幀為止。

■選擇(SEL)：當(dāng)主站點(diǎn)想要向某個(gè)從站點(diǎn)發(fā)送數(shù)

據(jù)時(shí)，它通過發(fā)送一個(gè)P/F位置1的RNR幀來通知

從站點(diǎn)。

■對選擇的否定應(yīng)答(SEL.NAK)：當(dāng)選擇的從設(shè)備

不能接收數(shù)據(jù)時(shí)，它回答一個(gè)P/F置1的RNR幀。

80

拒絕(REJ)幀和選擇拒絕(SREJ)幀

■REJ：在回退N自動重傳請求中，當(dāng)接收方?jīng)]

有要發(fā)送的數(shù)據(jù)用來捎帶應(yīng)答信息時(shí)，返回

的一個(gè)否定應(yīng)答幀。在REJ幀中，N(R)域指

明了損壞幀的序號，損壞幀及其以后所有幀

必須重發(fā)。

■SREJ：在選擇拒絕自動重傳請求中，當(dāng)接收

方收到一個(gè)損壞幀時(shí)，它用一個(gè)選擇拒絕幀

告訴發(fā)送方哪一幀被損壞。N(R)指明了被損

壞幀的編號。被損壞的幀需要重發(fā)。

81

4.3.4無編號幀的種類及意義

■無編號幀是用來在互連設(shè)備之間交換會話管

理信息和控制信息的。

■無編號幀的控制字段中有5位編碼位，這5個(gè)

編碼位可用來表示32種不同類型的無編號幀。

■包含5個(gè)基本功能類：

■方式設(shè)置

■無序號交互

■斷開連接

■啟動模式

■混雜形式

82

各種類型的無編號幀

編碼名稱性質(zhì)意義

00001SNRM命令設(shè)置正常響應(yīng)模式。

11011SNRME命令設(shè)置擴(kuò)展正常響應(yīng)模式。

11000SARM命令設(shè)置異步響應(yīng)模式。

11010SARME命令設(shè)置擴(kuò)展升少響應(yīng)模式。

11100SABM命令設(shè)置異步平衡模式。

11110SABME命令設(shè)置擴(kuò)展異步平衡模式。

00100UP命令無序號輪詢。從指定站發(fā)來的關(guān)于對狀態(tài)信息的輪詢。

00000UI命令/響應(yīng)無序號信息。通常用來發(fā)送狀態(tài)信息，一般是在UP或SIM信號后發(fā)送。

00110UA響應(yīng)無序號確認(rèn)。通常用來確認(rèn)剛才發(fā)送的命令，如設(shè)置模式和斷開連接。

00010RD響應(yīng)請求斷開連接。

00011DISC命令斷開連接。初始化兩個(gè)站之間的斷連。當(dāng)另外一個(gè)站用一個(gè)UA響應(yīng)

時(shí)，斷連結(jié)束。

11000DM響應(yīng)斷開連接方式。告訴上站，從站處于斷連狀態(tài)。

10000RIM響應(yīng)請求初始化模式。從站請求主站發(fā)送一個(gè)SIM。

10000SIM命令設(shè)置初始化模式。命令其它的站初始化它們的數(shù)據(jù)鏈路控制功能。

11001RSET命令重啟動。

11101XID命令/響應(yīng)交換標(biāo)示。允許兩個(gè)站交換它們的標(biāo)示和狀態(tài)信息。

10001FRMR響應(yīng)幀拒絕。通常被用十-個(gè)U-幀出現(xiàn)了I司步錯(cuò)誤。

4.3.5HDLC協(xié)議通信實(shí)例

■查詢/響應(yīng)

主設(shè)備從設(shè)備B」從設(shè)備C口1

從設(shè)備A

__________L

--------------------8-------------------------------------------y----------

[B,RR,N(R)=O,P/F=1]

[B,I,N(R)=O,N(S)=O,P/F=O]

[B,I,N(R)=O,N(S)=1,P/F=1]

[B,RNR,N(R)=2,P/F=0]

84

選擇/應(yīng)答

主設(shè)備從設(shè)備A4從設(shè)備B從設(shè)備C—J

--------------o---

[B,RNR,N(R)=O,P/F=1]

[B,RR,N(R)=O,P/F=1]

[B,I,N(R)=O,N(S)=O,P/F=1]

[B,RR,N(R)=1,P/F=1]

85

對等通信

設(shè)備A設(shè)備B

4----------4

[B,SABM,P/F=1]

[A,UA,P/F=1]A建立連接

■J

[B,I,N(S)=O,N(R)=O,P/F=O]

[B,I,N(S)=1,N(R)=O,P/F=1]

[A,I,N(S)=0,N(R)=2,P/F=0]

）數(shù)據(jù)交換

.[A,I,N(S)=1,N(R)=2,P/F=0]、

y-------

[A,I,N(S)=2,N(R)=2,P/F=1]

.

[B,RR,N(R)=3]

[A,DISC,P/F=1]7

[B,UA,P/F=1].?斷開連接

J

y

1

86

4.4數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)互連

■網(wǎng)橋是數(shù)據(jù)鏈路層上的互連設(shè)備。

■從互連網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)上看，網(wǎng)橋?qū)儆贒CE級的

端到端的連接；從協(xié)議的層次上看，網(wǎng)橋同

時(shí)作用在OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。

87

4.4.1網(wǎng)橋

■網(wǎng)橋在數(shù)據(jù)鏈路層上進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的存貯和轉(zhuǎn)

發(fā)

■網(wǎng)橋常用于局域網(wǎng)的互連

■局域網(wǎng)常用的鏈路層協(xié)議：

■802.1：LAN中的網(wǎng)絡(luò)互連標(biāo)準(zhǔn)

■802.2：LLC邏輯鏈路控制協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

■802.3：CSMA/CD媒體訪問方法

■802.4：令牌總線訪問方法

■802.5：令牌環(huán)訪問方法

■802.11：無線局域網(wǎng)協(xié)議

88

802與OSI的層次對應(yīng)關(guān)系

IEEE標(biāo)準(zhǔn)OSI模型

89

以太網(wǎng)MAC幀

■常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)：

■DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)

■IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)

前同步碼幀開始

定界符

90

網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

網(wǎng)橋站地址接口

站表①1

②

1

接口管理二二網(wǎng)橋協(xié)議\2

軟件實(shí)體

⑥"T"

接口1?A緩存-----A接口2

網(wǎng)橋A

接口1接口2

網(wǎng)段A]網(wǎng)罩B

④⑥

91

使用網(wǎng)橋帶來的好處

■過濾通信量。

■擴(kuò)大了物理范圍。

■可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速

率（如10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng)）的局域

網(wǎng)。

92

網(wǎng)橋的路由功能

■網(wǎng)橋具有根據(jù)幀的目的地址決定是否接受該

幀的功能，也就是具有路由的功能。

局域網(wǎng)L1

局域網(wǎng)L2

局域網(wǎng)L5

93

網(wǎng)橋的錯(cuò)誤檢測和幀格式轉(zhuǎn)換功能

■由于網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，因此可以將數(shù)

據(jù)鏈路層不一致的幀轉(zhuǎn)換。

主機(jī)A主機(jī)B

高層局層

網(wǎng)絡(luò)層

LLC層

MAC層

物理層

令牌總線

CSMA/CDLANLAN