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计算机网络与通信

计算机网络与通信. 主讲： 蔡伟鸿 汕头大学工学院计算机系. 数据链路控制. 链路管理 帧同步 流量控制 差错控制 帧的透明传输 寻址 数据链路层协议 — 为实现数据链路控制功能而 制定的规程或协议。. 物理线路与数据链路关系. 线路 — 链路 物理线路 — 数据链路. 第四章、数据链路层及 HDLC. 停等应答协议 连续应答协议 数据流控制 HDLC Internet 中的数据链路层. 差错控制机制. 反馈重发机制. 第一节 停等应答协议.

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  1. 计算机网络与通信 主讲：蔡伟鸿 汕头大学工学院计算机系

  2. 数据链路控制 • 链路管理 • 帧同步 • 流量控制 • 差错控制 • 帧的透明传输 • 寻址 数据链路层协议— 为实现数据链路控制功能而 制定的规程或协议。

  3. 物理线路与数据链路关系 • 线路 — 链路 • 物理线路 — 数据链路

  4. 第四章、数据链路层及HDLC • 停等应答协议 • 连续应答协议 • 数据流控制 • HDLC • Internet中的数据链路层

  5. 差错控制机制 反馈重发机制

  6. 第一节 停等应答协议 • 工作原理：发送方发送一帧信息帧后,要等待对方发回来的确认应答后,才连续发一帧,适用于双工或半双工通信.（流程）

  7. 停等应答协议—工作流程

  8. 停等应答协议—工作流程（丢I帧或丢ACK）

  9. 停等应答协议 • 工作状态：A无错、B丢失信息帧、C.丢失ACK • 序号：避免因丢失ACK而接收两帧相同信息帧的方法是信息帧附加序号信息. • 超时间隔：发送端发送一帧后,即启动超时计数器,每收到一帧应答后,将计数回复位,若经过所设置的,若超时间隔,仍未收到应答,即发出超时中断. （B,C）

  10. 停等应答协议——协议效率 • 无差错信道: U（传输效率） =（发送一帧数据的时间）/（完成传输一帧数据 及应答全部时间） =Tix/(Tix+2Tp) =1/(1+2a)

  11. 停等应答协议——协议效率 有差错信道: U（传输效率） =Tix/(成功发送一帧数据平均次数)*(Tix+2Tp) = Tix/（Tix+2Tp)*N =1/N*（1+2a)

  12. 停等应答协议——协议效率 • 例：帧长为1000bit，使用空闲RQ—方案发送。设数据传输速率为(i)lkbit／s，(ii)lMbit／s。链路传播速度为2×10（8次方）m／s，忽略比特差错率。求下列各数据链路的传输效率。 (a)1km双绞线电缆； (b)200km租用线路; (c)50000km卫星链路。

  13. 停等应答协议——协议效率 • 结论: A.对短的链路,a小于1,一链路效率接近1,它与传输速率关. B.对长的链路,传输速率低,链路效率越高,但当传输速率高,则效率急剧下降. C.对卫星链路,链路效率总是很低.

  14. 协议的规格说明 用于说明通信协议的三种基本方法: • 状态传输图 • 事件状态表 • 高级语言结构程序

  15. 状态传输图 在状态传输图中,各状态给定一名字,用一圆图表示,纵向表示事件的发生引起的状态变化. (A)---主机,(B)---从机

  16. 事件--状态表 把各种事件、状态的类型按表格形式列写,行为事件列为各状态.A---主机, B---从机.

  17. 第二节 连续应答协议 • 工作原理：等待确认到达之前,发送端连续发送多帧信息过，. • ACK(N)是对最后有序帧的确认，即已收到I(N)。

  18. 连续应答协议——差错的处理方法 • 选择性重发 连续发送信息帧,如有出错,只重发未确认帧.要求有足够的缓冲器,以存贮无序帧. • 退N帧 连续发送信息帧,如有出错,则从未确认帧开始,重发所有后续帧.

  19. 连续应答协议

  20. 连续应答协议—选择性重发（丢I）

  21. 连续应答协议—选择性重发（丢ACK）

  22. 连续应答协议—全部重发（丢I）

  23. 连续应答协议—全部重发（丢ACK）

  24. 第三节流控制技术 --滑动窗口流控制 • 定义：流控制技术用于控制链路中数据单元的传输速率,以使接收端有足够的缓冲器处理每个接收到的数据单元. • 设： V(S)为发送序号变量. V(R)为接收序号变量.

  25. 流控制技术--滑动窗口流控制 • 发送窗总是保存一张允许连续发送的帧的序号表,称该表为“发送窗口” • 接收窗也存一张允许接收的帧序号表称该表为"接收窗口"

  26. 滑动窗口流控制—以窗口尺寸1为例说明

  27. 流控制技术--流水线协议 • 发送窗口尺寸大于1,使发送器可连续发送信息,保持有数据传输,这种技术称为流水线技术(Pipeline)。处理传输错误或丢失的方法: • 全部重发---接收窗口为1 • 选择重发---接收窗口大于1

  28. 流控制技术--流水线协议 • (1)全部重发协议的窗口与序号空间的关系 设序号空间0,1......Smax 则最大窗口为Smax • (2)选择重发协议的窗口与序号空间的关系 则最大窗口为(Smax+1)/2

