第 2 章 端 到 端 的 传 输 协 议 孙 恩 昌 电 控 学 院 电 子 工 程 系 1
2.3 标 准 数 据 链 路 控 制 协 议 及 其 初 始 化 2.3.1 标 准 的 数 据 链 路 控 制 协 议 2.3.2 数 据 链 路 层 协 议 的 初 始 化 2
231 2.3.1 标 准 的 数 据 链 路 控 制 协 议 (1) 目 前 常 用 的 标 准 数 据 链 路 控 制 (DLC) 协 议 有 : IBM 提 出 的 SDLC, ISO 建 议 的 HDLC, ANSI 规 定 的 ADCCP CCITT 建 议 的 LAPB 等 其 中,HDLC 与 ADCCP 功 能 相 同,SDLC 是 HDLC 的 一 个 功 能 子 集 LAPB 也 是 HDLC 的 一 个 子 集 HDLC(ADCCP) 是 为 多 种 物 理 链 路 设 计 的 这 些 链 路 包 括 多 址 链 路 占 对 点 链 路 全 双 工 和 半 双 工 链 路 3
ANSI 简 介 ANSI: 全 名 American National Standards Institute 1918 年 10 月 19 日, 美 国 材 料 试 验 协 会 (ASTM) 美 国 机 械 工 程 师 协 会 (ASME) 美 国 矿 业 与 冶 金 工 程 师 协 会 (ASMME) 美 国 土 木 工 程 师 协 会 (ASCE) 美 国 电 气 工 程 师 协 会 (AIEE) 等 组 织, 共 同 成 立 了 美 国 工 程 标 准 委 员 会 (AESC) 美 国 政 府 的 三 个 部 ( 商 务 部 陆 军 部 海 军 部 ) 也 参 与 了 该 为 委 员 会 的 筹 备 工 作 1928 年, 美 国 工 程 标 准 委 员 会 改 组 为 美 国 标 准 协 会 (ASA), 为 致 力 于 国 际 标 准 化 事 业 和 消 費 品 方 面 的 标 准 化 1966 年 8 月, 又 改 组 为 美 利 坚 合 众 国 标 准 协 会 (USASI) 1969 年 10 月 6 日 改 成 现 名 : 美 国 国 家 标 准 协 会 (ANSI) ANSI 是 一 个 民 间 非 营 利 性 质 的 标 准 化 组 织 4
国 际 电 信 联 盟 简 介 International Telecommunication Union-ITU 国 际 电 信 联 盟 是 联 合 国 的 一 个 专 门 机 构, 也 是 联 合 国 机 构 中 历 史 最 长 的 一 个 国 际 组 织, 简 称 " 国 际 电 联 " " 电 联 " 或 "ITU" 该 国 际 组 织 成 立 于 1865 年 5 月 17 日, 是 由 法 德 俄 等 20 个 国 家 在 巴 黎 会 议 为 了 顺 利 实 现 国 际 电 报 通 信 而 成 立 的 国 际 组 织, 定 名 " 国 际 电 报 联 盟 " 1932 年,70 个 国 家 的 代 表 在 西 班 牙 马 德 里 召 开 会 议, 决 议 把 " 国 际 电 报 联 盟 " 改 写 为 " 国 际 电 信 联 盟 ", 这 个 名 称 一 直 沿 用 至 今 1947 年 在 美 国 大 西 洋 城 召 开 国 际 电 信 联 盟 会 议, 经 联 合 国 同 意, 国 际 电 信 联 盟 成 为 联 合 国 的 一 个 专 门 机 构 总 部 由 瑞 士 伯 尔 尼 迁 至 日 内 瓦 另 外, 还 成 立 了 国 际 频 率 登 记 委 员 会 (IFRB) 为 了 适 应 电 信 科 学 技 术 发 展 的 需 要, 国 际 电 报 联 盟 成 立 后, 继 产 生 了 3 个 咨 询 委 员 会 1924 年 在 巴 黎 成 立 了 " 国 际 电 话 咨 询 委 员 会 (CCIF)";1925 年 在 巴 黎 成 立 了 " 国 际 电 报 咨 询 委 员 会 (CCIT)";1927 年 在 华 盛 顿 成 立 了 " 国 际 无 线 电 咨 询 委 员 会 (CCIR)" 这 三 个 咨 询 委 员 会 都 召 开 了 不 少 会 议, 解 决 了 不 少 问 题 1956 年, 国 际 电 话 咨 询 委 