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1、第03章数据链路控制第1页，共93页，编辑于2022年，星期一第3章 数据链路控制 在数据链路层中，比特流被组织成协议数据单元（帧），帧中包含地址、控制、数据、校验等信息。数据链路层的主要功能是通过校验、确认、重发等手段，将不可靠的物理链路改造成对网络层来说是无差错的数据链路。还要进行流量控制，协调双方的数据率。3.1 流量控制 3.2 差错检测 3.3 差错控制 3.4 高级数据链路控制(HDLC)协议3.5 其他数据链路控制协议 第2页，共93页，编辑于2022年，星期一第3章 数据链路控制 为了理解数据链路控制的必要性，我们针对两个直接相连的发送站和接收站之间的高效率的数据通信，在下面列
2、出一些要求和目标：n帧同步：数据以数据块的形式发送，这些数据块简称为帧。每个帧的开始和结束必须可以辨别。n流量控制：发送站点发送帧的速度不得超出接收站点接纳这些帧的速度。n差错控制：由传输系统引起的比特差错必须被校正。第3页，共93页，编辑于2022年，星期一第3章 数据链路控制n寻址：在类似局域网这样的多站点线路上，必须对传输时涉及的两个站点的身份有所定义。n在同一链路上既有控制信息，又有数据。通常人们不希望为控制信息另外设立一条物理上独立的通信路径。因此，接收器必须能够从传输的数据中辨认出控制信息。n链路管理：持续的数据交换的初始化、维护以及终止等工作需要站点之间大量的协同和合作。因而需要
3、具有管理这些交换的过程。第4页，共93页，编辑于2022年，星期一3.1 流量控制3.1.1 停止等待流量控制3.1.2 滑动窗口流量控制第5页，共93页，编辑于2022年，星期一3.1 流量控制帧帧传传输输模模型型第6页，共93页，编辑于2022年，星期一3.1.1 停止等待流量控制 流量控制中最简单的形式，其工作过程如下：源实体传送一个帧，目的实体在接收到它之后，返回一个对刚刚接收到的帧的确认，以表明自己愿意接收另一个帧。源站点在发送下一个帧之前必须等待，直到接收到这个确认。因此，目的站点可以不发送确认，从而简单地中止了传输流量。第7页，共93页，编辑于2022年，星期一3.1.1 停止等
4、待流量控制 将一个长的报文分成多个数据块（分组）来发送（用多个帧来传送）。这样做的原因如下：n接收方的缓存空间或数据交换站点的缓存空间有限。n传输时间越长，产生差错的可能性也越高，重传整个帧的可能性也越大。使用较小的帧，就能更快地检测到差错，而且需要重新传输的数据量也较小。n在类似局域网这样的共享媒质上，通常不希望让一个站点长时间地占用传输媒质，因为这样会导致其他发送站点的时延过长。第8页，共93页，编辑于2022年，星期一停止等待的链路利用率(传输时间=1；传播时间=a)第9页，共93页，编辑于2022年，星期一3.1.1 停止等待流量控制n在图中，传输时间(站点传输一个帧所需要的时间)取归
5、一化值1，并且传播时间(一个比特从发送方到达接收方所需的时间)用变量a表示。a=(l/k)/(s/v)l帧长(bit)，k数据率（bps),s传输距离（m)，v传输速度(m/s)n当a大于1时（传播时间大于传输时间），此时，在这个帧的前几比特到达接收方之前，发送方已完成了整个帧的发送。n当a小于1时（传播时间小于传输时间），在这种情况下，帧的长度足以使源站点在把这个帧完全发送出去之前，帧的前几位已经到达了目的站点。n数据率越高或距离越远，a值越大。第10页，共93页，编辑于2022年，星期一3.1.1 停止等待流量控制n当a1时，线路总是没有被完全利用，并且即使a1，线路也没有得到充分利用（主
6、要是确认帧很小）。n总体上来说，当数据率非常高时，或发送方与接收方之间的距离非常远时，停止等待流量控制所提供的路线利用效率不高。第11页，共93页，编辑于2022年，星期一滑动窗口的描述k bit长的字段，序号范围为02k-1，并且是以2k为模的数值，当k=3时，滑动窗口最大为7个帧编号 第13页，共93页，编辑于2022年，星期一滑动窗口的例子 第14页，共93页，编辑于2022年，星期一滑动窗口的例子n假设该例中的序号字段为3bit，且最大窗口尺寸为7个帧。n起初，A和B上的滑动都表明A可以发送以帧0(F0)为首的以下7个帧。n在发送了3个帧(F0、F1和F2)且没有收到确认的情况下，A将
