7第七章数据链路控制规程.

共55页1第七章数据链路控制规程物理层是通过通信介质实体之间链路的建立、维护和拆除，形成物理连接，形成物理链路(数据电路)。在物理层只能接收和发送一串比特信号，不考虑信息的意义和信息的结构，也就不能解决真正的数据传输与控制，如异常情况处理、差错控制与恢复、信息格式、协调通信等。为了进行真正有效、可靠的数据传输，就需要对传输操作进行严格的控制和管理，这就是数据链路传输控制规程的任务，也就是数据链路层协议的任务。数据链路层协议是建立在物理层基础之上的，通过一些数据链路层协议，可以在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。共55页2第七章通信控制规程7.1数据链路的基本概念7.2流量控制与差错控制协议7.3二进制同步通信规程7.4高级数据链路控制7.5Internet中的数据链路控制协议共55页37.1数据链路的基本概念一、数据链路的基本结构1．数据链路(逻辑链路)的概念同一数据链路控制规程共55页4DTE(DigitalTerminalEquipment)数据终端设备：与网络端口相连的设备，如终端、计算机、打印机、前端处理机(FEP)等。DTE可以是产生数据的数据源．也可以是接受数据的数据源，或者是两者的结合；DCE(DataCommunicationEquipment，DataCircuitEquipment)数据通信设备或数据电路设备：为DTE和通信线路之间提供建立、维护和结束连接功能的设备，主要完成信号的转换和编码等任务，如调制解调器(Modem)、多路复用器、线路驱动器、数字线路的DSU(数据服务单元)等；DLP(DataLinkProtocol)数据链路层的协议或数据链路传输控制规程：完成数据传输的控制和管理功能的原则；数据站：DTE+DTC；物理链路的建立和拆除过程是用一连串的脉冲信号来表示的。对于数据通信系统，要完成一次通信，首先要建立物理链路，然后建立数据链路。在一次物理链路连接上可以进行多个通信，即可以建立多条数据链路。物理链路只有在拆除数据链共55页5路到建立数据链路这段时间是空闲的。数据链路与物理链路一样，都受时间限制，具有生存期2．数据链路的结构数据链路的结构：数据链路上通信站(数据站)的实际排列或配置的结构。如果数据链路只有两个通信站，则就是点对点的结构；如果数据链路上存在两个以上的通信站，就是点对多点的结构，如图5-2所示。环形链路属于点对多点的派生结构。共55页63．数据站的类型共55页73．数据站的类型主站：发送命令的站，在通信过程中，对链路负有全面管理职责的站。不论是专线还是交换线，在一条线路上，信息的收发、差错控制和异常恢复，都是在主站的控制下进行的；次站：接受命令的站，即受主站控制的站；组合站：既能发送命令又能接收命令的站；在点对点链路中，如果两站地位平等，都能负责整个链路的控制，既能发送命令又能接收命令，则这样的站称为组合站。控制站：在点-多点结构中，具有链路控制权的站；辅助站：在点-多点结构中，除了控制站的其它站；中性站：在点-多点结构中，暂时不参加数据交换的站；集中控制：在点-多点结构中，数据只能在控制站和次站之间进行交换的控制；非集中控制：在点-多点结构中，数据可以在任意两个站之间进行交换的控制；共55页84．数据链路的建立方式由于数据链路的结构不同，传输控制的方式也不同。对于点-点结构使用争用方式；对于点-多点结构，使用探询/选择方式。在集中控制的点-多点结构中，由控制站发送探询序列或选择序列，引导辅助站发送或接收信息报文；对于非集中控制方式，由控制站向辅助站发送探询序列之后，被探询的辅助站成为主站，再由主站向控制站或其他辅助站发送选择序列，执行选择过程。(1)探询选择方式(注意集中控制与非集中控制的区别)探询过程(邀请发送)：探询只能由控制站执行，用于确定辅助站有没有数据要发送，分为轮流探询(RollPolling)和传递探询(HubPolling)。控制站在发出探询序列之前必须作好接受数据的准备。