計算機網(wǎng)絡(luò)及通信課件第04章 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

第4章數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議4.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能與協(xié)議4.2流量控制方法

4.3差錯控制方法

4.4高級數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）協(xié)議4.5因特網(wǎng)中的點對點協(xié)議（PPP）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：點對點信道。這種信道使用一對一的點對點通信方式。廣播信道。這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復(fù)雜。廣播信道上連接的主機很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)這些主機的數(shù)據(jù)發(fā)數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數(shù)據(jù)的流動數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型(續(xù)）局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動鏈路(link)是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點。一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。數(shù)據(jù)鏈路(datalink)除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。

IP數(shù)據(jù)報1010……0110幀取出數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層鏈路結(jié)點A結(jié)點B物理層數(shù)據(jù)鏈路層結(jié)點A結(jié)點B幀(a)(b)發(fā)送幀接收鏈路IP數(shù)據(jù)報1010……0110幀裝入數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用:WAN連接Service

Provider廣域網(wǎng)連接的場所根據(jù)用戶不同的需求提供不同的連接方案點到點專線同步串口TelephoneCompany電路交換異步串口ServiceProvider分組交換連接同步串口專線點到點的鏈接方式；提供專用的永久連接；當經(jīng)常與多個地點連接時，使用專線是主要的方法。點到點專線同步串口電路交換被廣泛使用于電話公司的網(wǎng)絡(luò)中，ISDN、PSTN就是廣域網(wǎng)電路交換的一個例子。主要用于把臨時的遠程用戶和移動用戶連接到局域網(wǎng)，還常用于高速線路的備份。TelephoneCompany電路交換異步串口分組交換連接廣域網(wǎng)的一種交換方式，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共享一條點到點的線路，將數(shù)據(jù)包從源端經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到目的地址；幀中繼，X.25都是廣域網(wǎng)分組交換技術(shù)的實例幀中繼是一種節(jié)省成本的方法，通過虛電路與其他站點連接，幀中繼大多由通信公司服務(wù)供應(yīng)商實現(xiàn)。ServiceProvider分組交換連接同步串口從數(shù)據(jù)鏈路層看，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時是以幀為單位進行傳輸?shù)?，不同網(wǎng)絡(luò)使用不同的協(xié)議封裝數(shù)據(jù)幀，定義的幀格式也不一樣。以太網(wǎng)點對點網(wǎng)絡(luò)f0/0s0/0s0/0f0/0Ethernet幀HDLC幀PPP幀Ethernet幀或以太網(wǎng)路由器具有協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，當它收到一個數(shù)據(jù)幀后，會把幀拆開，取出其中的數(shù)據(jù)報，經(jīng)路由處理后，再用出口的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議封裝數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議應(yīng)用場合舉例

如何在有差錯的線路上，進行無差錯傳輸。

數(shù)據(jù)鏈路層的主要問題數(shù)據(jù)鏈路層要解決的基本問題？發(fā)送方：？接收方：？傳輸過程：！解決這些問題，是數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)。！針對這些問題所制定的通信規(guī)程就是數(shù)據(jù)鏈路層的通信協(xié)議。以多快的速度發(fā)送數(shù)據(jù)幀，即每幀之間相隔多長時間？如何確認對方是否收到數(shù)據(jù)？是否接收到正確的數(shù)據(jù)幀？如何告訴發(fā)送方？能及時處理接收到的數(shù)據(jù)幀嗎？會出錯嗎？會丟失數(shù)據(jù)幀嗎？

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能

數(shù)據(jù)鏈路層最重要的作用就是：通過一些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，在不太可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。其主要功能可歸納如下：

(1)鏈路管理

(2)幀定界

(3)流量控制

(4)差錯控制

(5)將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開

(6)透明傳輸

(7)尋址

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能(1)鏈路管理-當網(wǎng)絡(luò)中的兩個結(jié)點要進行通信時，數(shù)據(jù)的發(fā)方必須確知收方是否已處在準備接受的狀態(tài)。為此通信的雙方必須先要交換一些必要的信息，用術(shù)語講必須先建立一條數(shù)據(jù)鏈路。在傳輸數(shù)據(jù)時要維持數(shù)據(jù)鏈路，而在通信完畢時要釋放數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放就叫做鏈路管理。(2)幀同步-在數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)的傳送單位時幀。數(shù)據(jù)一幀一幀地傳送，就可以在出現(xiàn)差錯時，將有差錯的幀再重傳一次，避免了全部數(shù)據(jù)的重傳。幀同步是指收方應(yīng)當能從收到的比特流中準確地區(qū)分出一幀的開始和結(jié)束。

