工学逻辑链路控制.pptx

2024/4/19 周五1第第 3 3 部分部分 局域网局域网第第7 7章章 逻辑链路控制逻辑链路控制第第8 8章章 以太网以太网 第第9 9章章 令牌环令牌环第第1010章章 令牌总线令牌总线第第11 11章章 高速局域网高速局域网2024/4/19 周五2第第7 7章章 逻辑链路控制逻辑链路控制7.1 IEEE802 7.1 IEEE802 局域网络技术标准局域网络技术标准局域网出现后，各公司相继推出其局域网产品，其产品品种和数量迅速增加。为了规范局域网技术标准，以便在不同厂家生产的局域网之间方便地通信，迫切需要制定出局域网的技术标准。IEEE于1980年2月成立了IEEE802委员会,专门研究并制订有关局域网的各种标准(称为IEEE802标准)。IEEE802标准已经得到了国际社会的广泛认可，其中许多标准已被修改成ISO的国际标准。2024/4/19 周五3第第7 7章章 逻辑链路控制逻辑链路控制7.1 IEEE802 7.1 IEEE802 局域网络技术标准局域网络技术标准开始时IEEE802委员会共有6个分委员会,即802.1802.6,它们制定的标准相应地称为IEEE802.1IEEE802.6标准。后来随着技术的发展，分委员会又扩大到13个，分别对宽带技术、光纤技术、综合话音数据网技术、可互操作局域网的安全、无线局域网技术以及新型局域网技术进行研究。IEEE802提出的局域网通信标准,主要包含了相当于ISO/OSI标准的下两层,即物理层与数据链路层。2024/4/19 周五4第第7 7章章 逻辑链路控制逻辑链路控制7.1 IEEE802 7.1 IEEE802 局域网络技术标准局域网络技术标准IEEE802.1（A)：综述和体系结构综述和体系结构IEEE802.1（B)：寻址、网际互联和网络管理寻址、网际互联和网络管理IEEE802.2：逻辑链路控制逻辑链路控制IEEE802.3：CSMA/CD访问方法和物理层技术标准访问方法和物理层技术标准IEEE802.4：令牌传递总线令牌传递总线访问方法和物理层技术标访问方法和物理层技术标IEEE802.5：令牌传送环令牌传送环访问方法和物理层技术标准访问方法和物理层技术标准IEEE802.6：城市地区网城市地区网访问方法和物理层技术访问方法和物理层技术标准标准2024/4/19 周五57.1 IEEE802 7.1 IEEE802 局域网络技术标准局域网络技术标准(续续)IEEE802.7：宽带宽带技术技术IEEE802.8：光纤光纤技术技术IEEE802.9：综合话音数据局域网综合话音数据局域网IEEE802.10：可互操作的局域网的：可互操作的局域网的安全安全IEEE802.11：无线无线局域网局域网IEEE802.12：优先级轮询优先级轮询局域网局域网(100VGAnyLAN)IEEE802.13：电缆电视电缆电视（Cable-TV）2024/4/19 周五6图图7.1IEEE802LAN/RMLAN/RM和和OSI/RM的下的下两层相对应，两层相对应，其数据链路层其数据链路层又分为又分为LLC和和MAC.2024/4/19 周五77.1 IEEE802 7.1 IEEE802 局域网络技术标准局域网络技术标准(续续)MAC(MediumAccessControl)子层子层:媒体访问控制子层,根据物理介质不同而有所不同;MAC子层能看到具体的局域网,是总线网、令牌环网还是令牌总线网。LLC(LogicalLinkControl)子层子层:IEEE802 LLC对逻辑链路进行了统一规定,它按数据链路层统一要求进行规范工作,而隐藏了不同物理层实现的差异,向网络层提供了统一的格式和接口;在LLC子层上看不到具体的局域网。