1、1,第十章 數(shù)據鏈路層,何小其,本章主要內容,10.1 差錯控制 10.2 數(shù)據鏈路協(xié)議 10.3 X.25鏈路訪問規(guī)程 10.4 數(shù)據鏈路層協(xié)議性能分析,數(shù)據鏈路層,數(shù)據鏈路層控制協(xié)議的目的是和物理層服務一起提供無差錯的通信鏈路。 數(shù)據鏈路層基本結構： （1）將輸入比特流分割成幀，每一幀的開頭和結尾必須清楚標識，以便幀同步。 （2）提供識別和尋址的手段，以辨別發(fā)端地址。 （3）提供檢錯技術、啟動恢復和糾錯的機制，以保持報文的高度完整性。,數(shù)據鏈路層協(xié)議功能體系： 幀控制：用界定字符或標記來界定幀的開頭和結尾。 差錯控制：提供錯誤檢測，確認已正確接收的幀及處理未正確接收幀重傳請求。 初始化控制

2、：保證數(shù)據鏈路動態(tài)建立。 鏈路管理功能：通過控制傳送方向來控制鏈路，建立和終止邏輯連接。 透明：鏈路控制與被傳送信息無關。 流量控制：通過收發(fā)雙方協(xié)調，控制數(shù)據鏈路上的比特流。 異?；謴涂刂疲嚎刂飘惓Ｊ录幕謴瓦^程。,10.1 差錯控制,10.1.1 自動重復請求協(xié)議 10.1.2 連續(xù)ARQ,數(shù)據通信的差錯控制有兩種基本類型：自動重發(fā)請求（ARQ）和前向糾錯（FEC）。 ARQ過程簡單、控制可靠，在數(shù)據通信中得到廣泛應用，其效率與信息差錯和信息往返掉頭時延有關。 FEC使用糾錯碼，譯碼困難，成本較高。適用于無返回信道或由于某種原因不宜重傳的通信系統(tǒng)，如衛(wèi)星系統(tǒng)和空間通信等。,10.1.1 自

3、動重復請求協(xié)議,ARQ分為停-等協(xié)議和連續(xù)ARQ協(xié)議。 停-等協(xié)議：發(fā)送端發(fā)出一信息幀，等待接收端返回正確接收的確認（ACK）信號。只有收到這一確認，才能發(fā)送下一幀。 停-等協(xié)議的缺點是發(fā)送方要停下來等待ACK返回確認后再繼續(xù)發(fā)送，造成信道浪費。,信道實際利用率計算 設信道容量是B b/s，幀長度為L b/s，信號在信道中往返傳播時延為2R，并假定返回的確認幀很短，不占用信道時間，在一個收發(fā)周期中實際用于發(fā)送時間是L/B，而空等待時間為2R，因此信道實際利用率為：,停-等協(xié)議不適合傳播時延長的高速信道。 若信道存在差錯而收不到ACK需超時重傳，同時為了有效的數(shù)據傳送，必須加上幀頭，信道有效利用

4、率還會進一步下降。,10.1.2 連續(xù)ARQ,連續(xù)ARQ基本原理是發(fā)端連續(xù)不斷地發(fā)送信息幀，不等確認。無差錯情況下，發(fā)送端的利用率可達100%。但錯誤恢復的復雜性增加。 連續(xù)ARQ兩種常用錯誤恢復技術：返回N和選擇性重傳。,返回N協(xié)議 （1）發(fā)送端連續(xù)發(fā)送含順序序號的幀，并啟動相應的定時器；接收端收妥每一幀都要確認答復（ACK）。 （2）如發(fā)送方在定時器超時未收到某幀ACK，或超時前收到否定的確認（NAK），發(fā)送方要返回到該幀并重發(fā)該幀及以后的所有已發(fā)的幀。,選擇性重傳只重傳那些丟失的或沒有被確認的信息幀。 選擇重傳協(xié)議在某幀出錯時減少了后面所有幀都要重傳的浪費，但對接收方提出了更高要求。 接