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能(3)流量控制-發(fā)方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率必須使收方來得及接收。當收方來不及接收時，就必須及時控制發(fā)方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。(4)差錯控制-在計算機通信中，一般都要求有極低的比特差錯率。為此廣泛地使用了編碼技術(shù)，主要有兩大類，一類是前向糾錯，即收方收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時能自動將差錯改正過來。這種方法的開銷較大，不適合于計算機通信。另一類是檢錯重發(fā)，即收方可以檢測出收到的幀中有差錯，于是就讓發(fā)方重復(fù)發(fā)送這一幀，直到收方正確收到這一幀為止。這種方法在計算機通信中是最常用的。

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能(5)將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開-由于數(shù)據(jù)和控制信息都是在同一信道中傳輸，在許多情況下，數(shù)據(jù)和控制信息處于同一幀中，因此一定要有相應(yīng)的措施使收方能夠?qū)⑺麄儏^(qū)分開來。(6)透明傳輸-所謂透明傳輸就是不管所傳數(shù)據(jù)是什么樣的比特組合，都應(yīng)當能夠在鏈路上傳送。當所傳數(shù)據(jù)中的比特組合恰巧與某一個控制信息完全一樣時，就必須采取適當?shù)拇胧?，使收方不會將這樣的數(shù)據(jù)誤認為是某種控制信息。這樣才能保證數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸是透明的。

(7)尋址-在多點連接的情況下，必須保證每一幀都能送到正確的地址。雙方也應(yīng)當知道發(fā)方是哪一個站。4.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能與協(xié)議1．成幀和傳輸 物理層以比特為單位進行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)鏈路層則把數(shù)據(jù)組織成一定大小的數(shù)據(jù)幀，以幀為單位發(fā)送、接收、校驗和應(yīng)答。 帶填充字符的首尾界符法、帶填充位的首尾標志法。（1）帶填充字符的首尾界符法圖4.1帶填充字符的首尾界符法封裝成幀(framing):在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個幀。確定幀的界限。首部和尾部的一個重要作用就是進行幀定界。

幀結(jié)束幀首部IP數(shù)據(jù)報幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部MTU數(shù)據(jù)鏈路層的幀長開始發(fā)送幀開始課件制作人：謝希仁用控制字符進行幀定界的方法舉例SOH裝在幀中的數(shù)據(jù)部分幀幀開始符幀結(jié)束符發(fā)送在前EOT課件制作人：謝希仁2.透明傳輸SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當作無效幀而丟棄被接收端誤認為是一個幀數(shù)據(jù)部分EOT完整的幀發(fā)送在前解決透明傳輸問題發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個轉(zhuǎn)義字符“ESC”(其十六進制編碼是1B)。字節(jié)填充(bytestuffing)或字符填充(characterstuffing)——接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當中，那么應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個轉(zhuǎn)義字符。當接收端收到連續(xù)的兩個轉(zhuǎn)義字符時，就刪除其中前面的一個。SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據(jù)EOTEOT經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充發(fā)送在前幀開始符幀結(jié)束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴}SOH（2）帶填充位的首尾標志法 發(fā)送方數(shù)據(jù)鏈路層若在數(shù)據(jù)中遇到5個連續(xù)的1時，自動在其后填充一個0到輸出位流中。圖4.2帶填充位的首尾標志法 2．流量控制 3．差錯控制 4．鏈路管理 發(fā)送端和接收端之間通過交換控制信息，來建立、維護和釋放數(shù)據(jù)鏈路，這就是鏈路管理。圖4.3服務(wù)原語的表示方式完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸兩臺計算機通過一條通信鏈路進行通信的筒化模型：數(shù)據(jù)鏈路層主機

A緩存主機

B數(shù)據(jù)鏈路AP2AP1緩存發(fā)送方接收方幀高層幀完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸所基于的兩個假定

假定1：鏈路是理想的傳輸信道，所傳送的任何數(shù)據(jù)既不會出差錯也不會丟失。假定2：不管發(fā)方以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，收方總是來得及收下，并及時上交主機。這個假定就相當于認為：接收端向主機交付數(shù)據(jù)的速率永遠不會低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。流量控制

