数据链路层的模型.ppt
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1、数据链路层的模型,主机A,主机A,结点1,结点1,结点1,传输层协议,数据链路层协议,数据链路层协议,数据虚通路,数据虚通路,数据实通路,数据实通路,数据链路/逻辑链路 = (物理)链路 + 通信规程,数据链路层提供的数字信道,物理层提供的无源点到点物理线路段,数据链路层协议,数据链路层向网络层提供的服务, 基本服务: 将源结点的网络层数据可靠地传输到相邻的 目的结点的网络层 三种服务: 1. 无确认的无连接服务:目的结点不作确认,差错由上层负责 2. 有确认的无连接服务:目的结点对收到的帧要作确认,发送 结点可以知道已发出的帧是否安全到达目的结点;误帧重传 3. 面向连接服务:可靠地传送数据
2、的服务,即提供在网络实体间 建立、维持和释放数据链路的功能 服务原语: 连接建立阶段: DL-CONNECT.request, DL-CONNECT.indication, DL-CONNECT.response, DL-CONNECT.confirm 维持阶段: DL-DATA.request, DL-DATA.indication 释放阶段: DL-DISCONNECT.request, DL-DISCONNECT.indication,网络层实体的通信过程示例,数据链路层实体,数据链路层实体,网络层实体,网络层实体,系统A,系统B,DL-C.req,DL-C.con,DL-C.res,D
3、L-C.ind,响应帧,DL-DC.ind,DL-D.req,DL-DC.ind,DL-D.ind,连接请求帧,DL-DC.req,释放连接请求帧,响应帧,确认帧,数据帧,DL-D.ind,连接建立阶段,数据传送阶段,连接释放阶段,数据链路层的功能, 数据链路管理 成帧:同步、定界及透明传输 流量控制 差错控制 寻址,控制信息的形成方法(成帧), 字符计数法:帧头中使用一个字符来表示帧内的字符数 缺点:计数字段一旦出错,将无法再同步 带填充字符的首尾界符法:以特定的字符序列为控制字段 缺点:依赖于字符集,不通用,也无法扩展 带填充位的首尾标志法 :采用统一的帧格式,以特定的 位序列进行帧同步和
4、定界 物理层编码违例法:IEEE802协议 只适用于在物理媒体的编码策略中采用了冗余技术的网络,优点:无需填充,带填充字符的首尾界符法(面向字符):,帧首,同步字符,帧尾,数据,Bisync,传输帧,填充字符,帧首,01111110,01111101101111100,01111110,帧尾,数据,带填充位的首尾标志法(面向位) :HDLC,填充位,差错控制, 目的:确保帧可靠地交付接收方 基本方法:接收方向发送方应答,告知是否正确收到帧 差错检测和纠正 检错码、纠错码 汉明距离:两个码字中不同位的个数 纠正单比特差错所需的最少校验位数公式: (m+r+1) 2 r n位码元,其中m位数据,r
5、位校验 汉明纠错法:纠正单比特错 CRC码:可检测出所有奇数位错及长度r的并发错误,CRC(循环冗余码/多项式编码), 编码思想:将位串看成系数为0或1的多项式 检错思想:收发双方约定一个生成多项式G(x)(其最高阶和最低阶系数必须为1),发送方在帧的末尾加上校验和,使带校验和的帧的多项式能被G(x)整除;接收方收到后,用G(x)除多项式,若有余数,则传输有错。 校验和计算算法 若G(x)为r阶,原帧为m位,其多项式为M(x),则在原帧后面添加r个0,帧成为n+r位,相应多项式xr M(x) 按模2除法用对应于G(x)的位串去除对应于xr M(x) 的位串 按模2减法从对应于xr M(x) 的
6、位串中减去余数,结果就是要传送的带校验和的帧的多项式T(x) T(x) = xr M(x) + xr M(x) MOD2 G(x) ,发送方式(流控制技术), 理想化的数据传输无需数据链路层协议 假定1:链路是理想的传输信道,数据既不会出错也不会丢失 假定2:不管发送方的速率多快,接收方总能接收到并上交 等待发送(停止等待协议) 发送方发出一帧后,要停下来等待接收方的应答,收到确认后才能发送下一帧 连续发送(连续ARQ协议/流水线协议) 发送方可以连续发送若干帧,如果在此过程中收到接收方的肯定应答,可以继续发送;若收到对其中某一帧的否认帧,则从该帧开始的后续帧全部重发,从 主 机 取 数 据,
7、上 交 主 机,DATA1,DATA4,DATA3,DATA2,结点A,结点B,从 主 机 取 数 据,上 交 主 机,DATA1,DATA2,结点A,结点B,从 主 机 取 数 据,上 交 主 机,DATA1,DATAn,DATA2,结点A,结点B,ACK,ACK,DATAn+3,DATAn+2,DATAn+1,NAKn+1,ACK, 理想信道, 具有简单流量控制的数据链路层协议, 流水线协议,差错控制技术,差错控制技术 差错控制 肯定应答(确认) 超时后重传 否认 标准 停止 ARQ Go-back-N ARQ 选择重传 ARQ,自动请求重传 Automatic Repeat Reques
