网络数据链接控制数据链接控制|计算机网络

本文概述

线学科
流量控制
错误控制

数据链路控制是数据链路层提供的服务, 用于在物理介质上提供可靠的数据传输。例如, 在半双工传输模式下, 一个设备一次只能传输数据。如果链路末端的两个设备同时传输数据, 则它们将发生冲突并导致信息丢失。数据链路层提供了设备之间的协调, 因此不会发生冲突。
数据链接层提供三个功能：

线规
流量控制
错误控制

文章图片
线学科

线路纪律是数据链路层的功能, 可在链路系统之间提供协调。它确定可以发送的设备以及何时可以发送数据。

线路纪律可以通过两种方式实现：

ENQ / ACK
投票/选择

END / ACK
END / ACK代表“查询/确认”, 当链路上没有可用的错误接收器, 并且在两个设备之间具有专用路径时, 便可以使用能够接收传输的设备。
END / ACK协调哪个设备将开始传输以及接收者是否准备就绪。
END / ACK的工作
发送器发送称为询问（ENQ）的帧, 询问接收器是否可用于接收数据。
接收器以肯定确认（ACK）或否定确认（NACK）进行响应, 其中肯定确认表示接收器已准备好接收传输, 而否定确认表示接收器无法接受传输。
【网络数据链接控制】以下是接收方的响应：

如果对ENQ的响应为肯定, 则发送方将发送其数据, 并且一旦发送完所有数据, 则设备将以EOT（发送结束）帧结束其发送。
如果对ENQ的响应是否定的, 则发送方将断开连接并在另一时间重新开始传输。
如果响应既不是否定的也不是肯定的, 则发送方认为ENQ帧在传输过程中丢失了, 并在放弃之前进行了三次尝试建立链接。

文章图片
投票/选择
线路规则的“轮询/选择”方法适用于将一个设备指定为主站, 而其他设备作为辅助站的拓扑。
投票/选择的工作

在这种情况下, 主设备和多个辅助设备由一条传输线组成, 并且所有交换都通过主设备进行, 即使目的地是辅助设备也是如此。
主设备具有对通信链路的控制, 而辅设备遵循主设备的指令。
主设备确定允许哪个设备使用通信信道。因此, 可以说它是会话的发起者。
如果主设备要从辅助设备接收数据, 它会询问辅助设备它们要发送的数据, 此过程称为轮询。
如果主设备要向辅助设备发送一些数据, 则它告诉目标辅助设备准备好接收数据, 此过程称为选择。

选择

当主要设备要发送东西时, 将使用选择模式。
当主设备要发送一些数据时, 它会通过发送选择（SEL）帧来提醒辅助设备即将进行的传输, 该帧的一个字段包括预期辅助设备的地址。
当辅助设备接收到SEL帧时, 它将发送一个指示辅助就绪状态的确认。
如果辅助设备准备好接受数据, 则主设备将两个或多个数据帧发送到预期的辅助设备。一旦数据被发送, 辅助设备发送一个确认信息, 表明已经接收到数据。

文章图片
轮询

当主设备要从辅助设备接收某些数据时, 将使用“轮询”模式。
当主设备要接收数据时, 它会询问每个设备是否有任何要发送的数据。
首先, 主服务器询问（轮询）第一辅助设备, 如果它以NACK（否定确认）做出响应, 则意味着它没有任何可发送的内容。现在, 它接近第二个辅助设备, 它以ACK响应, 意味着它有要发送的数据。辅助设备可以一个接一个地发送多个帧, 或者有时可能需要在发送每个帧之前发送ACK, 具体取决于所使用协议的类型。

文章图片
流量控制

它是一组过程, 告诉发送方在数据淹没接收方之前可以发送多少数据。
接收设备的速度和存储数据的内存有限。因此, 接收设备必须能够通知发送设备在达到限制之前暂时停止传输。
它需要一个缓冲区, 一个内存块, 用于存储信息, 直到信息被处理为止。

已经开发出两种方法来控制数据流：

停止等待
滑动窗口

停止等待

在Stop-and-wait方法中, 发送方在发送每个帧之后都等待确认。
收到确认后, 仅发送下一帧。交替发送和等待帧的过程继续进行, 直到发送方发送EOT（传输结束）帧为止。

停止等待的优势
Stop-and-wait方法很简单, 因为在发送下一帧之前检查并确认每个帧。
停止等待的缺点
停止等待技术效率低下, 因为每个帧都必须一直穿越到接收器, 并且确认要一直发送到下一帧才发送。发送和接收的每个帧都使用遍历链接所需的整个时间。
滑动窗口