7、自己的滑动窗口缩小为4个帧。此时的滑动窗口表明A可以发送以3号帧为首的后4个帧。n接着B发送一个RR(接收就绪)3，RR3的含义是“我已经接收到第2号帧以前的所有帧，并且准备接收第3号帧，事实上，我已经准备接收以3号帧为首的后7个帧。”n有了这个确认帧，A再次允许发送7个帧，并且仍然以帧3为首。A接着发送出帧3、帧4、帧5和帧6。B返回一个RR4，以允许A继续发送，直到帧F2。第15页，共93页，编辑于2022年，星期一接收未就绪帧（RNR帧）n我们所描述的机制实际提供了流量控制的一种形式：接收方必须只能容纳紧跟在最后一次确认帧之后的7个帧。n为了弥补这一点，大多数协议允许站点通过发送一个接收
8、未就绪(RNR)的报文来完全切断对方的帧流量，这个报文确认了前几个帧，但禁止继续发送后面的帧。n例RNR5的含义就是：“我已经接收到第4号帧之前的所有帧，但是无法接收更多的帧。”在此后的某个时刻，站点必须发送一个正常的确认帧来重新启动滑动窗口，如RR5。第16页，共93页，编辑于2022年，星期一捎带技术n到目前为止，我们仅讨论了一个方向上的传输。如果在两个站点之间交换数据，那么每个站点都要维护两个窗口，一个用于发送，另一个用于接收，且双方都需要向对方发送数据和确认帧。n为了提供更有效的措施来满足这一要求，通常会采用一种称为捎带的技术。每个数据帧除了一个存放帧序号的字段之外，还有一个用于存放确
9、认序号的字段，这两个字段会在一个帧中同时发送。n因此，如果一个站点既要发送数据，又要发送确认，那么这两个字段会在一个帧中同时发送，因而节省了通信容量。第17页，共93页，编辑于2022年，星期一捎带技术n当然，如果一个站点有确认，但却没有需要发送的数据，那么它会发送一个独立确认帧。n如果一个站点，需要发送数据，但却没有新的确认，那么它必须重新发送上一次已经发送过的确认，这是因为数据帧中包含有一个用于确认的字段，而且这个字段中必须存放有数据。n当一个站点接收到重复的确认后，只是简单地忽略这个确认。第18页，共93页，编辑于2022年，星期一滑动窗口流量控制优点滑动窗口流量控制比停止等待流量控制能
10、够达到更高的有效性（信道的利用率提高）。其原因是，在使用滑动窗口流量控制的情况下，传输链路被看成一个管道，它有可能在传输过程中被填满。相反，使用停止等待流量控制，在这个管道中一次只可能存在一个帧。第19页，共93页，编辑于2022年，星期一3.2 差错检测3.2.1奇偶校验3.2.2循环冗余检验（CRC)第20页，共93页，编辑于2022年，星期一3.2 差错检测传输帧的差错有关的概率：Pb：单个比特差错的概率，也称为比特差错率。P1：无比特差错的帧到达的概率。(无差错，帧正确率)P2：具有一个或多个没有检测到的比特差错的帧到达的概率。(有差错，没检查出来，帧差错率)P3：具有一个或多个检测到
11、的比特差错，并且没有未被检测到的比特差错的帧到达的概率。(检错率)第21页，共93页，编辑于2022年，星期一3.2 差错检测n考虑未采取任何差错检测手段的情况，那么此时检测到差错的概率(P3)为零。为了表达其余几项概率，假设任意比特存在差错的概率(Pb)恒定，且与比特本身无关，则可以得到：其中，F是每个帧的比特数目。n用语言来表达就是，一个无比特差错的帧到达的概率随单个比特差错概率的增加而减小，这和我们所预料的一样。同时，一个无比特差错的帧到达的概率随帧长度的增加而减小。帧越长，则这个帧含有更多的比特，那么这些比特中出现差错的概率也就越高。第22页，共93页，编辑于2022年，星期一用一个简
12、单的例子来描述这些关系nISDN连接的目标就是在64kb/s的信道中，一分钟时间内至少有90的时间里比特差错率小于106。现在假设我们的要求不高，只需要在连续传输的64kb/s信道上，每天最多允许出现一个未被检测到比特差错的帧，并且假设帧的长度为1000bit。通过计算可知，n一天能够传输的帧的数量为5.5296106，由此得出所需的帧差错率为P2=1/(5.529106)=1.808107。但是，如果我们假设Pb的值为106，那么P1=(0.999999)1000=0.999，并且因此得到P2=103，这比我们的要求高出了四个数量级(达不到要求)。n正是上述结果促使我们要使用差错检测技术。第
13、23页，共93页，编辑于2022年，星期一差错检测技术的操作原理n所有这些差错检测技术的操作原理均如下所述参见图3.5：对某一组特定的帧比特，发送器将为其添加一些额外的由差错检验码组成的比特。这些检验码是根据某个函数计算得到的，这个函数的参数是除了检验码之外其余的传输比特。接收器执行同样的计算过程并比较这两个结果。当且仅当两个结果不相同时，就表明有一个被检测到的差错。n因此P3这个概率所指的是帧中含有差错，且差错检测机制能够检测出来的这样一种情况。P2也称为剩余差错率，这个概率指的是尽管使用了差错检测机制也无法检测出来的差错。第24页，共93页，编辑于2022年，星期一图3.5 差错检测第25