  29. 流控制技术--流水线协议 • 全部重发协议，设最大窗口为Smax+1 收：等I(0) 发：I(0),I(1)......I(Smax) 收答：ACK(0),ACK(1)....ACK(Smax) 等新I(0) (全丢） 发：超时中断，重发I(0),I(1)......I(Smax) • 全部重发协议，设最大窗口为Smax 收：等I(0) 发：I(0),I(1)......I(Smax-1) 收答：ACK(0),ACK(1)..ACK(Smax-1) 等新I(Smax) (全丢） 发：超时中断，重发I(0),I(1)......I(Smax-1)

  30. 流控制技术--流水线协议 • 选择重发协议，设最大窗口为(Smax+1)/2+1 收：等I(0), I(0),I(1)......I((Smax+1)/2+1) 发：I(0),I(1)......I ((Smax+1)/2+1) 收答：ACK(0),ACK(1)....ACK ((Smax+1)/2+1) (全丢） 等新I(((Smax+1)/2+2),....I(0),I(1) 发：超时中断，重发I(0),I(1)......I ((Smax+1)/2+1) (其中I(0),I(1)重复

  31. 协议效率 • 令Wo=1+2a 称为链路的固有窗口 • W为链路采用的实际窗口 • 1、当W>=Wo时，称为大窗口，U=1 • 2、当W<Wo时，称为小窗口， U=W/(1+2a)=W/Wo

  32. 第四节 HDLC协议简介一、HDLC产生的背景 面向字符型数据链路层协议的缺点： • 报文格式不一样； • 传输透明性不好； • 等待发送方式，传输效率低。 面向比特型协议的设计目标： • 以比特作为传输控制信息的基本单元； • 数据帧与控制 帧格式相同； • 传输透明性好； • 连续发送，传输效率高。

  33. 二、数据链路的配置和数据传送方式 数据链路的配置 • 非平衡配置 • 平衡配置 非平衡配置中的主站与从站 • 主站：控制数据链路的工作过程。主站发出命令 • 从站：接受命令，发出响应，配合主站工作 非平衡配置中的结构特点 • 点-点方式 • 多点方式

  34. 数据链路的非平衡配置方式

  35. 非平衡配置方式 正常响应模式（normal response mode，NRM） • 主站可以随时向从站传输数据帧； • 从站只有在主站向它发送命令帧进行探询（poll），从站响应后才可以向主站发送数据帧。 异步响应模式（asynchronous response mode，ARM） • 主站和从站可以随时相互传输数据帧； • 从站可以不需要等待主站发出探询就可以发送数据； • 主站负责数据链路的初始化、链路的建立、释放与差错恢复等功能。

  36. 平衡配置方式 • 链路两端的两个站都是复合站（combined station）； • 复合站同时具有主站与从站的功能； • 每个复合站都可以发出命令与响应； • 平衡配置结构中只有异步平衡模式（asynchronous balanced mode，ABM）； • 异步平衡模式的每个复合站都可以平等地发起数据传输，而不需要得到对方复合站的许可。

  37. 数据链路的平衡配置方式

  38. 三、 HDLC的帧结构 • F（flag） ：固定格式—01111110 作用— 帧同步 传输数据的透明性（零比特插入与删除） • A（address） ：地址 • C（control） ：帧的类型、帧的编号、命令与控制信息 • I（information） ：网络层数据，Nmax = 256B • CRC（checksum） ：校验A、C、I字段的数据 G(X)= X16+X12+X5+1

  39. 零比特插入/删除工作过程

  40. 帧类型及控制字段的意义

  41. 帧类型 • I帧 ：N（S） —发送帧的顺序号 N（R）—接收帧的顺序号 P/F= Poll / Final， P=1 询问，F=1 响应 P与F成对出现 • S帧 ：监控功能位 S = 00，RR（receive ready） S = 01，RNR（receive not ready） S = 10，RJE（reject） S = 11，SREJ（select reject） • U帧 ：用于实现数据链路控制功能

  42. U帧的格式与链路控制功能

  43. 四、数据链路层的工作过程 • 简化的信息帧结构的表示方法 • 一个信息帧的表示

  44. 无编号帧的表示方法 • SNRM帧与UA帧结构的表示方法

  45. 正常响应 模式数据 链路工作

  46. 讨论：数据链路层与物理层的关系

  47. 第五节 Internet中的数据链路层一、Internet中主要的数据链路层协议 • SLIP （Serial Line IP） —串行线路的Internet数据链路层协议 • PPP （ Point-to-Point Protocol） —点-点协议 • SLIP与PPP用于串行通信的拨号线路上，是目前家庭计算机或公司用户通过ISP接到Internet主要的协议。

  48. 二、 SLIP协议 • Serial Line Internet Protocol（串行线路网际协议） • SLIP出现于20世纪80年代初，最早是在BSD UNIX 4.2版操作系统上实现的; • SLIP协议支持TCP/IP协议; • 对数据报进行了简单的封装，然后来用RS-232接口串行线路进行传输; • SLIP通常也用来将远程终端连接到UNIX主机，也可通过租用或拨号串行线路进行主机到路由器，以及路由器到路由器的通信。

  49. 典型的SLIP接入方式 • Internet的家庭或小型公司用户通过调制解调器、电话网络连接到ISP的调制解调器； • ISP的调制解调器再通过它的路由器接入Internet； • SLIP系统一般可以发送和接收1006B的IP数据报。

  50. SLIP协议的帧结构 • RFC 1055文件对SLIP帧格式进行了讨论; • SLIP帧头与帧尾的“CO”，是协议使用的惟一的一个控制字符; • CO的二进制编码比特序列是1000011 0000000; • CO的使用将影响SLIP帧数据的透明性;

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