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1、第5讲数据链路层 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4.1数据链路层的数据链路层的基本概念基本概念4.2数据链路层需要解决的问题数据链路层需要解决的问题4.3基本数据链路协议基本数据链路协议4.4点到点的数据链路访问点到点的数据链路访问1河海大学电子信息工程系数据链路层类似数字管道 qq在两个对等的数据链路层之间的连线称为在两个对等的数据链路层之间的连线称为数字管道，其上传输的数据单位是数字管道，其上传输的数据单位是帧帧。结点结点帧帧q早期的数据通信协
2、议曾叫作通信规程(procedure)。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。4.1 数据链路层的数据链路层的基本概念基本概念2河海大学电子信息工程系数据链路层的简单模型局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3电话网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动3河海大学电子信息工程系数据链路层的简单模型 续局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3电话网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层
3、应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2仅从数据链路层观察帧的流动4河海大学电子信息工程系4.2 数据链路层需要解决的问题1）为网络层提供服务为网络层提供服务2）成帧（）成帧（framing）3）差错控制（）差错控制（error control）4）流量控制（）流量控制（flow control）5河海大学电子信息工程系1）为网络层提供的服务n n基本概念基本概念n n在两个用物理线路连接起来的设备之间，将源在两个用物理线路连接起来的设备之间，将源在两个用物理线路连接起来的设备之间，将源在两个用物理线路连接
4、起来的设备之间，将源端网络层的数据传输给宿端网络层。端网络层的数据传输给宿端网络层。端网络层的数据传输给宿端网络层。端网络层的数据传输给宿端网络层。n n为网络层提供服务的分类为网络层提供服务的分类为网络层提供服务的分类为网络层提供服务的分类n n无连接服务无连接服务无连接服务无连接服务n n面向连接服务面向连接服务面向连接服务面向连接服务6河海大学电子信息工程系为网路层提供服务的基本概念比特流比特流保证数据流的顺序保证数据流的顺序源源宿宿7河海大学电子信息工程系为网络层提供的无连接服务n n无确认的无连接服务无确认的无连接服务n n从源到宿发送独立帧，不确认帧的到达；从源到宿发送独立帧，不确
5、认帧的到达；从源到宿发送独立帧，不确认帧的到达；从源到宿发送独立帧，不确认帧的到达；n n不提供纠错重传服务；不提供纠错重传服务；不提供纠错重传服务；不提供纠错重传服务；n n适用于误码率较低的可靠通信、实时通信、适用于误码率较低的可靠通信、实时通信、适用于误码率较低的可靠通信、实时通信、适用于误码率较低的可靠通信、实时通信、LANLAN；n n有确认的无连接服务有确认的无连接服务n n对发送的每一帧独立确认其接收情况；对发送的每一帧独立确认其接收情况；对发送的每一帧独立确认其接收情况；对发送的每一帧独立确认其接收情况；n n在一定时间间隔内未收到确认则重发这一帧；在一定时间间隔内未收到确认则
6、重发这一帧；在一定时间间隔内未收到确认则重发这一帧；在一定时间间隔内未收到确认则重发这一帧；n n适用于不可靠的通信，尤其是无线通信；适用于不可靠的通信，尤其是无线通信；适用于不可靠的通信，尤其是无线通信；适用于不可靠的通信，尤其是无线通信；8河海大学电子信息工程系有确认的面向连接服务n n从源到宿建立连接（占用资源）从源到宿建立连接（占用资源）n n在连接上传输赋予编号的帧在连接上传输赋予编号的帧n n保证帧的正确顺序，且每帧只接收一次保证帧的正确顺序，且每帧只接收一次n n对每一帧都确认对每一帧都确认n n断开连接（释放占用的资源）断开连接（释放占用的资源）9河海大学电子信息工程系2）成帧
