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1、第第3章数据链路控制章数据链路控制现在学习的是第1页，共31页数据链路传输数据信息通常有三种操作方式：单向型，信息只能按一个方向传输；双向交替型，信息先从一个方向传输，然后以相反的方向传输；双向同时型，信息在两个方向上同时传输。为了减少传输过程中的差错，需要进行检错和纠错控制及收、发双方的同步控制等。这种在数据链路上进行的数据传输控制称为传输控制，这些传输控制的系列规则称为数据链路控制规程。现在学习的是第2页，共31页3.2.数据链路控制的基本概念（1）主站（Primary）。发送信息和命令的站；（2）从站(Secondary)。接收信息和命令而发出确认信息或响应的站，在主站控制下进行操作，主
2、站为线路上的每个从站维持一条逻辑链路。（3）复合站。具有主站和从站的双重功能，既可发送命令也可以发出响应。现在学习的是第3页，共31页3.3数据链路控制的功能（1）帧控制在数据链路层使用帧作为数据的传送单元，帧有特定的格式，通常由一些字段和标志组成。标志用于指明帧的开始和结束；字段分为地址字段、控制信息字段、信息字段和校验字段等。（2）透明传输所谓透明传输指数据链路能传输各种各样的数据信息，而不论数据是什么样的比特组合。（3）差错控制当数据传输出现差错时，链路控制规范要求接收端能检测出差错并能够恢复。现在学习的是第4页，共31页（4）流量控制通过流量控制对链路上的信息流量进行调节，克服链路可能
3、出现的拥塞状况。一般要求发送方发送数据的速率不能超过接收方接收和处理的能力。（5）寻址在点到点的连接中，寻址方式非常简单；但在点到多点的连接中，必须进行寻址，以保证每一帧都能送到正确的地址。（6）链路管理 数据链路的建立、维护和释放过程称为链路管理。（7）异常状态的恢复当链路发生异常情况等，能自动重新启动，恢复。现在学习的是第5页，共31页3.4.数据链路控制协议（1）停-等协议在广域网数据链路层上，最基本的数据链路控制协议是停止-等待（stop-and-wait)协议。该方法采用接收端检错，发送端执行重发的控制体系，又称为自动请求重发（ARQ,Automatic Repeat request
4、）。停止-等待协议是指当节点A发出一个数据帧后，必须停止发送，等待节点B的应答（ACKnowledgment）；节点B收到数据帧后，经检验无差错，向节点A发送应答帧，节点A收到应答后才能发送下一个数据帧。见图。其中，N(S)表示待发送的帧序号，N(R)表示期望接收的帧序号。现在学习的是第6页，共31页3.4.数据链路控制协议（1）停-等协议N(S)表示待发送的帧序号，N(R)表示期望接收的帧序号。RR,N(R)=1I,N(S)=0data 0ACK 1现在学习的是第7页，共31页（2）滑动窗口（Sliding Window）滑动窗口指的是一种流量控制方法。它要求通信双方要设置缓冲区，用于保存已
5、发送但尚未被确认的帧。已发送但尚未被确认的序号队列的界，称为发送窗口，其上界和下界分别称为发送窗口的上沿H(W)和下沿L(W)，上沿H(W)和下沿L(W)之间定义为窗口尺寸W。设WT发送窗口尺寸，WR为接收窗口尺寸。发送窗口是用来对发送端进行流量控制的，发送窗口尺寸WT表示在没有接到对方确认的条件下发送端可连续发送的帧数。接收窗口时表示接收端允许接收的数据帧的序号范围。16151413121110987654321现在学习的是第8页，共31页Go-Back-n ARQ协议在滑动窗口的Go-Back-n ARQ方法中，允许发送方连续发送多个数据帧，如果一旦某个帧丢失或出现差错，则将最后传送的一个
6、应答帧之后尚未应答的数据帧全部重新发送。选择重发协议为了进一步提高信道利用率，减少重传的帧数，只重传有错的帧或者是定时器超时的帧，这就是选择重传ARQ协议。3.5.数据链路的传输控制过程（1）建立物理连接建立物理连接就是按照建立连接的要求，使物理层的若干数据电路互联的过程。现在学习的是第9页，共31页（2）建立数据链路当建立起物理连接之后，为了能可靠而有效地传输数据信息，收发双方要交换控制信息，主要包括：呼叫；确认双方所要通信的对象；确认对方处在正常收发信准备状态；确认接收和发送状态；指定对方的输入输出设备。（3）数据传送主站沿着所建立的数据链路向从站发送数据，同时完成差错控制、流量控制等功能
