數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制.ppt

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與INTERNET原理及技術(shù),計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè) Major of Computer Science and Technology,主講：郭銀章 教授,第一講：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述,第二講：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)交換技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),第四講：局域網(wǎng)協(xié)議體系及以太網(wǎng)技術(shù),目錄提綱,第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP,第六講：路由協(xié)議與路由算法,第七講：傳輸層傳輸控制協(xié)議TCP/UDP,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與INTERNET原理及技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),3.1點(diǎn)到點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)鏈路層概述,3.2數(shù)據(jù)鏈路層的幀同步技術(shù),3.3數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù),3.4數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù),3.5數(shù)據(jù)鏈路層的流量控制技術(shù),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與INTERNET原理及技術(shù),3.6數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議HDLC和PPP,1、數(shù)據(jù)鏈路層概述 數(shù)據(jù)鏈路層位于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間，物理層屏蔽了底層物理設(shè)備、傳輸介質(zhì)以及通信技術(shù)的差異，向數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層將原始的、有差錯(cuò)的物理線路改造成邏輯上無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，向網(wǎng)絡(luò)層提供無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)服務(wù)。其提供的主要功能包括：差錯(cuò)控制、流量控制、幀的封裝同步、透明傳輸、鏈路管理以及MAC尋址等。 數(shù)據(jù)鏈路層使用的通信信道有兩種： 點(diǎn)到點(diǎn)信道和廣播信道。點(diǎn)到點(diǎn)信道是收發(fā)雙方一對(duì)一的通信方式。 廣播信道則采用廣播方式進(jìn)行信息傳遞，需要專門協(xié)議來管理信道使用。 本章主要介紹比較簡單的點(diǎn)到點(diǎn)信道數(shù)據(jù)鏈路層的問題。,3.1、數(shù)據(jù)鏈路層的概念,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),1、數(shù)據(jù)鏈路層概述,3.1、數(shù)據(jù)鏈路層的概念,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),我們可以把各種連接看作是一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)到點(diǎn)通信,1、數(shù)據(jù)鏈路層概述,3.1、數(shù)據(jù)鏈路層的概念,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),2、數(shù)據(jù)鏈路層的功能 幀同步：數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式為幀，在發(fā)送端進(jìn)行封裝成幀的時(shí)候，為了保證接收端能夠同步接收數(shù)據(jù)，需要設(shè)置幀的起始定界符和結(jié)束定界符。 差錯(cuò)控制：采用奇偶校驗(yàn)、循環(huán)冗余碼、校驗(yàn)和等進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)；采用自動(dòng)請(qǐng)求重傳ARQ機(jī)制進(jìn)行差錯(cuò)控制。 流量控制：流量控制一般采用滑動(dòng)窗口機(jī)制防止數(shù)據(jù)溢出。 鏈路管理： 數(shù)據(jù)鏈路層的鏈路管理功能主要有鏈路的建立、維持和釋放 透明傳輸：對(duì)于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容、格式及編碼沒有限制、不負(fù)責(zé)信息結(jié)構(gòu)意義的解釋。