7、n n为了给网络层提供服务，需要使用物理层为了给网络层提供服务，需要使用物理层提供的服务（比特流的透明传输）提供的服务（比特流的透明传输）n n使用物理层服务的方法：使用物理层服务的方法：n n把比特流分成离散的帧把比特流分成离散的帧把比特流分成离散的帧把比特流分成离散的帧n n通过对帧的校验和检错，采取相应措施通过对帧的校验和检错，采取相应措施通过对帧的校验和检错，采取相应措施通过对帧的校验和检错，采取相应措施n n成帧的方法成帧的方法n n标识帧的首尾标识帧的首尾标识帧的首尾标识帧的首尾10河海大学电子信息工程系成帧的方法n n字符计数法字符计数法n n字符填充的首尾标识法字符填充的首尾标
8、识法n n位填充的首尾标识法位填充的首尾标识法11河海大学电子信息工程系n n特点特点n n帧不定长帧不定长帧不定长帧不定长n n用帧头一个控制字符区分帧的首尾用帧头一个控制字符区分帧的首尾用帧头一个控制字符区分帧的首尾用帧头一个控制字符区分帧的首尾n n按照控制字符说明的长度计数，确定帧边界按照控制字符说明的长度计数，确定帧边界按照控制字符说明的长度计数，确定帧边界按照控制字符说明的长度计数，确定帧边界n n问题问题n n控制字符的数值错误造成发送与接收不同步控制字符的数值错误造成发送与接收不同步控制字符的数值错误造成发送与接收不同步控制字符的数值错误造成发送与接收不同步方法一 字符计数法1
9、2河海大学电子信息工程系控制字符传输错误控制字符传输错误5 1 2 3 4 5 0 1 2 3 8 0 1 2 3 4 5 6 5 0 1 2 3 5 1 2 3 4 7 0 1 2 3 8 0 1 2 3 4 5 6 5 0 1 2 3 字符流举例帧头：说明帧的字符数帧头：说明帧的字符数出现差错带来的问题出现差错带来的问题 无法确定下一帧的帧头位置无法确定下一帧的帧头位置 无法确定重传帧的帧头位置无法确定重传帧的帧头位置待发送数据待发送数据接收到有接收到有差错数据差错数据 13河海大学电子信息工程系n n特点特点n n用用用用8 8位位位位ASCIIASCII码定义帧头和帧尾的标识符码定义帧
10、头和帧尾的标识符码定义帧头和帧尾的标识符码定义帧头和帧尾的标识符n nDLE STXDLE STX（Data Link Escape;Start of TextData Link Escape;Start of Text）n nDLE ETXDLE ETX（Data Link Escape;End of Text Data Link Escape;End of Text）n n出现差错后无需解决再同步问题出现差错后无需解决再同步问题出现差错后无需解决再同步问题出现差错后无需解决再同步问题n n需要解决的问题需要解决的问题n n数据中包含定义的标识符数据中包含定义的标识符数据中包含定义的标识符数
11、据中包含定义的标识符DLEDLE、STXSTX和和和和ETXETXn n发送方插入一个相同的标识符发送方插入一个相同的标识符发送方插入一个相同的标识符发送方插入一个相同的标识符方法二 字符填充的首尾标识法14河海大学电子信息工程系字符填充的首尾标识法举例n n发送方处理方法发送方处理方法发送方处理方法发送方处理方法n n接收方处理方法接收方处理方法接收方处理方法接收方处理方法待发送数据待发送数据帧头帧头帧尾帧尾内容与帧标识符相同内容与帧标识符相同DLESTXADLEBDLEETX15河海大学电子信息工程系ASCII字符字符字符填充的发送方内容为内容为“DLE”填充填充“DLE”DLESTXAD
12、LEBDLEETXDLESTXADLEDLEBDLEETXDLE32116河海大学电子信息工程系ASCII字符字符保留内容保留内容“DLE”丢掉被填充的丢掉被填充的“DLE”字符填充的接收方DLESTXADLEBDLEETXDLESTXADLEDLEBDLEETXDLE32117河海大学电子信息工程系方法三 位填充的首尾标识法n n特点特点n n帧以帧以帧以帧以bitbit为单位，不以为单位，不以为单位，不以为单位，不以bytebyte为单位为单位为单位为单位n n定义特殊的帧头和帧尾标识位模式定义特殊的帧头和帧尾标识位模式定义特殊的帧头和帧尾标识位模式定义特殊的帧头和帧尾标识位模式01111