現(xiàn)在去掉上述的第二個假定。但是，仍然保留第一個假定，即主機A向主機B傳輸數(shù)據(jù)的信道仍然是無差錯的理想信道。然而現(xiàn)在不能保證接收端向主機交付數(shù)據(jù)的速率永遠不低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。由收方控制發(fā)方的數(shù)據(jù)流，是計算機網(wǎng)絡(luò)中流量控制的一個基本方法。

具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議在發(fā)送結(jié)點：

(1)從主機取一個數(shù)據(jù)幀。

(2)將數(shù)據(jù)幀送到數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送緩存。

(3)將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去。

(4)等待。

(5)若收到由接收結(jié)點發(fā)過來的信息，則從主機取一個新的數(shù)據(jù)幀，然后轉(zhuǎn)到(2)。在接收結(jié)點：

(1)等待。

(2)若收到由發(fā)送結(jié)點發(fā)過來的數(shù)據(jù)幀，則將其放入數(shù)據(jù)鏈路層的接收緩存。

(3)將接收緩存中的數(shù)據(jù)幀上交主機。

(4)向發(fā)送結(jié)點發(fā)一信息，表示數(shù)據(jù)幀已經(jīng)上交給主機。

(5)轉(zhuǎn)到(1)。

兩種情況的對比（傳輸均無差錯）ABDATADATADATADATA送主機B送主機B送主機B送主機BABDATA送主機BDATA送主機B時間不需要流量控制需要流量控制時間ABDATA0送主機ACKDATA1送主機ACK(a)正常情況ABDATA0DATA0送主機ACK(c)數(shù)據(jù)幀丟失重傳tout丟失！ABDATA0送主機ACKDATA0丟棄ACK(d)確認幀丟失重傳tout丟失！ABDATA0NAKDATA0送主機ACK(b)數(shù)據(jù)幀出錯重傳出錯

現(xiàn)在把上述的第一、二個假定都去掉。主機A向主機B傳輸數(shù)據(jù)的信道是有差錯的非理想信道。且不能保證接收端向主機交付數(shù)據(jù)的速率永遠不低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。重復(fù)幀死鎖

解決死鎖問題

結(jié)點A發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀時，就啟動一個超時計時器(timeouttimer)。若到了超時計時器所設(shè)置的重傳時間tout而仍收不到結(jié)點B的任何確認幀，則結(jié)點A就重傳前面所發(fā)送的這一數(shù)據(jù)幀。一般可將重傳時間選為略大于“從發(fā)完數(shù)據(jù)幀到收到確認幀所需的平均時間”。

解決重復(fù)幀的問題如果是確認幀丟失，則超時重傳將使主機B收到兩個相同的數(shù)據(jù)幀，這就是重復(fù)幀。使每一個數(shù)據(jù)幀帶上不同的發(fā)送序號。每發(fā)送一個新的數(shù)據(jù)幀就把它的發(fā)送序號加1。若結(jié)點B收到發(fā)送序號相同的數(shù)據(jù)幀，就表明出現(xiàn)了重復(fù)幀。這時應(yīng)丟棄重復(fù)幀，因為已經(jīng)收到過同樣的數(shù)據(jù)幀并且也交給了主機B。但此時結(jié)點B還必須向A發(fā)送確認幀ACK，因為B已經(jīng)知道A還沒有收到上一次發(fā)過去的確認幀ACK。

幀的編號問題

任何一個編號系統(tǒng)的序號所占用的比特數(shù)一定是有限的。因此，經(jīng)過一段時間后，發(fā)送序號就會重復(fù)。序號占用的比特數(shù)越少，數(shù)據(jù)傳輸?shù)念~外開銷就越小。

對于停止等待協(xié)議，由于每發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀就停止等待，因此用一個比特來編號就夠了。注：一個比特可表示0和1兩種不同的序號。

幀的發(fā)送序號

數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送序號N(S)以0和1交替的方式出現(xiàn)在數(shù)據(jù)幀中。每發(fā)一個新的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送序號就和上次發(fā)送的不一樣。用這樣的方法就可以使收方能夠區(qū)分開新的數(shù)據(jù)幀和重傳的數(shù)據(jù)幀了。4.2流量控制方法 流量控制的作用就是防止擁塞狀態(tài)的出現(xiàn)、避免死鎖、合理分配網(wǎng)絡(luò)資源。1．停止等待協(xié)議（StopandWait）圖4.4停止等待協(xié)議2．滑動窗口協(xié)議 采用滑動窗口協(xié)議則可以無需等待應(yīng)答而允許連續(xù)發(fā)送多個幀，大大提高了鏈路利用率。圖4.5滑動窗口4.3差錯控制方法4.3.1自動請求重發(fā)（ARQ）協(xié)議1．停止等待ARQ協(xié)議圖4.6停等ARQ協(xié)議停止等待協(xié)議ARQ的優(yōu)缺點