,3.1、數(shù)據(jù)鏈路層的概念,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),2、數(shù)據(jù)鏈路層的功能 MAC尋址：不同于IP尋址，尋找的是計(jì)算機(jī)的物理地址，在以太網(wǎng)中采用媒體訪問控制地址進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的定位。 數(shù)據(jù)與控制信息的區(qū)分:數(shù)據(jù)和控制信息都是在同一信道傳輸，打包在同一數(shù)據(jù)幀中，如何有效地區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)信息和控制信息，是DH層必須解決的問題。,3.1、數(shù)據(jù)鏈路層的概念,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),3、數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù) 無確認(rèn)無連接服務(wù) 源主機(jī)向目標(biāo)主機(jī)發(fā)送獨(dú)立的幀，目標(biāo)主機(jī)不需要對(duì)這些幀進(jìn)行確認(rèn)。源端發(fā)送前，也不需要事先進(jìn)行連接請(qǐng)求。對(duì)于數(shù)據(jù)完整性要求不高的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可使用該服務(wù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。 有確認(rèn)無連接服務(wù)：源主機(jī)在發(fā)送幀的時(shí)候，不需要事先建立連接。但是要對(duì)每一個(gè)發(fā)送的幀進(jìn)行編號(hào)，目標(biāo)主機(jī)要對(duì)接收的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行確認(rèn)，源主機(jī)在規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)沒有收到ACK確認(rèn)信息，則要重傳已發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。 有確認(rèn)面向連接服務(wù)：發(fā)送數(shù)據(jù)前既要建立可靠的鏈接，又要對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行確認(rèn)重傳。保證每一幀數(shù)據(jù)只按正常順序接收一次,3.1、數(shù)據(jù)鏈路層的概念,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),1、字符計(jì)數(shù)法 是一種面向字節(jié)的同步規(guī)程，它利用幀頭部中的一個(gè)域來指定該幀中的字符數(shù)，以一個(gè)特殊的字符表示一幀開始，以一個(gè)專門的字段標(biāo)注幀內(nèi)的字符數(shù)。其同步原理是：接收方可以通過對(duì)該特殊字符的識(shí)別從比特流中區(qū)分出幀的開始，并從專門字段中獲知該幀中隨后跟隨的數(shù)據(jù)字符數(shù)，從而確定幀的終止位置。其最大缺點(diǎn)是：標(biāo)識(shí)幀大小的字段出錯(cuò)，將無法確定幀的長度，也不能進(jìn)行重傳。這種同步技術(shù)使用已經(jīng)很少。,3.2、數(shù)據(jù)鏈路層的幀同步技術(shù) 幀同步要解決的核心問題：對(duì)物理層提供的比特流中進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的開始位和結(jié)束位進(jìn)行識(shí)別。,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),2、字符填充的首尾定界符法 是一種使用特定的字符來定界一幀的起始與終止，以解決錯(cuò)誤后的重新同步問題?？刂谱址鸖OH為幀的起始定界符，表示一幅幀的開始，控制字符EOT表示一幅幀的結(jié)束。,3.2、數(shù)據(jù)鏈路層的幀同步技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),2、字符填充的首尾定界符法 當(dāng)幀的數(shù)據(jù)部分包含了控制字符EOT或者SOH的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生幀同步傳輸錯(cuò)誤。例如當(dāng)數(shù)據(jù)部分出現(xiàn)EOT字符的時(shí)候，接收端就會(huì)認(rèn)為幀的傳輸結(jié)束，將后邊的數(shù)據(jù)丟棄，無法保證透明傳輸。解決策略：在數(shù)據(jù)部分出現(xiàn)的定界符前插入轉(zhuǎn)義字符ESC,接收端刪除ESC,并把其后的定界符當(dāng)做數(shù)據(jù)處理,3.2、數(shù)據(jù)鏈路層的幀同步技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),2、字符填充的首尾定界符法,3.2、數(shù)據(jù)鏈路層的幀同步技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),3、比特填充的首尾定界符法 是以一組特定的比特模式來標(biāo)識(shí)一幀的起始與終止。