14、页，共93页，编辑于2022年，星期一3.2.1 奇偶检验n在数据块的末尾附加奇偶检验位，使整个数据中1的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。n如果接收到的数据中1的个数是奇数（奇校验）或偶数（偶校验），就认为接收到的数据正确，否则认为存在错误。n如果有两位(或任意偶数个比特)因错误而翻转，那么就会出现检测不到的差错。n一般情况下，偶检验用于同步传输，而奇检验用于异步传输。n使用奇偶检验并不是十分安全的，因为噪声脉冲的长度经常足以破坏一个以上的比特，特别是在数据率较高的情况下。第26页，共93页，编辑于2022年，星期一3.2.2 循环冗余检验(CRC)n循环冗余检验是一种最常用的、也是最有
15、效的差错检测编码。n给定一个kbit的比特块，发送器会生成一个nbit的比特序列，称为帧检验序列(FCS)，这个比特序列要使最后得到的具体(k+n)bit的帧可以被一些预定的数值整除。n接收器用同样的数值对接收到的帧进行除法运算，若其结果余数为0，则认为没有差错，否则认为存在错误。第27页，共93页，编辑于2022年，星期一1模2运算（异或运算）模2运算使用无进位（无借位）的二进制加（减）法，它恰好就是异或操作。例如：1111+1010 101 1111-1010 101第28页，共93页，编辑于2022年，星期一1模2运算n T=要传输的(k+n)bit，其中nk；n M=kbit报文（控制
16、信息+分组数据），就是T中的前kbit；n F=nbitFCS，就是T中的后nbit；n P=(n+1)bit的模式，它是预定的除数。若T/P没有余数（余数为0），显然 T=2nM+F(3.1)M左移n位+F假设用2nM除以P：(3.2)第29页，共93页，编辑于2022年，星期一1模2运算由于模2除法，所以得到的余数R至少比除数P少1bit。我们把这个余数R作为FCS。于是可得：T=2nM+R (3.3)R是否能满足我们需要的T/P余数为0这个条件？考虑到：(3.4)利用式(3.2)，可以得到(3.5)第30页，共93页，编辑于2022年，星期一1模2运算任何二进制数与它自己相加后得到的结果
17、是零。因此：n结果余数为0，因此说T可以被P整除。n只要用P去除2nM，并将得到的余数作为FCS即可。n接收方用T除以P，并且，如果传输没有差错，那么计算得到的结果就余数为0。(3.6)第31页，共93页，编辑于2022年，星期一一个简单的例子(1)给定报文M=1010001101(10bit)模式P=110101(6bit)FCSR=由计算得出(5bit)(2)报文M乘以25，得到101000110100000(3)101000110100000除以P：第32页，共93页，编辑于2022年，星期一一个简单的例子第33页，共93页，编辑于2022年，星期一一个简单的例子(4)2nM加上余数(R
18、=01110)之后得到了传输用的T=101000110101110。(5)如果没有差错，接收方接收到的T原封未动。这个接收到的帧除以P后得到：第34页，共93页，编辑于2022年，星期一一个简单的例子第35页，共93页，编辑于2022年，星期一2多项式nM=110011，我们将其写为M(X)=X 5+X4+X+1n P=11001时，有P(X)=X 4+X3+1。运算操作依然是模2的。这时的CRC过程可描述如下：如果带有差错的数据帧如果带有差错的数据帧E(X)能够被能够被P(X)整除，那么这时的整除，那么这时的差错将会被漏检（未检测出差错）。差错将会被漏检（未检测出差错）。第36页，共93页，
19、编辑于2022年，星期一2多项式如果P(X)选择合适，可以被检测出的差错有：n所有的单个比特差错。n所有的双比特差错，只要P(X)至少含有三个1。n任意奇数个的差错，只要P(X)含有因式(X+1)。n任意突发差错，当突发差错长度小于多项式除数的长度。也就是小于或等于FCS的长度。n大多数较长的突发差错 第37页，共93页，编辑于2022年，星期一2多项式有以下三个P(X)的版本被广泛应用：CRC-16=X16+X15+X2+1CRC-CCITT=X16+X12+X5+1CRC-32=X 32+X26+X 23+X 22+X 16+X12+X 11+X10+X 8+X7+X 5+X4+X 2+X
