第4章 数据链路层ppt课件

第4章 数据链路层,2005年8月 计算机系网络教研室 田华,学习目标,了解 1数据链路层概述 帧的定界方法 2 HDLC HDLC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 PPP PPP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,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 HDLC HDLC通信过程,数据链路层概述,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） 数据链路 物理线路+通信控制规程（差错/流量等）,链路,差错控制 等处理电路,差错控制 等处理电路,数据链路,帧与报文,报文 用户传输的数据。 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,起始标志,接收站标识,控制段,帧校验序列,数据,帧,数据链路层的目的,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 在物理连接上建立数据链路连接,数据链路连接,链路层为网络层提供的服务,数据链路连接 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。,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 提供数据链路端点标识符，即地址 在将报文分帧的情况下保证帧的顺序 差错检测、纠正、报告 流量控制 发送/接收端数据速率相同 服务质量参数商定,链路层的功能,链路管理 发送/接收是否准备好 定界与同步 帧何处起始、何处中止 字符计数 首尾分界字符 首尾分界标志序列 物理编码违例 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/接收端链路层处理能力协调。,差错控制 差错控制编码 透明传输 能正确区分控制信息和数据 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,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。 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=0,data=get_host(),data_s= vs+data+CRC,Send(data_s),Call time_out(),data_r=receive(),(data_r=null) and (time_out()=0),发送序号初始化,取得上层数据data,数据帧编码,发送数据帧,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+1,yes,no,yes,yes,no,判断是否 收到确认信息,判断对方是否 要求重发,yes,判断是否已经超时,no,4.2停等协议算法,接收方,vr=0,data_r=receive(),(data_r=null),yes,CRC(data_r),send(ACK),send(NAK) data_r=null,ns!=vr,data_r=null,(data_r!=null),send_host(data_r),vr=vr+1,yes,yes,yes,no,no,no,4.2停等协议特点,优点：简单 在数据帧当中只需设置一个序号，表示当前帧的序号 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 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=5 buff_s()=0, vs_ack=0,发送序号初始化, 发送缓冲区大小初始化，发送窗口初始化 发送缓冲区初始化， 应答序号初始化。,buff_s(vs_n)=get_host(),从上层获取数据， 写入发送缓冲区当前位置,data_s=vs+buff_s(vs_n)+CRC,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， 而还未收到应答帧,发送帧，并将 发送序号加1,vs_n = vs_ack,Call time_out(),data_r=receive() vs_ack=data_r(ACKm),data_r=receive() vs_ack=data_r(ACKm),yes,no,no,yes,发送方,接收帧，取得接收方希望接收的帧编号,4.3连续ARQ算法,vr=0,data_r=receive(),(data_r=null),yes,CRC(data_r),send(ACK，vr+1),send(NAK) data_r=null,ns!=vr,data_r=null,(data_r!=null),send_host(data_r) vr=(vr+1) mod 8,yes,yes,yes,no,no,no,连续ARQ的特点,优点： 不需要等待每一帧的确认信息 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,窗口机制 连续ARQ ARQ Wt =1 Wr =1 回退n步ARQ 1 Wr,数据链路控制规程举例,局域网内常用的链路层规程 IEEE802 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,PPP,RS-232C,RS-232C,电话网 通信标准,RS-232C,电话网 通信标准,PPP,RS-232C,电话拨号上网,modem,modem,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,以太网物理层,IEEE802/,以太网物理层,IEEE802/,RS-232C/V.35等,HDLC/PPP/,网络层, ,DCE,局域网连入广域网,DCE,数据链路规程 链路种类,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 平衡型 链路两端的节点都可以发出命令 正常响应方式 主站发起命令，从站响应 异步响应方式 从站也可以发起传送数据的命令,4.5 HDLC,标志：帧定界标志 地址：次站/应答站地址 帧校验：CRC校验,HDLC控制字段,监控帧 S,用于信息帧的差错控制、流量控制,FLAG,Address,Control,FCS,FLAG,8位8位8位16位 8位,32位,00000011,00000001,N(R),P/F,SS,8 7 6 5 4 32 1,01,01111110,01111110,控制编码,监控帧标志,探询响应位,监控帧 S-SS,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,初始好 不忙 以前正确 对方是否也好？,RNR-接收未准备好,用于流量控制 忙,REJ-拒绝帧,用于差错控制 编号不正确时，要求重发 用于忙状态解除,无编号帧 U,用于链路的建立、拆除及多种控制功能,FLAG,Address,Control,FCS,FLAG,8位8位8位16位 8位,32位,00000011,00000001,MMM,P/F,MM,8 7 6 5 4 32 1,01,01111110,01111110,帧编码,MM-帧编码,8 7 654 3 MMMP/FMM帧名称 0 0 1P=11 1 SABM置异步平衡方式 0 1 1P=11 1 SABME置扩充异步平衡方式(模128) 0 1 1F=10 0UA无编号确认 0 0 0F=11 1DM已断开方式 0 1 0P=10 0DISC断开连接 1 0 0F=10 1FRMR帧拒绝,SABM/SABME置异步平衡方式(扩充),SABM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。 SABME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,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,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,用在逻辑上结束以前所建立的操作方式。,FRMR帧拒收应答,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。 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,链路的建立 数据传送阶段 链路拆除阶段,LAPB链路操作规程,A方,B方,S=0 R=0 P=1,S=0 R=0,S=1 R=0,S=2 R=1,S=1 R=0 P=1,S=3 R=2,F,B,RR2,F,FCS,F,S=2 R=2,F,B,RR3,FCS,F,S=2 R=3,LAPB链路操作规程,A方,B方,S=3 R=2,S=2 R=3 P=1,S=3 R=4,S=4 R=4,4.6 Internet链路层协议-PPP,PPP（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。 提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。 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。,PPP,PPP由3部分协议构成。包括： 链路控制协议LCP（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,标志字段：7E（01111110） 地址字段：FF（11111111） 控制字段：03（00000011） 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。 帧校验序列FCS与HDLC的相同。 PPP不是面向比特的，因此帧的长度应为整数个字节。,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,PPPOE,ADSL MODEM,以太网物理层,IEEE802,物理层,PPPOE-PPP,网络层, ,PPPOE,以太网物