例如HDCL中的01111110.允許任意長度的位碼，允許任意字符有任意長度的位。對(duì)于數(shù)據(jù)中包含連續(xù)的五個(gè)“1”的情況，采用“0位插入法”進(jìn)行解決。例如：一個(gè)數(shù)據(jù)為“0110111111011111001”，在傳輸時(shí)就可以表示為： 0111111001101111101011111000101111110 比特填充幀同步方式很容易通過硬件實(shí)現(xiàn)，性能優(yōu)于字符填充方式，所有面向比特的同步控制協(xié)議均采用比特填充同步方式，如：ISO、HDLC協(xié)議等,3.2、數(shù)據(jù)鏈路層的幀同步技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),1、數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)檢測(cè)的原理 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中產(chǎn)生傳輸差錯(cuò)主要有隨機(jī)差錯(cuò)和突發(fā)差錯(cuò)共同夠成。 熱噪聲：傳輸媒體的電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，是隨機(jī)噪聲引起隨機(jī)差錯(cuò)。特點(diǎn)是隨機(jī)存在、幅度小、與頻率無關(guān)、單碼元出錯(cuò)。 沖擊噪聲：由外界電磁干擾引起，主要有脈沖干擾、信號(hào)衰落、瞬時(shí)中斷造成突發(fā)性錯(cuò)誤。特點(diǎn)是幅度大、持續(xù)時(shí)間長、成批碼元出錯(cuò)。 常用誤碼率來衡量信道的傳輸質(zhì)量。,3.3、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),1、數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)檢測(cè)的原理 為了減少傳輸差錯(cuò)，一般采用兩種策略：改善線路質(zhì)量和差錯(cuò)檢測(cè)與糾正。 改善線路質(zhì)量：光纖的誤碼率是10-9 差錯(cuò)檢測(cè)與控制：主動(dòng)式差錯(cuò)控制策略。糾錯(cuò)有兩種：請(qǐng)求重傳機(jī)制（反饋重發(fā)糾錯(cuò)）、糾錯(cuò)碼機(jī)制（向前糾錯(cuò)FEC）。 在發(fā)送端，通過對(duì)數(shù)據(jù)單元進(jìn)行計(jì)算得到一個(gè)校驗(yàn)碼作為發(fā)送數(shù)據(jù)的冗余碼，然后將由數(shù)據(jù)單元和冗余碼組成的發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。接收端收到數(shù)據(jù)后，采用相同的校驗(yàn)碼計(jì)算方法求的標(biāo)準(zhǔn)的冗余嗎，與數(shù)據(jù)幀攜帶的冗余碼進(jìn)行比較，如果不正確就表明數(shù)據(jù)出錯(cuò)了。,3.3、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),1、數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)檢測(cè)的原理,3.3、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),E=f(數(shù)據(jù)),E=f(數(shù)據(jù)),比較,數(shù)據(jù),發(fā)送器,接收器,接收信號(hào)是數(shù)據(jù)信號(hào)和噪聲信號(hào)的疊加。熱噪聲、沖擊噪聲。數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e(cuò)是隨機(jī)差錯(cuò)和突發(fā)差錯(cuò)共同構(gòu)成。,差錯(cuò)產(chǎn)生的原因：物理線路本身的電氣特性產(chǎn)生的畸變和衰減、信號(hào)反射噪聲回波效應(yīng)、相鄰串?dāng)_、外界因素。,2、奇偶校驗(yàn)檢錯(cuò)碼： 奇偶校驗(yàn)碼是在所發(fā)送的每個(gè)字符后面添加一個(gè)校驗(yàn)位，稱為奇偶位奇校驗(yàn)是指若字符中有奇數(shù)個(gè)1則添校驗(yàn)位0，若偶數(shù)個(gè)1，則添校驗(yàn)位1，最終保證字符中有奇數(shù)個(gè)1偶校驗(yàn)是指若字符中有奇數(shù)個(gè)1則添校驗(yàn)位1，若偶數(shù)個(gè)1，則添校驗(yàn)位0，最終保證字符中有偶數(shù)個(gè)1例如：發(fā)送1110010時(shí)，采用奇校驗(yàn)為11100101，偶校驗(yàn)為11100100 奇偶校驗(yàn)可以檢測(cè)奇數(shù)位錯(cuò)誤，而不能檢測(cè)偶數(shù)位錯(cuò)誤奇偶校驗(yàn)也無法判斷是哪些位發(fā)生錯(cuò)誤偶校驗(yàn)一般用于同步傳輸、奇校驗(yàn)一般用于異步傳輸。