20、+1第38页，共93页，编辑于2022年，星期一3数字逻辑nCRC过程可以表示成由一些异或门和移位寄存器组成的除法电路，而实际上它就是用除法电路来实现的。n移位寄存器是一串一位存储器。n每个存储器都有一根输出线(用于指示当前存储的值)和一根输入线。n在被称为时钟周期的某个离散时刻，存储器的值被输入线上表示的值代替。n由于整个寄存器的时钟是同步的，因此引起一个比特1沿整个寄存器移动。第39页，共93页，编辑于2022年，星期一3数字逻辑CRC可用除法电路来实现，这个电路的实现过程如下：(1)寄存器含有nbit，等于FCS的长度。(2)总共有n个异或门。(3)异或门是否存在，取决于多项式除数P(X
21、)中的某项有或无。第40页，共93页，编辑于2022年，星期一除法电路的一个例子n在这个例子中，我们使用报文M=1010001101；M(X)=X 9+X7+X 3+X 2+1除数P=110101；P(X)=X5+X 4+X 2+1n图3.6(a)显示了移位寄存器的实现，图3.6(b)所示是一张表，列出了输入端一次输入一个比特的操作步骤。第41页，共93页，编辑于2022年，星期一图图3.6除以多项式除以多项式X5+X 4+X 2+1的移位寄存器电路的移位寄存器电路第42页，共93页，编辑于2022年，星期一3数字逻辑实现除数为1+a1X+a2X 2+an1X n1+X n的一般CRC结构 第
22、43页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3 差错控制n差错控制指的是用检测和校验手段，发现接收帧中出现差错或传输超时后的处理机制。n可能存在以下两种类型的差错：(1)帧丢失。帧没有到达另一方。例如，噪声脉冲对某个帧的破坏程度太大，以致接收方不知道这个帧已经被传输。(2)帧破坏。一个可辨认的帧到达，但其中的一些比特有差错(在传输过程中被改变)。第44页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3 差错控制最常用的差错控制技术的基础都是由下述的部分或全部技术组成的。n差错检测。同上一节中的讨论。n肯定确认。目的站为成功接收到的、没有差错的帧返回一个肯定确认。n超时后重传。发送一个帧后，在预定时
23、间内没有收到确认的情况下，源站点会重新发送这个帧。n否认与重传。目的站点为检测到差错的帧返回一个否认。源站点重新传输这个帧或这以后所有帧。第45页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3 差错控制综合起来，这些机制都称为自动重发请求(Automatic Repeat-reQuest，ARQ)ARQ所起的作用就是使不可靠的数据链路变得可靠。有三种ARQ已经形成标准。n停止等待(stop-and-wait)ARQ。n返回N帧(go-back-N)ARQ。n选择拒绝(selectiverepeat)ARQ。第46页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3.1 停止等待ARQ停止等待ARQ的基础是
24、前面介绍过的停止等待流量控制技术，如右图所示。源站点传输一个帧之后，必须等待一个确认(ACK)。在目的站点的确认返回源站点之前，源站点不能发送其他的数据帧。第47页，共93页，编辑于2022年，星期一可能出现两种类型的差错 第一种差错是到达目的站点的帧可能已经被损坏。此时，接收器通过使用前面提到的差错检测技术检测出差错的存在，并简单地丢弃这个帧。针对这种可能的差错，在源站点设置了一个计时器。当一个帧被传输后，源站点开始等待确认。如果计时器超时而确认没有接收到，那么再次发送这同一个帧。请注意，使用这种方法要求发送方保留发送帧的副本，直到接收到这个帧的确认。第48页，共93页，编辑于2022年，星
25、期一可能出现两种类型的差错 第二种差错是确认帧损坏。可以设想以下这种情况。站点A传输一个帧。这个帧被目的站点正确接收，并用一个确认(ACK)来响应。这个ACK在传输中被损坏，使得站点A无法辨认，因此A的时钟超时并重发这个帧。这个重发的帧到达站点B，并被站点B接收，因此，站点B接收到了两份互为副本的帧，就好像它们是两份独立的帧一样。要避免此类问题，帧被交替标记为0和1，且肯定确认的格式分别为ACK0和ACK1。为了遵从滑动窗口的协定，ACK0确认的是接收到了编号1的帧，并表示接收方准备接收编号为0的帧。第49页，共93页，编辑于2022年，星期一停止等待ARQ的特点n停止等待ARQ的主要优点是简
