第3講數據鏈路層 3 1數據鏈路層的基本概念 一 鏈路與數據鏈路 鏈路 link 就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點 數據鏈路 datalink 則是另一個概念 這是因為當需要在一條線路上傳送數據時 除了必須有一條物理線路外 還必須有一些必要通信協議來控制這些數據的傳輸 一 鏈路與數據鏈路 虛通路和實通路 主機A 主機A 節點1 節點2 節點3 傳輸層協議 數據鏈路層協議 數據鏈路層協議 數據虛通路 數據虛通路 數據實通路 數據實通路 數據鏈路 邏輯鏈路 物理 鏈路 通信規程 數據鏈路層提供的數字信道 物理層提供的無源點到點物理線路段 數據鏈路層協議 一 鏈路與數據鏈路 兩個路由器的數據鏈路 二 幀與報文 二 幀與報文 三 數據鏈路層的主要功能 在物理連接上建立數據鏈路連接 檢測和校正物理層出現的錯誤 為網絡層提供可靠的數據鏈路 三 數據鏈路層的主要功能 鏈路管理數據鏈路的建立 維持和釋放就叫做鏈路管理 幀同步流量控制 flowcontrol 差錯控制將數據和控制信息區分開透明傳輸尋址 3 2停止等待協議 3 2 1不需要數據鏈路層協議的數據傳輸 網絡兩個節點數據鏈路層進行通信的模型 3 2 2具有最簡單流量控制的數據鏈路層協議 由接收方控制發送方的數據流 乃是計算機網絡中流量控制的一個基本方法 3 2 3實用的停止等待協議 確保以上協議實用的方法 循環冗余校驗 CRC 超時計時器 timeouttimer 幀序號 3 2 4循環冗余校驗 什么是模2運算 加法無進位 減法無借位 發送時K位數據代碼在前 N位校驗代碼在后 共 K N 位傳送碼 K位數據代碼用M x 的K 1階多項式表示 生成多項式P x 為N階多項式 n 1位 M x XN P x 的余數R x 就是校驗代碼CRC碼 M x XN R x P x 的商Q是傳送碼 接收碼 P x 的余數R x 為0 傳輸正確 CRC碼的原理 收發雙方約定一個生成多項式P x 其最高階和最低階系數必須為1 發送方在信息幀的末尾加上校驗和R x 使帶校驗和的幀的多項式能被P x 整除 接收方收到后 用P x 除多項式 若有余數 則傳輸過程有錯 無法確定錯誤位置和數量 若余數為零 有錯的可能性很小 常用的生成多項式 CRC 16 X16 X15 X2 1CRC CCITT X16 X12 X5 1CRC 32 X32 X26 X23 X16 X12 X11 X10 X8 X7 X5 X4 X2 X 1 檢錯思想 若P x 為n階 信息幀為k位 其多項式為M x 則在原幀后面添加n個0 幀成為k n位 相應多項式xn M x R x 按模2除法用對應于P x 的位串去除對應于2nM x 的位串 余數為R x n位 接收端也用P x 去除收到的碼多項式 余式為0無錯 否則出錯 校驗和計算算法 例題 若要傳輸的信息序列為1010001101 生成多項式為P x X5 X4 X2 1 求CRC校驗碼R x 解 生成多項式為P x X5 X4 X2 1 即110101 n 5 M x 向左移5位Xn M x 101000110100000所以CRC校驗碼R x 為01110 傳輸的碼字為101000110101110 例題 3 2 5停止等待協議的算法一 發送結點 1 從主機取一個數據幀 2 V S 03 N S V S 4 將發送緩存中的數據幀發送出去 5 設置超時計時器6 等待7 收到ACKn 判斷n 1 V S 決定轉到3或68 若收到否認幀NAK 轉到4重傳9 超時轉4重傳 二 接收結點 1 V R 02 等待3 當收到一個數據幀 就檢查有無產生傳輸差錯 如用CRC 有錯則發NAK 若N S V R 則執行后續算法 否則丟棄此數據幀 然后轉到64 將收到的數據幀中的數據部分送交主機5 V R 1 V R 6 發送卻ACK 轉到2 3 2 6停止等待協議中的幾個重要時間關系 停止等待協議ARQ的優缺點 停止等待協議ARQ的優點就是簡單 缺點是通信信道的利用率不高 尤其是傳播時延很大時 3 3連續ARQ協議 3 3 1連續ARQ協議的工作原理 應答式停止等待流控方式是半雙工方式 如傳輸延時TC 15mS 數據幀L 1000bit 數據傳輸速率C 1Mb s 發一幀數據的時間為1000bit 1000000bit s 即1mS 從發一幀到有應答幀的時間為 1 15 15 31mS 停止等待協議通道利用率低 等待時間為30mS 可以發30幀數據 所以可以連續發31幀數據后應答幀才來 所以可以31個數據幀組成1個窗口 采用全雙工方式傳輸數據 連續ARQ的發送方式 Go back NARQ 返回到出錯幀重發 發送窗口 其大小WT表示在收到對方確認的信息之前 可以連續發出的最多數據幀數 只有序號在窗口內的幀才可以發送 接收窗口 其大小WR可以連續接收的最多數據幀數 只有序號在窗口內的幀才可以接收 否則丟棄 接收窗口驅動發送窗口的轉動捎帶應答 在數據幀中增加一個字段 專門用來攜帶給對方的應答信息 滑動窗口的概念 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 發送窗口 接收窗口 初始狀態 接收0號幀后 確認0號幀后 接收1號幀后 發送0號幀后 發送1號幀后 發送2號幀后 確認1號幀后 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 接收到幀后 接收窗口滑動 收到確認幀后 發送窗口滑動 滑動窗口WT 2 信道利用率 ld 每幀中的數據部分 bit lh 每幀中的控制信息 幀頭幀尾 bit 4 6Internet的鏈路層協議 3 4Internet的鏈路層協議 用戶接入Internet的一般方法有兩種 一種是利用電話線撥號接入 另一種是使用專線接入 不管使用哪一種方法 在傳送數據時都需要有數據鏈路層協議 全世界范圍內使用最多的協議為非常簡單的點對點協議PPP Point to PointProtocol PPP的幀格式與HDLC幀格式很相似 PPP幀都應以07EFF03開始 協議字段占2個字節 0 x0021表示是IP數據報 0 xC021表示是PPP鏈路控制數據 而0 x8021表示是網絡控制數據 由于PPP不是面向比特的 因此幀的長度應為整數個字節 PPP的工作過程可通過PPP狀態圖來描述 作業 P68 3 5 6 11 16

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總結

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