2024/4/19 周五87.1 IEEE802 7.1 IEEE802 局域网络技术标准局域网络技术标准(续续)LLC(LogicalLinkControl)子层子层:LLC的功能,从逻辑上可分为三个部分：和网络层的界面，向上层提供服务；LLC通信协议，说明了LLC本身应有的功能；和MAC子层的界面，它指明了LLC为了实现它的功能对下层所要求的服务。2024/4/19 周五97.1 IEEE802 7.1 IEEE802 局域网络技术标准局域网络技术标准(续续)LAN数据链路层有两种不同的数据链路层有两种不同的PDU：LLC PDU，MAC PDU即MAC帧。LLC PDU传给MAC子层时，加上其首部和尾部就构成了MAC PDU。图5.22024/4/19 周五10图图7.2LLCPDU与与MAC帧帧2024/4/19 周五117.1 IEEE802 7.1 IEEE802 局域网络技术标准局域网络技术标准(续续)局域网特点：局域网特点：由于传输介质不同，网络拓扑不同以及所采用的介质访问控制方法不同等，局域网又分成总线网、令牌环网以及令牌总线网等不同的类型；这些种类不同的局域网都是广播型网络，网上多个站点共享信道，一个站发出数据其他站均能收到。2024/4/19 周五127.1 IEEE802 7.1 IEEE802 局域网络技术标准局域网络技术标准(续续)局域网特点：局域网特点：广播型网络要解决一个重要的技术问题就是信道争用技术，或者说是传输介质的访问控制技术。任何一个站都可以使用信道，但任何时候信道只能由一个站点占用，进行数据发送。IEEE802标准系列中的802.3802.5三个标准，其主要任务就是解决信道争用的问题，它们有不同的介质的访问控制方式。2024/4/19 周五137.27.2 数据链路控制机制数据链路控制机制 在介绍IEEE802.2逻辑链路控制协议之前，本小节先介绍一下在数据链路控制协议中广泛使用的控制机制，主要是流量控制和差错控制机制。它们会出现在绝大多数数据链路控制协议中。2024/4/19 周五14数据链路(data link)可以想像为一个数字管道，在它上面可以进行数据通信。除了必须有一条物理的链路之外，还有必要的规程来控制这些数据的传输过程。把实现这些规程的硬件和软件加到物理链路上，就构成了所谓的数据链路。在计算机网络中，数据链路层最主要的功能就是通过数据链路层协议的作用，在一条不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。7.2.1 7.2.1 引言引言2024/4/19 周五15链路是理想的传输信道,任何数据既不会差错也不会丢失。实际非理想差错控制不管发方以多快的速率发送数据,收方总能够来得及接收、处理并上交主机。也就是收方有足够的接收缓冲区和处理速度。实际非理想流量控制一个完全理想化的数据链路，可以实现理想的可靠的数据传输。这里所谓完全理想的数据链路是基于以下两个假设：7.2.1 7.2.1 引言引言2024/4/19 周五16差错控制差错控制:使得链路传输出现差错时得到补救,差错主要有两种:帧丢失，例如一个帧被突发噪声严重破坏，接收方无法识别是一个数据帧到来；帧损坏，例如其中几位数据出错。流量控制流量控制:用来保证发方的发送数据在任何情况下都不会使得收方的接收缓冲区溢出。由收方控制发方的数据流量乃是计算机网络中流量控制的一个基本思路。7.2.1 7.2.1 引言引言2024/4/19 周五177.2.1 7.2.1 引言引言差错控制（差错控制（errorcontrol）,一般基于以下措施：差错发现差错发现(error detection)由MAC层帧校验实现。正正确确认认(positive acknowledgement)收方收到一个无错的帧后，返回一个正确认。正确认即肯定确认。超超时时重重发发(timeout retransmission)发方在发送完一帧时启动一个超时定时器(timeout timer)，若由它设定的重发时间到且未收到正确认，则重发此帧。