第四章數(shù)據(jù)鏈路層4.1線路規(guī)程4.2流量控制與差錯控制4.4數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)互連數(shù)據(jù)鏈路層提供兩個相鄰的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的可靠通信。將不可靠的物理鏈路變?yōu)榭煽康臄?shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)男畔卧菐?Frame)數(shù)據(jù)鏈路層的主要工作：線路規(guī)程、差錯控制和流量控制。4.1線路規(guī)程線路規(guī)程是監(jiān)視鏈路的建立，以及在給定時刻分配一個具體設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的權(quán)利。線路規(guī)程可以兩種方式實現(xiàn)：①詢問/應(yīng)答（ENQ/ACK）②輪詢(Poll)/選擇(Select)方式。4.1.1詢問/確認(rèn)模式①詢問/確認(rèn)模式的使用場合：當(dāng)兩個設(shè)備之間存在一條專用鏈路時，即點對點方式，采用詢問/確認(rèn)模式。只要一條鏈路兩頭的設(shè)備級別相同，任意一個設(shè)備都可以啟動一個會話過程。②詢問/確認(rèn)模式的工作方式啟動方首先發(fā)送一個詢問幀（ENQ）詢問接收方是否可以接收數(shù)據(jù)，接收方如果已經(jīng)準(zhǔn)備好接收，回答一個確認(rèn)幀（ACK）。如果沒有準(zhǔn)備好接收，回答一個否認(rèn)（NAK）。詢問/確認(rèn)(ENQ/ACK)線路規(guī)程

3種可能出現(xiàn)的情況:①沒有應(yīng)答:②回答是否定:③回答是肯定:

4.1.2輪詢/選擇模式輪詢(Poll)/選擇(Select)模式的使用場合在多點連接系統(tǒng)。在這種環(huán)境下，不僅僅要確定設(shè)備是否就緒，還要確定哪一個站點有權(quán)使用信道。①工作方式：主設(shè)備控制鏈路，主設(shè)備發(fā)命令，從設(shè)備響應(yīng)。②地址問題：在鏈路上的每個設(shè)備都有一個地址來標(biāo)識自己。②地址問題：在鏈路上的每個設(shè)備都有一個地址來標(biāo)識自己。

③選擇：主設(shè)備希望發(fā)送數(shù)據(jù)，用SeL告訴從設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。從設(shè)備用ACK同意接收，用NAK拒絕接收。多點選擇

④輪詢：主設(shè)備希望接收數(shù)據(jù)，逐個詢問設(shè)備是否有數(shù)據(jù)發(fā)送。如果沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，必須回答否定應(yīng)答幀(NAK)。如果有數(shù)據(jù)，直接用數(shù)據(jù)幀應(yīng)答。有兩種終止信息交互的方法：①從設(shè)備將所有的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，并以一個傳輸結(jié)束幀(EOT)結(jié)束傳輸。②主設(shè)備發(fā)出“時間到”消息。4.2流量控制與差錯控制流量控制是一組過程，這組過程是用來告訴發(fā)送方在等待接收方的確認(rèn)信號之前最多可以傳送多少數(shù)據(jù)。流量控制有兩個要點：①數(shù)據(jù)流不能使接收方過載②接收方對數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)差錯控制主要指錯誤檢測和重傳方法。自動重復(fù)請求(ARQ)：數(shù)據(jù)幀在傳輸中出現(xiàn)錯誤，接收方就返回一個否定應(yīng)答幀(NAK)，出錯的幀就會被發(fā)送方重新傳送。這個過程叫ARQ。數(shù)據(jù)被重傳的情況有三種：幀破壞、幀丟失和應(yīng)答幀丟失。流量控制和差錯控制是結(jié)合在一起實現(xiàn)的，有兩種實現(xiàn)流量控制和差錯控制的技術(shù)：停止等待協(xié)議滑動窗口協(xié)議4.2.1停止等待協(xié)議①停止等待協(xié)議的流量控制發(fā)送方每發(fā)送一幀后就等待應(yīng)答。只有收到一個應(yīng)答(ACK)后，才發(fā)送下一個幀。直到發(fā)送方發(fā)送一個傳輸結(jié)束幀。優(yōu)點：協(xié)議簡單。缺點：效率低，在線路上只有一幀。如果設(shè)備之間的距離很長，在每幀之間等待ACK幀所花費的時間很長。停止等待協(xié)議