13、11001111110n n需要解决的问题需要解决的问题n n数据中包含定义的标识位模式数据中包含定义的标识位模式数据中包含定义的标识位模式数据中包含定义的标识位模式0111111001111110n n发送方在连续发送方在连续发送方在连续发送方在连续5 5个个个个“1”“1”之后插入之后插入之后插入之后插入1 1个个个个“0”“0”18河海大学电子信息工程系位填充的首尾标识法举例帧头帧头帧尾帧尾在在L2插入插入/去除填充位去除填充位“0”19河海大学电子信息工程系3）差错控制n n差错控制的基本概念差错控制的基本概念n n与差错控制有关的术语与差错控制有关的术语n n差错控制的评价尺度：差错
14、控制的评价尺度：hamming距离距离n n检错码能力检错码能力检错码能力检错码能力n n纠错码能力纠错码能力纠错码能力纠错码能力n n检错码举例：循环冗余码检错码举例：循环冗余码CRC20河海大学电子信息工程系差错控制的基本概念n n差错控制需要解决的问题差错控制需要解决的问题n n保证不丢帧保证不丢帧保证不丢帧保证不丢帧n n保证不乱序保证不乱序保证不乱序保证不乱序n n差错控制手段差错控制手段n n接收方回送确认控制帧（接收方回送确认控制帧（接收方回送确认控制帧（接收方回送确认控制帧（回执回执回执回执）n n用计时器确定帧丢失情况（用计时器确定帧丢失情况（用计时器确定帧丢失情况（用计时器
15、确定帧丢失情况（认为出错认为出错认为出错认为出错/丢失丢失丢失丢失）n n用帧的编号识别重复帧情况（用帧的编号识别重复帧情况（用帧的编号识别重复帧情况（用帧的编号识别重复帧情况（避免判断失误避免判断失误避免判断失误避免判断失误）n n差错处理方法差错处理方法21河海大学电子信息工程系有关差错的术语n n码字（码字（codeword）n n差错的度量：差错的度量：Hamming距离距离m位位r位位n位码字（位码字（n=m+r）数据位数据位冗余（校验）位冗余（校验）位22河海大学电子信息工程系n n码距：两个码字不同码位的个数码距：两个码字不同码位的个数n n码字码字码字码字1 11 0 0 0
16、1 0 0 11 0 0 0 1 0 0 1n n码字码字码字码字2 21 0 1 1 0 0 0 11 0 1 1 0 0 0 1n n异或运算异或运算异或运算异或运算0 0 0 0 1 1 11 1 1 0 0 0 0 0 0n nHamming距离：距离：n n对于一种编码而言，两两码字间的最小码距对于一种编码而言，两两码字间的最小码距对于一种编码而言，两两码字间的最小码距对于一种编码而言，两两码字间的最小码距称为称为称为称为HammingHamming距离。距离。距离。距离。Hamming距离码位相同码位相同码位不同码位不同码距码距 323河海大学电子信息工程系差错的检测和纠正n n纠
17、错码纠错码n n在发送的数据块中附加在发送的数据块中附加在发送的数据块中附加在发送的数据块中附加充足的充足的充足的充足的冗余信息冗余信息冗余信息冗余信息n n接收方根据冗余信息纠正错误接收方根据冗余信息纠正错误接收方根据冗余信息纠正错误接收方根据冗余信息纠正错误n n检错码检错码n n在发送的数据块中附加在发送的数据块中附加在发送的数据块中附加在发送的数据块中附加适当的适当的适当的适当的冗余信息，使接冗余信息，使接冗余信息，使接冗余信息，使接收方有足够的信息检测是否有差错收方有足够的信息检测是否有差错收方有足够的信息检测是否有差错收方有足够的信息检测是否有差错n n当有差错时，对发送方请求重传
18、当有差错时，对发送方请求重传当有差错时，对发送方请求重传当有差错时，对发送方请求重传24河海大学电子信息工程系检错码的能力（1）数据位数据位数据位数据位检验位检验位检验位检验位传输差错传输差错传输差错传输差错传输差错传输差错n n例：例：奇偶位检测编码奇偶位检测编码1 0 0 0 1 0 1 1 01 0 0 0 1 0 1 1 0 发送发送发送发送1 0 0 1 1 01 1 11 0 0 1 1 01 1 11 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 接收接收接收接收1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 1
19、 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 异或异或异或异或0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 只能检测奇数位数据错误。只能检测奇数位数据错误。只能检测奇数位数据错误。只能检测奇数位数据错误。25河海大学电子信息工程系检错码的能力（2）n n检错码的能力检错码的能力n nHammingHamming距离为距离为距离为距离为d+1d+1的检错编码，只能检测出的检错编码，只能检测出的检错编码，只能检测出的检错编码，只能检测出d d位数据错误。位数据错误。位数据错误。位数据错误。n n检错码的功能检错码的功能n n通过检验位判断接收的数据帧是否出错。通过检验位判
