第六章 物理层接口与传输控制规程--数据通信原理

第六章物理层接口与传输控制规程结束放映学习目录学习要求内容简介主讲教师：刘兴顺InternetModemPSTN内容简介——数据通信主要包括两部分内容：数据传输和数据传输前后的处理，只有在满足一定的规程条件下，才能借助于数据传输手段实现数据通信。本章将介绍数据传输接口的基础知识，以及面向字符和面向比特的数据传输控制规程的基本原理。返回结束学习要求1.掌握RS-232和X.21接口的基本特性；2.掌握各种线路控制规程的基本原理；3.掌握数据传输控制规程中流量控制的基本原理；4.掌握数据传输控制规程中差错控制的基本原理；5.了解面向字符的传输控制规程的基本原理及关键技术；6.掌握HDLC的基本原理及关键技术；7.理解PPP的基本原理；返回结束学习目录返回6.1物理层接口6.2线路规程6.3数据传输控制规程的功能6.4面向字符的传输控制规程6.5面向比特的传输控制规程6.6Internet中的PPP协议结束6.1物理层接口下一页上一页返回——DTE和DCE之间的接口本节内容提要：数据输入输出设备数据电路终结设备DTEDCE接口传输信道传输控制器——接口标准化的必要性——接口标准化的内容，即机械特性，电气特性和功能特性——本节将介绍常用国际接口标准EIARS-232和X.21接口的原理与特性6.1.1EIARS-232接口下一页上一页返回——DB-25型通信电缆的连接器——直接连接的最大物理距离为15米——通信速率低于201024bps。1．机械特性6.1.1EIARS-232接口下一页上一页返回2．电气特性电压+15-15+3-301010允许区域未定义区域允许区域t+3-30允许区域未定义区域允许区域开关电压+25-25t数据信号电气特性控制信号电气特性6.1.1EIARS-232接口下一页上一页返回3．功能特性引脚功能123456789101112131415161718192021222324251.接地保护　2.数据传输　3.数据接收4.发送请求5.清除发送6.DCE设备就绪7.信号接地8.接收线信号检测器9.保留(测试)10.保留(测试)11.未定义12.辅助接收信号检测器13.辅助清除发送14.辅助数据传输15.DCE设备到DTE设备发送信号基准时钟16.辅助数据接收17.DCE设备到DTE设备接收方信号基准时钟18.本地回馈19.辅助发送请求20.DTE设备就绪21.远程回馈22.振铃指示23.数据信号速率选择　24.DTE设备到DCE设备发送方信号基准时钟25.测试模式6.1.1EIARS-232接口下一页上一页返回EIARS-232-C引脚典型连接图123456782022DCE123456782022DTE保护地发送数据接收数据请求发送清除发送数传机就绪信号地载波检测数据终端就绪振铃指示23SGDTEDCE2377PC机打印机3207206257EIARS-232-C用引脚连接图三线连接反馈连接6.1.2X.21接口下一页上一页返回X.21接口机械特性——采用15针的标准连接器，但其中只定义了8条接口线内部电路　　　名字　　　　　　　至DCE　　　来自DCEG　　　　信号地或公共回路　　　　　见注　　　　　　　Ga　　　　DTE公共回路　　　　　　　XT　　　　　发送　　　　　　　　　　　XR　　　　接收　　　　　　　　　　　　　　　　　XC　　　　　控制　　　　　　　　　XI　　　　　指示　　　　XS　　位时标信号　　　XB　　字节时标　　　X6.1.2X.21接口下一页上一页返回X.21使用实例6.2线路规程下一页上一页返回——数据传输系统中，发送端必须在接收端进入准备接收状态之后，才能发送数据，数据链路层的线路规程正是用来解决此类的问题的，它将监视链路的建立，以及在给定时刻给一个具体设备进行数据传送的权利。