26、单易行。n它的主要缺点在于停止等待本身是一种低效率的机制。n如果采用滑动窗口技术，则能够提供更高的线路利用率。在这种情况下，有时它被称为连续ARQ。第50页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3.2 返回N 帧ARQn最常用的基于滑动窗口流量控制的差错控制形式称为返回N帧ARQn站点发送的是以某个最大值为模的顺序编号的帧序列。n在没有出现差错的情况下，目的站点会像以往一样肯定确认(RR=接收就绪(ReceiveReady)接收到的帧。n如果目的站点在某个帧中检测到差错，那么它会为这个帧发送否认(REJ=拒绝(Reject)。目的站点丢弃这个帧以及所有后来接收到的帧，直到有差错的帧被正确地接
27、收到。因此，当源站点接收到一个REJ后，必须重传有差错的帧，以及这个帧之后的所有已经传输过的帧。第51页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3.2 返回N 帧ARQ1损坏的帧，分别有三种情况(1)站点A传输帧i。站点B在已经成功接收到前面的帧(i1)后检测到差错。站点B发送REJi，表明帧i被拒绝。当站点A接收到REJ后，它必须重传帧i以及在帧i最初被传输之后，站点A已传输了的所有后继帧。第52页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3.2 返回N 帧ARQ(2)帧i在传送途中丢失，站点A继续发送帧(i+1)。站点B接收到帧(i+1)后发现次序不对，于是发送一个REJi。站点A必须返回重
28、传帧i以及所有的后继帧。第53页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3.2 返回N 帧ARQ(3)帧i在传送途中丢失，且站点A并没有马上发送其他帧。站点B没有接收到任何帧，并且站点B既不返回RR，也不返回REJ。当站点A的计时器超时，站点A会发送一个P(Poll,轮询)比特置1的命令帧（P帧）。站点B将此帧中的P比特为1解释成一条命令，该命令要求站点B必须发送一个响应信号，于是站点B发送一个含有其期望的下一帧(第i帧)编号的RR来响应。当站点A接收到这个RR后，会重传帧i。第54页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3.2 返回N 帧ARQ2损坏的RR，分别有两种情况(1)站点B接收到
29、帧i并发送RR(i+1)，而它在传输时丢失。由于确认是累积的(如RR6表示5之前的所有帧都被确认)，有可能站点A会接收到下一个帧的RR，并且这个RR可能在帧i的计时器超时之前到达。（前面的丢失可以忽略）第55页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3.2 返回N 帧ARQ(2)如果站点A的计时器超时，它会传输一个P命令（轮询），如同损坏的帧中的情况(3)。站点A还会设置另一个计时器，称为P比特计时器（轮询计时器）。如果站点B没有响应这个P命令，或者如果它的响应被损坏，那么站点A的P比特计时器会超时。在这种情况下，站点A将会通过发送一个新的P命令重试一次，并且还要重新启动P比特计时器。这一过程
30、将重复数次。在重试的次数超过一个最大值后，如果站点A还没有获得确认，那么站点A启动复位过程。第56页，共93页，编辑于2022年，星期一返回N 帧ARQ帧流量的一个例子 3损坏的REJ。如果REJ被丢失，其情况等同于损坏的帧中的情况(3)。第57页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3.3 选择拒绝ARQn使用选择拒绝ARQ，被重传的只有那些接收到否认的帧或超时的帧，在这种情况下，否认称为选择拒绝(SREJ)。n由于重传帧的数量降到了最小，所以它看起来比返回N帧ARQ更有效。n但另一方面，接收方必须维护一个足够大的缓冲区，以便保存SREJ后收到的帧，直到有差错的帧被重传，而且它还必须具有能
31、够按照正确的顺序重新插入这些帧的逻辑。发送方也需要具有能够发送失序帧的更为复杂的逻辑。n正是因为这些复杂性，人们更倾向于使用返回N帧ARQ，而不是使用选择拒绝ARQ。第58页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3.3 选择拒绝ARQ选择拒绝ARQ对窗口尺寸的限制比返回N帧ARQ更加严格。设想选择拒绝ARQ的序号长度为3bit，窗口大小可达到7个帧，那么设想以下情况：(1)站点A向站点B发送从帧0到帧6的所有帧。(2)站点B接收到所有的7个帧，并以RR7作为累积确认。(3)由于噪声脉冲序列，RR7丢失。(4)计时器超时，站点A重传帧0。第59页，共93页，编辑于2022年，星期一3.3.3