20、断接收的数据帧是否出错。通过检验位判断接收的数据帧是否出错。通过检验位判断接收的数据帧是否出错。26河海大学电子信息工程系纠错码的能力（1）纠错码的能力纠错码的能力Hamming距离为距离为2d+1的纠错编码，只能纠正的纠错编码，只能纠正d位数据错误。位数据错误。判断：出现判断：出现d位错误的概率大于位错误的概率大于d+1位错误。位错误。纠错码的功能纠错码的功能在接收方发现并纠正差错数据帧。在接收方发现并纠正差错数据帧。纠错码的能力（2）n n例：例：例：例：n nHammingHamming距离距离距离距离=5=5的的的的4 4个有效码字个有效码字个有效码字个有效码字n n000000000
21、0,0000011111,1111100000,11111111110000000000,0000011111,1111100000,1111111111发送发送发送发送00000000000000000000 00000111110000011111接收接收接收接收0000000000000011111100000000000000111 111 判断判断判断判断0000000000 xxxx1111110000000000 xxxx111111纠错纠错纠错纠错00000000001111111 111 00000000001111111 111 n nHammingHamming距离距离距
22、离距离=5=5，只能纠正，只能纠正，只能纠正，只能纠正2 2位数据错误。纠位数据错误。纠位数据错误。纠位数据错误。纠错码的能力错码的能力错码的能力错码的能力3位传输差错位传输差错2位传输差错位传输差错28河海大学电子信息工程系循环冗余检验的原理 n n在数据链路层传送的帧中，广泛使用了在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验循环冗余检验 CRC 的检错技术。的检错技术。n n假设待传送的数据假设待传送的数据 M=1010001101（共（共k bit）。我们在）。我们在M的后面再添加供差错检的后面再添加供差错检测用的测用的 r bit 冗余码一起发送。冗余码一起发送。n n在数据后面添加
23、上的在数据后面添加上的r位冗余码称为位冗余码称为帧检帧检验序列验序列 FCS(Frame Check Sequence)。29河海大学电子信息工程系注：注：n n循环冗余检验循环冗余检验 CRC 和帧检验序列和帧检验序列 FCS并并不等同。不等同。n nCRC CRC 是一种常用的是一种常用的检错方法检错方法，而，而 FCS FCS 是添是添加在数据后面的冗余码。加在数据后面的冗余码。n nFCS FCS 可以用可以用 CRC CRC 这种方法得出，但这种方法得出，但 CRC CRC 并非用来获得并非用来获得 FCS FCS 的惟一方法。的惟一方法。30河海大学电子信息工程系冗余码的计算 n
24、n用二进制的模用二进制的模 2 运算进行运算进行 2r 乘乘 M 的运算，的运算，这相当于在这相当于在 M 后面添加后面添加 r 个个 0。n n得到的得到的(k+r)bit 的数除以事先选定好的的数除以事先选定好的长度为长度为(r+1)bit 的数的数 P，得出商是，得出商是 Q 而余数是而余数是 R，余数，余数 R 比除数比除数 P 至少要少至少要少1 个比特。个比特。n n此处，加法、减法均不进位，等同于模此处，加法、减法均不进位，等同于模2加（异或）。加（异或）。31河海大学电子信息工程系冗余码的计算举例 n n设设 r=5,P=110101(事先选好的事先选好的)。n n发送的数据发
25、送的数据1010001101，加上冗余码后变，加上冗余码后变为为101000110100000。n n2nM模模 2 运算的结果是：运算的结果是：商商 Q=1101010110，余数，余数R=01110。n n将余数将余数 R 作为冗余码添加在数据作为冗余码添加在数据 M 的后的后面发送出去，即发送的数据是面发送出去，即发送的数据是101000110101110，即，即 2nM+R。32河海大学电子信息工程系 1101010110 Q 商 除数 P 110101 101000110100000 2nM 被除数 110101 111011 110101 111010 110101 111110