,3.3、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),4、循環(huán)冗余CRC檢錯(cuò)碼： 在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中最常用的差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)是循環(huán)冗余碼校驗(yàn)技術(shù)CRC，它能檢測(cè)出更多的錯(cuò)誤，常用在數(shù)據(jù)鏈路層，在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀的后面有一個(gè)幀校驗(yàn)序列FCS就是CRC。其原理是： 假定：M表示被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字符位串，有K位P是位的標(biāo)準(zhǔn)位串，與M無關(guān)，r=k-1.rM用P除時(shí)，得商Q和余數(shù)R，則2rM=QP+R.注意：這里的運(yùn)算是以2為模的運(yùn)算，即加不進(jìn)位，減不借位，所以余數(shù)R至少比P少一位，R的位數(shù)可以看作是不大于r位的比特位串。R就是M對(duì)P的循環(huán)冗余碼CRC，記為F。被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀M與幀校驗(yàn)序列F組成幀T，即： T=2rM+F=2rM+R=(QP+R)+R,3.3、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),4、循環(huán)冗余CRC檢錯(cuò)碼： 對(duì)于任何二進(jìn)制數(shù)X，XX，所以，RR0，這說明T應(yīng)該能夠被P整除。即如果收到的T不能被P整除，則一定發(fā)生差錯(cuò)，這就是循環(huán)冗余碼校驗(yàn)。當(dāng)然如果收到的T能構(gòu)被P整除，則不一定說明傳輸中沒有錯(cuò)誤。下面舉例說明： 例：給定M1101011101 P101101 求F和T。 解：由于P101101為6位，則r+1=6,r=5,F為位。rM=110101110100000,作除法,3.3、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),4、循環(huán)冗余CRC檢錯(cuò)碼：,3.3、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),101101,110101110100000,101101,110001,101101,111001,101101,101000,101101,101100,101101,1000,余數(shù)R,1111001000商Q,4、循環(huán)冗余CRC檢錯(cuò)碼： 解：F=R=01000,T=25M+F=110101110101000 若收到的T110101010101000，則不能被P除盡，檢測(cè)到錯(cuò)誤，若收到的 T111111111111000，出錯(cuò)4位，但能夠被P除盡 CRC一般用多項(xiàng)式表示，目前廣泛使用的16次多項(xiàng)式P(X)標(biāo)準(zhǔn)有： CRC-16:X16+X15+X2+1 CRC-CCITT:X16+X12+X5+1 CRC計(jì)算過程的實(shí)現(xiàn)電路采用異或門電路和移位寄存器實(shí)現(xiàn),3.3、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),1、自動(dòng)重傳請(qǐng)求ARQ機(jī)制 當(dāng)接收端檢測(cè)出數(shù)據(jù)幀中的錯(cuò)誤后，就將有錯(cuò)誤的幀丟棄，那么出錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀如何恢復(fù)呢？這就是差錯(cuò)控制技術(shù)，其基本技術(shù)就是自動(dòng)重傳請(qǐng)求ARQ技術(shù)，其核心是通過收發(fā)雙方的確認(rèn)和重傳方式實(shí)現(xiàn)確認(rèn)技術(shù)有： 正確認(rèn)超時(shí)重傳：接收方在成功接收無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀后，返回給發(fā)送方一個(gè)正確認(rèn)消息ACK若發(fā)送方在超過一定時(shí)間間隔后，沒有收到ACK，則重新發(fā)送該數(shù)據(jù)幀。 負(fù)確認(rèn)重傳：接收方在檢測(cè)到數(shù)據(jù)幀有差錯(cuò)時(shí)，返回一個(gè)負(fù)確認(rèn)NAK，發(fā)送方重發(fā)該數(shù)據(jù)幀,3.4、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),2、停等ARQ協(xié)議 停等差錯(cuò)控制技術(shù)采用的是正確認(rèn)超時(shí)重傳機(jī)制。就是發(fā)送方每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀就等待一個(gè)正確認(rèn)，在收到接收方發(fā)送的ACK后才發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀 幀的差錯(cuò)可能有： 數(shù)據(jù)幀丟失和出錯(cuò)：接收方?jīng)]有收到或檢測(cè)到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀時(shí)，丟棄該錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送方通過超時(shí)重傳方式，重發(fā)數(shù)據(jù)該數(shù)據(jù)幀 ACK消息出錯(cuò)：幀正確到達(dá)目的地，接收端也正確接收，但是返回的ACK丟失或出錯(cuò)，發(fā)送方仍收不到正確認(rèn)，超時(shí)后，發(fā)送方仍然重發(fā)該幀，這樣，接收端收到兩個(gè)一樣的數(shù)據(jù)幀如何處理？ 