②完成一幀發(fā)送所需的最短時間：WT=tI+2tp+2tproc+tS其中：tI：發(fā)送數(shù)據(jù)幀時間=幀長/數(shù)據(jù)傳輸率tS：發(fā)送確認(rèn)幀時間=確認(rèn)幀長/數(shù)據(jù)傳輸率tp：信號傳輸延時=距離/0.7光速tproc：節(jié)點處理數(shù)據(jù)時間③停等協(xié)議的定量分析⑴無差錯情況的信道利用率F：F=(tI+tp)/WT；tI：發(fā)送數(shù)據(jù)的時間;tp：信號的傳輸延時；信道利用率：信道被占用的時間和總時間之比。⑵無差錯情況的有效數(shù)據(jù)傳輸率S=D1/WT；D1是有效數(shù)據(jù)位數(shù)；WT是發(fā)送一幀的時間；有效數(shù)據(jù)傳輸率：單位時間內(nèi)傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)位數(shù)。例1：C=傳輸速率（10Mbps或10bit/us）S=信號速度（200m/us）D=發(fā)送方與接收方的距離（200m）tproc=生成一幀的時間（1us）Lf=一幀的比特數(shù)（200Bit）N=一幀的數(shù)據(jù)比特數(shù)（160Bit）LS=一確認(rèn)幀的比特數(shù)（40Bit）計算：WT=tI+2tP+2tProc+tStI=Lf/C=200/10=20(us);tS=LS/C=40/10=4(us);tP=D/S=200/200=1(us);WT=20+2×1+2×1+4=28;信道有效忙碌的時間為tI+tP=20+1;所以：信道的利用率:P=21/28=75%有效數(shù)據(jù)傳送速率:160/28=5.7Mbps

⑶有差錯時正確傳送一幀的平均時間無差錯情況下，發(fā)送一幀的最小時間間隔為WT,記為tW。當(dāng)出錯率為p時,正確發(fā)送一幀的平均時間間隔tV為(根據(jù)概率統(tǒng)計學(xué))：tV=tW/(1-p);p是出錯率tV是發(fā)送一幀的平均時間;⑷系統(tǒng)的最大吞吐量最大吞吐量λmax（每秒成功發(fā)送的幀數(shù)）：λmax=1/tV=(1-p)/tW

極限吞吐量M=1/tI(tI是發(fā)送數(shù)據(jù)的時間)⑸系統(tǒng)的傳輸效率系統(tǒng)的傳輸效率ρ=最大吞吐量λmax/極限吞吐量ρ=[(1-p)/tw]/[1/tI];令a≡tw/tI>1;則:ρ=(1-p)/a說明ρ的大小與a的關(guān)系是反比;a越小效率越高;④停止等待協(xié)議中的差錯控制為了實現(xiàn)差錯控制，停止等待協(xié)議采用ARQ技術(shù)，ARQ處理錯誤的三種情況：幀破壞幀丟失應(yīng)答幀丟失要求：發(fā)送站要保留數(shù)據(jù)幀的備份；數(shù)據(jù)幀和應(yīng)答幀必須交替的標(biāo)識為0和1。如果接收方收到了兩個相鄰的數(shù)據(jù)幀且標(biāo)號相同，說明接收方收到了一個重復(fù)幀。應(yīng)當(dāng)丟棄一個重復(fù)幀。否定應(yīng)答幀(NAK),通知發(fā)送方重新發(fā)送最近的一幀。定時器，判斷數(shù)據(jù)幀在傳輸中丟失。4.2.2滑動窗口協(xié)議①滑動窗口協(xié)議中的流量控制

發(fā)送方在收到應(yīng)答消息前可以發(fā)送若干幀。接收方使用一個ACK幀來對多個數(shù)據(jù)幀的接收進(jìn)行確認(rèn)。具體可以接受多少幀視窗口大小而定.

幀編號：在滑動窗口協(xié)議中，數(shù)據(jù)幀以模n方式編號，也就是說，編號從0到n-1。窗口的大小是n-1。接收方發(fā)送的應(yīng)答幀(ACK)編號是接收方希望收到的下一幀的編號。窗口是發(fā)送方和接收方存放數(shù)據(jù)幀的緩沖區(qū)：發(fā)送方窗口用于存放已經(jīng)發(fā)送但未收到應(yīng)答的數(shù)據(jù)幀和在收到應(yīng)答幀之前可以發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。在接受方，只要窗口未填滿就可以在未發(fā)送應(yīng)答幀的情況下繼續(xù)接收數(shù)據(jù)幀。接收方窗口用于存放已經(jīng)被接收但未給應(yīng)答的數(shù)據(jù)幀。發(fā)送方發(fā)送窗口

接收方接收窗口

②滑動窗口協(xié)議中的差錯控制滑動窗口協(xié)議中，有兩種實現(xiàn)自動重復(fù)請求(ARQ)技術(shù):回退N自動重復(fù)請求(Go-back-N)選擇拒絕自動重復(fù)請求(Select-Rej)要求：發(fā)送站要保留數(shù)據(jù)幀的備份；除確認(rèn)幀外，接收方可以發(fā)送否認(rèn)幀，告訴發(fā)送方重新發(fā)送一個損壞的幀；定時器，判斷數(shù)據(jù)幀在傳輸中丟失③回退n自動重復(fù)請求在滑動窗口的回退n自動重復(fù)請求中，如果一幀丟失或損壞了，從最近一次得到應(yīng)答的數(shù)據(jù)幀