優(yōu)點：比較簡單。缺點：通信信道的利用率不高，也就是說，信道還遠遠沒有被數(shù)據(jù)比特填滿。為了克服這一缺點，就產(chǎn)生了另外兩種協(xié)議，即連續(xù)ARQ和選擇重傳ARQ。2．后退N幀ARQ協(xié)議

在發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后，不是停下來等待確認幀，而是可以連續(xù)再發(fā)送若干個數(shù)據(jù)幀。如果這時收到了接收端發(fā)來的確認幀，那么還可以接著發(fā)送數(shù)據(jù)幀。若收到對其中某一幀的否認幀，則從該幀開始的后繼幀全部重發(fā)。由于減少了等待時間，整個通信的吞吐量就提高了。后退N幀ARQ的工作原理DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5重傳DATA2重傳DATA3ACK1ACK2ACK1確認DATA0ACK2確認DATA1DATA2出錯，丟棄DATA3不按序，丟棄，重傳ACK2DATA4不按序，丟棄，重傳ACK2DATA5不按序，丟棄，重傳ACK2ACK3ACK3確認DATA2ACK4確認DATA3ACK4重傳DATA5重傳DATA4超時重傳時間ABtout送交主機送交主機…??ACK2ACK2ACK2

需要注意(1)接收端只按序接收數(shù)據(jù)幀。雖然在有差錯的2號幀之后接著又收到了正確的3個數(shù)據(jù)幀，但接收端都必須將這些幀丟棄，因為在這些幀前面有一個2號幀還沒有收到。(2)ACK1表示確認0號幀DATA0，并期望下次收到1號幀；ACK2表示確認1號幀DATA1，并期望下次收到2號幀。依此類推。

需要注意(3)結(jié)點A在每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀時都要設(shè)置該幀的超時計時器。如果在所設(shè)置的超時時間內(nèi)收到確認幀，就立即將超時計時器清零。但若在所設(shè)置的超時時間到了而未收到確認幀，就要重傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。在等不到2號幀的確認而重傳2號數(shù)據(jù)幀時，雖然結(jié)點A已經(jīng)發(fā)完了5號幀，但仍必須向回走，將2號幀及其以后的各幀全部進行重傳。后退N幀ARQ協(xié)議（Go-back-NARQ）又稱為連續(xù)ARQ，意思是當出現(xiàn)差錯必須重傳時，要向回走N個幀，然后再開始重傳。連續(xù)ARQ協(xié)議的優(yōu)缺點

連續(xù)ARQ協(xié)議一方面因連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀而提高了效率，另一方面，在重傳時又必須把原來已正確傳送過的數(shù)據(jù)幀進行重傳，這種做法又使傳送效率降低。

若傳輸信道的傳輸質(zhì)量很差因而誤碼率較大時，連續(xù)ARQ協(xié)議不一定優(yōu)于停止等待協(xié)議。

滑動窗口的概念

在連續(xù)ARQ協(xié)議中，應(yīng)當將已發(fā)送出去但未被確認的數(shù)據(jù)幀的數(shù)目加發(fā)限制。發(fā)送端和接收端分別設(shè)定發(fā)送窗口和接收窗口。

發(fā)送窗口用來對發(fā)送端進行流量控制。發(fā)送窗口的大小WT

代表在還沒有收到對方確認信息的情況下發(fā)送端最多可以發(fā)送多少個數(shù)據(jù)幀。接收窗口用來控制接收端可以接收哪些數(shù)據(jù)幀。只有發(fā)送序號落入接收窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)幀才可以收下。01234567012發(fā)送窗口WT不允許發(fā)送這些幀允許發(fā)送5個幀(a)01234567012不允許發(fā)送這些幀還允許發(fā)送4個幀WT已發(fā)送(b)01234567012不允許發(fā)送這些幀WT已發(fā)送(c)01234567012不允許發(fā)送這些幀還允許發(fā)送