解決上述問題的方法是給每個(gè)數(shù)據(jù)幀編上序號(hào)，比如F0、F1、F2、F3，若接收方連續(xù)收到兩個(gè)序號(hào)相同的幀，則為重復(fù)的數(shù)據(jù)幀，丟棄！,3.4、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),2、停等ARQ協(xié)議,3.4、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),2、停等ARQ協(xié)議 ACK要指明下一個(gè)準(zhǔn)備接收的數(shù)據(jù)幀的序號(hào)，比如ACK2，表示準(zhǔn)備接收的是F2，且F2以前的幀已全部正確接收停等ARQ最大優(yōu)點(diǎn)就是簡單，但是缺點(diǎn)是效率低下，每發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)幀，發(fā)送方都要停下來等待浪費(fèi)了大量的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間 任何一個(gè)編號(hào)系統(tǒng)的序號(hào)所占用的比特?cái)?shù)一定是有限的，所以發(fā)送序號(hào)總是循環(huán)出現(xiàn)。序號(hào)占用的比特越少，數(shù)據(jù)傳輸?shù)念~外開銷就越小。,3.4、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),3、后退N-ARQ協(xié)議 后退N-ARQ技術(shù)，就是在發(fā)送方收到ACK之前可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)幀，而不必等待正確認(rèn)ACK（n）的到來但是，如果在這期間接收到一個(gè)錯(cuò)誤的NCK（n），則n以后的所有已發(fā)送的幀都需重發(fā).這就是后退N機(jī)制 比如發(fā)送方最多可發(fā)送8個(gè)數(shù)據(jù)幀而無需確認(rèn)，即窗口大小為8，如果第4個(gè)幀出錯(cuò)，即收到NCK（4），則表明03的數(shù)據(jù)幀正確接收，而幀4及以后的數(shù)據(jù)幀F(xiàn)5-F7全部被接收端丟棄和忽略，發(fā)送方從F7后退到F4，再重新發(fā)送F4-F7如圖所示. 后退N機(jī)制，采取累計(jì)確認(rèn)的方式，可以應(yīng)用ACK和NCK結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn),3.4、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),3、后退N-ARQ協(xié)議,3.4、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),發(fā)送方,接收方,F0,F1,F6,F3,F2,F4,F5,F7,ACK2,ACK4,NCK4,重發(fā)F4,重發(fā)F5,重發(fā)F6,重發(fā)F7,ACK5,ACK7,4、選擇重發(fā)ARQ協(xié)議 后退N機(jī)制解決了停等ARQ的網(wǎng)絡(luò)利用率低的問題，但是后退N在重發(fā)的時(shí)侯，不管N后面的數(shù)據(jù)幀是否有錯(cuò)，都要重新發(fā)送，這樣浪費(fèi)了系統(tǒng)資源，于是提出了選擇重發(fā)ARQ技術(shù)選擇重發(fā)ARQ只是發(fā)送出錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀，這樣提高了信道的利用率，但是要求接收方維持較大的緩沖區(qū)間，以便存儲(chǔ)已到達(dá)、無差錯(cuò)、但序號(hào)不連續(xù)的幀，等到發(fā)送方重發(fā)的幀到齊后，再將其插入到適當(dāng)位置進(jìn)行按序接收。,3.4、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),4、選擇重發(fā)ARQ協(xié)議,3.4、數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),選擇重發(fā)ARQ要求一次發(fā)送窗口的大小應(yīng)不大于幀編號(hào)數(shù)的1/2. 例如：編號(hào)為3，則一次發(fā)送窗口的大小為23X1/2=23-1=4,1、滑動(dòng)窗口流量控制協(xié)議原理 在數(shù)據(jù)鏈路層，由于收發(fā)雙方各自工作速率和緩沖存儲(chǔ)空間的差異，當(dāng)發(fā)送發(fā)發(fā)送的數(shù)據(jù)速率大于接收方接收的能力時(shí)，就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)的溢出和丟失。