第4章 数据通信接口与链路控制

0 c6 c5 c2 0 c6 c5 c1 0 c c c 6 4 0
(4.14)
4.5.2 海明码
上式经移项后，可求出校验位生成式：
c2 c6 c5 c4 c1 c6 c5 c3 c c c c 0 6 4 3
4.1.1 通信方式
（3）全双工通信（Full-duplex）
通信双方可以同时发送和接收信息。可以使
用两个不同的时隙或两个不同的载频来进行 双向信息的传输。 实例： 全双工方式工作的以太网

GSM网采用双频全双工链路 有线长途电话网采用全双工传输方式
(a)
传输方向
A-B传输方向 (b) A B-A传输方向 B
4.1 数据通信系统
目前常用的传输代码有： 1）国际5号码 2）国际电报2号码 3）EBCDIC码 4）信息交换用汉字代码
4.2 数据通信接口特性
4.2.1 机械特性
机械特性一般是指硬件连接的接口（连接器）的大小尺 寸和形状，即大小和形状合适的电缆、插头或插座。通信电 缆可以是圆形的，也可以是扁平带状的。连接器各个引脚的 分配，具体地说，就是插头(或插座)的线(芯)数及线的排列，
S1 c6 c4 c2 S2 c6 c3 c1 S c c c 3 6 3 0
(4.13)
4.5.2 海明码
在发送端的信息位c6、c5、c4和c3的值取决于输入 数据，是随机的，而校验位c2、c1、c0则根据信息位的 值按校验位关系式确定。若编成的码组中无差错，那 么校验位应使式(4.13)中的S1、S2、S3值均为0，可得：

(4.15)
例如，对于一段信息1000，按式(4.15)校验位生成 式可得： c2=1， c1=1， c0=1，于是发送端发送的码字 是1000111。
4.5.2 海明码

假如在接收端收到码字0000111，按以上校正因 子的计算式(4.13)可得：S1=1，S2=1，S3=1，三个校正 因子不全为0，说明码字有错，错误位置为 S=S1S2S3=111=7，即信息位c6有错。将c6上的0变为1， 即可纠正错误。最后去掉校验位，得到正确信息为 1000。
两设备间接线的数目。连接器一般都是插接式的。
4.2 数据通信接口特性
4.2.2 电气特性 说明在接口电缆的哪根线上出现的电压应为什 么范围，即什么样的电压表示1或0。
电气特性描述了通信接口的发信器(驱动器)、 接收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。
4.2 数据通信接口特性
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
第4章 数据通信接口与链路控制
教学重点和难点： 数据的传输方式； 数据链路控制协议; 差错技术。
4.1 数据通信系统
异步传输：无需在收发两端实行比特专门同 步，但要在发送分组的首尾加起止信号，一 同传送。 缺点： 附加开销大 当噪声干扰起止信号时，可能会失去有用信 息；
4.1 数据通信系统
2. 同步传输
同 步
接收端要按发送端所发送的每个码元的
重复频率和起止时间接收数据。
传送的一帧数据 1字节字符 帧起始同 空白字符 步字符 1 0 1 1 0 0 1 0 帧内容 帧终止字 空白字符 符
4.5.1 奇偶校验码
例如，ASCII 码字中大写字母A的二进制7比特为 1000001(左为D7，右为D1)，1的个数为偶数，因此为 确保加入校验位D8后的码字所含总的“1”应为偶数， 则校验位D8必为0。
4.5.1 奇偶校验码
奇校验码 奇校验码的校验规则是：加入校验位后的码字 所包含的总的“1”的个数为奇数，即 D1D2D3…D7D8=1 如仍将上例说明，为确保加入校验位D8后的码 字所含总的“1”应为奇数，则校验位D8必为1。
1. 滑动窗口的概念
4.4.3 滑动窗口的概念图
4.4.2 滑动窗口的流量控制方法
2. 滑动窗口机制的流量控制方法