7、，并保证传输的透明性。现在学习的是第10页，共31页（4）释放数据链路数据传送结束后，主站发送结束传输的命令，各站返回到中性状态、初始状态或进入一个新的控制状态，并释放数据链路。（5）拆除物理连接释放建立起来的物理连接。3.6.数据链路控制规程的种类数据链路控制规程通常分为两大类：面向字符的协议和面向比特的协议。面向字符的协议是以字符作为传输的基本单位，并用10个专用字符控制传输过程。面向比特的协议以比特作为传输的基本单位，采用某些比特序列完成控制功能，具有统一的帧格式，控制序列可以和数据信息序列同时传输。现在学习的是第11页，共31页3.7 基本型传输控制规范1.字符编码及传输控制字符基本型
8、传输控制规范是面向字符型的传输控制规范，由一串字符构成一个报文（Message），内含要传送的有用数据信息和用于链路控制的信息。2.文电格式链路上传输的数据信息分为两类：信息文电和监控序列，在传输的字符序列中至少要包含一个传输控制字符，以便确定文电中信息的性质（标题开始，正文开始、结束等），或者实现某一种监控功能。（1）信息文电的格式信息文电是由一串字符所构成的报文，包括标题和正文。现在学习的是第12页，共31页正文是要传输的信息，标题是与正文传输和处理有关的一些辅助信息，有时也可没有标题。传输时标题以字符SOH开始，正文紧接在标题后面，以字符 STX开始，以字符 ETX结束；为了便于差错控制
9、，正文可以分为若干个码组（Block），一个码组以字符STX开始，以字符ETX结束，但正文中的最后一个码组要以字符ETX结束；码组的长度取决于数据电路的传输质量。在每个码组或正文后面为校验字符（BCC）或码组校验序列（BCS）。现在学习的是第13页，共31页为了保证能够透明传输，需要在控制字符STX、SOH等前面加上转义字符DLE，如用DLE STX表示正文开始，用DLE ETX表示正文结束等。这样，当在数据中出现STX等与控制字符相同的序列时便不会被误解；但是如果在信息中出现与DLE相同的序列时，则在该序列前面再加上一个DLE后发送，在接收端自动删除额外附加的DLE，而把后面的序列作为信息予
10、以接收。透明信息文电和信息码组的格式DLE SOH 标题 DLE STX 正文 DLE ETB BCC或BCSDLE SOH 标题 DLE STX 正文 DLE ETX BCC或BCS现在学习的是第14页，共31页（2）监控序列监控序列大多数由单个传输控制构成，或者由引导字符（前缀）引导的单个传输控制字符构成。前缀长度不超过15个字符，包含了标识信息、地址信息、状态信息等其它通信控制所需的信息。3.8 高级数据链路控制（HDLC）规程HDLC协议的全称是高级数据链路控制规程（High Level Data Link Control）。是面向比特的链路控制规范的典型代表。1.HDLC规程的特点（
11、1）透明传输。对要传输的信息文电的比特序列结构无任何限制，可以是任意的字符码集或任意比特串。现在学习的是第15页，共31页（2）可靠性高。在HDLC规范中，差错校验的范围为整个帧（除了F标志之外），在所有的帧里都采用循环冗余校验，并且将信息帧按顺序编号以防止信息码组的漏收和重收，提高了可靠性。（3）传输效率高。因为HDLC的I帧的编号方法，使得在通信中可以连续传送，不要等到对方应答就可以传送下一帧，而且也不必对每个帧都予以确认；）结构灵活。在HDLC中，传输控制功能与处理功能分离，层次清楚，应用中非常灵活。（5）应用广泛，适应力强。HDLC能选择双向交替和双向同时两种工作方式；既能用于二线电路
12、，也能用于四线电路；既适应点对点方式，也能适应点对多点方式.现在学习的是第16页，共31页2.HDLC规范要素（1）数据链路信道状态链路结构不平衡链路结构：适用于点对点和多点线路。这种线路配置由个主站和多个从站组成，在链路中由主站负责控制链路上的各从站，并发送工作方式命令，故称之为不平衡链路结构。支持全用工或半双工传输。平衡链路结构：仅用于点对点线路,这种配置由两个复合站组成，在链路的两端均为复合站，处于同等地位，共同负责对链路的控制。支持全双工或半双工传输。现在学习的是第17页，共31页数据链路信道状态数据链路信道状态是表示数据链路是否在工作，具体分为数据链路工作和数据链路空闲两种状态。工作