32、选择拒绝ARQ(5)站点B已经将它的接收窗口向前滑动至可接收帧7、帧0、帧1、帧2、帧3、帧4和帧5。因此，它会认为丢失的是帧7，而它接收到的是一个新的帧0。上述情况的问题在于发送窗口和接收窗口之间出现了重叠部分。要克服这个问题，最大窗口值必须小于序号范围的一半。对于上述情况，如果只允许有4个未被确认的帧存在，那么就不会发生重叠。第60页，共93页，编辑于2022年，星期一3.4 高级数据链路控制(HDLC)HDLC(ISO 3309、ISO 4335)是最重要的数据链路控制协议。是其它数据链路协议的基础。具有相同或类似的格式和机制。3.4.1 基本特点 3.4.2 帧结构 3.4.3 HDL
33、C操作第61页，共93页，编辑于2022年，星期一3.4.1 基本特点三种站点类型分别是：n主站。负责控制链路操作。由主站发出的帧称为命令(command)。n从站。在主站的控制下操作。由从站发出的帧称为响应(response)。主站为链路上的每个从站维护一条独立的逻辑链路。n混合站。混合了主站和从站的特点。混合站发出的帧可能是命令，也可能是响应。第62页，共93页，编辑于2022年，星期一3.4.1 基本特点两种链路设置分别是：n 不平衡设置。由一个主站及一个或多个从站组成，可支持全双工或半双工传输。n 平衡设置。由两个混合站组成，可支持全双工或半双工传输。第63页，共93页，编辑于2022
34、年，星期一3.4.1 基本特点三种数据传送模式分别是：n正常响应方式(NRM)。使用不平衡设置。主站能够初始化到从站的数据传送，而从站只通过传输数据来响应主站命令。n异步平衡模式(ABM)。使用平衡设置。两个混合站都能够初始化数据传输，不需要得到对方混合站的许可。n异步响应模式(ARM)。使用不平衡设置。在主站没有明确允许的情况下，从站能够初始化传输。但主站仍然对线路全权负责，包括初始化、差错恢复以及链路的逻辑断开。第64页，共93页，编辑于2022年，星期一3.4.2 帧结构第65页，共93页，编辑于2022年，星期一1标志字段n标志字段以唯一的01111110模式在帧的两端起定界作用。n为
35、了避免数据中出现这种序列，需要使用一种称为比特填充的过程。n在一个帧的传输起始标志和结束标志之间，每当出现5个1后，发送器就会插入一个附加的0。n使用位填充后，在帧的信息字段中可以插入任意的比特模式。这种性质称为数据透明性。第66页，共93页，编辑于2022年，星期一比特填充的例子第67页，共93页，编辑于2022年，星期一2地址字段n地址字段标示出了传输该帧或者是准备接收这个帧的从站地址。n点对点的链路不需要这个字段，但是为了统一，所有的帧都含有这个字段。n地址字段基本格式为8bit；扩展格式8nbit。n一个八位组地址11111111都被解释为所有站点的地址。它让主站能够广播一个帧。第68
36、页，共93页，编辑于2022年，星期一3控制字段nHDLC定义了三种类型的帧：n信息帧(I帧)携带的是向用户传输的数据（含捎带技术）。n监控帧(S帧)在未使用捎带技术时提供了ARQ机制。用于差错控制和流量控制n无编号帧(U帧)提供了增补的链路控制功能（32种，由5个M位指定）。控制字段中的前一位或两位用做帧类型的标志。n注意S帧和I帧中的基本控制字段使用了3bit序号。S帧和I帧允许使用扩展的控制字段(16bit)，可使用7bit的序号，U帧永远由8bit控制字段组成。nP位置1是主站发出的轮询，F位置1是从站响应确认结束第69页，共93页，编辑于2022年，星期一4信息字段只有I帧和某些U帧
37、才具有信息字段，由整数个八位组组成。信息字段的长度不固定，最 大 可 以 到 系 统 设 置 的 最 大 值。一 般10002000比特第70页，共93页，编辑于2022年，星期一5帧检验序列字段帧检验序列字段(FCS)是从一个帧的除了标志字段以外的其他位计算得到的差错检测码，通常这个检测码是16bit的CRC-CCITTDC码。FCS编码生成多项式是：X16+X12+X5+1 第71页，共93页，编辑于2022年，星期一3.4.3HDLC操作操作(表表3.1HDLC命令和响应命令和响应)名名称称命令响应命令响应描描述述信息信息(I)C/R交换用户数据交换用户数据监控监控(S)接收就绪接收就绪
