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1、2020/7/26,1,第四章 数据链路层,2020/7/26,2,4.1 数据链路层的设计问题,4.1.1 向网络层提供的服务 1无应答式无连接服务 2应答式无连接服务 3面向连接的服务 4.1.2 帧的构成 1字符计数法（附图） 2带字符填充的起始字符和终结字符法（附图） 3带位填充的起始/终结标志法（附图）,2020/7/26,3,字符计数的组帧方法,返回,2020/7/26,4,字符填充的组帧方法,返回,2020/7/26,5,位填充的组帧方法,返回,2020/7/26,6,4.1.3 差错控制 （1）向发送方提供有关接收方接收情况的反馈确认信息，表明发送的帧是否正确收到。如果发生差错
2、，相应的帧必须重发。 （2）链路上的某个帧可能会完全丢失，如果协议规定发送方传出一帧后必须等待对该帧的确认，则显然一旦帧发生丢失，发送方将会永远等下去。因此，必须在数据链路层中引入超时机制。 （3）然而，如果所传出的帧或者返回的确认帧发生了丢失，则发送方会多次重发同一帧，这将造成接收方可能两次或多次收到重复的帧，因而可能将同一帧多次交付给网络层。为了防止这种情况发生，必须对发送的各帧进行顺序编号，这样接收方就能判别是重复帧还是新帧。,2020/7/26,7,4.1.4 流量控制 如果发送端传送速率高于接收端处理速度，即使传输无差错，则也可能引起帧的丢失，为此必须防止此类情况发生。 通常的方法是
3、引入流量控制（简称流控）来限制发送方所发出的数据流量，使其发送速率不超过接收方能处理的速率。这种限制通常需要某种反馈机制，让发送端知道接收端能否继续接收。,2020/7/26,8,4.2 差错检测和纠正,有三种差错控制方法可供选择： （1）前向差错控制也称前向纠错（FEC）。接收端检测到接收信息有错后，通过一定的运算，确定差错的具体位置，并自动加以纠正。 （2）反馈重发或称自动重发请求（ARQ）。接收端检测到接收信息有错后，通过反馈信号要求发送端重发原信息，直到接收端肯定确认为止，从而达到纠正差错的目的。 （3）纠检混合的差错控制方式。接收端对少量的接收差错自动纠正，而超过纠正能力的差错则通过
4、反馈重发的方法加以纠正。,2020/7/26,9,4.2.1 差错检测的基本概念,汉明（Hamming）定理 二进制对称信道（BSC） 分组码和卷积码,2020/7/26,10,4.2.2 奇偶校验码 奇检验 偶检验 二维奇偶校验,2020/7/26,11,4.2.3 循环冗余码 建立在严格的代数理论的基础上，基本方法是用代数多项式来表示码字 （1）对于一种循环码，其中的任何两个码字按模2相加后，形成的新序列仍为一个有用码字 （2）一个码字的每次循环移位一定也是码集合中的另一个码字 生成多项式的最高幂次决定了检错能力 利用CRC-16或CRC-CCITT的16位的校验位，可以捕捉到：所有的1位
5、、2位及奇数位的差错、所有长度小于和等于16位的突发错、99.997%的17位突发错、99.998%的18位或更长位数的突发错,2020/7/26,12,4.3 反馈重发差错控制,4.3.1 三种ARQ方案 通常处理传输差错的办法如下： （1）肯定确认。接收端对收到的帧校验后未发现错误，回送一个肯定确认信号，用ACK表示，发送端收到ACK信号后即知道该帧传输成功。 （2）否定确认。接收端收到一个帧后，经校验发现有错误，则回送一个否定确认信号，用NAK表示，发送端收到NAK后必须重发该帧。 （3）超时重发。发送端在发出一个帧后开始计时，如果在规定时间内没有收到关于该帧的确认信号（ACK或NAK）
6、，则认为发生帧丢失或确认信号丢失，必须重新发送。,2020/7/26,13,1等待式（S-&-W）ARQ,2020/7/26,14,应答帧的编号问题,2020/7/26,15,等待式ARQ的传输效率低,考虑一个单程传输时延为250ms，速率为50Kbit/s的卫星信道，设数据帧的长度为1000比特。 在t=0ms时刻，发送端开始发送第一帧，直到t=20ms时，该帧才完全发送完毕。当t=270ms的时刻，帧才完全到达接收端。如果忽略确认帧的长度和接收端的处理时间，应该到t=520ms时，发送端才能收到确认帧。这也就意味着数据传输过程中有500/520即96%的时间链路处于空闲状态，只利用了4%的
7、链路有效带宽。 因此，等待式ARQ方法为了获得通信的可靠性而牺牲了传输效率，过于浪费信道的有效带宽。,2020/7/26,16,2回退N帧(Go-Back-N)ARQ,连续重发请求是指发送端连续发送一系列信息帧，不等前帧确认便发下一帧。因此，连续重发请求方案把等待时间利用起来，传输效率大大提高。然而在实现上相应地需要更大的缓冲存储空间。 有两种基本方法可用来处理重发请求： 回退N帧ARQ 选择性重发ARQ,2020/7/26,17,回退N帧ARQ方案的示例,2020/7/26,18,3.选择性重发ARQ,2020/7/26,19,4.3.2 通信效率,假设链路传输速率为R，链路上数据传输的有效
8、速率Re：,2020/7/26,20,1.等待式ARQ的有效速率,等待式ARQ较适合于短链路和传输速率不高的场合，对于较长的地面链路，传输速率较低时，通信效率较高，但当传输速率增高时，通信效率显著下降。对于卫星链路，即使在传输速率较低的情况下，通信效率也较低，当传输速率增加时，效率极低。由此可见，等待式ARQ不适合于卫星链路和地面高速率的数据链路。,2020/7/26,21,2.回退N帧ARQ的通信效率,2020/7/26,22,3.选择性重发ARQ的通信效率,2020/7/26,23,4.4 滑动窗口式流量控制,流量控制是一种协调发送端和接收端工作的技术，其目的是避免发送速度过快，使得接收端
9、来不及处理而丢失数据。 通常接收端维持一定大小的接收缓冲区，当接收到的数据进入缓冲区后，接收端要进行简单的处理，然后才能清除缓冲区，再开始接收下一批数据。,2020/7/26,24,4.4.1 帧确认的滑窗式流控,滑窗式流控主要思想是：允许连续发送多个帧而无需逐个地等待应答，每个要发送的帧都包含一个序号（n位）。在传送过程中，循环重复使用已收到确认的那些帧的序号。 在发送端和接收端分别设置发送窗口和接收窗口。 发送窗口：任何时刻发送端都保持着一组序号，对应于在还没有收到对方确认的条件下最多允许发送的帧。 接收窗口：对应于一组允许（或期望）接收的帧。,2020/7/26,25,2020/7/26,26,2020/7/26,27,窗口最大值与序号位长的关系,2020/7/26,28,滑窗流控的链路利用率,2020/7/26,29,4.4.2 许可证的滑窗式流控,2020/7/26,30,改进的许可证流控（IBM）,2020/7/26,31,4.4.3 信用证的滑窗式流控,