负确认负确认(negative acknowledgement)与重发 收方收到一个有错的帧，返回一个负确认，发方重发此帧。负确认即否定确认。2024/4/19 周五187.2.2 7.2.2 停等停等ARQARQ停等停等ARQ是是最简单最基本的链路控制协议最简单最基本的链路控制协议；支持支持IEEE802.2LLC的的有确认无连接服务有确认无连接服务。基本思想：基本思想：在在发发送送方方发出一个数据帧后后停下下来来不不再再发发送送而而等待待接接收收方方的的确确认认到到达达，确确认认到到达达后后才才能能发发出出下一帧。下一帧。显然，发方发送的数据流量受到收方的控制。显然，发方发送的数据流量受到收方的控制。2024/4/19 周五197.2.2 7.2.2 停等停等ARQARQ存在问题与解决方法：存在问题与解决方法：收方收到了发来的帧但检测出收到的帧有差错，那么此时可以采取两种不同的办法：收方对该帧发回一个负确认，使发方重发。收方简单地抛弃此帧，发方须配置超时定时器。发方发出的帧丢失,收方收不到,因此发方等不到收方的确认,出现死锁,发方须配置超时定时器。2024/4/19 周五207.2.2 7.2.2 停等停等ARQARQ存在问题与解决方法（续）：存在问题与解决方法（续）：收方收到帧,但它发出的确认丢失,因此发方也等不到收方的确认:出现死锁,发方须配置超时定时器。超时重发会使收方收到重复帧。解决重复帧的方法是为数据帧和确认帧编上序号,用0和1交替地编号就可以区分是独立帧/重复帧,重复帧则丢弃。传输效率低。图图7.32024/4/19 周五21图图7.3停等停等ARQ2024/4/19 周五227.2.3 7.2.3 回退回退-N ARQ-N ARQ基本思想：基本思想：收方配置了几个帧的接收缓冲区，允许发方在每收到一个确认之前最多可发送n个帧。可以大大提高传输效率。当然N不能过大，过大会造成收方必须设置过大的缓冲区，而且只要有一帧出错，就可能会造成过多的帧重传，引起过多的重传开销。2024/4/19 周五237.2.3 7.2.3 回退回退-N ARQ-N ARQ累积确认累积确认(cumulativeacknowledgement)机制机制回退-N ARQ规定接收方不一定每收到一个正确的数据帧就必须发回一个确认帧，可以在连续收到多个正确的数据帧以后，才只对最后一个数据帧发回累计确认；对某一数据帧的累计确认表明该数据帧和它以前所有的数据帧均已正确地收到了；可以使接收方少发一些确认帧，因而进一步减少了开销。2024/4/19 周五247.2.3 7.2.3 回退回退-N ARQ-N ARQ滑动窗口滑动窗口（slidingwindow）机制）机制：发送窗口,接收窗口;发方可连续发送发送窗口内的所有帧；收方控制双方的窗口向前滑动：收方收到一（多）个正确的帧后，接收窗口向前滑动，同时发出一确认，引起发送窗口向前滑动。2024/4/19 周五25图图7.4发送窗口控制发送端的流量发送窗口控制发送端的流量2024/4/19 周五26图图7.5接收窗口控制接收接收窗口控制接收2024/4/19 周五277.2.3 7.2.3 回退回退-N ARQ-N ARQ超时重传超时重传-回退回退N N：图7.4和图7.5所示收发过程中，如果发方数据帧丢失、出错或收方确认帧丢失等，都会引发重传。以图5.4(c)为例，4号帧由于信道中的噪声干扰，收方收到后MAC层报告说有检验错误，于是收方丢弃之，不会发回确认帧。发方(每帧所设)超时定时器时间到而未收到确认，就重发相应的数据帧。回退-N ARQ规定，发方必须回退，这个指针要回退到4号帧，将4号帧及其以后的各帧全部重传。