26、110101 101100 110101 110010 110101 01110 R 余数发送数据：1010001101 01110循环冗余检验的原理说明（1）33河海大学电子信息工程系 11010 10110 除数 P 110101 1010001101 01110 接收接收 110101 111011 110101 111010 110101 11111 0 11010 1 101 111 110 101 11 0101 11 0101 0 00000 0 00000 0 余数结论：传输无差错循环冗余检验的原理说明（2）34河海大学电子信息工程系 11010 10110 除数 P 1101
27、01 1010001101 11101 接收接收 110101 111011 110101 111010 110101 11111 1 11010 1 101 011 110 101 11 1100 11 0101 10011 余数结论：传输有差错循环冗余检验的原理说明（3）35河海大学电子信息工程系检测出差错 n n只只要要得得出出的的余余数数 R 不不为为 0，就就表表示示检检测测到了到了差错差错。n n但但这这种种检检测测方方法法并并不不能能确确定定究究竟竟是是哪哪一一个或哪几个比特出现了差错。个或哪几个比特出现了差错。n n一一旦旦检检测测出出差差错错，就就丢丢弃弃这这个个出出现现差差
28、错错的帧。的帧。n n只只要要经经过过严严格格的的挑挑选选，并并使使用用位位数数足足够够多多的的除除数数P，那那么么出出现现检检测测不不到到的的差差错错的的概率就很小很小。概率就很小很小。36河海大学电子信息工程系常用循环冗余码(CRC)n四个多项式已成为国际标准四个多项式已成为国际标准CRC-12=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16=x16+x15+x2+1CRC-CCITT=x16+x12+x5+1CRC-32n硬件实现硬件实现CRC校验。校验。37河海大学电子信息工程系4）流量控制n n为什么要进行流量控制为什么要进行流量控制n n发送方的传送能力大于接收方的接收能力会造发送
29、方的传送能力大于接收方的接收能力会造发送方的传送能力大于接收方的接收能力会造发送方的传送能力大于接收方的接收能力会造成数据帧的丢失成数据帧的丢失成数据帧的丢失成数据帧的丢失n n如何进行流量控制如何进行流量控制n n通过接收方的反馈机制限制发送方的数据发送通过接收方的反馈机制限制发送方的数据发送通过接收方的反馈机制限制发送方的数据发送通过接收方的反馈机制限制发送方的数据发送流量，使其适应接收方的处理速度流量，使其适应接收方的处理速度流量，使其适应接收方的处理速度流量，使其适应接收方的处理速度n n制定规则：何时发送下一帧；未经允许则禁止制定规则：何时发送下一帧；未经允许则禁止制定规则：何时发送
30、下一帧；未经允许则禁止制定规则：何时发送下一帧；未经允许则禁止发送。发送。发送。发送。38河海大学电子信息工程系具有最简单流量控制的数据链路层协议n n假定主机假定主机 A 向主机向主机 B传输数据的信道是传输数据的信道是无差错的理想信道。然而现在不能保证无差错的理想信道。然而现在不能保证接收端向主机交付数据的速率永远不低接收端向主机交付数据的速率永远不低于发送端发送数据的速率。于发送端发送数据的速率。n n由收方控制发方的数据流由收方控制发方的数据流，是计算机网，是计算机网络中流量控制的一个基本方法。络中流量控制的一个基本方法。39河海大学电子信息工程系具有最简单流量控制的数据链路层协议算法
31、在发送结点：在发送结点：在发送结点：在发送结点：(1)(1)从主机取一个数据帧。从主机取一个数据帧。从主机取一个数据帧。从主机取一个数据帧。(2)(2)将数据帧送到数据链路层的发送缓存。将数据帧送到数据链路层的发送缓存。将数据帧送到数据链路层的发送缓存。将数据帧送到数据链路层的发送缓存。(3)(3)将发送缓存中的数据帧发送出去。将发送缓存中的数据帧发送出去。将发送缓存中的数据帧发送出去。将发送缓存中的数据帧发送出去。(4)(4)等待。等待。等待。等待。(5)(5)若收到由接收结点发过来的信息若收到由接收结点发过来的信息若收到由接收结点发过来的信息若收到由接收结点发过来的信息(此信息此信息此信息
