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1、第4章数据链路层 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望学习目标n 了解了解1数据链路层概述帧的定界方法2 HDLCHDLC的中英文名称链路非平衡、平衡工作控制模式主站、从站、复合站的概念HDLC帧的组成部分,各组成部分的功能和使用3 PPPPPP的中英文名称PPP的功能和使用PPP的帧格式和工作过程4 网桥的概念n理解理解1 数据链路层概述数据链路层功能数据链路的概念帧的概念2 差错控制实现停止等待协议连续ARQ协议工作原理3 流量控制 窗口技术工作原理
2、HDLCHDLC通信过程 数据链路层概述n物理层链路任何相邻节点间 点到点的物理线路节点间没有其他任何节点存在（因此数据肯定是顺序发送和接收的）n数据链路物理线路+通信控制规程（差错/流量等）链路链路差错控制差错控制等处理电路等处理电路差错控制差错控制等处理电路等处理电路数据链路数据链路帧与报文n报文用户传输的数据。n帧发送端和接收端之间通过链路传送的一个完整的信息组的信息单位。帧帧起始标志 接收站标识控制段帧校验序列数据数据帧帧数据链路层的目的n在网络实体间提供功能和手段：建立维持释放传输数据链路服务数据单元n在物理连接上建立数据链路连接数据链路连接数据链路连接链路层为网络层提供的服务n数据
3、链路连接无应答、无连接服务有应答、无连接服务正向应答双向应答负向应答面向连接服务有链路建立、数据帧传送、拆除链路的阶段也就是双方在通信前后要进行协商，都准备好的情况下才进行通信。n和网络层交换数据接收本地网络层递交的数据将接收的数据提交给网络层n提供数据链路端点标识符，即地址n在将报文分帧的情况下保证帧的顺序n差错检测、纠正、报告n流量控制发送/接收端数据速率相同n服务质量参数商定链路层的功能n链路管理发送/接收是否准备好n定界与同步帧何处起始、何处中止1.字符计数2.首尾分界字符3.首尾分界标志序列4.物理编码违例n流量控制发送和接收之间协调。*不是保证物理层的通信线路速率相同，而是发送/接
4、收端链路层处理能力协调。n差错控制差错控制编码n透明传输能正确区分控制信息和数据n寻址多点连接时如何确定发送/接收端数据链路控制规程种类n面向字符数据和控制信息都被编码成字符（例如ASCII），使用特定的字符表示控制信息来和数据区分。n面向比特面向字符的链路控制规程4.2停等协议4.2停等协议算法发送方 vs=0data=get_host()data_s=vs+data+CRCSend(data_s)Call time_out()data_r=receive()(data_r=null)and(time_out()=0)(data_r=ACK)发送序号初始化取得上层数据data数据帧编码发送数
5、据帧启动超时计数器接收数据帧判断数据帧否为空并且超时计数是否还未溢出vs=vs+1yesnoyesyesno(data_r=NAK)判断是否收到确认信息判断对方是否要求重发time_out=1yes判断是否已经超时no4.2停等协议算法接收方 vr=0data_r=receive()(data_r=null)yesCRC(data_r)send(ACK)send(NAK)data_r=nullns!=vrdata_r=null(data_r!=null)send_host(data_r),vr=vr+1yesyesyesnonono4.2停等协议特点n优点：简单在数据帧当中只需设置一个序号，表
6、示当前帧的序号在发送/接收端只需要1个计数器发送缓冲区中只需要保存1帧数据n缺点：等待时间长只有收到确认信息后才能发送下一帧4.3连续ARQ协议4.3连续ARQ算法 vs_n=0,vs_buff=8,vs_c=5buff_s()=0,vs_ack=0发送序号初始化发送序号初始化,发送缓冲区大小初始化，发送窗口初始化发送缓冲区大小初始化，发送窗口初始化发送缓冲区初始化，发送缓冲区初始化，应答序号初始化。应答序号初始化。buff_s(vs_n)=get_host()从上层获取数据，从上层获取数据，写入发送缓冲区当前位置写入发送缓冲区当前位置data_s=vs+buff_s(vs_n)+CRC组装发
7、送帧编码组装发送帧编码send(data_s)vs_n=(vs_n+1)mod 8(vs_nvs_c)and(vs_ack(vs_n-1)判断是否发送缓冲区已满，判断是否发送缓冲区已满，而还未收到应答帧而还未收到应答帧发送帧，并将发送帧，并将发送序号加发送序号加1vs_n=vs_ackCall time_out()time_out=1data_r=receive()vs_ack=data_r(ACKm)data_r=receive()vs_ack=data_r(ACKm)yesnonoyes发送方接收帧，接收帧，取得接收取得接收方希望接方希望接收的帧编收的帧编号号4.3连续ARQ算法 vr=0
8、data_r=receive()(data_r=null)yesCRC(data_r)send(ACK，vr+1)send(NAK)data_r=nullns!=vrdata_r=null(data_r!=null)send_host(data_r)vr=(vr+1)mod 8yesyesyesnonono连续ARQ的特点n优点：不需要等待每一帧的确认信息n缺点：需要在发送方保存多帧信息，所需缓存大。重传的方式回退N步重传出错帧后所有帧也需要重传。网络开销大。选择重传只重传出错帧。需要接收端保存多帧，等待出错帧重传后组装。4.4流量控制n窗口机制连续ARQnARQWt=1Wr=1n回退n步AR
