计算机通信网 第4章 数据通信接口与链路控制改-75页PPT文档资料

第4章 数据通信接口与链路控制
上述的数据链路控制功能与其数据链路控制协议 (规程)密切相关，不同的网络具有不同的通信协议(规 程)。本章讨论的重点是广域网的数据链路控制协议(规 程)，而局域网的数据链路控制协议(规程)比广域网的 更为复杂，我们将在介绍局域网时再进行讲述。
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下面从时间顺序对传输一个数据帧的简单过程来 分析停止等待协议的特征。设t1为数据帧传输第1比特 的开始时刻，t2为第1比特到达节点B的时刻，t3为数据 帧最后1比特到达的时刻，则数据帧的传播时间tp为
tp

t2
t1

l

(4.1)
式中，l为节点AB间的传输距离(km)；v为电波速度，
一般在线媒质中取为2×105km/s。
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如果在纯理想的条件下，即既不考虑数据传输时 间又忽略传播时延，不计确认帧的开销，则信道利用 率U仅与帧的结构F=H+D有关。例如，设帧F的D长度 为128字节，而H为6字节，由此可算得U=95.5%。与异 步通信方式传输一个字符的信道利用率U=70%相比较， 可见以帧为单元的同步通信的信道利用率有了较大的 改善。
所 组 成 ， 如 图 4.1.1 所 示 。 在 ITU 的 系 列 建 议 中 ， 数 据 终 端 设 备
(DTE)泛指智能终端(各类计算机系统、服务器)或简单终端设备
(如打印机)，内含数据通信(或传输)控制单元。数据电路包含传输
介质及两端的数据电路终接设备(DCE，Data Circuit Terminating
信息字段
传输方向
校验字段
控制字段
图4.1.4 同步串行通信的字符
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同步方式有比特同步、字符同步和帧同步等。与 异步通信方式相比，由于它发送每一字符时不需要单 独加起始位和终止位，具有较高的传输效率，故现代 数据通信，特别是高速环境下，主要采用同步通信。
第4章 数据通信接口与链路控制
第4章 数据通信接口与链路控制
2) 非常情况 现在，我们再来讨论节点A与B之间的数据传输有 可能出现差错的情况。其差错具体表现在以下两方面： (1)节点A向节点B发送数据帧时，在传送中受到干 扰出错或丢失数据。 (2)节点B收到数据帧后，回送出ACK帧，在B→A 的传输过程中，受到干扰出错或丢失数据。
第4章 数据通信接口与链路控制
第4章 数据通信接口与链路控制
4.1 数据通信系统 4.2 数据通信接口特性 4.3 数据链路控制的基本概念 4.4 数据链路控制协议机理与分析 4.5 差错控制 4.6 高级数据链路控制(HDLC)规程
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4.1 数据通信系统
典型的数据通信系统主要由数据电路和两侧的数据终端设备
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A
B
t1
数 据帧
t2 t3
t5
应答帧
t4
t6
t
图4.4.1 停止等待协议的通信过程
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1.停止等待协议的特征描述
停止等待协议的特征是：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 (Acknowledgement,ACK)。如果节点B收到数据帧后， 经检验无差错，则回送一应答(确认)帧通知节点A，节 点A才能发送下一个数据帧，这种处理称之为正证实。
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校验位 字符
传输方向
终止位
起始位
图4.1.3 异步串行通信的字符
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异步通信方式的优点是实现字符同步比较简单， 收发双方的时钟信号不需要严格同步；缺点是不适宜 高速率的数据通信，且对每个字符都需加入起始位和 终止位，因而传输效率低。如字符采用国际5号码，起 始位为1位，终止位为1位，并采用1位奇/偶校验位， 则传输利用率仅为70％。
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同步通信方式要比异步通信方式复杂，它是以固定的时 钟节 拍来发送数据信号的，因此在一个串行数据流中，各信号码元之 间的相对位置是固定(同步)的。接收端为了从接收到的数据流中 正确地区分一个个信号码元，必须具有与发送端一致的时钟信号。 在同步通信方式中，发送的数据一般以组(Block)或帧(Frame)为单 位。通常一组(或帧)数据包含多个字符代码或多个比特，在其前、 后分别加上控制字段和校验字段，如图4.1.4所示。
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4.1.1 通信方式 数据通信的传输是有方向性的，从通信双方的信
息交互方式和数据电路的传输能力来看，有以下三种 基本方式：
·单工通信：即单方向通信,如电视广播、无线广播 等，如图4.1.2(a)所示。
·半双工通信：即双向交替通信，双方不能同时通 信；一方发送信息时，另一方只能接收信息，反之亦 然，如图4.1.2(b)所示。