选择过程(请求接收)：选择是主站用选择序列引导一个或多个从站接收信息报文的过程，只能也主站来执行。选择过程分为选择保持式和快速选择式。在发送数据之前确定从站是否可以接受数据直接发送数据给从站共55页9(2)争用方式争用就是争夺做主站，是建立数据链路的另一种方式。其共55页10(2)争用基本的方法是按照“先来先服务”的原则分配线路。每个站当它已准备好要发送信息或处于中性状态时，都可以发出选择序列，对方站被选择就变成从站，而本站即为主站，于是建立起数据链路，建链的主站就可以向从站发送信息报文。二、数据链路的控制功能数据链路的控制主要有链路管理、定界与同步、流量控制、差错控制、透明传输和寻址等功能。链路管理：数据链路的建立、维持和释放；定界与同步：定界就是发送端把要发送的数据打包成帧，变成物理层的位流发送出去；同步就是接受端要能从物理层的位流中确定帧的开始位和结束位；一般帧包含帧头、信息和帧尾等三部分；帧头包含各种控制信息，信息包含要传输的数据，帧尾包含校验信息；流量控制：发送端与接收端必须协调工作，发送端发送数据的共55页11二、数据链路的控制功能速率必须使接收端来得及接收。当接收端来不及接收时，就必须及时控制发送端发送数据的速率；差错控制：在计算机通信中，接受端可以通过帧中用来校验帧的差错编码(奇偶校验码或CRC码)来判断接收到的帧是否有差错，如果有差错就通知发送端重新发送这一帧，直到接收端正确地接收到这一帧为止；透明传输：不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上进行传送。由于数据和控制信息都是在同一信道中传送，而在许多情况下，数据和控制信息处于同一帧中，一定要有相应的规则使接收端能够将它们区分开来；寻址：在多点连接的情况下，必须保证每一帧都能传到正确的目的站，接收端也应当知道发送端是哪一个节点；三、数据链路控制规程的种类数据链路协议可以分为异步数据链路协议(异步协议)和同共55页12步数据链路协议(同步协议)。异步协议对于比特流中的单个字符都单独处理；同步协议则将整个比特流当成一个整体，并根据规则将其分成一定大小(相等或不等)的一个个”字符”串处理。1．异步协议异步协议主要在调制解调器(Modem)中采用，它引入了起始位和结束位以及字符之间的可变长空隙。有XMode、YModem和ZModem等异步数据链路协议。异步协议并不复杂，但要通过采用额外的起始位和结束位构成数据单元的方式实现，其传输速率受到限制。2．同步协议同步协议包含面向字符的协议和面向比特的协议。面向字符的协议(面向字节的协议)是将传输帧看成是一系列字符，每个字符通常包含一个8bit的字节，所有控制信息是以码的编码形式出现，面向比特的协议是将传输帧看成是一系列比特，通过比待流在帧中的位置和其他比特的组合模式来表达其含义。共55页137.2流量控制与差错控制协议流量控制就是用于确保发送方发送的数据不会超出接收方接收能力的一种技术，用于点到点或端到端流量控制。一般来说，在分组报文交换网络中，流量受到多重控制，一般有以下几种：一、流量控制的层次1.通信子网内相邻节点(交换机或路由器)之间的点到点流量控制；2.源通信处理机与目的通信处理机之间的端到端流量控制；3.计算机与通信处理机的点到点流量控制；4.源计算机与目的计算机之间的端到端流量控制；5.源计算机中的进程与目的的计算机中的进程之间的端到端流量控制；共55页14二、停止等待流量控制和差错控制协议1、理想链路与实际链路在实际际网络环境中，通信链路并不能保证数据通信完全准确，由于噪声干扰等原因，发送端发送的数据到达接受端到后有错，或数据在发送过程中发生丢失，如图7-5b所示。另外，发送端无节制的发送数据，接受端来不及接受数据也会产生数据丢失。因此，必须进行流量和差错控制2、差错与流量控制使用停止等待ARQ、连续ARQ(发送区有较大的缓冲区)和选择ARQ(接受端也要较大的缓冲区)完成差错和流量控制。理想链路：链路很可靠，在其上进行通信时数据既不会出错也不会丢失。