38、(RR)S=00)S=00C/R肯定确认，准备接收肯定确认，准备接收I帧帧接收未准备好接收未准备好(RNR)S=10)S=10C/R肯定确认，不准备接收肯定确认，不准备接收I帧帧拒绝拒绝(REJ)S=01)S=01C/R否认，返回否认，返回N选择拒绝选择拒绝(SREJ)S=11)S=11C/R否认，选择拒绝否认，选择拒绝无编号帧无编号帧(U)设置正常响应扩展模式设置正常响应扩展模式(SNRM/SNRME)C置位模式：扩展置位模式：扩展=7bit序号序号设置异步响应扩展模式设置异步响应扩展模式(SARM/SARME)C置位模式：扩展置位模式：扩展=7bit序号序号设置异步平衡扩展模式设置异步平衡
39、扩展模式(SABM/SABME)C置位模式：扩展置位模式：扩展=7bit序号序号第72页，共93页，编辑于2022年，星期一表表3.1HDLC命令和响应（续）（无编号帧）命令和响应（续）（无编号帧）设置初始化模式设置初始化模式(SIM)C在所寻址的站点上初始化链路控制在所寻址的站点上初始化链路控制函数函数拆链拆链(DISC)C中止逻辑链路连接中止逻辑链路连接无编号确认无编号确认(UA)R确认接收到置位模式命令中的一个确认接收到置位模式命令中的一个拆链模式拆链模式(DM)C中止逻辑链路连接中止逻辑链路连接请求拆链请求拆链(RD)R请求请求DISC命令命令请求初始化模式请求初始化模式(RIM)R需
40、要初始化，请求需要初始化，请求SIM命令命令无编号信息无编号信息(UI)C/R用于交换控制信息用于交换控制信息无编号轮询无编号轮询(UP)C用于请求控制信息用于请求控制信息复位复位(RSET)C用于恢复用于恢复；复位；复位N(R)、N(S)交换标志符交换标志符(XID)C/R用于请求报告状态用于请求报告状态测试测试(TEST)C/R交换标志符信息域用于测试交换标志符信息域用于测试帧拒绝帧拒绝(FRMR)R报告收到不可以接收的帧报告收到不可以接收的帧第73页，共93页，编辑于2022年，星期一3.4.3 HDLC操作HDLC的操作涉及了三个阶段：n首先，双方中有一方要初始化数据链路，使得帧能够以
41、有序的方式进行交换。在这个阶段中，双方需要就各种选项的使用达成一致。n其次，在初始化之后，双方交换用户数据和控制信息，并且实施流量和差错控制。n最后，双方中有一方要发出信号来中止操作。第74页，共93页，编辑于2022年，星期一1初始化任何一方都能够通过6个置位模式命令之一请求初始化。这些命令有以下三个作用。(1)它通知对方请求初始化。(2)它指出请求的是三种模式(NRM、ABM和ARM)中的哪一种。(3)它指出使用的是3bit还是7bit的序号。如果另一方接受这个请求，那么它的HDLC模块向初始方返回一个无编号确认(UA)。如果这个请求被拒绝，那么它发送拆链模式(DM)帧。第75页，共93页
42、，编辑于2022年，星期一2数据传送n当初始化一个请求并被接受后，就会建立起一个逻辑连接，双方都可以通过I帧开始发送用户数据，帧的序号从0开始。nI帧的N(S)和N(R)字段是用于支持流量控制和差错控制的序号。nS帧同样也用于流量控制和差错控制。其中，接收就绪(RR)帧通过指出希望接收到的下一个帧来确认接收到最后一个I帧。第76页，共93页，编辑于2022年，星期一3拆链连接中的任何一方的HDLC模块都可以启动拆链操作，可能是由于模块本身因某种错误而引起的中断，也可能是由于高层用户的请求。HDLC通过发送一个拆链(DISC)帧宣布连接中止。对方必须用UA作回答，表示接受拆链。第77页，共93页
43、，编辑于2022年，星期一4操作举例第78页，共93页，编辑于2022年，星期一4操作举例（续）第79页，共93页，编辑于2022年，星期一3.5 其他数据链路控制协议3.5.1 LAPBLAPB(平衡链路接入规程)是由ITU-T发布的，作为其X.25分组交换网络接口标准的一部分。它是HDLC的子集，只提供了异步平衡模式(ABM)下的HDLC。第80页，共93页，编辑于2022年，星期一3.5.2 LAPDLAPD(D信道链路接入规程)是由ITU-T发布的，作为它对ISDN(综合业务数字网)的规范集的一部分。LAPD提供了通过D信道的数据链路控制，D信道是用户与ISDN接口的逻辑信道。*对于信
44、息帧和监控帧是16bit的控制字段，对于无编号帧是8bit的控制字段第81页，共93页，编辑于2022年，星期一3.5.3 逻辑链路控制(LLC)LLC是属于IEEE802协议族中有关局域网(LAN)的控制操作标准的一部分。LLC和HDLC之间最明显的区别在于格式上的不同。第82页，共93页，编辑于2022年，星期一3.5.4 帧中继n帧中继是一种数据链路控制设施，它的设计是为了在使用高速分组交换网时提供流水作业能力。n帧中继分为两个协议：一个是控制协议(controlprotocol)，它的功能与HDLC相似；另一个是核心协议(coreprotocol)，它是控制协议的一个子集。第83页，共