9、Q1 Wt=2n-1Wr=1n选择重传ARQ1 Wt=2n-11 Wr Wr 数据链路控制规程举例n局域网内常用的链路层规程IEEE802n广域网上的数据链路层协议HDLC PPP（拨号连接网络）PPPOE（ADSL）网络层网络层PPPRS-232CRS-232C电话网通信标准RS-232C电话网通信标准PPPRS-232C电话拨号上网modemmodem路由器路由器以太网物理层IEEE802/以太网物理层IEEE802/RS-232C/V.35/HDLC/PPP/网络层网络层网络层路由器路由器以太网物理层IEEE802/以太网物理层IEEE802/RS-232C/V.35等HDLC/PPP/
10、网络层DCE局域网连入广域网DCE数据链路规程 链路种类n非平衡型主站发送命令控制整个链路通信，从站只能接受命令，对其响应。异步平衡相应方式各站都可以发起命令n平衡型链路两端的节点都可以发出命令1.正常响应方式1.主站发起命令，从站响应2.异步响应方式1.从站也可以发起传送数据的命令4.5 HDLCn标志：帧定界标志n地址：次站/应答站地址n帧校验：CRC校验HDLC控制字段比特比特序号序号12345678信息信息帧帧0N(S)P/FN(R)监控监控帧帧10SP/FN(R)无编无编号帧号帧11MP/FM监控帧 Sn用于信息帧的差错控制、流量控制FLAGAddressControl FCS FL
11、AG8位8位8位16位 8位32位0000001100000001N(R)P/F SS8 7 6 5 4 32 1010111111001111110控制编码监控帧标志探询响应位监控帧 S-SSn由SS两位编码定义了三个监控帧SS帧名称00RR接收准备好01RNR接收未准备好10REJ 拒绝帧RR-接收准备好n初始好n不忙n以前正确n对方是否也好？RNR-接收未准备好n用于流量控制n忙REJ-拒绝帧n用于差错控制编号不正确时，要求重发n用于忙状态解除无编号帧 Un用于链路的建立、拆除及多种控制功能FLAGAddressControl FCS FLAG8位8位8位16位 8位32位0000001
12、100000001MMM P/F MM8 7 6 5 4 32 1010111111001111110帧编码MM-帧编码n8 7 654 3nMMMP/FMM帧名称n0 0 1P=1 1 1 SABM置异步平衡方式n0 1 1P=1 1 1 SABME置扩充异步平衡方式(模128)n0 1 1F=10 0UA无编号确认n0 0 0F=11 1DM已断开方式n0 1 0P=1 0 0DISC断开连接n1 0 0F=10 1FRMR帧拒绝SABM/SABME置异步平衡方式(扩充)nSABM使对方建立异步平衡的通信方式,根据接受并确认的此命令,把发送V(S)和接收V(R)状态变量置成0。nSABME
13、使对方建立扩充异步平衡的通信方式,根据接受并确认的此命令,把发送V(S)和接收V(R)状态变量置成0。UA无编号确认应答n用来确认置方式、初始化、复位、断开命令的接收和执行。DM断开方式应答n对置方式命令SABM/SABME是一种请求。如果重复使用置方式命令，那么DM应答表示此时置方式命令无作用。DISC断开命令n用在逻辑上结束以前所建立的操作方式。FRMR帧拒收应答n用来标明所收到的命令帧或应答帧存在错误，而且在一定程度上重发同一帧也不能得到恢复。n例如：所接受到的控制字段非法或不能实现所接受帧（附有信息字段）的信息超过了已确定的最大长度。所接受的N（R）不是指已被发送和确认的I帧，就是指并
14、未被发送的I帧和不适等待发送的一个顺序好的I帧。LAPB链路操作规程n链路的建立n数据传送阶段n链路拆除阶段LAPB链路操作规程A方B方S=0 R=0 P=1F B 0100 FCS FF A 0000 FCS FS=0 R=0S=1 R=0F B 0010 FCS FF B 1020 FCS FS=2 R=1 F A 0110 FCS FS=1 R=0 P=1F ARR2,FFCS FS=3 R=2 F BRR2,FFCS FS=2 R=2F B SABM,PFCS FF BUA,FFCS FF B RR3 FCS FS=2 R=3LAPB链路操作规程A方B方F B DISC,P FCS F
15、F BUA,FFCS FS=3 R=2 S=2 R=3 P=1F B 2030 FCS FF A 3120 FCS FF ARNR4,FFCS FS=3 R=4F A 4030 FCS FS=4 R=4 4.6 Internet链路层协议-PPPnPPP（Point-to-Point Protocol点到点协议）是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。n提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。n设计PPP的目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。PPPnPPP由3部分协议构成。包括：链路控制协议L
16、CP（Link Control Protocol）LCP负责创建，维护或终止一次物理连接。网络控制协议NCP（Network Control Protocol）NCP是一族协议，负责解决物理连接上运行什么网络协议，以及解决上层网络协议发生的问题。认证协议口令验证协议PAP（Password Authentication Protocol）发送用户名和口令（明文传输）挑战握手验证协议CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）。发送用户名和口令摘要，通过比对口令摘用进行用户认证PPP帧格式n标志字段：7E（01111110）n地址字段：FF（11111111）n控制字段：03（00000011）n协议字段两个字节协议字段值：0021，PPP帧的信息是IP数据报。C021，信息字段是PPP链路控制数据。8021，表示是网络控制数据。n帧校验序列FCS与HDLC的相同。nPPP不是面向比特的，因此帧的长度应为整数个字节。固定不变固定不变实际截获的PPP帧实际截获的PPP帧PPP工作过程PPP链路 建立、鉴别身份、网络配置帧PPPOEADSL MODEM以太网物理层IEEE802物理层PPPOE-PPP网络层PPPOE以太网物理层IEEE802