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第4章 数据链路层 4.1 数据链路层的基本概念 4.2 停止等待协议 4.3 连续ARQ协议 4.4 选择重传ARQ协议 4.5 面向比特的链路控制规程HDLC 4.6 因特网的点对点协议PPP 4.1 数据链路层的基本概念 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(这将在后面讨论)。 也有人采用另外的术语。这就是将链路分为物理链路和逻辑链路。物理链路就是上面所说的链路，而逻辑链路就是上面的数据链路，是物理链路加上必要的通信协议。 流量控制-发方发送数据的速率必须使收方来得及接收。当收方来不及接 收时，就必须及时控制发方发送数据的速率。 差错控制-在计算机通信中，一般都要求有极低的比特差错率。为此广泛地使用了编码技术，主要有两大类，一类是前向纠错，即收方收到有差错的数据帧时能自动将差错改正过来。这种方法的开销较大，不适合于计算机通信。另 一类是检错重发，即收方可以检测出收到的帧中有差错，于是就让发方重复发送这一帧，直到收方正确收到这一帧为止。这种方法在计算机通信中是最常用的。 4.2 停止等待协议 停止等待协议是最简单但也最基本的数据链路层协议。为了便于说明，我们采用一个简化的模型(如图所示)，把数据链路层以上的各层用一个主机来代替，而物理层和通信线路则等效成一条简单的链路。在发方和收方的数据链路层分别有一个发送缓冲区和接收缓冲区。 若进行双工通信，则在每一方要同时设有发送缓冲区和接收缓冲区。缓冲区是必不可少的，因为在通信线路上数据是以比特流的形式串行传输的，但在计算机内部数据的传输 则是以字节为单位进行并行传输。因此，必须在计算机的内存中设置一定容量的缓冲区， 以便解决数据传输速率不一致的问题。 4.2.3 循环冗余检验 一种通过多项式除法检测错误的方法。 编码思想：将位串看成系数为0或1的多项式 检错思想：收发双方约定一个生成多项式G(x)（其最高阶和最低阶系数必须为1），发送方在帧的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多项式能被G(x)整除。接收方收到后，用G(x)除多项式，若有余数，则传输有错。 4.6 因特网的点对点协议PPP 虽然HDLC协议在历史上曾经起过很大的作用，但现在全世界使用得最多的数据链路层协议是非常简单的点对点协议PPP (Point-to-Point Protocol)。 图4-12是用户拨号入网的示意图。因特网服务提供者ISP是一个能够提供用户拨号入网的经营机构。 可以证明，当用n个比特进行编号时，若接收窗口的大小为1，则只有在发送窗口的大小 时，连续ARQ协议才能正确运行。 这表明序号是用3比特编码时，发送窗口的最大值是7。这对一般的陆地链路已经足够大了。但对于卫星链路，由于其传输时延很大，发送窗口也必须适当增大才能使信道利用率不致太低。这时常取编码n=7,因而发送窗口可达127。在这种情况下，所有已发送出去的但尚未被确认的数据帧都必须保存在发送端缓冲区中，以便在出差错时重发。 ???? 顺便指出，上述的这种对已发送过的数据帧的保存，相当于一个先进先出的队列（如图）。发送端每发完一个新的数据帧就将该帧存入这个队列。当队列长度达到发送窗 口大小WT时，即停止再发送新的数据帧。当按照协议进行重发时，队列并不发生变化， 只有当收到对应于队首的帧的确认时，才将队首的数据帧清除。若队列变空，则表明全部已发出的数据帧均已得到了确认。 为了进一步提高信道的利用率，可以设法只重传出现差错的数据帧或者是定时器超时的数据帧。此时必须加大接收窗口，以便先收下发送序号不连续但仍处在接收窗口中的那些数据帧。等到所缺序号的数据帧收到之后再一并送交主机。这就是选择重传ARQ协议。 4.4 选择重传ARQ协议 上图画的是选择重传ARQ协议的示意图。我们设接收窗口WR=4，再假定6号数据帧在传送时丢失，按照选择重传ARQ协议，接着传送的7-8号数据帧在接收端不是被丢弃，而是先暂存一下。等到6号数据帧由于超时定时器时间到而重传并到达接收端时，接收端再按数据帧的序号顺序交付给主机。这样做可避免重复传送那些本来已经正确到达接收端的数据帧。但我们付出的代价是在接收端要设置具有一定容量的缓存空间，这在很多 情况下是不够经济的。正因如此，选择重传ARQ协议在目前还远没有连续ARQ协议使用的那么广泛。今后随着存储器芯片价格的下降，选择重传ARQ协议还是有可能得到重视的。 不难证明，当采用n个比特进行编码时，