图4.4.4 滑动窗口机制的流量控制
4.4.3 连续ARQ协议
连续ARQ协议的的工作原理
图 4.4.5 连续ARQ协议的工作过程
4.4.3 连续ARQ协议
吞吐量是在一个给定的时间段内介质能够传输 的数据量，使用 Mb/s 进行度量同的吞吐量。
4.5.2 海明码
表4.5.1 校正因子与出错码位置的对应关系
4.5.2 海明码
从上表可知，仅当一个出错码位于c 6、c 5、c 4和 c 2 时，校正因子S1为1，否则S1为0。可求得c 6、c 5、 c 4、c 2四个码元形成的偶校验关系；同理，可得c 6、c 5、 c 3、c 1和c 6、c 4、c 3、c 0两组四个码元形成的偶校验关系 (参见式(4.13))如下：
差错控制是数据通信中常用的方法。一般都采用
抗干扰编码来进行差错控制。其方法基本上有两类： 自动请求重发ARQ 另一类是前向纠错EEC
混合方式
4.5 差错控制技术
差错检测码 4.5.1 奇偶校验码 奇偶校验码是一种最简单的无纠错能力的检错码， 其编码规则是先将数据代码分组。
4.5.1 奇偶校验码
偶校验码: 在偶校验码中，校验位为1位(比特)；其校验规则 为：加入校验位后的码字所包含的总的“1”的个数 为偶数，即 D1 2D3…D7D8=0 D
式中，D为每帧数据信息的比特数，H为控制信息的 比特数，C为数据传输速率，T为定时器的超时值，P为 有故障的概率。
4.4.1 停止-等待协议
3. 停止-等待协议的算法
图 4.2.2停止-等待协议(半双工传输方式) 基本的收发过程
4.4.1 停止-等待协议
停等协议特点 优点：简单 缺点：等待时间长
4.2.3 功能特性 功能特性规定接口信号所具有的特定功能， 即DTE-DCE之间各信号的信号含义。通常信号线 可分为四类：数据线、控制线、同步线和地线。
4.2 数据通信接口特性
4.2.4 规程特性 规程特性就是规定使用交换电路进行数 据交换时应遵循的控制步骤，即完成连接的 建立、维持、拆除时，DTE和DCE双方在各线 路上的动作序列或动作规则。
4.4.1 停止-等待协议 1 停止-等待协议的特征描述
图 4.2.1 停止-等待协议的通信过程
4.4.1 停止-等待协议
（1） 正常情况 （2） 非常情况
4.4.1 停止-等待协议
A
DATA0 ACK 时 间 DATA1 ACK (1)正常情况 重传
B
A
DATA0 NAK DATA0 ACK
4.4.1 停止-等待协议
(3)在程序设计中，我们还应当考虑发送端在发完 数据帧后，必须在其发送缓冲区内保留该数据帧的内 容，以便在出现差错时可重发；只有在收到对方发来 的ACK后，才能将其清除。 这种方法采用接收端检错、发送端执行重发的控 制体系，常称之为自动请求重发(ARQ）。
4.4.2 滑动窗口的流量控制方法
奇偶校验码简单实用，但检错能力有限，一般只 能检出奇数个出错码元，不适宜检测突发性差错。
4.5.2 海明码
海明码是由R．Hamming在1950年提出的一种特殊 的线性分组码，它可以纠正1位出错的比特。其基本编 码规则是：若码长为n，信息位为k，则附加r位冗余信 息(也称监督位或校验位)，其中每个校验位与某几个特 定的信息位构成偶校验的关系。
4.1 数据通信系统
4.1.1 通信方式 当数据通信在点对点之间进行时，按照信息的传 输方向，其通信方式有3种。 （1）单工通信（Simplex） 单工通信中传输的信息始终是一个方向。单工通 信只需要一条信道。 例如：广播网、寻呼网
4.1.1 通信方式
（2）半双工通信（Half-duplex） 通信双方都可以发送（接收）信息，但不能同时双向 发送。 例如： 无线对讲机 采用CSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection）协议机制的以太网（Ethernet）
4.1 数据通信系统