5、收方要求有一足夠大的緩沖區(qū)，用于保存未按順序正確傳送的幀。這個范圍叫接收窗口，選擇重傳時接收窗口大于1。而返回N協(xié)議正是接收窗口等于1的特殊情況。,若幀序號位數(shù)為m，對于返回N協(xié)議，必須使發(fā)送窗口2m-1。 對于選擇重傳，必須使接收窗口發(fā)送窗口2m-1，才能保證在最壞的情況下也不致于發(fā)送錯誤。,10.2 數(shù)據鏈路協(xié)議,10.2.1 HDLC概述 10.2.2 HDLC幀格式 10.2.3 HDLC聯(lián)機運行實例,10.2.1 HDLC概述,數(shù)據鏈路協(xié)議分為兩類：面向字符協(xié)議和面向比特協(xié)議。 面向字符協(xié)議通過特殊的字符來判斷數(shù)據塊的起始和終止。 面向比特協(xié)議通過特殊的比特序列來判斷數(shù)據塊的邊界。,

6、面向比特的協(xié)議有： （1）IBM的SDLC規(guī)程 （2）ANSI 的ADCCP （3）ISO的HDLC （4）CCITT的LAPB. HDLC協(xié)議適用于點對點、點對多點、半雙工和全雙工、交換型和非交換型傳輸線路上運行。,HDLC的三種類型工作站： （1）主站 控制鏈路的連接，發(fā)送命令并接收響應。 （2）從站 接收命令并發(fā)送響應。 （3）復合站 兼有主站和從站的功能。 HDLC鏈路結構包括非平衡型和平衡型 （1）非平衡型 點對點運行時主站與一個從站相連，多點共享運行時主站與多個從站相連。 （2）平衡型 點對點運行時復合站與另一個復合站連接。,HDLC數(shù)據傳輸方式： 正常響應方式（NRM） 一種非平

7、衡方式，適合輪詢和多點共享運行。一個主站和數(shù)個從站相連時，只有當從站得到主站許可（輪詢）后才發(fā)送信息。 異步響應方式（ARM） 一種非平衡方式。在從站開始傳送（響應）之前不需要得到主站的許可。因此，每次只能啟動一個從站，而另外的從站處于脫機（斷開）狀態(tài)。 異步平衡方式（ABM） 兩個邏輯上平等的站的平衡數(shù)據傳輸方式。,10.2.2 HDLC幀格式,標志（F） 01111110 地址段（A） 包含站（主站或從站）地址。 控制字段（C） 表示命令和響應的類別及功能。 信息（info） 幀內容 FCS 幀校驗字段,控制字段（C） 控制字段定義了三種幀的類型： （1）信息幀（簡稱I幀） 用于數(shù)據傳輸，

8、數(shù)據255字節(jié)，而且可由任何碼或數(shù)組組成。 （2）監(jiān)控幀（S幀） 用于控制數(shù)據流。 （3）無編號幀（U幀） 用于提供附加的控制功能。,（1）信息（I）幀 信息幀既有N(S)又有N(R)。 N(S)為當前發(fā)送幀的編號，具有命令的含義； N(R)用于確認收妥對方的N(S)等于N(R)值以前的各信息幀，并期待接收第N(R)幀具有應答的意義。 在常規(guī)操作中， N(S)和N(R)按模8 記數(shù)，因此連續(xù)發(fā)送或接收的最大幀數(shù)為7。,（2）監(jiān)控（S）幀 S幀有兩位S比特，它定義了四種應答： （1）接收就緒RR; （2）接收未就緒RNR； （3）拒絕接收REJ; （4）選擇拒絕接收SREJ.,RR幀確認I幀已從

9、別的站收到，并且表示做好了接收準備。 RNR用于表示工作處于一種暫時繁忙的狀態(tài)，并確認I幀已從其他站收到。 REJ幀用于請求重傳，從在編號中選定的點開始重傳所有I幀。 SREJ用于請求重傳某一個被選定的I幀。 S幀有接收順序號N(R)，無發(fā)送順序號N(S)。,（3）無編號（U）幀 無編號幀沒有幀順序編號，參見表10.3。它有5位修飾比特（M比特）用于定義各種無編號的命令和響應。,無編號幀的一些命令 非擴充編號方式設置命令： 設置正常響應模式（SNRM）， 設置異步響應模式（SARM）， 設置異步平衡模式（SABM）。 擴充編號方式設置命令： 設置擴充正常響應模式（SNRME）， 設置擴充異步響