3個幀WT已發(fā)送

已發(fā)送并已收到確認(d)當發(fā)送出數(shù)據(jù)時，滑動窗口從左邊開始收縮；當收到確認時，滑動窗口向右擴展。接收端設(shè)置接收窗口

在接收端只有當收到的數(shù)據(jù)幀的發(fā)送序號落入接收窗口內(nèi)才允許將該數(shù)據(jù)幀收下。若接收到的數(shù)據(jù)幀落在接收窗口之外，則一律將其丟棄。在連續(xù)ARQ協(xié)議中，接收窗口的大小WR=1。只有當收到的幀的序號與接收窗口一致時才能接收該幀。否則，就丟棄它。每收到一個序號正確的幀，接收窗口就向前（即向右方）滑動一個幀的位置。同時發(fā)送對該幀的確認。不允許接收這些幀01234567012WR準備接收0號幀(a)不允許接收這些幀01234567012WR準備接收

1號幀已收到(b)不允許接收這些幀01234567012WR準備接收4號幀已收到(c)

滑動窗口的重要特性

只有在接收窗口向前滑動時（與此同時也發(fā)送了確認），發(fā)送窗口才有可能向前滑動。收發(fā)兩端的窗口按照以上規(guī)律不斷地向前滑動，因此這種協(xié)議又稱為滑動窗口協(xié)議。當發(fā)送窗口和接收窗口的大小都等于1時，就是停止等待協(xié)議。選擇重傳ARQ協(xié)議

可加大接收窗口，先收下發(fā)送序號不連續(xù)但仍處在接收窗口中的那些數(shù)據(jù)幀。等到所缺序號的數(shù)據(jù)幀收到后再一并送交主機。選擇重傳ARQ協(xié)議可避免重復(fù)傳送那些本來已經(jīng)正確到達接收端的數(shù)據(jù)幀。但我們付出的代價是在接收端要設(shè)置具有相當容量的緩存空間。對于選擇重傳ARQ協(xié)議，若用n

比特進行編號，則接收窗口的最大值受下式的約束。

WR

2n/24.3.2差錯控制方法——循環(huán)冗余校驗碼（CRC） 1．CRC中的多項式

2．CRC的工作原理

可靠傳輸

雖然物理層在傳輸比特時會出現(xiàn)差錯，但由于數(shù)據(jù)鏈路層的停止等待協(xié)議采用了有效的檢錯重傳機制，數(shù)據(jù)鏈路層對上面的網(wǎng)絡(luò)層就可以提供可靠傳輸?shù)姆?wù)。檢錯方式------循環(huán)冗余檢驗的原理在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗CRC的檢錯技術(shù)。假設(shè)待傳送的數(shù)據(jù)M=1010001101（共kbit）。我們在M的后面再添加供差錯檢測用的nbit冗余碼一起發(fā)送。冗余碼的計算用二進制的模2運算進行2n

乘M的運算，這相當于在M后面添加n個0。得到的(k+n)bit的數(shù)除以事先選定好的長度為(n+1)bit的數(shù)P，得出商是Q而余數(shù)是R，余數(shù)R比除數(shù)P至少要少1個比特。

冗余碼的計算舉例

設(shè)

n=5,P=110101，M=1010001101模2運算的結(jié)果是：商Q=1101010110，余數(shù)R=01110。將余數(shù)R作為冗余碼添加在數(shù)據(jù)M的后面發(fā)送出去，即發(fā)送的數(shù)據(jù)是101000110101110，或2nM+R。循環(huán)冗余檢驗的原理說明

1101010110

←

Q

商

除數(shù)

P→

110101101000110100000

←

2nM被除數(shù)

110101

111011

110101

111010

110101

111110

110101

101100

110101

110010

110101

01110

←

R

余數(shù)循環(huán)冗余檢驗的原理說明

只要得出的余數(shù)R不為0，就表示檢測到了差錯。但這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個或哪幾個比特出現(xiàn)了差錯。一旦檢測出差錯，就丟棄這個出現(xiàn)差錯的幀。只要經(jīng)過嚴格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù)P，那么出現(xiàn)檢測不到的差錯的概率就很小很小。圖4.8CRC的結(jié)構(gòu)3．舉例驗證圖4.9CRC計算過程數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程分類