另外，发送端不管以多快的速率发送数据，接收端都能及时准确地接收，如图7-5a所示。实际链路：共55页151、理想链路与实际链路共55页162、差错与流量控制共55页172、差错与流量控制另一种方法使用选择重发SRQ(接受端有较大的缓冲区)。二、滑动窗口协议在停止等待ARQ协议中，每发送完一帧都要停止等持确认信息，流量控制较简单，只要求通信双方拥有一帧的缓存空间，只要超时时限选择合理，不需要额外的流量控制机制。但对于连续ARQ协议就不同了，如果发送端没有收到任何来自接收端的确认信息，发送端是不能无限制地发送数据帧的。因此需要对连续AQR协议中连续发送的未被确认的帧数做一定限制，这就是滑动窗口协议研究的内容。1．“窗口”的概念滑动窗口协议中的“窗口”是指发送方和接收方都要创建的一个额外缓冲区。窗口大小以帧作为单位，协议中一般用一个字共55页18表示，例如3位字段的窗口大小为7，序号为0~7,如图7-8所示2．发送窗口3．接收窗口发送窗口大小表示可以发送的最大数据帧数。接受窗口大小表示可以接受的最大数据帧数，即空间大小。MnMnmod)(12共55页19需要注意的是，上面讨论的滑动窗口协议都假设数据帧无差错到达。若接收的帧发现错误，或者在传输中丢失了一帧或多帧，或者应答丢失，那么传输过程将变得更加复杂。因此，流量控制通常是与差错控制结合在一起的。在数据链路层的差错控制是基于ARQ方式的，通常在数据帧出错、数据帧丢失以及应答帧丢失这三种情况下要重传数据。ARQ方式的差错控制在数据链路协议中是以流量控制的附属形式实现的。三、预约缓冲区法流量控制(分组交换网络)在源计算机向目的计算机发送数据之前，由目的计算机向源计算机报告自己缓冲器容量的大小，然后源计算机再决定向目的计算机发送多少数据的控制方法。共55页20四、限制管道容量法流量控制限制管道容量法就是事先规定每条逻辑管道(两点之间)可容纳的信息量，使数据流保持在与全部有效资源相容的限度内，从而保证发送端的发送数据速率与接收端能够接收的数据速率相容。限制管道容量法缺乏一定的灵活性，但它可有效地避免阻塞和死锁现象。为了防止援冲器溢出造成阻塞和死锁，通常把最后一个缓冲区专门留做接收确认信号(ACK)之用。五、许可证流量控制法在分组交换网中可以采用许可证法限制流量。许可证法也称为固定数目法。为了避免网络出现阻塞，在网络内设置一定数量的许可证，每个许可证可携带一个分组。许可证不带分组时为空载，带分组时为满载。满载的许可证到达终点时卸下分组后变为空载。许可证的格式如图7-11’所示。许可证在网络内部巡游，分组在节点拾到“空许可证”之后才可以在网内流动。为了减少许可证引起的等待延时，可以给各节点预留1~2个空许可证。共55页21五、其它流量控制法2、RTS和CTS法使用RS232串行通信接口进行通信可以使用RTS和CTS控制流量。2、XON(DC1=Control+Q)和XOFF(DC3=Control+S)法必须对字符DC1和DC2进行透明处理!!!3、字符间延时键盘与计算机之间的通信等。4、行间延时在面向行的计算机系统中，所接收到的字符先被汇集到一个缓冲区中。直到遇到一个行结束符(如CR或LF)，系统才一次吞入缓冲区内的全部数据。发送方必须保证数据包含有足够的行结束符，以便接收方在输入缓冲区填满前便能被清空缓冲区，当系统负载过量时，一些系统在收到行结束符之后要花很长时间完成缓冲区清空。这段时间内。系统会丢失前一行到来的字符。以前，发送方用几个NUL字符加在每行的后面，以便给接收方一段时间来清空缓冲区。通过在发送行结束符之后加上一定量的时间延迟，可以更有效地达到同样的效果。共55页22一、控制字符任何数据链路层规程均由数据链路建立、数据传输(数据链路维持)和数据链路拆除三部分组成。为实现链路管理及同步等功能，除了正常传输的数据块报文外，还需要一些控制字符。BSC(二进制同步通信规程)使用的控制字符见表7-1。7.3二进制同步通信规程(IBM公司的面向字符)共55页2