10、應模式（SARME）， 設置擴充異步平衡模式（SABRE）。,斷開命令：用于終止已建立的各種方式； 無編號確認UA ：作為對設置方式和斷開命令的應答。 幀拒絕命令FRMR ：既可作為命令，也可作為應答。 無編號探詢命令UP ：可同時探詢多個站址； 無編號信息幀UI ：可作命令也可作應簽，允許發(fā)送不受 I幀限制的數(shù)據。,置初始化方式命令SIM ：用于對鏈路重新初始化。 重置命令RSET ：在數(shù)據傳輸過程中，組合站用它重新初始 化一個方向的鏈路數(shù)據流。 交換標志命令XID ：也可作為應答，它包含有信息字段，用 于兩站間交換標志和工作站特征。 RD：從站對主站DISC命令的應答響應。 斷連方式應答D

11、M ：作為對各種設置方式命令的否定應答。,10.2.3 HDLC聯(lián)機運行實例,例10-1 鏈路建立和序號應用。 例10-2 錯誤恢復（SREJ，返回N協(xié)議，超時）的圖解。,10.3 X.25鏈路訪問規(guī)程,10.3.1 X.25概述 10.3.2 X.25和HDLC比較,10.3.1 X.25概述,X.25 全稱：在公用數(shù)據網上以分組的方式進行操作的數(shù)據終端設備（DTE）和數(shù)據電路設備（DCE）之間的接口。 X.25指定了OSI模型的第一、二、三層。 X.25物理層適合雙工、點對點同步電路。 X.21協(xié)議為DTE和網絡之間的物理傳輸路徑，V.24作為物理接口。 X.25鏈路層協(xié)議為平衡鏈路存取規(guī)

12、則（LAP-B）,HDLC的一個子集。 網絡層為最高層，它指定了控制信息和用戶數(shù)據構成分組的方法。,10.3.2 X.25和HDLC比較,一、地址編碼不同 單鏈路工作方式： 地址A，表示DTE地址，為11000000 （最左邊為最低位） ；地址B，表示DCE設備，為10000000（最左邊為最低位）。 多鏈路操作方式： 由DCE發(fā)往DTE的命令幀，多鏈路操作含有地址C（DTE地址）； 由DTE發(fā)往DCE的命令幀，多鏈路操作含有地址D（DCE地址）； 由DCE發(fā)往DTE的響應幀，多鏈路操作含有地址D（DCE地址） ； 由DTE發(fā)往DCE的響應幀，多鏈路操作含有地址C（DTE地址） ； C為11

13、110 000，D為11 100 000 （最左邊為最低位）,二、P/F必須成對出現(xiàn) 與HDLC不同，X.25每個幀控制字段必須包含P/F位。在命令幀中P/F位為P位；在響應幀中稱為F位。P=1表示接收方盡快對本命令做出響應。F=1表示對上一個P=1的命令幀的響應。 三、X.25鏈路級命令與響應類型比HDLC少,10.4 數(shù)據鏈路層協(xié)議性能分析,10.4.1 停-等協(xié)議性能 10.4.2 返回N協(xié)議性能 10.4.3 X.25鏈路級（HDLC,LAPB）性能,10.4.1 停-等協(xié)議性能,假定數(shù)據幀長度、傳播時延及接收機應答處理時延為常數(shù)，求單向最大吞吐量。,上式中，第一項 為無誤碼成功發(fā)送所

14、需時間。不成功 傳送 次，且第 次成功的概率為 ， 所花去的時間為 。第二項的物理意義為 均值。上述 表達式中，忽略了B至A的ACK可能出現(xiàn)的誤碼， 由于ACK幀一般為6個字節(jié)，遠短于數(shù)據幀，誤碼概率很小。,10.4.2 返回N協(xié)議性能,一、返回N協(xié)議吞吐量,此時停-等協(xié)議和返回N協(xié)議 相同， 其物理意義是明顯的，即當?shù)却龝r間 可忽略，等待與連續(xù)傳送沒有區(qū)別。,例10-3,對停-等協(xié)議,對返回N協(xié)議 ，兩者相 差近4倍。 越大，返回N協(xié)議性能改善也越大。,二、返回N協(xié)議最佳幀長度,數(shù)據幀由網絡層的數(shù)據分組和控制信息分組組成， 其中控制信息（附加開銷）占用比特長度一定。當數(shù)據 長度太短，用戶信息（分組）相對于控制信息長