面向字符型（例如BSC、DDCMP、PPP異步傳輸）在這類規(guī)程中，用字符編碼集中的幾個特定字符來控制鏈路的操作，監(jiān)視鏈路的工作狀態(tài)，例如，采用國際5號碼中的SOH、STX作為幀的開始，ETX、ETB作為的結(jié)束，ENQ、EOT、ACK、NAK等字符控制鏈路操作。面向比特型（例如HDLC、PPP同步傳輸）在這類規(guī)程中，采用特定的二進制序列01111110作為幀的開始和結(jié)束，以一定的比特組合所表示的命令和響應(yīng)實現(xiàn)鏈路的監(jiān)控功能，命令和響應(yīng)可以和信息一起傳送。

面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的缺點：報文格式不一樣；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)計目標：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。4.4高級數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）協(xié)議4.4.1面向字符和面向位的鏈路控制協(xié)議圖4.10IBM公司的二進制同步通信控制（BSC）協(xié)議4.4.2HDLC協(xié)議的基本概念1．3種類型的站圖4.11三種類型的站和兩種結(jié)構(gòu)2．兩種鏈路結(jié)構(gòu)圖4.12對稱結(jié)構(gòu) 3．3種操作模式

（1）NRM

（2）ARM

（3）ABMHDLC的基本工作原理（基本特征）操作方式：正常響應(yīng)方式(NRM)：適用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)，即用于點-點和點-多點的鏈路結(jié)構(gòu)中。由主站控制整個鏈路的操作，負責(zé)鏈路的初始化、數(shù)據(jù)流控制和鏈路復(fù)位等。從站只有在收到主站的明確允許后，才能發(fā)出響應(yīng)。異步響應(yīng)方式(ARM)：也適用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)。從站可以不必得到主站的允許就可以開始數(shù)據(jù)傳輸。異步平衡方式(ABM)：適用于平衡鏈路結(jié)構(gòu)。鏈路兩端的復(fù)合站具有同等的能力，不管哪個復(fù)合站均可在任意時間發(fā)送命令幀，并且不需要收到對方復(fù)合站發(fā)出的命令幀就可以發(fā)送響應(yīng)幀。4.4.3HDLC協(xié)議的幀格式圖4.13HDLC的幀格式1．標志字段（F）2．地址字段（A） 地址字段用來表示命令幀或響應(yīng)幀的地址。3．信息字段（I） 信息字段用于傳輸用戶數(shù)據(jù)。4．幀校驗字段（FCS） 幀校驗字段（FCS）共16位，采用循環(huán)冗余校驗方法，用來檢查所接收的信息是否在傳輸過程中發(fā)生了差錯。5．控制字段（C） 控制字段（C）共占8位，可構(gòu)成各種命令和響應(yīng)用來完成傳輸控制功能。4.4.4HDLC協(xié)議的主要內(nèi)容 1．信息幀

2．監(jiān)控幀

3．無編號幀信息幀：若控制字段的第1比特為0，則該幀為數(shù)據(jù)幀，用于傳送數(shù)據(jù)。比特2-4為發(fā)送序號N(S)，而比特6-8為接收序號N(R)。特別強調(diào)指出：N(R)帶有確認的意思，它表示序號為N(R)-1以及在這以前的各幀都已經(jīng)正確無誤地收妥了。

控制字段（續(xù)1）01101SMP/FP/FN（S）P/FN（R）N（R）M信息幀I監(jiān)督幀S無編號幀U12345678監(jiān)督幀：用于監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)鏈路，完成信息幀的接收確認、重發(fā)請求、暫停發(fā)送請求等功能。若控制字段的第1-2比特為10，則對應(yīng)的幀即為監(jiān)督幀S。監(jiān)督幀共有四種，取決于第3-4比特的取值。