13、状态：指主站、从站或复合站正在发送一个帧。空闲状态：如果一个站检测出连续15个比特为1时，则数据链路便处在空闲状态。（2）操作方式和非操作方式HDLC定义了三种操作方式和三种非操作方式。三种操作方式为正常响应方式（NRM）、异步响应方式（ARM）和异步平衡方式（ABM）.三种非操作方式：正常断开方式（NDM）、异步断开方式（ADM）和初始化方式（IM）。现在学习的是第18页，共31页3.HDLC帧结构在HDLC规范中，使用具有统一结构的帧作为信息传输和交换的基本单位，无论是信息报文或控制报文都必须以符合帧的格式进行同步传输。HDLC的帧结构，它由F、A、C、I、FCS、F等6个字段组成。字节
14、1 2或6 1 任意长 2或4 1 F A C I FCS F01111110 01111110开始标志 地址字段 控制字段 信息字段 帧校验序列 结束标志图6-27 HDLC帧的基本格式现在学习的是第19页，共31页（1）标志FHDLC规范指定F字段用一种惟一固定的8bit比特序列01111110为标志序列，作为一帧的开始和结束的标志，要求所有的帧都必须以F标志开始和结束；同时也作为帧同步和帧间填充字符之用，称为F标志；（2）地址字段A地址字段用于标识从站的地址，虽然在点对点链路中不需要地址，但是为了帧格式的统一，保留了地址字段。地址字段的长度一般为8bit，当然也可以采用更长的扩展地址。当
15、地址字段为“11111111”时，定义为广播地址，即通知所有的接收站接收有关的命令帧并按其动作。现在学习的是第20页，共31页（3）控制字段C控制字段用来表示帧类型、帧编号以及命令、响应等。HDLC定义了3种帧的类型，信息帧（简称I帧）、监控帧（简称S帧）和无编号帧（简称U帧）。具体可根据控制字段的格式区分之。信息帧（I帧）装载着要传送的数据，此外还捎带着流量控制和差错控制的信号；监控帧（S帧）用于提供实现 ARQ 的控制信息；无编号帧（U帧）提供各种链路控制功能。控制字段前两位用于区别3种不同格式的帧，见图。控制字段的位 1 2 3 4 5 6 7 8信息帧（I帧）0 N(S)P/F N(R
16、)监控帧（S帧）1 0 S P/F N(R)无编号帧（U帧）1 1 M P/F M现在学习的是第21页，共31页对于3种不同类型的帧，由控制字段的最低2个比特来识别。如果C字段中第1位为“0”则表示是信息帧（I 帧）；如果C字段中第1、2位为10”则表示是监控帧（S帧）；如果C字段中第1、2位为“11”则表示是无编号帧（U帧）。控制字段的一般格式为8位，其中：N（S）表示发送端发送序列编号；N（R）表示发送端接收序列编号；S表示监控功能位；M表示无编号帧（附加修改）功能位；P/F表示命令帧发送时的询问位响应帧发送时的终止位。现在学习的是第22页，共31页信息帧I，若控制字段的第1比特为0，则该
17、帧为信息帧。比特2、3、4为发送序号N（S），表示当前发送的信息帧的序号，比特68为接收序号N（R），表示一个站所期望接收到的帧的序号。监控帧S，若控制字段的第l2比特为10则对应的帧为监控帧S。S帧用来实现对数据链路的监控功能，例如对I帧进行确认，请求重发I帧以及暂停I帧的传输等。在S帧的C字段内，N（R）和PF的功能是互相独立的。N（R）是确认编号，接收站可以用N（R）来确认或不确认其接收的I帧，N（R）的具体含义随不同的S帧类型而不同。监控帧共有四种，按比特34位的类型来区分。现在学习的是第23页，共31页4种监控帧分别是：如果比特34位是00，表示接收准备好RR(Receive Rea
18、dy)，准备接收下一帧；如果比特34位是10，表示接收未准备好RNR(Receive Not Ready)，暂停接收下一帧；如果比特34位是01，表示拒绝接收REJ(Reject)，从N(R)起的所有帧被拒绝接收；如果比特34位是11，表示选择拒绝接收SREJ(Selective Reject)，只拒绝接收序号为N(R)的帧。现在学习的是第24页，共31页无编号帧U：若控制字段的第l2比特为 11 则此帧就是无编号帧U，它本身不带编号，即无N（S）和N（R）字段，而是用5个比特（即第3、4和6、7、8比特）表示不同作用的无编号帧。U帧用来提供附加的数据链路控制功能和无编号信息的传输功能。虽然总