45、93页，编辑于2022年，星期一3.5.5 异步传递方式(ATM)ATM的设计目标是要提供通过高速网络的流水化数据传送能力。与帧中继不同的是，ATM不是基于HDLC的。相反，ATM基于一种称为信元的全新的帧格式，它使用的处理开销最少。第84页，共93页，编辑于2022年，星期一课后作业3.1 简述下列术语的基本概念：差错控制、差错检测、流量控简述下列术语的基本概念：差错控制、差错检测、流量控制、帧同步、制、帧同步、ARQ。解答：差错控制，是指当传输系统中，用于检测和校正帧传输过程中出现差错的机制。差错检测，是接收端检测数据在传输过程中是否出错的方法。流量控制，是用于确保发送实体发送速度不会超出
46、接收实体接收数据能力的一种技术。帧同步，是采用一定的编码方法，使收发两端都能确定帧的开始和结束的技术。ARQ，是自动重发请求，是差错控制方法，它的作用就是使不可靠的数据链路变得可靠。第85页，共93页，编辑于2022年，星期一课后作业3.4设想在具有设想在具有270ms时延的时延的1Mb/s卫星信卫星信道上使用道上使用1000bit的帧，对于以下各种情的帧，对于以下各种情况，线路的最大利用率分别是多少？况，线路的最大利用率分别是多少？(1)停止等待流量控制。停止等待流量控制。(2)窗口大小为窗口大小为7的连续流量控制。的连续流量控制。(3)窗口大小为窗口大小为127的连续流量控制。的连续流量控
47、制。(4)窗口大小为窗口大小为255的连续流量控制。的连续流量控制。第86页，共93页，编辑于2022年，星期一课后作业解：线路利用率解：线路利用率=线路的实际传输能力线路的实际传输能力/线路线路的应有传输能力的应有传输能力线路上某一时刻的利用率线路上某一时刻的利用率=线路上的比特线路上的比特数数/线路比特长度线路比特长度 线路比特长度线路比特长度=传播时间传播时间*数据率数据率 =0.270*106=270000(bit)第87页，共93页，编辑于2022年，星期一课后作业 当发送窗口的数据帧总长度小于线路当发送窗口的数据帧总长度小于线路长度时，发送窗口的所有数据帧都进入信长度时，发送窗口的
48、所有数据帧都进入信道时，线路的利用率达到最大值。道时，线路的利用率达到最大值。当发送窗口的数据帧总长度大于或等当发送窗口的数据帧总长度大于或等于线路长度时，线路的利用率最大值为于线路长度时，线路的利用率最大值为1。(1)1000/270000=0.37%(2)7*1000/270000=2.59%(3)127*1000/270000=47.04%(2)255*1000/270000=94.44%第88页，共93页，编辑于2022年，星期一课后作业 信道的平均利用率（信道的平均利用率（一帧数据从发送到一帧数据从发送到收到确认这段时间的平均利用率）收到确认这段时间的平均利用率）：平均利用率平均利用
49、率=发送量发送量/线路的应有传输量线路的应有传输量发送量发送量(C)=这一段时间内发送的数据总这一段时间内发送的数据总量量 线路的应有传输量线路的应有传输量(Cm)=数据率数据率*时间时间线路的平均利用率最大值（理想状态下线线路的平均利用率最大值（理想状态下线路的有效利用率，理想状态：忽略确认帧的路的有效利用率，理想状态：忽略确认帧的长度、忽略数据处理时间）：长度、忽略数据处理时间）：第89页，共93页，编辑于2022年，星期一课后作业(1)C=1000,Cm=106*0.541=541000,C/Cm=1000/541000=0.185%(2)C=7000,Cm=106*0.541=5410
50、00,C/Cm=7000/541000=1.294%(3)C=127000,Cm=106*0.541=541000,C/Cm=127000/541000=23.475%(4)C=255000,Cm=106*0.541=541000,C/Cm=255000/541000=47.135%第90页，共93页，编辑于2022年，星期一课后作业3.8 若若P=110011，而，而M=11100011，计算计算CRC。解答：解答：由于模式由于模式P=110011，共，共6bit，所以，所以FCS R=5bit，M左移左移5位，变为位，变为1110001100000。用。用1110001100000除以除以