员 会 和 国 际 电 报 咨 询 委 员 会 合 并 成 为 " 国 际 电 报 电 话 咨 询 委 员 会 ", 即 CCITT 1972 年 12 月, 国 际 电 信 联 盟 在 日 内 瓦 召 开 了 全 权 代 表 大 会, 通 过 了 国 际 电 信 联 盟 的 改 革 方 案, 国 际 电 信 联 盟 的 实 质 性 工 作 由 三 大 部 门 承 担, 它 们 是 : 国 际 电 信 联 盟 标 准 化 部 门 (ITU-T) 国 际 电 信 联 盟 无 线 电 通 信 部 门 和 国 际 电 信 联 盟 电 信 发 展 部 门 其 中 电 信 标 准 化 部 门 由 原 来 的 国 际 电 报 电 话 咨 询 委 员 会 (CCITT) 和 国 际 无 线 电 咨 询 委 员 会 (CCIR) 的 标 准 化 工 作 部 门 合 并 而 成, 主 要 职 责 是 完 成 国 际 电 信 联 盟 有 关 电 信 标 准 化 的 目 标, 使 全 世 界 的 电 信 标 准 化 我 国 于 1920 年 加 入 了 国 际 电 报 联 盟,1932 年 派 代 表 参 加 了 马 德 里 国 际 电 信 联 盟 全 权 代 表 大 会, 1947 年 在 美 国 大 西 洋 城 召 开 的 全 权 代 表 大 会 上 被 选 为 行 政 理 事 会 的 理 事 国 和 国 际 频 率 登 记 委 员 会 委 员 中 华 人 民 共 和 国 成 立 后, 我 国 的 合 法 席 位 一 度 被 非 法 剥 夺 1972 年 5 月 30 日 在 国 际 电 信 联 盟 第 27 界 行 政 理 事 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Wireless 会 上, Communications 正 式 恢 复 了 我 Laboratory, 国 在 国 际 BeijingUniversity 电 信 联 盟 的 合 法 of Technology 权 利 和 席 位, 我 国 积 极 参 加 了 国 5 际 电 信 联 盟 的 各 项 活 动
链 路 的 工 作 方 式 通 信 双 方 链 路 的 工 作 方 式 通 常 分 为 三 类 : 全 双 工 半 双 工 和 单 工 方 式 单 工 方 式 指 通 信 双 方 仅 有 单 向 数 据 流 动, 一 方 为 发 端, 另 一 方 为 收 端, 链 路 上 仅 为 一 条 单 向 物 理 信 道 ; 全 双 工 是 指 通 信 双 方 可 以 同 时 向 对 方 发 送 和 接 收 对 方 的 数 据 流, 链 路 上 同 时 有 两 条 不 同 流 向 的 物 理 信 道 ; 半 双 工 通 信 指 通 信 双 方 可 以 向 对 方 发 送 或 从 对 方 接 收 数 据 流, 但 不 可 以 同 时 收 发, 任 一 方 在 发 送 时 不 能 接 收, 在 接 收 时 不 能 发 送 或 6
231 2.3.1 标 准 的 数 据 链 路 控 制 协 议 (2) HDLC 包 括 三 种 工 作 模 式 : 正 常 响 应 模 式 (NRM) 异 步 响 应 模 式 (ARM) 异 步 平 衡 模 式 (ABM) 正 常 响 应 模 式 (NRM) 用 于 主 从 式 链 路 即 链 路 的 一 端 是 主 站 ( 节 点 ), 另 一 端 是 从 站 主 站 负 责 控 制 和 协 调 双 方 的 通 信 过 程 典 型 的 应 用 场 合 是 一 个 计 算 机 与 多 个 外 设 之 间 的 链 路 采 用 轮 询 (Polling) 机 制, 实 现 主 站 与 从 站 之 间 的 通 信 7
231 2.3.1 标 准 的 数 据 链 路 控 制 协 议 (3) 异 步 响 应 模 式 (ARM) 也 是 采 用 主 从 模 式, 但 对 从 站 没 有 严 格 的 限 制, 该 方 式 未 被 广 泛 使 用, 后 面 将 不 再 讨 论 它 8
231 2.3.1 标 准 的 数 据 链 路 控 制 协 议 (4) 异 步 平 衡 模 式 (ABM) 用 于 全 双 工 点 对 点 的 链 路, 链 路 两 端 的 节 点 具 有 相 同 的 责 任 进 行 链 路 控 制 这 是 应 用 最 广 泛 的 协 议 之 一 9