19、共有32个不同的组合，但目前实际上只定义了很少的几种无编号帧，它主要起控制作用，可以在需要时发出而不影响带序号的信息帧的交换顺序。在上述的三种类型的帧中，其C字段内都具有 PF（探询终止位），它只有在置“l”时才有用。它被主站使用时称为P位；在被从站使用时称为F位；对于复合站，则由其在一次数据链路的使用中所处的地位而决定。现在学习的是第25页，共31页在NRM方式中，从站只有在收到一个Pl的帧时才能发送I帧，从站在其发送的最后一个I帧中的F比特为1，表示发送的是最后一个I帧。在ARM和ABM方式中，从站没收到P1的帧时也可以发送I帧；当P=1时，用于请求从站尽快发送一个F1的响应帧，并在其后可
20、以继续发送I帧，这时 F=l仅仅看作是对 P1的响应。（4）信息字段（I）信息字段内包含了用户的数据信息和来自上层的各种控制信息。可填入要传送的任意长数据、报文等比特序列。在实际应用中，其长度由收发站的缓冲器的大小和线路的差错情况决定。现在学习的是第26页，共31页（5）帧校验序列（FCS）帧校验序列字段（FCS）用于对帧进行差错控制。FCS可以用生成多项式G（X）X16X12X5 l来进行循环冗余校验。其校验范围包括除标志字段之外的所有字段，并且规定为了透明传输而插入的“0”不在校验的范围内。即进行循环冗余校验时，应先将“011111”后插入的“0”去掉，以便保证标志序列的惟一性，然后处理首
21、标志序列后的一位到校验序列前一位之间的信息。HDLC规定了两种帧校验序列，即 16bit校验序列和 32bit的校验序列。通常使用 16bit检验序列；对于要求较高的场合，可以采用32bit的校验序列。现在学习的是第27页，共31页4.命令和响应HDLC规定了18种命令和13种响应。5.异常状态的报告和恢复异常状态是指由于传输差错、数据站故障或操作不当出现的问题，可以执行恢复规程使得传输恢复到正常状态。6.HDLC的传输过程下面通过一个数据链路的建立和数据传输的过程进一步理解HDLC的传输过程。假设主站和从站以正常响应方式（SNRM）双向同时传输数据，其数据链路的建立和数据传输的过程见图6-2
22、9。现在学习的是第28页，共31页在初始状态，主站向从站发送SNRM命令以设置工作方式为正常响应方式，P1表示主站发送的是命令，从站收到命令后发送UA帧以示确认，这时数据链路已建立完毕，F=1表示是从站送出的响应；因为主站要向从站发送数据信息，所以主站在收到从站送来的UA响应帧后，马上就可以发送I帧。主站在送出第1个I帧时，P=1表示同时允许从站发送I帧，双向同时传输数据信息，并且在传输I帧的同时对收到的I帧进行确认。从站在数据发送完毕时，在最后一个I帧内置Fl。N N+1 N+2 N+3 N+4 N+5 N+6主站发送从站发送主站发送从站发送U帧,SNRMP=1S帧RR,P=1R=0I帧,S
23、=1,R=1S帧,RRP=1,R=3U帧,UAF=1I帧,S=0,R=0I帧,S=1,R=0I帧,S=2,R=0I帧,S=3,R=0从站发送信息的NRM链路的建立和传输过程现在学习的是第29页，共31页在初始状态，主站向从站发送SNRM命令以设置工作方式为正常响应方式，P1表示主站发送的是命令，从站收到命令后发送UA帧以示确认，这时数据链路已建立完毕，F=1表示是从站送出的响应；因为主站要向从站发送数据信息，所以主站在收到从站送来的UA响应帧后，马上就可以发送I帧。主站在送出第1个I帧时，P=1表示同时允许从站发送I帧，双向同时传输数据信息，并且在传输I帧的同时对收到的I帧进行确认。从站在数据
24、发送完毕时，在最后一个I帧内置Fl。N N+1 N+2 N+3 N+4 N+5 N+6主站发送从站发送U帧,SNRMP=1I帧,P=1S=0,R=0I帧,S=1,R=1I帧,S=2,R=2I帧,S=3,R=3I帧,S=4,R=3U帧,UAF=1I帧,S=0,R=0I帧,S=1,R=1I帧,S=2,R=2I帧,S=3,R=4主站发送从站发送双向同时工作的NRM链路的建立和传输过程现在学习的是第30页，共31页 N N+1 N+2 N+3 N+4 N+5 N+6U帧,SNRMP=1I帧,S=6,R=4I帧,S=7,R=4 I帧,S=0,R=4 P=1I帧,S=7,R=4I帧,S=0,R=4 U帧,UAF=1S帧,RRF=1,R=7主站发送从站发送双向同时工作的NRM链路的建立和传输过程I帧,S=1,R=4 P=1S帧,RRF=1R=2现在学习的是第31页，共31页