计算机系统 (DTE) 服务器 (DTE) (DCE) 通信 接口 (DCE) 通信 接口
传输介质
主机
通信 控制器
数据 电路 终接 设备
传输 信道 数据电路 数据链路
数据 电路 终接 设备
通信 控制器
服 务 器
图4.1.1 传统的数据通信系统的基本构成
1.DTE、DCE 2.数据电路和数据链路
A-B传输方向 (c) A B-A传输方向 B
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
4.1 数据通信系统
4.1.2 异步通信和同步通信 1. 异步传输 每个字符在传输时都前后分别加上起始位和结束 位，以表示一个字符的开始和结束。起始位为“0”， 结束位为“1”，结束位的长度可以为1位、1.5位或2位。
4.1.1 物理链路的基本结构
4.3.1 物理链路的基本结构
物理链路的基本结构：点点链路和多点链路。
图 4.1.2 物理链路的结构
4.1.2 数据链路控制的功能
帧同步 寻址 流量控制 差错控制 数据和控制信息的识别 透明传输 链路管理
4.4 数据链路控制协议机理与分析
4.1 数据通信系统
同步传输：要求收发两端比特、帧同步。 特点： 附加开销较异步方式少许多。 误码造成同步信号丢失后，将可能失去整个 用户数据。
4.1 数据通信系统
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)。
B
出 错
A
DATA0
B
丢失 超时 DATA0 ACK 超 时
A
DATA0 ACK 丢失 DATA0 ACK
B
重传
重传
丢 弃
(2)帧校验错误
(3)数据帧丢失
(4)确认帧丢失
4.Байду номын сангаас.1 停止-等待协议
2. 停止-等待协议的定量分析
信道利用率为
U0 D 1 (1 P) H D 1 CT ( H D)
[例4-1]在一个广域网上传送数据，设数据帧为1096比特， 数据速率为64kbit/s，链路长度为2000km。试求停止-等 待协议的归一化吞吐量ρs与连续ARQ协议的归一化吞吐 量ρc
4.4.4 选择重传ARQ协议
选择重传ARQ协议
4.5 差错控制技术
差错控制方法 差错控制是采用可靠、有效的编码以减少或消 除计算机通信系统中传输差错的方法，其目的在于 提高传输质量。
4.5.2 海明码
若要求用r个校验位构造出r个校验关系式来指出 一位出错码的n种可能的位置，必须满足下列条件： 2r≥n+1， 即 2r≥k + r + 1 (4.12) 现以k=4为例来说明海明码的构造方法。如要满足 不等式(4.12)，则有r≥3。如取r=3，则n=k+r=7，常记 作(n，k)。 现以 c6c5c4…c0 表示例中的7个码元，用S1 、S2 、S3 表示三个校验关系式中的校正因子，则海明码中S1、 S2、S3的值与出错码位置的对应关系如表4.5.1所示(也 可定成另一种对应关系，不会影响其一般性)。
4.4.1 停止-等待协议
(1)当接收端的节点B收到的N(S)与本身的 V(R)不等，表明序号有错，那么也可以采用回 送一否认帧(NAK)，表明收到的帧有误。加了 这点功能，标志着通信协议已有了变化，这种 处理称之为“负证实”。
4.4.1 停止-等待协议
(2)同样，可将半双工数据链路推广为全双工通信 工作方式，亦即节点A、B都可发送和接收数据帧、确 认帧或否认帧等。于是，收、发双方均需各自设置 V(S)和V(R)。在传输的数据帧中应有N(S)与N(R)两个 值，分别取自V(S)与V(R)。由于在数据帧中可通过N(R) 传送确认信息，这种方式称捎带(piggybacking)确认 (在上列程序中已用到)，其中N(R)值告诉发送方，表 明［N(R)-1］及以前的序号的帧已正确地被接收到， 期望对方发送的帧号为N(R)，而N(S)为本方发送的数 据帧序号。