8、t (ARQ),实用的停止等待协议(有噪声信道的单工协议), 前提:实际信道不满足理想化数据传输的假定 流量控制方法:等待发送 差错控制:发送方数据帧中加入校验码(CRC),由接收方检查;若出错,返回NAK;发送方收到NAK后重发。 帧丢失处理:超时定时器;以序号标识数据帧 优点:简单 缺点: 信道利用率低,停止等待协议,data i,ACK,data i+1,发出对刚收到的 数据帧的应答,发出一帧,等待,直到收到ACK 才发送下一帧,发送方,接收方,停等ARQ,frame i,ACK i,frame I+1,ACKi+1,frame i+2,frame i+2,ACK i+2,frame i
9、+3,ACK i+3,frame i+3,ACK i+3,发送方,接收方,超时,超时,帧丢失,重发,ACK丢失,重发, 丢失重复帧,停等协议的算法流程,S,Get !st Data from Network Layer,V(s) = 0,N(s)= V(s),Save Date Frame to Buffer,Send Buffered Data Frame to Physical Layer,Start Timer,Wait Event,Received ACK,Received NAK,Time Out,Get Next Data,V(s) = 1-V(s),R,V(r) = 0,Wait
10、 Data Frame,Received Frame, and Test if Error occurs,Correct,Error,N(s) = V(r) ?,Discard Frame,Pass Data to Netwok Layer,Send ACK,Send NAK,Send ACK,V(r)= 1-V(r),连续ARQ协议, 工作原理:发送方发完一帧后,不必停下来等待对方的应答,可以连续发送若干帧;如果在发送过程中收到接收方的肯定应答,可以继续发送;若收到对其中某一帧的否认帧,则从该帧开始的后续帧全部重发 流量控制方法:连续发送 差错控制:同停等协议 优点:连续发送提高了信道利用率
11、 缺点: 回走重传(Go-back-N),导致某些已正确接收的帧的重传,因此降低了发送效率 误码率较低时,连续ARQ优于停等协议;反之则不一定,Go-back-N ARQ,frame 1,sender,receiver,出错,7 , 8帧 被丢弃,frame 2,frame 3,ACK 4,frame 4,frame 5,ACK 6,frame 6,frame 7,frame 8,NACK 6,ACK 9,frame 7,frame 6,frame 8,6, 7, 8帧 重传,滑动窗口概念, 前提:在连续ARQ协议中,必须对可以连续发出的最多帧数(以发出但未确认的帧)作限制 原则:循环重复使用
12、有限的帧序号 流量控制: 发送窗口:其大小WT表示在收到对方确认的信息之前,可以连续发出的最多数据帧数(只有序号在窗口内的帧才可以发送) 接收窗口:其大小WR可以连续接收的最多数据帧数(只有序号在窗口内的帧才可以接收,否则丢弃) 接收窗口驱动发送窗口的转动 发送窗口的最值:WT + WR 2n (n为序号的位数) WT 2n - 1,WT = 5,WR = 1,发出帧0, 1,0,0,0,0,1,1,1,1,4,2,2,2,2,3,3,3,3,4,4,4,5,5,5,5,6,6,6,6,7,7,7,7,H,H,H,H,H,H,T,T,发出帧2, 接收到ACK0,滑动窗口示例,接收到帧0, 发出
13、ACK0,初始状态,0,0,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,T,初始状态,T,T,T,接收到帧1 发出ACK1,WT = 5,WR = 1,0,0,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,H,发出帧3, 4,滑动窗口示例,H,H,H,H,H,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,帧1的定时器超时, 重发帧1,接收到ACK1,接收到帧3, 还没有收到帧2,接收到重传 的帧1,接收到帧2,T,T,T,T,T,T,T,滑动窗口协议,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1
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