32、此信息 的格式与内容可由双方事先商定好的格式与内容可由双方事先商定好的格式与内容可由双方事先商定好的格式与内容可由双方事先商定好)，则，则，则，则 从主机取一个新的数据帧，然后转到从主机取一个新的数据帧，然后转到从主机取一个新的数据帧，然后转到从主机取一个新的数据帧，然后转到(2)(2)。40河海大学电子信息工程系具有最简单流量控制的数据链路层协议算法（续）在接收结点：在接收结点：(1)等待。等待。(2)若收到由发送结点发过来的数据帧，若收到由发送结点发过来的数据帧，则将其放入数据链路层的接收缓存。则将其放入数据链路层的接收缓存。(3)将接收缓存中的数据帧上交主机。将接收缓存中的数据帧上交主机
33、。(4)向发送结点发一信息，表示数据帧已向发送结点发一信息，表示数据帧已 经上交给主机。经上交给主机。(5)转到转到(1)。41河海大学电子信息工程系两种情况的对比（传输均无差错）ABDATADATADATADATA送主机 B送主机 B送主机 B送主机 B时间不需要流量控制ABDATA送主机 BDATA送主机 B需要流量控制42河海大学电子信息工程系4.3 数据链路协议概述1）基本数据链路层协议基本数据链路层协议2）滑动窗口协议滑动窗口协议43河海大学电子信息工程系1）基本数据链路层协议n n数据传输方式数据传输方式数据传输方式数据传输方式n n数据链路层协议的基本概念数据链路层协议的基本概念
34、数据链路层协议的基本概念数据链路层协议的基本概念n n三个协议实例三个协议实例三个协议实例三个协议实例n n无限制的单工协议无限制的单工协议无限制的单工协议无限制的单工协议n n单工的停单工的停单工的停单工的停-等协议等协议等协议等协议n n有噪声信道的单工协议有噪声信道的单工协议有噪声信道的单工协议有噪声信道的单工协议n n协议比较协议比较协议比较协议比较n n停停停停-等协议的要点总结等协议的要点总结等协议的要点总结等协议的要点总结n n需要改进的问题需要改进的问题需要改进的问题需要改进的问题44河海大学电子信息工程系数据传输方式n n单工单工n n数据在介质中仅在一个方向传输。数据在介质
35、中仅在一个方向传输。数据在介质中仅在一个方向传输。数据在介质中仅在一个方向传输。n n半双工半双工n n数据可以双向传输，在特定时刻只能向一个方数据可以双向传输，在特定时刻只能向一个方数据可以双向传输，在特定时刻只能向一个方数据可以双向传输，在特定时刻只能向一个方向传输。向传输。向传输。向传输。n n全双工全双工n n在任意时刻都可以实现双向传输。在任意时刻都可以实现双向传输。在任意时刻都可以实现双向传输。在任意时刻都可以实现双向传输。45河海大学电子信息工程系数据链路层协议的基本概念n n使用物理层的服务（发送使用物理层的服务（发送/接收比特流）接收比特流）n n为网络层提供服务为网络层提供
36、服务n n实现的基本功能实现的基本功能n n数据帧的一般格式数据帧的一般格式46河海大学电子信息工程系为网络层提供服务n n数据封装数据封装n n发送方将网络层的分组（发送方将网络层的分组（发送方将网络层的分组（发送方将网络层的分组（packetpacket）封装成帧）封装成帧）封装成帧）封装成帧（frameframe）n n接收方解封装，从帧中抽取分组接收方解封装，从帧中抽取分组接收方解封装，从帧中抽取分组接收方解封装，从帧中抽取分组n n实现从发送方到接收方数据链路层之间透实现从发送方到接收方数据链路层之间透明的、无差错的帧传输明的、无差错的帧传输n n流量控制流量控制流量控制流量控制n
37、n检错重传检错重传检错重传检错重传47河海大学电子信息工程系数据链路层协议的基本功能比特流比特流发送方发送方A接收方接收方Bfrom_network_layerfrom_physical_layerto_network_layerto_physical_layerframe物理传输通道物理传输通道packet arrivalframe arrival48河海大学电子信息工程系帧的一般格式帧头帧头来自发送方网络层来自发送方网络层from_network_layer帧帧frame:s区分数据帧区分数据帧/控制帧控制帧分组分组packet49河海大学电子信息工程系完全理想化的数据传输所基于的两个假定
