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1、 第4章 数据链路控制 第4章 数据链路控制n4.1 概述n4.2 数据链路控制的基本机制n4.3 自动请求重传n4.4 差错校验 4.1 概述数据链路层负责在单个链路上的发送和接收结点之间传送帧 4.1 概述n数据链路层的通信对等实体之间的数据传输通道称为数据链路(Data Link)，包括物理链路和必要的传输控制规程。n理想的数据链路应该满足以下两个条件：n不管发送方以多快的速率发送数据，接收方总能够来得及接收、处理并上交主机；n传输的任何数据，既不会出现差错也不会丢失。n第1个条件不满足就必须进行流量控制(Flow Control)。n第2个条件不满足就必须进行差错控制(Error Co
2、ntrol)。4.1 概述n实现流量控制的一个重要方法是滑动窗口(Sliding Window)机制。n实现差错控制的一个基本方式是反馈重传纠错。n自动请求重传ARQ(Automatic Repeat reQuest)，ARQ综合了滑动窗口机制和确认-重传机制，进行流量控制和差错控制，实现可靠传输。n媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)。4.2 数据链路控制的基本机制 4.2.1 滑动窗口n发送方和接收方分别设置发送窗口和接收窗口。n发送窗口用来对发送方进行流量控制，落在窗口内的帧是可以连续发送的，其大小WT指明在收到对方确认(ACK)之前发送方最多可以发送多少个
3、帧。n只有到达的数据帧的序号落在接收窗口之内时才可以被接收，否则将被丢弃。一般地，当接收方收到一个有序且无差错的帧后，接收窗口向前滑动，准备接收下一帧，并向发送方发送出一个ACK。n当发送方收到接收方的ACK后，发送窗口才能向前滑动，滑动的长度取决于接收方确认的序号。4.2.1 滑动窗口发送方的滑动窗口 4.2.2 反馈重传n反馈重传机制可以采用以下措施：n差错发现n反馈确认信息n正确认/肯定确认(Positive Acknowledgement)n累计确认(Cumulative Acknowledgement)n捎带确认(Piggybacking)n负确认(Negative AcKnowle
4、dgement,NAK)n重传n超时重传(Timeout Retransmission)n负确认重传 4.3 自动请求重传 4.3.1 停等自动请求重传n发送方发出一个数据帧后停下来不再发送，等待接收方的ACK到达，ACK到达后才发送下一帧。n发送窗口大小是WT=1，接收窗口大小也是1。n处理 3 种传输差错：n接收方收到了发来的数据帧，但检测出差错；n发送方发出的数据帧丢失；n接收方收到正确的数据帧，但发出的ACK丢失。n对于差错1，即收方丢弃此帧，并可采取下面两种方式进行重传。n负确认重传。n超时重传。4.3.1 停等自动请求重传n对于2和3这两种差错，可采取超时重传。但对于差错3，超时重
5、传会使接收方收到两个同样的数据帧。解决重复帧的方法是为数据帧和确认帧编上序号。n停等ARQ采用超时重传的方式。n停等ARQ机制的问题是可能产生严重的低效率。n链路的利用率：/2/2/2DATADATAACKPRODATADATATTTTTT 帧的比特长度帧的比特长度链路的比特长度 4.3.1 停等自动请求重传停等ARQ传输过程示例 4.3.2 回退-N ARQnWT1，发送方在每收到一个ACK之前不必等待，可以连续地发送窗口内的多个帧，也称为连续ARQ，提高了传输的吞吐量和传输效率。n也使用超时重传机制。定时器超时仍未收到ACK，则要重传此帧，而且还必须重传此帧后面所有的已发帧，这正是这种 机
6、制称为回退-N ARQ的原因。n接收方的接收窗口WR=1，当接收方收到一个有序且无差错的帧后，接受窗口向前移动，并向发送方发出一个ACK。n发送窗口应满足：21nTW 最大序号 4.3.2 回退-N ARQ回退-N ARQ接收窗口 4.3.2 回退-N ARQ回退-N ARQ传输过程示例 4.3.3 选择重传ARQn在回退-N ARQ机制的基础上作了如下两点改进：n接收窗口WR1，这样可以接收和保存正确到达的失序的帧；n出现差错时只重传出错的帧，后续正确到达的帧不再重传，从而提高了信道的利用率。n选择重传ARQ应该满足：2/21/2nTRWW最大序号 4.4 差错校验 4.4.1 奇偶校验n在
7、发送数据后附加一个校验位，校验位的取值时的包括数据和校验位中的“1”的个数分别为奇数/偶数。n奇偶校验检错能力有限，只能校验出奇数个错但不能校验出偶数个错。n优点是简单、易实现，在位数不长的情况下常常采用。4.4.2 循环冗余校验n码多项式nn 位长度的位串 可以用n-1次码多项式表示：例如，位串1010001的码多项式为:n数据后面附加上冗余码：k 位的信息码后面附加上r 位的冗余码:n由信息码生成冗余码n用一个特定的r 次多项式G(x)去除 ，其余数为r-1次的码多项式R(x)，对应的r 位的位串作为冗余码。G(x)称为生成多项式(Generator Polynomial)。n除法中使用模
8、2减(无借位减，相当于作异或(XOR)运算)。1210nnCCCC C 121210nnnnC xCxCxC xC641xx rC xx K xR x rx K x 4.4.2 循环冗余校验 生成冗余码示例 n信息段：m(x)=111111 生成多项式：g(x)=1001，检验位 r=3，CRC多项式：r(x)=111111000 n求解 r(x)除以 g(x)的余数：1 1 1 0 0 0 _ 1 0 0 1 /1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 -1 1 0 1 1 0 0 1 -1 0 0 1 1 0 0 1 -0 0 0 4.4.2 循环冗余校验n传输差错校验n接收方将
9、接收到的C(x)除以生成多项式G(x)，只要余数不为零，则表明校验出传输差错，若余数为零，则可以认为传输无误。n常用的生成多项式nCRC-8用于ATM信元头差错校验。nCRC-16是HDLC规程中使用的。nCRC-32是IEEE802.3以太网中采用的。4.4.3 校验和nIP、ICMP、TCP和UDP中广泛使用校验和运算的例子 二进制反码求和 n对一个无符号的数，先求其反码，然后从低位到高位，按位相加，有益处则向高位进1(和一般的二进制法则一样),若最高位有进位，则向最低位进若最高位有进位，则向最低位进1.n原码加法运算：n3(0011)+5(0101)=8(1000)溢出n8(1000)+9(1001)=1(0001)n反码加法运算：n3(1100)+5(1010)=8(0111)n8(0111)+9(0110)=2(1101)n先取反后相加与先相加后取反，得到的结果是一样的