這時(shí)，就需要對(duì)收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行控制，使發(fā)送方的速率不致超過接收方所能承受的能力。這就是數(shù)據(jù)鏈路層的流量控制。 流量控制的過程需要通過某種反饋機(jī)制使發(fā)送方知道接收方是否能跟的上發(fā)送速率，需要有一些規(guī)則控制發(fā)送方的發(fā)送和等待時(shí)機(jī)。 最簡單的流控機(jī)制就是停等流控，但是這種流控技術(shù)效率太低，所以現(xiàn)在普遍采用的是滑動(dòng)窗口流控機(jī)制其工作原理是,3.5、數(shù)據(jù)鏈路層的流量控制技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),1、滑動(dòng)窗口流量控制協(xié)議原理 （1） 通信雙方在數(shù)據(jù)交換前，準(zhǔn)備好各自的接收緩存區(qū)，并通告對(duì)方，作為對(duì)方的發(fā)送窗口 （2）發(fā)送方在收到確認(rèn)前，可以發(fā)送的最大數(shù)據(jù)量是由發(fā)送窗口大小決定，在沒有收到ACK時(shí)，窗口在不斷縮小，只有收到ACK，窗口才能向右滑動(dòng)相應(yīng)空間。 （3）接收端可以接收的最大數(shù)據(jù)量是接收窗口的大小每接收一個(gè)數(shù)據(jù)幀，窗口就收縮一個(gè)空位，當(dāng)通過幀的差錯(cuò)檢測(cè)后，并向發(fā)送端發(fā)送ACK后，接收窗口就向右滑動(dòng)并擴(kuò)展空位 （4）幀的順序號(hào)占據(jù)幀的一個(gè)域，域的位數(shù)決定了順序號(hào)的大小，比如域的大小是三位，則幀的編號(hào)為0(-)。,3.5、數(shù)據(jù)鏈路層的流量控制技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),2、滑動(dòng)窗口流量控制舉例,3.5、數(shù)據(jù)鏈路層的流量控制技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),0,1,2,3,4,5,6,7,0,0,1,2,3,4,5,6,7,0,0,1,2,3,4,5,6,7,0,0,1,2,3,4,5,6,7,0,0,1,2,3,4,5,6,7,0,0,1,2,3,4,5,6,7,0,0,1,2,3,4,5,6,7,0,0,1,2,3,4,5,6,7,0,F0,F1,F2,ACK3,滑動(dòng)窗口流控機(jī)制圖示,2、滑動(dòng)窗口流量控制舉例 滑動(dòng)窗口流量控制機(jī)制的特點(diǎn)是：發(fā)送方根據(jù)接收方的接收窗口大小界定發(fā)送數(shù)據(jù)量，滑動(dòng)窗口左邊為已發(fā)送并確認(rèn)的數(shù)據(jù)，窗口內(nèi)為可以一次發(fā)送的數(shù)據(jù)，窗口右邊為待發(fā)送的數(shù)據(jù),3.5、數(shù)據(jù)鏈路層的流量控制技術(shù),第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),1、HDLC簡介： 1974年美國IBM公司推出了著名的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA,SNA中數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議采用了面向比特的SDLC協(xié)議，后來國際標(biāo)準(zhǔn)化組織將其改為HDLC. HDLC協(xié)議是一個(gè)面向比特流的通用數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議，他描述了數(shù)據(jù)鏈路層幀的結(jié)構(gòu)和收發(fā)雙方對(duì)數(shù)據(jù)鏈路的控制規(guī)程?？蓪?shí)現(xiàn)完全可靠的數(shù)據(jù)幀的傳輸控制。包括幀的確認(rèn)重傳、差錯(cuò)控制、流量控制等。當(dāng)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，HDLC對(duì)鏈路的使用權(quán)輪詢控制機(jī)制。由主站發(fā)起、從站發(fā)起和混合發(fā)起三種模式。,3.6、高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC協(xié)議,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),2、HDLC的操作方式： 主節(jié)點(diǎn)方式操作、從節(jié)點(diǎn)方式操作、混合節(jié)點(diǎn)操作。 主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)流的組織和數(shù)據(jù)差錯(cuò)控制的實(shí)施。主節(jié)點(diǎn)到從節(jié)點(diǎn)發(fā)送的是命令幀，反之為響應(yīng)幀。HDLC常用的操作方式有三種： 正常響應(yīng)方式NRM：非平衡數(shù)據(jù)鏈路操作方式。適用于面向終端的點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的鏈路。