过程控制第四章

滑动窗口机制：滑动窗口是数据链路控制的一个基本 机制，发送方和接收方分别设置发送窗口和接收窗口， 在数据传输过程中在接收方的控制下向前滑动，从而 对数据传输过程进行流量控制。 反馈重传机制： 差错控制的常用方法是反馈重传机制， 也称确认一重传机制，也是数据流路控制的一个基本 机制。接收方对接收到的数据予以某种形式的反馈信 息，向发送方通告传输差错状况，发送方根据反馈信 息对出现差错的帧进行重传。
–数据链路除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些
数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上， 就构成了数据链路。
–现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协
议的硬件和软件。 –一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。
数据链路传输模型
主机 H1 向 H2 发送数据
主机 H1 电话网 H1 应用层 运输层 网络层 链路层 物理层 R1 网络层 链路层 物理层 R2 网络层 链路层 物理层 R3 网络层 链路层 物理层 路由器 R1 局域网 路由器 R2 广域网 路由器 R3 局域网 H2 应用层 运输层 网络层 链路层 物理层 主机 H2

缺点：
–
帧同步 帧长度
字节1
字节2
...
字节n
校验
II 使用字符填充的首尾定界符法

方法：
① 面向字符的通信协议，以特定的ASCII字符序列表示 帧首、帧尾及控制字段。 ② 帧文本以STX开始，ETX结束。

缺点：


兼容性差（依赖于特定的字符集，如ASCII） 帧长位数需为8的整数倍，不能传输任意长位数 若不用“DLE插入删除技术”时，数据传输会不透明
1 、滑动窗口
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。
WT
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
(a)允许发送 0 号至 4 号帧
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
A B C ... ETX ...
STX
面向字符的数据帧格式
如何解决此时数据传输的透明性？

问题：当数据中恰好出现 STX 或 ETX 时，帧的边界会被 误识别。 措施：
– –
控制字符如STX、ETX前（后）面加入DLE。 发送时对数据中的DLE，在其前面再插入一个DLE。
DLE STX A DLE B ETX

（4） 编码违例法


采用违反编码规律的策略来标志帧的边界。优 点：无须填充。 如 Manchester 编码中 表示 0，
表示1。而 、 则是违法编码
（3）寻址

在点-点链接的环境中，点对点的寻址方式比 较单一；但多点链接时则必须设置保证每一帧 正确送到的收方地址及发方地址，以便收方知 道是哪一个站点发送的帧。

图（b）:接收方已正确接收0号帧并发送确认帧，同时接收 窗口向前滑动，准备接收1号帧；发送方收到确认信息，发 送窗口向前滑动1个序号，5号帧落入发送窗口，可以发送 5号帧。

图（c）:接收方已正确接收0～3号帧并发出确认帧，接收 窗口继续向前滑动，准备接收4号帧；发送方收到确认信 息，发送窗口向前滑动3个序号，6、7、0号帧落入发送窗 口，可以发送。
1 、滑动窗口

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
1
2
3
4
5
〃〃〃〃〃〃〃〃 n-1 〃〃〃〃〃〃〃〃
N
循环体
–
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。
（8）链路管理

当网络中的两个节点要进行通信时，数据的发方必须 确知收方是否已在准备接收的状态。为此，通信的双 方必须先交换一些必要的控制信息,或者说，必须先建 立一条数据链路。同样地，在传输数据时应当维持数 据链路，而在通信完毕时要释放数据链路。数据链路 的建立、维持和释放过程就叫做链路管理。
4.2数据链路控制的基本机制
4.2数据链路控制的基本机制
窗口机制：
- 发送方和接收方都具有一定容量的缓冲区（即窗口），
允许发送站连续发送多个帧而不需要等待应答 - 发送窗口就是发送端允许连续发送的帧的序号表，发 送端可以不等待应答而连续发送的最大帧数称为发送窗 口的尺寸 - 接收窗口是接收方允许接收的帧的序号表，凡落在接 收窗口内的帧，接收方都必须处理，落在接收窗口外的 帧被丢弃.接收方每次允许接收的帧数称为接收窗口的 尺寸。
（4）流量控制

流量控制应确保通信的基本要求，即发方的发送数据 速率必须不能超过收方及时接收和处理的能力。当收 方来不及接收时，就必须采取相应的措施来控制发方 发送数据的速率。
（5）差错控制

在计算机一类数据通信中，一般都要求有极低的比特 差错率，为此广泛采用了编码技术。编码技术有两大 类：一类是纠错编码，即前向纠错。收方收到有差错 的数据帧时，能够发现差错并能自动加以改正。这种 方法的开销较大，适合于使用卫星中继的计算机通信。 另一类是检错编码,即检错重发。收方一旦检测出收到 的帧中有差错，就要求发方重复发送这一帧，以便收 方能正确接收。这种方法在计算机通信中是最常用 的。
主机 H2
仅从数据链路层观察帧的流动
4.1 概述

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)。
1）点-点链路

点-点链路：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。
数据： (a)
插入的DLE
DLE插入：(b) DLE删除： (c)
DLE
DLE
STX
A
DLE
DLE
B
ETX
DLE
STX
A
DLE
B
ETX
III使用比特填充的首尾标志法

方法：
–
–
① 以特殊的比特组合（如 01111110 同步序列）标志帧的 开始和结束 ② 位填充易于用硬件实现， 如 ISO 的HDLC（高级数据链 路规程）
第四章 数据链路控制
计算机网络及通信 任 杰
第四章 数据链路控制