标 准 DLC 的 帧 结 构 (1) 8 8 8? 16 8 Flag 地 址 控 制 分 组 CRC Flag 10
标 准 DLC 的 帧 结 构 (2) Flag 01 6 0 地 址 域 用 于 多 用 户 共 享 一 条 链 路 时 区 分 不 同 的 节 点 在 NRM 方 式 中, 地 址 域 总 是 从 站 的 地 址 主 站 发 往 从 站 的 帧 中 为 从 站 地 址 ; 从 站 发 往 主 站 的 帧 中 为 从 站 地 址 ; 当 用 于 点 对 点 通 信 时, 地 址 域 没 有 作 用. 11
标 准 DLC 的 帧 结 构 (3) 控 制 域 用 来 区 分 不 同 的 帧 类 型 它 有 三 种 格 式 : 信 息 帧 (Ⅰ) 监 控 帧 (S) 和 无 编 号 帧 (U) 1 2 3 4 5 6 7 8 信 息 帧 0 SN P/F RN 监 控 帧 1 0 类 型 P/F RN 无 编 号 帧 1 1 类 型 P/F 类 型 12
标 准 DLC 的 帧 结 构 (4) 信 息 帧 (I) () 是 携 带 数 据 包 的 帧, 采 用 模 8 的 返 回 n- ARQ 方 式 进 行 传 输, 它 控 制 域 包 括 SN 和 RN 监 控 帧 (S) 用 于 返 回 ARQ 的 信 息 ; 如 无 数 据 传 输 时 的 应 答 ( 含 RN) 或 加 速 应 答 ACK 或 NAK 信 息 无 编 号 帧 (U) 用 于 传 输 链 路 建 立 和 拆 除 过 程 中 的 附 加 控 制 信 息 1 2 3 4 5 6 7 8 信 息 帧 监 控 帧 0 SN P/F RN 1 0 类 型 P/F RN 无 编 号 帧 1 1 类 型 P/F 类 型 13
标 准 DLC 的 帧 结 构 (5) 控 制 域 第 1 和 2 比 特 来 区 分 帧 的 类 型 第 1 比 特 为 0 表 示 为 信 息 帧, 第 1 和 2 比 特 为 10 表 示 监 控 帧, 第 1 和 2 比 特 为 11 表 示 为 无 编 号 帧 控 制 域 中 的 第 5 个 比 特 为 查 询 / 结 束 P/F (poll final) 比 特 NRM 模 式 中 主 站 查 询 从 站 时 该 位 置 1, 称 为 P 比 特 ; 从 站 以 单 帧 或 多 帧 应 答, 最 后 一 帧 该 位 置 1, 称 为 F 比 特 ; 在 响 应 时 称 为 F 比 特 1 2 3 4 5 6 7 8 信 息 帧 监 控 帧 0 SN P/F RN 1 0 类 型 P/F RN ~ ~ 无 编 ~ 号 帧 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 1 1 类 型 P/F 类 型 14
标 准 DLC 的 帧 结 构 (6) 监 控 帧 (S) 有 四 种 类 型 ( 控 制 域 中 的 第 3 和 4 个 比 特 ) RR- 正 常 应 答, 00 RNR- 接 收 未 准 备 好, 10 REJ- 拒 绝, 01 SREJ- 选 择 拒 绝 11 1 2 3 4 5 6 7 8 信 息 帧 监 控 帧 无 编 号 帧 0 SN P/F RN 1 0 类 型 P/F RN 1 1 类 型 P/F 类 型 15
标 准 DLC 的 帧 结 构 (7) RR 是 正 常 的 响 应 帧, 它 用 于 反 向 没 有 数 据 帧 时, 携 带 RN 对 发 端 进 行 应 答 RNR 是 用 于 收 端 暂 不 能 接 收 更 多 帧 ( 缓 冲 区 满 ) 时 给 对 方 的 提 示,RNR 中 也 包 括 RN REJ 用 于 刚 接 收 的 帧 出 错 或 者 帧 的 序 号 与 期 望 的 序 号 不 符 时, 给 发 端 的 应 答 发 端 将 重 发 序 号 为 RN 及 其 后 面 的 分 组, 同 时 表 明 RN 以 前 的 分 组 已 正 确 接 收 REJ 可 以 改 善 返 回 n- ARQ 的 效 率 SREJ 是 一 种 简 单 的 选 择 重 发 方 式, 它 要 求 发 端 重 发 序 号 为 RN 的 分 组 16