2024/4/19 周五287.2.3 7.2.3 回退回退-N ARQ-N ARQ回退回退-NARQ传输机制特点：传输机制特点：一方面提高了传输效率，因为可以连续发送窗口内的多个数据帧;另一方面又降低了传送效率。因为在已传送的数据帧中，如果有一个前面的数据帧出了错，其后正确传送的数据帧重传时也必须进行重传，这又降低了传送效率;当信道传输质量好,误码率很小时，回退-N ARQ协议可以高效地工作;而在信道的传输质量差,误码率较大时，回退-N ARQ协议不一定优于停止等待协议。2024/4/19 周五297.2.3 7.2.3 回退回退-N ARQ-N ARQ(续续)发送窗口发送窗口:回退回退-NARQ对发送窗口的大小是有限制的，对发送窗口的大小是有限制的，如果帧的序号用如果帧的序号用n比特编号，则发送窗口：比特编号，则发送窗口：WT2n-1最大序号 (5.1)例如，若n=3，最大序号为7，WT7。当当WT2n时，确认具有二义性，可能引起发送方对时，确认具有二义性，可能引起发送方对接收方确认的误解，而接收方确认的误解，而满足满足(5.1)式式则不会。则不会。例如，若n=3，序号为07，WT=2n 若n=3，序号为07，WT 2n2024/4/19 周五307.2.4 7.2.4 选择重传选择重传ARQARQ基本思想：基本思想：为为了了进进一一步步提提高高信信道道的的利利用用率率，可可以以对对回回退退-N-N ARQARQ进进一一步步改改进进，解解决决其其出出现现差差错错后后重重传传多多个个帧帧造造成成的的不不必必要要浪浪费费。有有选选择择性性地地只只重重传传(selective(selective repeat)repeat)出出错错的的帧帧，其其后后的正确到达的帧则不再重传。的正确到达的帧则不再重传。2024/4/19 周五317.2.4 7.2.4 选择重传选择重传ARQ ARQ(续续)实现条件：实现条件：接收窗口大小为1(WR1),导致回退-N重发多帧。因此，选择重传ARQ窗口大小WR1：如图5.5(c)中的虚线所示，WR4，47共4个序号均落入接收窗口。那么即使4号帧出现问题,后续的5、6和7号还可以接收，但不发回确认。等收方收到了正确的4号帧后,将窗口中的47号帧一并上交网络层,发出对7号帧的累计确认,接收窗口也同时向前滑动4个号。2024/4/19 周五32图图5.5接收窗口控制接收接收窗口控制接收2024/4/19 周五337.2.4 7.2.4 选择重传选择重传ARQ ARQ(续续)窗口大小窗口大小:选择重传ARQ中，接收窗口不应该大于发送窗口,一般是相等。在用n个比特对帧编号时,应该有：窗口大小2n/2=(最大序号+1)/2 (5.2)例如n3时,最大可选WTWR4。2024/4/19 周五34 7.2.4 7.2.4 选择重传选择重传ARQ ARQ(续续)（5.2)式解释：式解释：当WR2n/2时,接收方可能误认为发方重传的帧是同号的新的帧。如n3,若取WTWR5,不符合式(5.2)。发送窗口和接收窗口内帧的序号均为04，发方发送04号帧，收方正确接收并将窗口向前滑动包入了序号为5、6、7、0和1的5个序号，并向发方发回确认，表示可接收窗口内新的5个帧。但这个确认丢失了。发方的0号帧超时定时器到时，重发了0号帧。收方无法确认重发帧or新帧。2024/4/19 周五35 7.2.4 7.2.4 选择重传选择重传ARQ ARQ(续续)（5.2)式解释式解释(续续)：类似地,当发方的1号帧的超时定时器到时重发1号帧后,收方也可能误认为是新的1号帧而接收。造成这种现象的原因,是因为重发时发送窗口和接收窗口有交迭。上例中,重发时发送窗口为0、1、2、3和4,而接收窗口为5、6、7、0和1时,交迭的部分的序号为0和1。重发的交迭序号的帧收方可能误认为是同号的新帧，即使它们之前断了序号，因为选择重传ARQ接收窗口的帧是可以断序接收的。当满足式(5.2)时,发送窗口和接收窗口则不会交迭。