数据链路层协议及分析.ppt
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1、1,第4章 数据链路层协议及分析,2,内容提要,数据链路层的功能数据链路层的流量控制协议广域网数据链路传输控制规程局域网的数据链路层协议分析Internet数据链路层协议,3,重点和难点,重点数据链路层的功能流量控制协议HDLC协议局域网各种媒体访问控制机制因特网的接入难点链路层协议的理解窗口滑动机制和窗口大小的选择HDLC各字段的含义及其控制过程CSMA/CD访问机制PPP协议,4,概述,基本概念链路,是指一条无源的点到点的物理线路段,且中间没有任何其它的交换结点,如图所示。数据链路,指的是除了具备一条物理线路外,还必须有一些必要的规程控制这些数据的传输。,5,概述(续),基本概念数据链路,
2、当需要在一条线路上传送数据时,除了必须有一条物理线路外,还必须有一些必要的规程(procedure)来控制这些数据的传输。把实现相关规程的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。数据链路就象一条数字管道,可以在它上面进行数据通信。数据链路层关注的问题如何在一条数据链路上实现端到端的可靠的数据传输。,6,4.1 数据链路层的功能,链路管理主要解决包括数据链路的建立、维持和释放。信息的传输主要解决如帧格式、帧大小、帧同步、帧顺序编号以及判断是数据信息海华丝控制信息等问题。流量与差错控制流量控制问题实际上就是收发双方收发速率的同步问题。差错控制问题就是确保数据准确的递交给目标方高层。异常情况处理对在
3、该层中出现的异常情况,要解决如何检测、如何处理等问题。,7,4.2 数据链路层的流量控制协议,概念是指对在数据链路上传输的帧进行速度的控制,保证接收端有足够的缓冲单元存储发端发来的信息以便收端处理。常用2种方法停等流量控制滑动窗口流量控制,8,4.2 数据链路层的流量控制协议,停等流量控制基本原理利用差错控制中的反馈重发方式中的回送校验实现流量控制。发方每发送一帧后,必须等待对方回送确认应答信息后才能发下一帧。接收方在收到一帧数据后,先检查帧是否正确。若无差错,则将该帧数据向下一节点转发或当该节点为最终目的节点时将信息提交给主机,并向发送节点回送一确认帧ACK;若该帧有错,则接收节点丢弃该帧,
4、并发送一否认帧NAK给发送端。发送节点收到确认帧ACK后,再发送下一帧。若发送节点收到否认帧,则重发对应的帧,直到收到确认帧ACK为止。,9,4.2 数据链路层的流量控制协议,停等流量控制工作流程,10,4.2 数据链路层的流量控制协议,停等流量控制特殊情况的处理超时计时器防止由于信息丢失导致发送端的无休止等待给帧编序号防止重帧现象出现缺点信道的利用率低,只适合半双工通信,11,4.2 数据链路层的流量控制协议,滑动窗口流量控制概念指对于任何时刻,都允许发送端一次发送多个帧,这些帧的序号个数就称为发送窗口的大小。发送窗口保存已发送但尚未经确认的数据帧。接收窗口保存已正确接收但尚未提交给主机的数
5、据帧。发送端与接收端不必具有相同大小的窗口。,12,滑动窗口流量控制概念示例实则是封闭且有序的数字序号队列滑动窗口目的 严格限制已发送出去而未被确认的数据帧的个数;在帧编号所用位数恰当的情况下,使每个数据帧都有唯一的编号,且可循环重复使用已收到确认的那些帧的序号。,4.2 数据链路层的流量控制协议,13,滑动窗口流量控制发送窗口发送窗口用来对发送端进行流量控制,即通过规定发送窗口的大小WT来代表在没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧。,4.2 数据链路层的流量控制协议,14,滑动窗口流量控制接收窗口在接收端只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。若
6、接收到的数据帧落在接收窗口之外,则一律将其丢弃。,4.2 数据链路层的流量控制协议,15,滑动窗口流量控制发送窗口的大小限制,可以证明,当用n个比特进行编号时,若接收窗口WR的大小为1,则发送窗口WT的大小与编码二进制位数之间有如下关系:WT2n-1(WR=1),4.2 数据链路层的流量控制协议,16,4.3 广域网数据链路传输控制规程,概述数据链路控制规程(DLCP)要解决的主要问题数据编码格式传输控制字符报文格式呼叫及应答方式传输步骤差错控制方式通信方式同步方式信息传输方式,17,4.3 广域网数据链路传输控制规程,概述广域网数据链路控制规程的分类面向字符型传输控制规程以字符作为传输基本单
7、位典型的有:BSC、DDCMP等面向比特型传输控制规程以比特为基本传输单位典型的有:HDLC、SDLC、ADCCP等,18,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向字符型传输控制规程分析规程特性传输的基本单位为字符信息编码可采用五单位代码、七单位代码和信息交换汉字代码等可采用同步或异步传输传输速率为200bps4800bps通信方式可采用半双工或全双工差错控制采用反馈重发方式,差错编码一般采用方阵码发送方式为等待发送方式,19,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向字符型传输控制规程分析使用环境,20,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向字符型传输控制规程分析传输控制字符规定了10个基本
