1、1,第3讲 数据链路层,3.1 数据链路层的基本概念,2,一.链路与数据链路,链路(link)就是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。 数据链路(data link)则是另一个概念。这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要通信协议来控制这些数据的传输。,3,一.链路与数据链路,4,虚通路和实通路,5,主机A,主机A,节点1,节点2,节点3,传输层协议,数据链路层协议,数据链路层协议,数据虚通路,数据虚通路,数据实通路,数据实通路,数据链路/逻辑链路 = （物理）链路 + 通信规程,数据链路层提供的数字信道,物理层提供的无源点到点物理
2、线路段,数据链路层协议,一.链路与数据链路,6,两个路由器的数据链路,7,二.帧与报文,8,二.帧与报文,9,三.数据链路层的主要功能,在物理连接上建立数据链路连接。检测和校正物理层出现的错误，为网络层提供可靠的数据链路。,10,三.数据链路层的主要功能,链路管理 数据链路的建立、维持和释放就叫做链路管理。 帧同步 流量控制(flow control) 差错控制 将数据和控制信息区分开 透明传输 寻址,11,3.2 停止等待协议,3.2.1 不需要数据链路层协议的数据传输,12,网络两个节点数据链路层进行通信的模型,13,3.2.2 具有最简单流量控制的数据链路层协议,由接收方控制发送方的数据
3、流，乃是计算机网络中流量控制的一个基本方法。,14,3.2.3 实用的停止等待协议,15,确保以上协议实用的方法,循环冗余校验(CRC) 超时计时器(timeout timer) 帧序号,16,3.2.4 循环冗余校验,什么是模2运算？加法无进位，减法无借位,17,发送时K位数据代码在前， N位校验代码在后。共(K+N)位传送码。 K位数据代码用M(x)的 K-1阶多项式表示； 生成多项式P(x)为N阶多项式（ n+1 位）。 M(x)XN / P(x)的余数R(x)就是校验代码CRC码。 (M(x)XN + R(x) )/ P(x)的商Q是传送码，接收码/ P(x)的余数R(x)为0，传输正
4、确。,CRC码的原理,18,收发双方约定一个生成多项式P(x)（其最高阶和最低阶系数必须为1），发送方在信息帧的末尾加上校验和R(x) ，使带校验和的帧的多项式能被P (x)整除；接收方收到后，用P (x)除多项式，若有余数，则传输过程有错（无法确定错误位置和数量）。若余数为零，有错的可能性很小。 常用的生成多项式： CRC-16=X16+X15+X2+1 CRC-CCITT=X16+X12+X5+1 CRC-32=X32+X26+X23+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1,检错思想,19, 若P(x)为n阶，信息帧为k位，其多项式为M(x)，则在原帧后面添加
5、n个0，帧成为k+n位，相应多项式xnM(x) + R(x) 按模2除法用对应于P(x)的位串去除对应于2n M(x) 的位串，余数为R(x) ， n位。 接收端也用P(x)去除收到的码多项式，余式为0无错，否则出错。,校验和计算算法,20,例题：若要传输的信息序列为1010001101，生成多项式为 P (x)=X5+X4+X2+1,求CRC校验码R(x) 。 解： 生成多项式为P(x)=X5+X4+X2+1，即110101，n=5， M(x)向左移5位Xn*M(x) =101000110100000 所以CRC校验码R(x)为01110， 传输的码字为101000110101110,例题：
6、,22,3.2.5 停止等待协议的算法 一.发送结点,1.从主机取一个数据帧。 2. V(S)0 3. N(S)V(S) 4.将发送缓存中的数据帧发送出去。 5.设置超时计时器 6.等待 7.收到ACKn，判断n=1-V(S)决定转到3或6 8.若收到否认帧NAK，转到4重传 9.超时转4重传,23,二.接收结点,1. V(R)0 2.等待 3.当收到一个数据帧，就检查有无产生传输差错(如用CRC)，有错则发NAK；若N(S) = V(R)，则执行后续算法，否则丢弃此数据帧，然后转到6 4.将收到的数据帧中的数据部分送交主机 5. V(R)1-V(R) 6.发送却ACK，转到2,24,3.2.
7、6 停止等待协议中的几个重要时间关系,25,停止等待协议ARQ的优缺点,停止等待协议ARQ的优点就是简单，缺点是通信信道的利用率不高，尤其是传播时延很大时。,26,3.3 连续ARQ协议,3.3.1 连续ARQ协议的工作原理,27,应答式停止等待流控方式是半双工方式，如传输延时TC=15mS，数据帧L=1000bit，数据传输速率C=1Mb/s，发一帧数据的时间为1000bit/1000000bit/s，即1mS。从发一帧到有应答帧的时间为: 1+15+15=31mS,停止等待协议通道利用率低,28,等待时间为30mS，可以发30帧数据。所以可以连续发31帧数据后应答帧才来。所以可以31个数据
8、帧组成1个窗口，采用全双工方式传输数据。,连续ARQ的发送方式,29,Go-back-N ARQ(返回到出错帧重发),30,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 捎带应答：在数据帧中增加一个字段，专门用来携带给对方的应答信息。,滑动窗口的概念,31,32,33,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,发送窗口,接收窗口,初始状态,接收0号帧后,确认0号帧后,接收1号帧后,发送0号
9、帧后,发送1号帧后,发送2号帧后,确认1号帧后,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,接收到帧后，接收窗口滑动；收到确认帧后，发送窗口滑动。,滑动窗口 WT=2,34,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7,0,1,2,ACK3,3,4,5,6,ACK6,滑动窗口示例,35,信道利用率,ld:每帧中的数据部分(bit) 。 lh:每帧中的控制信息，帧头帧尾(bit)。,36,作业：,P68：3，5，6，11，16,