本节内容提要：6.2.1询问/应答方式6.2.2轮询/选择方式——本节将介绍线路规程的两种具体方式6.2.1询问/应答方式下一页上一页返回数据站的概念——主站和从站——控制站和辅助站从站信息或命令主站控制站辅助站命令响应响应辅助站辅助站响应6.2.1询问/应答方式下一页上一页返回询问/应答线路规程控制过程建立数据传输终止...时间站点A站点BENQACKEOFDATAACK6.2.2轮询/选择模式下一页上一页返回工作原理——由一个主站和若干个从站构成——主站控制链路，从站遵从其指令——所谓轮询是指主站询问从站是否有数据等待发送——所谓选择是指主站告知目标从站准备好接收数据地址——为了主站能识别并且与一个具体从站通信，在链路上每个站点都要有一个名字或地址用于进行自身标识。——轮询/选择协议对所有命令帧与响应帧都进行标识，指明其源站点和目的站点。6.2.2轮询/选择模式下一页上一页返回选择——在发送数据前，主站产生并发送一个选择帧(SEL)来选择从站选择数据传输...时间SELACKDATAACK6.2.2轮询/选择模式下一页上一页返回轮询——主站询问各个从站是否有数据进行传输，保证一次只能存在一个传输，不出现信号冲突。论询数据传输...时间轮询NAK轮询ACKDATA...6.3数据传输控制规程的功能下一页上一页返回——数据传输控制规程基本功能是保证数据可靠的传输，主要完成帧控制、透明传输、链路管理、差错控制、流量控制等功能。本节内容提要：6.3.1流量控制6.3.2差错控制——本节将介绍差错控制和流量控制功能的原理及实现6.3.1流量控制下一页上一页返回流量控制功能流量控制主要处理发端发送速率大于收端接收速率的问题，实现以下四个功能：——防止由于网络和用户过载而产生的吞吐量降低以及响应间增长的现象；——避免死锁；——在用户间合理分配资源；——网络及其用户之间的速率匹配。6.3.1流量控制下一页上一页返回滑动窗口——在收发两端分别设置接收窗口和发送窗口，以限定传输速率123456012345076发送端窗口移动方向这个边界每当发送1帧就向右移动1帧当收到应答帧后，这个边界一次向右移动若干帧。移动的距离是最后一次ACK中的编号和现在收到ACK的编号的差值发送窗口6.3.1流量控制下一页上一页返回接收窗口123456012345076接收端窗口当接收一帧时，这个边界右移动1帧当发送一个ACK帧后，这个边界一次向右移动若干帧。移动的距离是最后一次ACK中的编号和当前ACK的编号的差值移动方向6.3.1流量控制下一页上一页返回滑动窗口实例分析01234567012发送窗口发送端01234567012接收窗口接收端012345670120123456701201234567012012345670120123456701201234567012012345670120123456701201234567012012345670120123456701201234567012数据帧0数据帧1带编号2的应答帧数据帧2带编号3的应答帧数据帧36.3.1流量控制下一页上一页返回流量控制类型——流量控制并不是数据链路层特有的功能，整个数据通信网络中存在五级流量控制：DCE节点节点DCEDTEDTE链路级入口到出口级传输级入网级入网级虚电路级虚电路级虚电路级6.3.2差错控制下一页上一页返回停等协议原理——发端每发一帧后都要等待收端的应答信息(包括肯定应答ACK和否定应答NAK)的到来，然后确定是重发该帧还是发下一帧。Data0Data1ACK0ACK1NAK0NAK1超时Data0Data1超时Data0送主机送主机送主机丢弃丢弃t发端收端丢失——协议实现简单——等待确认造成传输效率比较低，特别对高速信道。特点6.3.2差错控制下一页上一页返回数据链路上可能出现的几种情况正常情况ABDATA0ACKDATA1ACK数据出错ABDATA0NAKDATA0ACK出错重发数据丢失ABDATA0DATA0ACK丢失重发超时应答丢失ABDATA0DATA0ACK重发超时ACK丢失6.3.2差错控制下一页上一页返回回退n协议——允许连续发送数据帧而不必等待应答帧的到来，若一帧丢失或损坏，就回到最近一次得到正确应答的位置，重传其后的所有帧。