标 准 DLC 的 帧 结 构 (8) 无 编 号 帧 (U) 用 于 链 路 的 建 立 拆 除 和 特 殊 控 制 无 编 号 帧 是 采 用 第 3,4,6,7,8 个 比 特 来 区 分 不 同 类 型 的 目 前, 只 定 义 了 15 种 无 编 号 帧 无 编 号 帧 可 用 于 设 置 工 作 模 式, 如 置 正 常 响 应 模 式 SNRM (Set NRM), 置 异 步 平 衡 模 式 SABM(Set ABM) 等 发 射 或 接 收 无 编 号 帧 之 后, 将 SN RN 置 0 接 收 到 无 编 号 帧 之 后, 必 须 用 无 编 号 帧 应 答 1 2 3 4 5 6 7 8 信 息 帧 监 控 帧 0 SN P/F RN 1 0 类 型 P/F RN 无 编 号 帧 1 1 类 型 P/F 类 型 17
P/F 比 特 的 用 法 标 准 DLC 的 帧 结 构 (9) 在 NRM 模 式 中, 主 站 查 询 从 站 时, 置 P=1 从 站 响 应 如 果 有 多 个 帧, 则 应 将 最 后 一 个 响 应 帧 F 置 1, 其 余 各 响 应 帧 置 F=0 在 ABM 方 式 中, 任 一 站 均 可 主 动 发 送 无 编 号 帧 U 和 信 息 帧 I, 此 时 将 P 置 1, 对 方 收 到 P=1 的 帧 后, 将 F置 1 进 行 应 答 18
232 2.3.2 数 据 链 路 层 协 议 的 初 始 化 19
232 2.3.2 数 据 链 路 层 协 议 的 初 始 化 (1) 通 信 双 方 对 使 用 的 通 信 协 议 进 行 初 始 化 是 通 信 过 程 中 的 基 本 问 题, 不 仅 在 链 路 层, 而 且 在 网 络 层 传 输 层 及 其 他 许 多 协 议 中 都 需 要 初 始 化 如 果 在 通 信 过 程, 无 异 常 情 况 ( 如 节 点 或 链 路 无 故 障 ), 则 网 络 的 初 始 化 是 比 较 简 单 的 在 前 面 的 ARQ 协 议 的 讨 论 过 程 中, 我 们 均 假 定 通 信 双 方 都 已 正 确 的 初 始 化, 即 线 路 上 无 分 组 在 传 输, 双 方 的 SN 和 RN 均 为 0 但 是 如 果 有 链 路 故 障 或 节 点 故 障 ( 或 因 系 统 掉 电 后 重 新 起 动 ) 存 在, 初 始 化 问 题 是 比 较 复 杂 的 20
232 2.3.2 数 据 链 路 层 协 议 的 初 始 化 (2) 以 链 路 故 障 为 例, 当 链 路 出 现 故 障 一 段 时 间 后, 为 了 保 证 端 到 端 的 传 输 可 靠 性, 网 络 层 或 传 输 层 通 常 会 采 取 一 定 的 措 施, 另 外 选 择 一 条 新 的 链 路 来 传 输 在 旧 链 路 上 未 传 送 的 分 组 当 旧 链 路 恢 复 工 作 以 后, 高 层 会 在 该 链 路 中 建 立 一 条 新 的 通 路 来 传 输 新 的 分 组 流 21
链 路 的 等 效 工 作 状 态 (1) 1. 链 路 正 常 工 作 时 称 为 UP 状 态 链 路 故 障 时 称 为 DOWN 状 态 因 此 在 一 条 链 路 上 会 出 现 UP 和 DOWN 状 态 交 替 出 现 的 情 况 UP DOWN UP DOWN 初 始 化 初 始 化 在 每 个 UP 周 期 的 末 尾 会 出 现 一 些 分 组 已 进 入 DLC 进 行 传 输, 但 并 没 有 被 对 方 接 收 和 提 交 给 高 层 22
链 路 的 等 效 工 作 状 态 (2) DLC 的 正 常 工 作 应 当 能 保 证 在 每 一 个 UP 周 期, 接 收 端 提 交 给 高 层 的 分 组 流 是 对 方 ( 发 端 ) 从 高 层 接 收 到 的 分 组 流 中 的 最 前 头 一 段 的 分 组 流 当 链 路 状 态 UP 和 DOWN 交 替 时, 要 使 DLC 能 正 常 工 作, 就 必 须 使 双 方 对 当 前 链 路 的 状 态 有 一 致 的 看 法 UP DOWN UP DOWN 初 始 化 初 始 化 23