1)点-点链路 在点-点链路中，发送信息或命令的站常称为主站 (Primary，可简写成P)，接收信息和命令而发出确认信 息或响应的站称为从站(Secondary，可简写成S)；兼有 主、从站功能，可发送命令或响应的站称为复合站。
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2) 多点链路 在多点链路中，往往有一站为控制站，主管数据 链路的信息流，并处理链路上出现的不可恢复的差错 情况；其余各站则为受控站。多点链路早先用于面向 终端的计算机系统，随着计算机通信技术的发展，现 已广泛用于计算机局域网、无线分组网和卫星分组网。
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DTE
DTE
(a)
(b)
图4.3.1 物理链路的结构 (a)点-点连接；(b)多点连接
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物理链路的基本结构可分为两种：点-点链路和多 点链路。数据链路两端的DTE可以是计算机或终端， 也可是路由器或交换设备。从链路逻辑功能的角度来 看，这些设备可称为站;从网络拓扑结构的观点来看， 则常称之为节点(Node)。
器的电气连接方法及其电气参数，如信号电压(或电流)、 信 号 源 、 负 载 阻 抗 等 。 ITU―TV 系 列 建 议 的 V.28 、 V.10、V.11及X系列的X.26、X.27都是描述有关电气特 性的，其中V.10与X.26，V.11与V.27具有相同的特性， 参见表4.2.2。表4.2.2中给出的数据传输率是参考值， 它与DTE/DCE间电缆的长度和类型有关。
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表4.1.1 国际5号码编码表
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4.2 数据通信接口特性
4.2.1 通信接口的机械特性［10］ DTE和DCE之间的接口首先涉及用于多线互连的
接插件的机械特性，它规定了接插件的几何尺寸和引 线排列，如图4.2.1所示。几种常用的接插件规格及其 应用环境如表4.2.1所示。
·全双工通信：即双向同时通信，双方能同时收发 信息，如图4.1.2(c)所示。
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传 输方 向 (a)
A-B传 输方 向
(b)
A
B
B-A传 输方 向
A-B传 输方 向
(c)
A
B
B-A传 输方 向
图4.1.2 三种基本通信方式 (a)单工通信；(b)半双工通信；(c)全双工通信
4.4 数据链路控制协议机理与分析
4.4.1 停止等待协议 在广域网数据链路层上，最简单、最基本的数据链
路控制协议是停止等待(Stop and Wait)协议。为叙述 方便起见，我们假设数据以帧(Frame)为单元传输，并且 数据链路为半双工传输方式，如图4.4.1所示，仅由节点 A向节点B发送数据，节点B向节点A回送确认。
Equipment)。
计算机系统
(D TE )
通信
接口
(D CE )
(D CE )
传输介质
服 务 器 (DTE)
通信 接口
主机
通信 控制器
数据 电路 终接 设备
传输 信道
数据 电路 终接 设备
通信 控制器
服 务 器
数据电路 数据链路
图4.1.1 传统的数据通信系统的基本构成
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4.1.3 传输代码 由数据终端设备发出的数据信息一般都是字母、
数字或符号的组合。为了传递这些信息，首先需将这 些字母、数字或符号用二进制数“0”或“1”的组合， 即二进制代码来表示(在OSI参考模型上位于表示层)。 目前常用的传输代码有：国际5号码、国际电报2号码、 EBCDIC码和信息交换用汉字代码。
tproc=t4-t3=t7-t6
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应答帧(ACK)的传输时间tA为
tA

t6Leabharlann t5A C
式中，A为应答帧长度。
因此，停止等待协议传输一个数据帧中D比特数据
的信道利用率U为
U
tD

D
(4.3)
tF tA 2 tp 2 tp ro c F A 2 C (tp tp ro c)
1)正常情况
所谓正常情况，是指在传输过程中，任何帧都不 会出错或被丢失，这是一种理想情况。如图4.4.1所示， 主机A将原文送到节点A，以数据帧格式通过数据电路 传到节点B。节点B收到数据帧后，经验证无误，应立 即执行下列操作：
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(1) 把数据帧送往主机B。
(2) 向节点A回送一个应答帧(ACK)确认。
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4.1.2 异步通信和同步通信 在串行传输中，解决收、发端间字符传输的同步
协调目前主要存在两种方式：异步通信和同步通信。 异步通信方式也称起止式同步通信，它以字符为传输 单位，不论字符所采用的代码为多少位，在发送每一 个字符代码时，都要在前面加上一个起始位，该起始 位的长度为1个码元，极性为“0”，表示一个字符的开 始。在每个字符代码的后面还要加上一个终止位，长 度可选为1、1.5或2个码元长度，极性为“1”，表示一 个字符的结束。异步串行通信的字符如图4.1.3所示。