38、 n n假定假定 1：链路是理想的传输信道，所传链路是理想的传输信道，所传送的任何数据既不会出差错也不会丢失。送的任何数据既不会出差错也不会丢失。n n假定假定 2：不管发方以多快的速率发送数不管发方以多快的速率发送数据，收方总是来得及收下，并及时上交据，收方总是来得及收下，并及时上交主机。主机。n n这个假定就相当于认为：接收端向主机交这个假定就相当于认为：接收端向主机交付数据的速率永远不会低于发送端发送数付数据的速率永远不会低于发送端发送数据的速率。据的速率。50河海大学电子信息工程系协议1：A的发送进程packet_arrivalfrom_network-layer(&buffer)to
39、_physical-layer(&s)s.info=bufferpacketpacketpacketheadbuffer&s来自网络层来自网络层送往物理层送往物理层yes51河海大学电子信息工程系协议1：B的接收进程frame_arrivalto_network-layer(&r.info)from_physical-layer(&r)packetpackethead&r送往网络层送往网络层来自物理层来自物理层yeswait_for_event(&event)循环等待循环等待no&r.info52河海大学电子信息工程系无限制的单工协议（协议1）比特流比特流发送方发送方A接收方接收方Bframe
40、单工物理信道单工物理信道packet_ arrivalframe_arrival如果如果B的接收能力小于的接收能力小于A的发送能力怎么办？的发送能力怎么办？53河海大学电子信息工程系协议2：A的发送进程（流控）packet_arrivalfrom_network-layer(&buffer)to_physical-layer(&s)s.info=bufferpacketpacketpacketheadbuffer&s来自网络层来自网络层送往物理层送往物理层yeswait_for_event(&event)frame_arrival来自物理层来自物理层yes接收方的确认帧到达接收方的确认帧到达h
41、ead54河海大学电子信息工程系协议2：B的接收进程（流控）frame_arrivalto_network-layer(&r.info)from_physical-layer(&r)packetpackethead&r送往网络层送往网络层来自物理层来自物理层yeswait_for_event(&event)循环等待循环等待no&r.infoto_physical-layer(&s)head&s（确认帧）（确认帧）送往物理层送往物理层55河海大学电子信息工程系单工的停-等协议（协议2）比特流比特流发送方发送方A接收方接收方Bframe半双工物理信道半双工物理信道packet_ arrivalfr
42、ame_arrival如果帧在传输中被损坏如果帧在传输中被损坏或丢失怎么办？或丢失怎么办？head收到确认方可发送下一帧收到确认方可发送下一帧56河海大学电子信息工程系有噪声信道的单工协议（协议3）n n四种情况四种情况n n信道不可靠的解决办法信道不可靠的解决办法n n检错检错检错检错/重传重传重传重传n n重传需要解决的问题：重传需要解决的问题：n n发送方如何得知哪个帧出错、需要重发发送方如何得知哪个帧出错、需要重发发送方如何得知哪个帧出错、需要重发发送方如何得知哪个帧出错、需要重发n n接收方如何区分首次收到的帧和已经收到的重接收方如何区分首次收到的帧和已经收到的重接收方如何区分首次收
43、到的帧和已经收到的重接收方如何区分首次收到的帧和已经收到的重传帧传帧传帧传帧57河海大学电子信息工程系时间ABDATA0送主机ACKDATA1送主机ACK(a)正常情况ABDATA0DATA0送主机ACK(c)数据帧丢失重传tout丢失！ABDATA0送主机ACKDATA0丢弃ACK(d)确认帧丢失重传tout丢失！ABDATA0NAKDATA0送主机ACK(b)数据帧出错重传出错四种情况四种情况58河海大学电子信息工程系发送方正确得知差错帧n n出错情况出错情况n n帧丢失帧丢失帧丢失帧丢失n n帧损坏，在接收方校验出错，将帧丢弃帧损坏，在接收方校验出错，将帧丢弃帧损坏，在接收方校验出错，将
44、帧丢弃帧损坏，在接收方校验出错，将帧丢弃n n发送方的解决办法发送方的解决办法n n对每次发送的帧都启动一个计时器对每次发送的帧都启动一个计时器对每次发送的帧都启动一个计时器对每次发送的帧都启动一个计时器n n在规定的时间内未收到对方的确认帧，则认为在规定的时间内未收到对方的确认帧，则认为在规定的时间内未收到对方的确认帧，则认为在规定的时间内未收到对方的确认帧，则认为该帧丢失该帧丢失该帧丢失该帧丢失/被丢弃，重新发送该帧。被丢弃，重新发送该帧。被丢弃，重新发送该帧。被丢弃，重新发送该帧。n n重复重传过程，直至收到确认帧止。重复重传过程，直至收到确认帧止。重复重传过程，直至收到确认帧止。重复重