2024/4/19 周五36 573 IEEE802.2 573 IEEE802.2逻辑链路控制协议逻辑链路控制协议7.3.1LLC层提供的服务层提供的服务类型1一LLCl，不确认的无连接服务 类型2一LLC2，面向连接的服务 类型3一LLC3，带确认的无连接服务2024/4/19 周五37 7.3.1 LLC 7.3.1 LLC层提供的服务层提供的服务1.类型类型1一一LLC1，不确认的无连接服务，不确认的无连接服务相当于数据报服务;收方无须确认,实现简单,在局域网中应用广泛；可用于单播(unicast)、广播(broadcast)和多播(multi-cast)通信。对于广播和多播,若要求收方都必须发回确认,会给网络造成很大的负担。实际上这种不确认的服务可靠性并不太差:因为局域网的传输误码率比广域网要低得多，差错控制和流量控制可以由高层协议来提供(一般是在传输层提供)。2024/4/19 周五38 7.3.1 LLC 7.3.1 LLC层提供的服务层提供的服务2.类型类型2一一LLC2，面向连接的服务，面向连接的服务相当于虚电路服务:两个LLC实体之间连接建立、数据传送和连接断开这三个过程;提供了流量控制和差错控制;只支持单播通信;面向连接的服务比无连接的服务开销要大;适合于传送很长的数据文件，因为这时附加的开销所占的比例相对减少。2024/4/19 周五39 7.3.1 LLC 7.3.1 LLC层提供的服务层提供的服务3.类型类型3一一LLC3，带确认的无连接服务，带确认的无连接服务不建立连接直接发送数据,但收方给予确认；适合于传送非常重要且实时性也很强的信息:如自动控制系统中的报警信息或控制信号等，若不要确认则不够可靠，若先建立连接又嫌太慢。目前只用于802.4标准的令牌总线网。2024/4/19 周五407.3.2 LLC7.3.2 LLC层的服务访问点与寻址层的服务访问点与寻址局域网的每一个站中都可能有多个进程在运行，它们可能同时与其他站中的一些进程进行通信。因此，在LLC层上面设有多个服务访问点SAP，以便向多个进程提供服务。在通信过程也定义了两个不同层次的地址：MAC地址，即站点在网络中的物理地址，在MAC层使用，由MAC帧进行传送；SAP地址，即进程在站点中的地址，在LLC层使用，由LLC帧负责传送。2024/4/19 周五417.3.2 LLC7.3.2 LLC层的服务访问点与寻址层的服务访问点与寻址(续续)局域网中寻址包括两个步骤：局域网中寻址包括两个步骤：首先用MAC帧的MAC地址信息找到网络中的某一个站点，然后用LLC帧的SAP地址信息找到该站点中的某一个进程。2024/4/19 周五427.3.2 LLC7.3.2 LLC层的服务访问点与寻址层的服务访问点与寻址(续续)图7.6示例了一个局域网，A、B、C是上面的三个站点，每个站中都可以有多个进程在运行。例如，A站的一个进程x欲向C站中的某个进程发送报文，它通过A站LLC层的一个服务访问点SAP1请求与C站LLC层上的一个服务访问点SAP2建立连接。2024/4/19 周五43图图7.6LLC服务访问点服务访问点SAP通信：A(1)C(2)、A(2)到B(3)、B(1)与A(3)复用：多个SAP是可以复用一条数据链路的。2024/4/19 周五447.3.2 LLC7.3.2 LLC层的服务访问点与寻址层的服务访问点与寻址(续续)LLC层复用功能：层复用功能：1个LLC层可以有多个SAP,不同的用户使用不同的SAP就可以进行不同的工作,实现不同的功能。某用户使用IP协议通过SAP1调用LLC层的服务,另1用户则使用IPX通过SAP2调用LLC层的服务,它们同时使用同1个站的LLC层服务,在1个局域网上同时工作,互不影响。1个用户可以同时使用多个SAP,但1个服务访问在1个时间只能为1个用户所使用。