4.1 概述 4.2 数据链路控制的基本机制 4.3 自动请求重传 4.4 差错校验 4.5 高级数据链路控制规程 4.6 因特网数据链路控制协议PPP
数据链路控制

为什么设计数据链路层？
在原始物理传输线路上传输数据信号是有差错的；
1、滑动窗口

滑动窗口流量控制
– – – –
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据 帧。。 发送端与接收端不必具有相同大小的窗口。
1、滑动窗口


目的：对可以连续发出的最多帧数（已发出但未确认 的帧）作限制 序号使用：循环重复使用有限的帧序号 流量控制： 发送窗口：其大小WT表示在收到对方确认的信息之 前，可以连续发出的最多数据帧数（只有序号在窗口 内的帧才可以发送） 接收窗口：其大小WR为可以连续接收的最多数据帧 数（只有序号在窗口内的帧才可以接收，否则丢弃） 接收窗口驱动发送窗口的转动
WR
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1
(a)
准备接收 0 号帧 (b)
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
(b) 0 号帧确认接收，准备接收 1 号帧
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
(c) 0-3 号帧确认接收，准备接收 4 号帧
图（a）:刚开始发送时的情况，在发送窗口内的序号的 数据帧就是可以发送的数据帧，若发送方发送完5个帧 （0～4号帧）后，仍未收到任何确认信息，则停止发送 ，进入等待状态。
1 、滑动窗口

滑动窗口流量控制：发送窗口的大小限制
WT
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
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：
设计数据链路层的主要目的：将有差错的物理线路
改进成无差错的数据链路； 方法：差错检测、差错控制、流量控制 作用：为相邻节点提高数据传输质量，向网络层提 供高质量的服务，传输数据单元为帧。
4.1 概述
链路：是指一段点到点的物理线路，中间没有任何
交换结点。 数据链路：物理线路+链路协议=数据链路
2）多点链路


多点链路：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。
3）数据链路控制的功能

数据链路最重要的作用就是：通过一些数据链 路控制规程(即数据链路层协议)，在不太可靠 的、有外来干扰的物理链路上实现可靠的、几 乎无差错的数据传输。

优点：
–
面向位的通信协议，可传送任意位长度，通用性强
01111110
...
...
01111110
如何解决此时数据传输的透明性？


为防止帧中其它地方出现与帧标志相同的比特模式，发送 方边发送边检查数据，每连续发送 5 个“1”后，即在后 面自动插入一个“0”（叫“0”比特插入删除技术） 接收方在收到 5 个连续的“1”后，将后面紧跟的 1 个 “0”删去，恢复原来的数据。 例： 插入后： 恢复： 0110111111100011111010 011011111011000111110010 0110111111100011111010
（2）帧同步
把数据分割、封装成帧
– 关键问题：接收者如何从位流中区分出帧的边界(帧
同步或帧定界)，即帧的开始和结束. – 帧同步方法： I. 字节计数法
II. 使用字符填充的首尾定界符法 III. 使用比特填充的首尾标志法 IV. 编码违例法
I 字节计数法

方法：
– –
① 每帧以帧同步标志字节开始，后面紧跟帧长计数器 ② 接收方收到帧，知道帧的长度，每接收一个数据字节，计数 减1，直到为0，便是帧尾，帧后跟校验信息。 如果帧的长度域出错，则同步信息完全丢失，必须重新开始建 立同步。
收到确认 0
0 1 2 3 4
(b)允许发送 1 号至 5 号帧
5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
收到确认 0-3
(c)允许发送 4 号至 0 号帧
1 、滑动窗口
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。若接收到的数据帧落在接收窗口之外，则一律将其丢弃。
从层次上来看数据的流动
数据链路传输模型
主机 H1 向 H2 发送数据
主机 H1 路由器 R1 路由器 R2 局域网 广域网 路由器 R3 局域网 H2 应用层 R1 网络层 链路层 物理层 R2 网络层 链路层 物理层 R3 网络层 链路层 物理层 运输层 网络层 链路层 物理层
电话网
H1 应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
（6）数据和控制信息的识别

由于数据和控制信息都是在同一信道中传送的，在许 多情况下，数据和控制信息处在同一帧中，因此，一 定要有相应的办法使收方能够将它们区分开来，这就 是数据和控制信息的识别。
（7）透明传输

所谓透明传输，就是不管所传数据是什么样的比特组 合，都应当能够在物理链路上传送。当所传数据中的 比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时，就必须 采取适当的措施，使收方不会将这样的数据误认为是 某种控制信息，即保证了数据链路的传输具有透明性。
（1）数据帧
A、帧分割：发送端在发送数据前先将发送数据 分割成数据段，再在数据段两头插入控制信息， 这一串数据称为帧，控制信息称为帧边界。
分组 数据段 帧 帧边界
Baidu Nhomakorabea
（1）数据帧
B、帧重组：接收端将接收到的帧，按帧编号重 新组装起来，这一过程称为帧重组。
帧 分组
（2）帧同步


在数据链路层，数据的传送单元是帧。数据一 帧一帧地依次传送，这样在传输中一旦出现差 错，只需将有差错的帧再重传一次，而无须将 全部数据都进行重传，尤其适合于传输长的数 据文件。 帧同步是指收方应能从收到的比特流中准确地 判断出一帧的开始和结束，以便协调收发方之 间的工作。