ACK1NAK2187654325432187654325432NAK5NAK4NAK3ACK2ACK4ACK3ACK5ACK7ACK5超时765ACK876598ACK9ACK6ACK6往返时间9回退4重发回退5重发......出错丢弃应答出错丢弃送主机送主机送主机910发端收端6.3.2差错控制下一页上一页返回选择重发协议——协议允许连续发送,但出错时只重发出错帧。缓存器溢出丢弃同时发NAKACK1NAK2187625432110987625432ACK3ACK2ACK4ACK3ACK12ACK7ACK5超时ACK8ACK7ACK6ACK13往返时间......出错暂存送主机与345一起送主机1091171213111311712应答出错暂存重发NAK2送主机与8910一起送主机1415重发重发暂存11与1213一起送主机发端收端6.4面向字符的传输控制规程下一页上一页返回——面向字符控制规程又称基本型传输控制规程，是最早提出的同步数据传输协议。使用字符编码集中的一个子集来控制链路的操作，监视链路的工作状态，主要适用于中低速异步或同步传输，半双工交替方式的操作，适合通过电话网的数据通信。本节内容提要：6.4.1报文格式6.4.2数据传输过程过程6.4.3差错控制6.4.4透明传输6.4.1报文格式下一页上一页返回控制字符——标题开始（SOH）——正文开始（STX）——码组结束（ETB）——正文结束（ETX）——询问（ENQ）——确认（ACK）——否认（NAK）——传输结束（EOT——同步（SYN）——转义（DLE6.4.1报文格式下一页上一页返回报文格式信息报文格式——信息报文的基本格式SOH标题STX信息电文正文ETX校验码——当正文很长时分成n组传输的格式……STX信息电文正文组2ETB校验码STX信息电文正文组nETB校验码SOH标题STX信息电文正文组1ETB校验码6.4.1报文格式下一页上一页返回——无标题的信息电文格式STX信息电文正文ETX校验码——当标题长时,标题分成m组的格式……SOH标题组1ETB校验码SOH标题组2ETB校验码SOH标题组mSTX信息电文正文ETX校验码6.4.1报文格式下一页上一页返回监控报文格式——正向控制报文功能传输控制字符探询地址选择地址ENQ选择站选择(前缀)ENQ标识和状态(前缀)ENQ脱离中性(前缀)ENQ返回控制站或返回中性状态(前缀)ENQ询问(催促应答)(前缀)ENQ放弃码组放弃(前缀)ENQ站放弃(前缀)ENQ拆线(前缀)DLEQOT6.4.1报文格式下一页上一页返回对信息电文的应答肯定应答对非编号方式应答(对每个码组)(前缀)ACK对编号方式应答对偶数编号码组(前缀)DlE0对奇数编号码组(前缀)DLE1否定应答(前缀)NAK要求暂停发送(前缀)DLE对选择序列的应答肯定应答非编号方式应答(前缀)ACK编号方式应答(前缀)DLE0否定应答(前缀)NAK对探询序列的否定应答(前缀)EOT请求返回控制站(前缀)EOT返回中性状态(前缀)EOT码组中断(前缀)EOT站中断(前缀)DLE拆线(前缀)DLEEOT——反向控制报文6.4.2数据传输过程过程下一页上一页返回数据链路的建立——数据链路建立过程有探询、选择和竞争三种方式探询方式：控制站按一定顺序引导辅助站成为主站的过程——轮流探询——传递探询控制站12n……控制站12n……选择方式：主站用选择序列引导对方站成为从站。竞争方式：争夺作主站。6.4.2数据传输过程过程下一页上一页返回数据传输——根据不同系统的要求封装报文，并以停止等待传送方式；——在数据传输过程中，经常需要安排一些完成附加功能的规程，常见的附加规程有放弃规程、中断规程等。传输结束下列每一种情况都可以结束数据传输过程：——当主站成功地发送完所有的数据时；——当被探询的站没有信息要发送，或被选择的站不能接收时；