2024/4/19 周五45 7.3.3 LLC 7.3.3 LLC帧结构帧结构LLC帧包括4个字段：目的服务访问点DSAP字段,1个字节;源服务访问点SSAP字段,1个字节;控制字段;数据字段。图图7.72024/4/19 周五46图图7.7LLC帧结构帧结构2024/4/19 周五477.3.3 LLC7.3.3 LLC帧结构帧结构(续续)DSAP:1个字节个字节最低位为I/Gbit：I(Individual)单地址,G(Global)全局地址。当I/Gbit为0，后7位表示单个的目的SAP。当I/Gbit为1，后7位表示组地址：只适用于不确认的无连接服务；若该字段全为1，则表示广播地址。2024/4/19 周五485.3.3 LLC5.3.3 LLC帧结构帧结构(续续)SSAP:1个字节个字节最低位为C/Rbit:C(Command)命令，而R(Response)响应。当C/R bit为0时，该LLC帧为命令帧。当C/R bit为1时，则为响应帧。C/R比特之后的7个比特是源服务访问点。2024/4/19 周五497.3.3 LLC7.3.3 LLC帧结构帧结构(续续)LLC有三种类型的帧：有三种类型的帧：信息帧I(Information),控制字段2个字节;监督帧S(Supervisory),控制字段2个字节;无编号帧U(Unnumbered),控制字段1个字节。2024/4/19 周五507.3.3 LLC7.3.3 LLC帧结构帧结构(续续)信息帧信息帧:控制字段第1比特为“0”；发送序号N(S)表示当前发送的信息帧的序号；接收序号N(R)表示所期望接收的帧的序号：N(R)带有确认的意思，它表示序号为N(R)-1的帧以及其以前的帧都已正确地接收到了；由于在信息帧中设置了接收序号N(R)，可不必专门为收到的信息帧发送确认帧，可以使用捎带(piggybacking)技术。2024/4/19 周五517.3.3 LLC7.3.3 LLC帧结构帧结构(续续)监督帧监督帧:控制字段的第12比特为“10”；不包含要传送的数据及发送序号N(S)；共有4种，用第34比特来标识。表表7.12024/4/19 周五527.3.3 LLC7.3.3 LLC帧结构帧结构(续续)3-4bit监督帧名称功能描述应用00RR(Receive Ready)接收准备就绪准备接收下一帧，确认序号为N(R)-1及以前各帧回退N-ARQ 10RNR(Receive Not Ready)接收未就绪暂停接收下一帧，确认序号为N(R)-1及以前各帧回退N-ARQ 01REJ(Reject)拒绝从N(R)起所有帧都被否定，但确认序号为N(R)-1及以前各帧回退N-ARQ 11SREJ(Selective Reject)选择性拒绝只否认序号为N(R)的帧，但确认序号为N(R)-1及以前各帧选择重传ARQ 表 7.1 监督帧的功能2024/4/19 周五537.3.3 LLC7.3.3 LLC帧结构帧结构(续续)监督帧监督帧(续续):接收序号N(R)非常重要:在RR和RNR两种监督帧中,N(R)都具有同样的含义,这2种监督帧都相当于确认帧；REJ则相当于负确认,在REJ帧中的N(R)表示所否认的帧的序号。不过这种否认帧还同时确认序号N(R)-1及以前的各帧均已正确无误地收到。流量控制:RR帧表示已做好接收准备，对方可继续发送;RNR帧则指示对方暂停发送。2024/4/19 周五547.3.3 LLC7.3.3 LLC帧结构帧结构(续续)无编号帧无编号帧U:控制字段的第12比特为“11”;不带编号,即无N(S)、N(R)字段;用5个比特的M字段(即第3、4、6、7和8比特)来表示不同功能的无编帧;虽有32个不同组合,但目前只定义了一部分，它们主要起控制作用。询问询问/终止终止(Poll/Final)比特比特:控制字段的P/F比特,在不同类型的帧和不同的数据传输方式中有不同的用法。