主節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)，進(jìn)行管理整個(gè)鏈路、超時(shí)重傳、輪詢、選擇從節(jié)點(diǎn)等管理功能。 異步響應(yīng)方式ARM：非平衡數(shù)據(jù)鏈路操作方式。從節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)，從節(jié)點(diǎn)向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送幀，從節(jié)點(diǎn)控制超時(shí)重傳和輪詢。 異步平衡方式ABM：允許任何節(jié)點(diǎn)來啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸。,3.6、高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC協(xié)議,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),3、HDLC的幀格式：,3.6、高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC協(xié)議,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),比特 8 8 8 可變 16 8,標(biāo)志字段：01111110，作為幀的開始與結(jié)束標(biāo)志。當(dāng)處于連接狀態(tài)時(shí)，可連續(xù)發(fā)送標(biāo)志位，直到出現(xiàn)數(shù)據(jù)為止。數(shù)據(jù)透明傳輸采用“0比特插入法”處理。 地址字段：取決于所采用的操作方式，全1為廣播地址，全0為無節(jié)點(diǎn)地址。從節(jié)點(diǎn)與組合節(jié)點(diǎn)都被分配一個(gè)唯一的地址。,3、HDLC的幀格式：,3.6、高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC協(xié)議,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),控制字段：用于構(gòu)成各種命令及響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈路層的監(jiān)視與控制。發(fā)送方主節(jié)點(diǎn)或組合節(jié)點(diǎn)利用控制字段來通知被尋址的從節(jié)點(diǎn)執(zhí)行約定操作。從節(jié)點(diǎn)用該字段作為對(duì)命令的響應(yīng)，報(bào)告已經(jīng)完成的操作或狀態(tài)變化。控制字段的前兩位是幀類型：信息幀、監(jiān)控幀和無編號(hào)幀。第五位是P/F：輪詢/終止位。 信息字段：長度不限，上限由FCS字段和通信節(jié)點(diǎn)的緩沖容量決定。國際上一般采用1000-2000bit FCS幀校驗(yàn)序列：16 位CRC，生成多項(xiàng)式為16、12、5、1,4、HDLC的幀類型：,3.6、高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC協(xié)議,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),信息幀（I幀）：控制字段第一位為0表示，用于傳送有效信息和數(shù)據(jù)。用控制字段N(S)存放發(fā)送幀序列，N(R)存放接收方下一個(gè)預(yù)期接收的幀序號(hào)。 監(jiān)控幀（S幀）：控制字段10表示。用于差錯(cuò)控制和流量控制。INFO由6個(gè)字節(jié)48位表示?？刂谱侄蔚?、4位是幀的類型編碼，共有4種組合：,4、HDLC的幀類型：,3.6、高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC協(xié)議,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),00-接收就緒RR：主節(jié)點(diǎn)使用RR型的S幀輪詢從節(jié)點(diǎn)，希望從節(jié)點(diǎn)傳輸編號(hào)為N(R)的信息幀。從節(jié)點(diǎn)使用RR型的S幀響應(yīng)，表示希望從主節(jié)點(diǎn)那里接收的下一個(gè)信息幀的編號(hào)為N(R) 01-拒絕REJ：用以要求發(fā)送方從編號(hào)為N(R)開始及其以后的幀重新發(fā)送，同時(shí)，N(R)以前的信息幀已正確接收 10-接收未就緒RNR：表示編號(hào)為N(R)以前的幀已經(jīng)收到，但是正在進(jìn)行接收處理，但是編號(hào)為N（R）的信息幀接收尚未準(zhǔn)備好，主要是用來進(jìn)行流量控制。 11-選擇拒絕SREJ：要求重新發(fā)送編號(hào)為N(R)的幀，并表示其他編號(hào)的幀已正確接收。,4、HDLC的幀類型：,3.6、高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC協(xié)議,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),無編號(hào)幀（U幀）：無編號(hào)幀因其控制字段不包含字段N(S)和字段N(R)而得名。用于提供對(duì)鏈路的建立、拆除和多種控制功能。這些控制功能用5個(gè)M位表示32種附加命令功能或32中應(yīng)答功能。 