監(jiān)控幀的名稱和功能

控制字段（續(xù)2）第3-4比特幀名功能確認，且準備接受下一幀，已收妥N(R)以前的各幀確認，暫停接收下一幀，N(R)含義同上否認，否認N(R)起的各幀，但N(R)以前的幀已收妥否認，只否認序號為N(R)的幀RR接收準備好RNR接收未準備好REJ拒絕接收SREJ選擇拒絕接收00100111無編號幀：用于數(shù)據(jù)鏈路的控制。若控制字段的第1-2比特都是1時，這個幀就是無編號幀U，無編號幀本身不帶編號，而是用5bit來表示不同功能的無編號幀。可以在任何需要的時刻發(fā)出，而不影響帶編號的信息幀的交換順序。如：B3B4B6B7B8=00001，則其功能為置正常響應(yīng)模式?？刂谱侄危ɡm(xù)3）01101SMP/FP/FN（S）P/FN（R）N（R）M信息幀I監(jiān)督幀S無編號幀U12345678無編號幀的名稱和代碼名稱B3B4B6B7B8記憶符置正常響應(yīng)模式00001SNRM置異步響應(yīng)模式/斷開方式11000SARM/DM置異步平衡模式11100SABM置擴充正常響應(yīng)模式11011SNRME置擴充異步響應(yīng)模式11010SARME置擴充異步平衡模式11110SABME斷鏈/請求斷鏈00010DISC/RD置初始化/請求初始化方式10000SIM/RIM無編號探詢00100UP無編號信息00000UI交換識別11101XID復(fù)位11001RESET幀拒絕10001FRMR無編號確認00110UA（1）SARM/SABM幀（2）DISC（拆除鏈路）幀（3）UA（無序號確認響應(yīng)）幀（4）FRMR（幀拒絕響應(yīng)）幀/CMDR（命令拒絕響應(yīng)）幀P/F位的意義（詢問/終止）

在正常響應(yīng)方式中，從站不能主動向主站發(fā)送信息，從站只有收到主站發(fā)出的P比特為1（對從站的查詢）的命令幀以后才能發(fā)送響應(yīng)幀。若從站有數(shù)據(jù)發(fā)送，則在最后一個數(shù)據(jù)幀中將F比特置1；若無數(shù)據(jù)發(fā)送，則應(yīng)在回答的S幀中將F比特置1。在異步響應(yīng)或異步平衡方式中，任何一個站都可以在主動發(fā)送的S幀和I幀中將P比特置1。對方站收到P=1的幀后，應(yīng)盡早地回答本站的狀態(tài)并將F比特置1。P/F位的使用方法圖中主站A和從站B、C連成多點鏈路，傳送幀的一些主要參數(shù)按照“地址，幀名和序號，P/F”的先后順序標注。這里的地址是指地址字段中應(yīng)填入的站地址；幀名是指幀的名稱，如RR、I；序號是指監(jiān)控幀中的N(R)或信息幀中的N(S)和N(R)，如RR4、I31（第1個數(shù)字是N(S)，第2個數(shù)字是N(R)）。P/F是在其為1時才寫上P或F，表明此時控制字段的第5比特為1。P/F位的使用方法主站A先詢問B站：“B站，若有信息，請立刻發(fā)送”。這時A站發(fā)送的幀是RR監(jiān)控幀，并將N(R)置0，表示期望收到對方的0號幀。因此在圖中將這樣的幀記為“B,RR0,P”。對主站的這一命令，B站響應(yīng)以連續(xù)4個信息幀，其序號N(S)從0到3。最后在第4個信息幀中將F置1，表示“我要發(fā)送的信息已發(fā)完”。這個幀記為“B,I30,F”。A站在收到B站發(fā)來的4個信息幀后，發(fā)回確認幀RR4（這時N(R)=4）。我們注意到這時P/F比特并未置1，所以B站收到RR4后不必應(yīng)答。接下去A站輪詢C站，P=1，雖然這時C站沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，但也必須立即應(yīng)答。C站應(yīng)答也是RR幀，表示目前沒有信息幀發(fā)送，F(xiàn)=1表明這是回答對方命令的一個響應(yīng)。P/F位的使用方法有了P/F比特，使HDLC規(guī)程使用起來更加靈活。在兩個復(fù)合站全雙工通信時，任何一方都可隨時使P=1，這時對方就要立即回答RR幀，并置F=1，這樣就可以收到對方的確認了。如果不使用P/F比特，則收方不一定馬上發(fā)出確認幀，比如收方可以在發(fā)送自己的信息幀時，利用N(R)把確認信息發(fā)出。P/F位的使用方法4．鏈路操作過程（1）鏈路建立（2）數(shù)據(jù)傳輸（3）鏈路拆除圖4.14無編號幀使用舉例4.5因特網(wǎng)中的點對點協(xié)議（PPP）圖4.15用戶撥號上網(wǎng)示意圖因特網(wǎng)的點對點協(xié)議PPPPPP（Point-to-PointProtocol點到點協(xié)議）是為在同等單元之間傳輸數(shù)據(jù)包這樣的簡單鏈路設(shè)計的鏈路層協(xié)議。這種鏈路提供全雙工操作，并按照順序傳遞數(shù)據(jù)包。設(shè)計目的主要是用來通過撥號或?qū)＞€方式建立點對點連接發(fā)送數(shù)據(jù)，使其成為各種主機、網(wǎng)橋和路由器之間簡單連接的一種解決方案。