8、控制字符,这些字符不能在报文的标题及正文中出现,否则会产生错误的判断,因此传输的透明性差。采用了传输扩展控制字符,由双字符构成,21,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向字符型传输控制规程分析报文格式信息报文完整的信息报文由标题、正文组成,并以信息块校验字符(BCC结束)监控报文用于在链路上传送命令或响应,22,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向字符型传输控制规程分析数据链路控制步骤建立传输线路物理连接建立数据链路信息传输阶段拆除数据链路切断物理线路面向字符基本型控制规程的简化流程图,23,24,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析HDLC的产生背景,25,
9、4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析规程特性传输的基本单位是比特,适用于多种字符代码能用于任何链路结构采用同步方式传送数据,速率在2400bps以上采用连续发送方式每帧都带有帧编号和地址,可连续发送几帧后才要求对方予以确认,因而传输有效性较高可靠性好传输透明性好除了帧标志外,五专用的传输控制字符,因此不用对数据信息的组成加任何嫌孩子即可透明传输。数据信息和数据信息均采用统一的“帧”格式,因此格式一致且便于扩充。,26,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析几个概念站结构有3种类型的通信站:主站、从站和组合站链路结构非平衡型:由一个主站和多个从站
10、组成。分为2种:点对点方式和多点式,27,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析几个概念链路结构平衡型:通信双方都具有主站和从站功能,任一方都可以发出命令和响应(数据传送要求)。,28,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析几个概念操作模式正常响应模式(NRM)用于点点或点多点式的非平衡结构中异步响应模式(ARM)用于点点非平衡结构中或对称方式异步平衡模式(ABM)用于平衡结构中,29,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析帧结构1 Byte 1 Byte 1 Byte 可变长度 2 Byte 1 Byte从帧的组成可以看
11、出,数据链路层在信息字段的头尾各加有24bit的控制信息,这样就构成了一个完整的数据链路层的数据帧。,网络层PDU,标志字段F 地址字段A 控制字段C 信息字段INFO 帧校验序列FCS 标志字段F,30,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析标志字段F作用:用以实现帧级同步,以表明一帧的开始与结束位模式:01111110判读:对于接收方来讲,凡是出现在两个01111110之间的比特流一定是一个数据链路层的帧。,31,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析问题:在两个标志字段之间的比特串中,如果碰巧出现了和标志字段F一样的比特组合,应如何处理?解
12、决方法:HDLC采用了所谓的零比特填充法来使一帧中两个F字段之间不会出现6个连续的1,从而实现所谓的透明传输。,32,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析零比特填充法的思想发送:在发送端,当一串比特流尚未加上标志字段时,先扫描整个帧,只要发现有5个连续1,则立即填入一个0。显然,经过此方法处理后的数据,肯定不会出现6个连续1。接收:在接收一个帧时,先找到F字段以确定帧的边界。接着再对其中的比特流进行扫描。每当发现5个连续1时,就将此后的一个“0”删除,以还原成原来的比特流。例:被发送的原始数据:01001111110001010 碰巧 被发送端处理后的数据:01001
13、1111010001010(插入0)接收端处理后的数据:010011111 10001010 将此位置的“0”删除,33,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析零比特填充法的思想结论引入零比特填充法后,保证了数据链路层可以传送任意组合的比特流。或者说,可实现数据链路层的数据透明传输。一般就将位于两个F字段之间的所有字段称为“透明传输区间”。思考被发送的原始数据:0101111111111001010 被发送端处理后的数据?,34,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析地址字段Add为8比特的字段,概念上最大可提供256个不同的从站或应答站地址。对