45、传过程，直至收到确认帧止。注：一般可将重传时间选为略大于注：一般可将重传时间选为略大于注：一般可将重传时间选为略大于注：一般可将重传时间选为略大于“从发完数据帧到收从发完数据帧到收从发完数据帧到收从发完数据帧到收到确认帧所需的平均时间到确认帧所需的平均时间到确认帧所需的平均时间到确认帧所需的平均时间”。59河海大学电子信息工程系接收方正确区分重传帧n n情况分析情况分析情况分析情况分析n n当确认帧在途中时，发送方计时器超时有可能造成某当确认帧在途中时，发送方计时器超时有可能造成某当确认帧在途中时，发送方计时器超时有可能造成某当确认帧在途中时，发送方计时器超时有可能造成某帧的多次重传；帧的多次
46、重传；帧的多次重传；帧的多次重传；n n接收方必须将包含发送方网络层分组的每个数据帧提接收方必须将包含发送方网络层分组的每个数据帧提接收方必须将包含发送方网络层分组的每个数据帧提接收方必须将包含发送方网络层分组的每个数据帧提交接收方的网络层，且只能提交一次。交接收方的网络层，且只能提交一次。交接收方的网络层，且只能提交一次。交接收方的网络层，且只能提交一次。n n解决办法解决办法解决办法解决办法n n在发送方定义帧的序列号，在接收方定义帧序列号期在发送方定义帧的序列号，在接收方定义帧序列号期在发送方定义帧的序列号，在接收方定义帧序列号期在发送方定义帧的序列号，在接收方定义帧序列号期望值；望值；
47、望值；望值；n n根据接收帧序列号与期望值的比较结果区分首次接收根据接收帧序列号与期望值的比较结果区分首次接收根据接收帧序列号与期望值的比较结果区分首次接收根据接收帧序列号与期望值的比较结果区分首次接收帧和重复接收帧。帧和重复接收帧。帧和重复接收帧。帧和重复接收帧。60河海大学电子信息工程系重复接收帧的识别发送帧发送帧m 丢失丢失超时重传超时重传超时重传超时重传期望接收期望接收seq=0期望接收期望接收seq=0接收帧接收帧m，回送确认，回送确认期望接收期望接收seq=1确认帧确认帧m收到收到帧帧m,seq=0帧帧m,seq=0帧帧m,seq=0期望接收期望接收seq=1接收帧接收帧m的的se
48、q=0，丢弃，丢弃收到确认收到确认发送帧发送帧 m+1期望接收期望接收seq=1接收帧接收帧m+1，回送确认，回送确认期望接收期望接收seq=0确认帧确认帧m+1收到收到收到确认收到确认发送帧发送帧 m+2确认帧确认帧m收到收到帧帧m+1,seq=161河海大学电子信息工程系简单单工协议比较n n协议协议协议协议1 1完成数据链路层协议的基本功能完成数据链路层协议的基本功能完成数据链路层协议的基本功能完成数据链路层协议的基本功能n n发送方将网络层的分组封装成帧，交物理层发送；发送方将网络层的分组封装成帧，交物理层发送；发送方将网络层的分组封装成帧，交物理层发送；发送方将网络层的分组封装成帧，
49、交物理层发送；n n接收方从物理层的接收帧抽取分组，交网络层。接收方从物理层的接收帧抽取分组，交网络层。接收方从物理层的接收帧抽取分组，交网络层。接收方从物理层的接收帧抽取分组，交网络层。n n协议协议协议协议2 2增添流量控制功能增添流量控制功能增添流量控制功能增添流量控制功能n n发送方收到确认帧后才允许发送下一帧；发送方收到确认帧后才允许发送下一帧；发送方收到确认帧后才允许发送下一帧；发送方收到确认帧后才允许发送下一帧；n n接收方收到数据帧后回送确认帧。接收方收到数据帧后回送确认帧。接收方收到数据帧后回送确认帧。接收方收到数据帧后回送确认帧。n n协议协议协议协议3 3增添检错重传功能
50、增添检错重传功能增添检错重传功能增添检错重传功能n n发送方定义帧序列号，启动计时器，超时重传发送方定义帧序列号，启动计时器，超时重传发送方定义帧序列号，启动计时器，超时重传发送方定义帧序列号，启动计时器，超时重传n n接收方定义帧序列号期望值，将匹配帧交网络层接收方定义帧序列号期望值，将匹配帧交网络层接收方定义帧序列号期望值，将匹配帧交网络层接收方定义帧序列号期望值，将匹配帧交网络层62河海大学电子信息工程系停止等待协议的要点n n只只只只有有有有收收收收到到到到序序序序号号号号正正正正确确确确的的的的确确确确认认认认帧帧帧帧 ACK ACK n n 后后后后，才才才才更更更更新新新新发送状