5、HDLC的應(yīng)用特點(diǎn)： 應(yīng)用場(chǎng)合：HDLC適用于點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從工作方式而言，適用于半雙工或全雙工結(jié)構(gòu)。從傳輸方式而言，適用于同步傳輸和中高速傳輸。,3.6、高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC協(xié)議,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),傳輸效率：HDLC開始發(fā)送一幀后，就可以連續(xù)不斷地發(fā)送所有的幀?？赏瑫r(shí)確認(rèn)多幅幀。HDLC的每幅幀都含有地址字段，在多點(diǎn)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)從節(jié)點(diǎn)只接收含有本節(jié)點(diǎn)地址的幀，主節(jié)點(diǎn)在選中一個(gè)從節(jié)點(diǎn)并與之通信的同時(shí)，不用拆除鏈路，就可以選擇其他節(jié)點(diǎn)通信，所以具有很高的傳輸效率。 傳輸可靠性：HDCL所有幀都包含F(xiàn)CS,按照窗口序號(hào)順序傳輸。 數(shù)據(jù)透明性：HDCL采用“0比特插入法”對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行透明傳輸，傳輸信息的組合方式無任何限制。 信息傳輸格式：HDCL采用統(tǒng)一的幀格式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、命令、響應(yīng)的傳輸。 鏈路控制：HDCL利用改變幀中的控制字段編碼格式完成各種規(guī)定的鏈路操作功能，提供面向比特的傳輸功能。,3.7、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PPP (Point-to-Point Protocol)。用戶使用撥號(hào)電話線接入ISP,獲取臨時(shí)IP地址，結(jié)束后釋放IP地址。用戶連接到ISP使用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)就是 PPP 協(xié)議。,1、PPP協(xié)議簡介,3.7、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),協(xié)議簡單：接收方每收到一個(gè)幀，就進(jìn)行CRC校驗(yàn)，正確接受，錯(cuò)誤丟棄 采用特殊字符作為幀的定界符封裝成幀 ，可實(shí)現(xiàn)透明傳輸 可在同一條物理鏈路上支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議以及能夠在多種鏈路上運(yùn)行 PPP協(xié)議具有快速檢測(cè)數(shù)據(jù)鏈路的連接狀態(tài)，具有及時(shí)檢查的特點(diǎn) PPP協(xié)議對(duì)每一種類型的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路設(shè)置一個(gè)最大傳輸單元默認(rèn)值MTU，MTU不是幀的總長度，是指幀數(shù)據(jù)部分的長度。若超過MTU就丟棄。 PPP協(xié)議具有網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商功能,2、PPP協(xié)議的特點(diǎn),3.7、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),PPP協(xié)議由三部分組成：一個(gè)將IP數(shù)據(jù)封裝到串行鏈路的策略，一個(gè)用來建立、配置和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路連接的鏈路控制協(xié)議LCP,一套網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP PPP的幀格式：,3、PPP協(xié)議的幀格式,3.7、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP,第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯(cuò)控制技術(shù),（1）幀的首尾定界符 F = 0x7E （符號(hào)“0x”表示后面的字符是用十六進(jìn)制表示。十六進(jìn)制的 7E 的二進(jìn)制表示是 01111110），PPP收尾均出現(xiàn)，作為幀的定界符使用。 （2）地址字段 A 只置為 0xFF，控制字段 C 通常置為 0x03。地址和控制字段實(shí)際上并不起作用。 （3）PPP 有一個(gè) 2 個(gè)字節(jié)的協(xié)議字段。 若為 0x0021，PPP 幀的信息字段就是IP數(shù)據(jù)報(bào)。 若為 0xC021, 則信息字段是 PPP 鏈路控制數(shù)據(jù)。 若為 0x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。,3、PPP協(xié)議的幀格式,3.7、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP,第三講