1. 主 从 模 式 下 的 链 路 初 始 化 在 主 从 模 式 ( 与 NRM 相 对 应 ) 下, 简 化 的 链 路 初 始 化 的 过 程 如 图 所 示 为 了 简 便 起 见, 采 用 mod 2 的 停 等 式 ARQ 协 议 SN=1 SN=0 ( 主 站 ) RN=0 ( 从 站 ) 24
HDLC 协 议 中 链 路 初 始 化 在 HDLC 协 议 中,SNRM 帧 对 应 于 上 述 协 议 中 的 INIT, DISC 帧 对 应 上 述 DISC,ACK 帧 对 应 于 上 述 ACKI 和 ACKD 由 于 在 HDLC 中, 对 SNRM 和 DISC 都 是 采 用 相 同 的 UA 帧 予 以 应 答, 因 而 会 出 现 无 法 区 分 对 SNRM 的 应 答 还 是 对 DISC 的 应 答, 因 而 可 能 导 致 不 正 确 的 操 作 ( 如 分 组 丢 失 ) 25
HDLC 的 初 始 化 数 据 传 输 和 拆 除 连 接 的 过 程 认 为 链 路 已 不 工 作 SNRM SNRM SNRM D0 DISC SNRM D 0 无 编 号 帧 之 后 ACK ACK ACK RN1 ACK 假 定 传 输 时 延 大 于 发 端 等 待 应 答 的 时 延 26
2. 平 衡 模 式 下 的 初 始 化 (1) 平 衡 模 式 中, 通 信 双 方 是 平 等 的, 即 当 A 站 发 送 数 据 时,A A 是 主 站,B B 是 从 站 ; 当 B 站 发 送 数 据 时,B 是 主 站,A 是 从 站 因 而 这 相 当 于 有 两 个 主 从 协 议 在 工 作 27
2. 平 衡 模 式 下 的 初 始 化 (2) 链 路 UP/DOWN 状 态 ( 即 A B 及 B A 的 状 态 ) 是 由 A 和 B 共 同 确 定 的 UP DOWN INIT DISC INIT ACKD ACKI ACKI ACKD ACKD ACKI INIT DISC INIT ACKI UP ACKD DOWN ACKD ACKI 28
3. 有 节 点 故 障 时 的 初 始 化 (1) 节 点 故 障 意 味 着 所 有 与 之 相 连 的 链 路 都 出 现 故 障 节 点 有 故 障 时, 不 接 受 任 何 输 入, 也 不 产 生 任 何 输 出, 不 发 生 任 何 操 作 如 果 节 点 故 障 时, 能 记 忆 其 状 态, 则 可 以 看 成 数 据 传 输 丢 失, 或 高 层 已 将 数 据 改 走 其 他 链 路, 它 与 链 路 故 障 情 况 相 同 当 节 点 恢 复 工 作 时, 所 有 相 邻 链 路 都 需 要 进 行 初 始 化 如 果 节 点 故 障 时, 状 态 丢 失, 则 此 时 的 问 题 要 复 杂 得 多 29
3. 有 节 点 故 障 时 的 初 始 化 (2) 假 定 采 用 主 从 式 初 始 化 协 议, 节 点 故 障 时 丢 失 其 状 态 信 息, 每 次 节 点 从 故 障 状 态 恢 复 时, 都 进 行 初 始 化 假 定 节 点 故 障 的 时 间 和 恢 复 工 作 的 时 间 与 来 回 传 输 时 延 属 同 一 个 量 级 节 点 故 障 及 其 初 始 化 的 过 程, 如 图 2-2424 所 示 INIT 故 障 INIT D0 故 障 INIT D'0 节 点 A 节 点 B ACKI ACKI RN1 30
3. 有 节 点 故 障 时 的 初 始 化 (3) 为 了 解 决 节 点 故 障 后 的 初 始 化 问 题, 可 以 采 用 以 下 几 种 办 法 : 1 采 用 非 易 失 性 的 存 储 器 来 保 存 链 路 的 工 作 状 态 2 如 果 链 路 有 一 个 最 大 的 传 播 时 延, 则 可 以 设 计 一 个 足 够 长 的 定 时 器, 来 避 免 上 述 初 始 化 问 题 3 采 用 一 个 随 机 数 的 方 法 来 区 分 不 同 正 常 运 行 期 的 操 作, 从 而 使 得 发 生 不 正 常 操 作 的 概 率 很 小 31
习 题 2.16 2.19 32