課件制作人：謝希仁PPP協(xié)議應(yīng)滿足的需求簡單——這是首要的要求封裝成幀透明性多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議多種類型鏈路差錯檢測檢測連接狀態(tài)最大傳送單元網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商PPP協(xié)議的工作原理

現(xiàn)在使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點對點協(xié)議

PPP。用戶使用撥號電話線接入因特網(wǎng)時，一般都是使用PPP協(xié)議。路由器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP)用戶家庭撥號電話線

使用TCP/IP的

PPP連接使用TCP/IP的客戶進程路由選擇進程至因特網(wǎng)…PC機PPP的特性PPP協(xié)議是目前使用得最廣泛的廣域網(wǎng)協(xié)議，這是因為它具有以下特性：能夠控制數(shù)據(jù)鏈路的建立；能夠?qū)P地址進行分配和使用；允許同時采用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；能夠配置和測試數(shù)據(jù)鏈路；能夠進行錯誤檢測；有協(xié)商選項，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)層的地址和數(shù)據(jù)壓縮等進行協(xié)商。PPP協(xié)議組成一個將IP數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法。鏈路控制協(xié)議LCP(LinkControlProtocol)：LCP負責(zé)創(chuàng)建，維護或終止一次物理連接?？梢允褂枚喾N物理層服務(wù)。認證協(xié)議，最常用的包括口令驗證協(xié)議PAP和挑戰(zhàn)握手驗證協(xié)議CHAP。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP(NetworkControlProtocol)：負責(zé)解決物理連接上運行什么網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以及解決上層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)生的問題?？梢灾С侄喾N網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。PPP協(xié)議的幀格式PPP的幀格式和HDLC的相似。標志字段F仍為0x7E（符號“0x”表示后面的字符是用十六進制表示。十六進制的7E的二進制表示是01111110）。地址字段A只置為0xFF。地址字段實際上并不起作用，PPP不分配個人地址?？刂谱侄蜟通常置為0x03。要求用戶數(shù)據(jù)傳輸采用無序號幀，不提供使用序號和確認的可靠傳輸。PPP是面向字節(jié)的，所有的PPP幀的長度都是整數(shù)字節(jié)。PPP協(xié)議的幀格式PPP有一個2個字節(jié)的協(xié)議字段。識別幀的信息部分字段所封裝的協(xié)議。當協(xié)議字段為0x0021時，PPP幀的信息字段就是IP數(shù)據(jù)報。若為0xC021,則信息字段是PPP鏈路控制數(shù)據(jù)LCP。若為0x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)NCP。

IP數(shù)據(jù)報1211字節(jié)12不超過1500字節(jié)PPP幀先發(fā)送7EFF03FACFCSF7E協(xié)議信息部分首部尾部表4.2協(xié)議字段的取值透明傳輸問題當PPP用在同步傳輸鏈路時（

SONET/SDH鏈路），協(xié)議規(guī)定采用硬件來完成比特填充（和HDLC的做法一樣）。當PPP用在異步傳輸時，就使用一種特殊的字符填充法。字符填充法具體的做法是：將信息字段中出現(xiàn)的每一個0x7E字節(jié)轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列（0x7D，0x5E）。若信息字段中出現(xiàn)一個0x7D的字節(jié)，則將其轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列（0x7D，0x5D）。(3)若信息字段中出現(xiàn)ASCll碼的控制字符（即小于0x20的字符），則在該字符前面加一個0x7D字節(jié)。這樣做可以防止這些表面上的ASCll碼控制符將被錯誤地解釋為控制符。PPP的控制段（C）設(shè)置為00000011，注意這里說明最低兩位是11，與HDLC協(xié)議比較，說明發(fā)送和接收窗口N(S)、N(R)都沒有使用，恰恰相當于HDLC協(xié)議的無編號幀，但是，“不能保證”并不等于很不可靠，這是由于以下原因。不提供使用序號和確認的可靠傳輸PPP協(xié)議之所以不使用序號和確認機制是出于以下的考慮：在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯的概率不