14、不同的链路配置,地址字段有不同的含义,其中:非平衡配置从站的地址。平衡配置应答站的地址。特殊地址全“1”地址是广播方式。全“0”地址是无效地址。因此,有效的地址共有254个。为满足更多站点连接的需要,例如使用分组无线电,用户可能很多,在事先约定的情况下,HDLC还支持扩展地址的引入。,35,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析控制字段 控制字段共8bits,是最复杂的字段,也是HDLC的核心,HDLC的许多重要功能都要靠控制字段来实现。根据该字段最前面两个比特取值的不同,可将HDLC帧分为三类.信息帧I(Information)、监督帧S(Supervisory)、无
15、编号帧U(Unnumbered),36,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析帧校验序列FCS帧校验序列FCS(Frame Check Sequence)字段基于CRC校验原理,采用的生成多项式是:x16+x12+x5+1(对应二进制比特串为10001000000100001),所校验的范围是Add字段+C字段+Info字段。,37,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析信息字段INFO作用用来传送各种数据信息帧标志I帧的特征标志是控制字段的第1个比特为“0”。,38,面向比特型传输控制规程分析相关字段的作用比特5称为询问/终止(Poll/Fin
16、al)比特,简称P/F比特。这个比特的功能较多,并且在其他两类帧中都会用到,其主要作用体现在支持数据交换双方连接的建立、维持;在非平衡配置环境下,用于询问从站是否有数据交换请求;用于表示数据交换完毕。比特2-4称为发送序号N(S),表示当前所发送的信息帧的序号。比特6-8称为接收序号N(R),表示一个站所期望收到的信息帧的序号,同时含应答(确认以前收到的帧)。必须指出,在信息帧中设有接收序号N(R)这一字段,就表示不必专门为收到的信息帧发送确认应答帧。可以在本站有信息帧发送时,将确认信息放在其接收序号N(R)中让本站发送信息帧时将确认信息捎带走。,4.3 广域网数据链路传输控制规程,39,面向
17、比特型传输控制规程分析HDLC的监督帧监督帧简称为S帧,因不含Info部分,故为定长帧,所有监督帧都为48bit长。作用用于实现帧同步(流量控制)及信息帧的确认。帧标志S帧的特征标志是控制字段的第1个比特为“1”且第2个比特为“0”。,4.3 广域网数据链路传输控制规程,40,面向比特型传输控制规程分析Type字段的取值(第3、4位)该字段的取值不同就构成了四种不同的监督帧,如表所示。,4.3 广域网数据链路传输控制规程,41,面向比特型传输控制规程分析HDLC的无编号帧,无编号帧又称为U帧。作用用于传输各种起控制作用的命令。帧标志U帧的特征标志是控制字段的第1个比特为“1”且第2个比特也为“
18、1”。,4.3 广域网数据链路传输控制规程,42,4.3 广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析控制过程建立数据链路连接阶段传送数据阶段拆除数据链路阶段,43,4.4 局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.2逻辑链路控制子层LAN的数据链路层的特点必须支持链路的多重访问媒体控制层将承担某些链路访问的细节必须提高第三层的功能逻辑链路层的功能端端差错控制和确认端端的流量控制,可采用顺序号提供这些功能LAN不需要独立的第三层协议提供多址发送和广播发送,44,4.4 局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.2逻辑链路控制子层LLC服务无确认无连接服务不建立连接,源直接将数据发
19、往目的地,接收方不反馈常用于高层已具有出错处理和按序投递的功能或实际应用不需要将数据包按序投递的场合。有确认无连接服务在传送数据前无须建立连接“可靠的数据报”面向连接服务相当于X.25中的虚电路操作复杂、线路开销大,但能保证数据的可靠有序传递,出错后可通过重传纠错。,45,4.4 局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.2逻辑链路控制子层LLC协议利用MAC的服务为数据链路层的高层用户提供了LLC服务。帧格式与HDLC基本类似,但缺少HDLC的F和FCS字段。,46,4.4 局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.2媒体访问控制子层MAC地址有2类:单地址和组地址允许有16位或者48位
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