滑动窗口是一种流控制方法, 其中发送方可以在获得确认之前发送几个帧。
在滑动窗口控制中, 由于可以有效利用通信信道的容量, 因此可以一个接一个地发送多个帧。
单个ACK确认多个帧。
滑动窗口是指发送方和接收方两端的虚构框。
该窗口可以在任一端保存帧, 并且它提供了在确认之前可以传输的帧数的上限。
即使窗口没有完全填满, 也可以确认帧。
窗口具有特定的大小, 其中它们的编号为模n, 表示它们的编号从0到n-1。例如, 如果n = 8, 则帧从0、1、2、3、4、5、6、7、0、1、2、3、4、5、6、7、0、1编号。 … …
窗口的大小表示为n-1。因此, 在确认之前最多可以发送n-1个帧。
当接收方发送ACK时, 它包含要接收的下一帧的编号。例如, 要确认帧号为4的帧的字符串, 接收方将发送包含数字5的ACK。当发送方看到编号为5的ACK时, 便知道从0到4的帧已经收到。

发件人窗口

传输开始时, 发送方窗口包含n-1个帧, 发送出去时, 左边界向内移动, 从而缩小了窗口的大小。例如, 如果发送三个帧时窗口的大小为w, 则发送方窗口中遗漏的帧数为w-3。
ACK到达后, 发送方窗口将扩展到与ACK确认的帧数相等的数字。
例如, 窗口的大小为7, 并且如果发送了第0到第4帧并且未到达确认, 则发送方窗口仅包含两个帧, 即5和6。现在, 如果ACK到达并带有一个数字4表示0到3帧已完好无损, 并且发送方窗口已扩展为包括接下来的四个帧。因此, 发送方窗口包含六个帧（5, 6, 7, 0, 1, 2）。

文章图片
接收器窗口

在传输开始时, 接收器窗口不包含n个帧, 但包含n-1个帧空间。
当新框架到达时, 窗口的大小将缩小。
接收器窗口不代表接收到的帧数, 但是代表发送ACK之前可以接收的帧数。例如, 窗口的大小为w, 如果接收到三帧, 则窗口中可用的空间数为（w-3）。
发送确认后, 接收器窗口将以等于确认的帧数的数量扩展。
假设窗口的大小为7, 则意味着接收器窗口包含7个帧的7个空格。如果接收到一帧, 则接收器窗口会缩小并将边界从0移到1。这样, 窗口就会一一缩小, 因此窗口现在包含六个空格。如果发送了从0到4的帧, 则在发送确认之前, 窗口包含两个空格。

文章图片
错误控制错误控制是一种错误检测和重新传输的技术。
错误控制类别：

文章图片
停止等待ARQ
停止等待ARQ是一种用于在帧损坏或丢失的情况下重新传输数据的技术。
该技术基于以下原理工作：发送方直到接收到最后发送的帧的确认, 才发送下一帧。
重传需要四个功能：

发送设备保留最后发送的帧的副本, 直到接收到确认为止。如果未正确接收帧, 保留副本将使发送方重新传输数据。
数据帧和ACK帧都交替编号为0和1, 以便可以分别对其进行标识。假设数据1帧确认数据0帧意味着数据0帧已正确到达, 并期望接收数据1帧。
如果在最后发送的帧中发生错误, 则接收器发送未编号的NAK帧。在接收到NAK帧后, 发送方将重新发送数据。
它与计时器一起使用。如果在指定的时间内未收到确认, 则发送方认为该帧在传输过程中丢失, 因此它将重新传输该帧。

重传的两种可能性：

损坏的帧：当接收方收到损坏的帧（即, 该帧包含错误）时, 它将返回NAK帧。例如, 当发送数据0帧, 然后接收方发送ACK 1帧时, 意味着数据0已正确到达, 并发送数据1帧。发送方发送下一帧：数据1。它到达未损坏的状态, 并且接收方返回ACK0。发送方发送下一帧：数据0。接收方报告错误并返回NAK帧。发送方重新发送数据0帧。
丢失帧：发送方配备了计时器, 并在发送帧时开始。有时, 帧尚未到达接收端, 因此无法肯定或否定地对其进行确认。发送方等待确认, 直到计时器关闭。如果计时器关闭, 它将重新发送最后发送的帧。

推拉窗ARQ
SlidingWindow ARQ是用于连续传输错误控制的技术。
用于重传的三个功能：

在这种情况下, 发送方将保留所有已传输帧的副本, 直到它们被确认为止。假设已经发送了从0到4的帧, 并且最后一个确认是针对帧2的, 则发送方必须保留帧3和4的副本, 直到它们正确接收为止。
接收器可以根据情况发送NAK或ACK。 NAK帧告诉发送者数据已被损坏。由于滑动窗口是一种连续的传输机制, 因此必须对ACK和NAK都进行编号以标识帧。 ACK帧由一个数字组成, 代表接收者希望接收的下一帧。 NAK框架由代表损坏框架的数字组成。
滑动窗口ARQ配备有计时器来处理丢失的确认。假设在接收到任何确认之前已发送了n-1个帧。发送方等待确认, 因此它将启动计时器并等待再发送。如果分配的时间用完, 发送方将根据使用的协议重新发送一个或所有帧。

滑动窗口ARQ中使用的两种协议：

Go-Back-n ARQ：在Go-Back-N ARQ协议中, 如果一帧丢失或损坏, 则它将重新传输所有帧, 此后, 该帧将不会收到肯定的ACK。

重传可能出现三种可能性：

损坏的帧：当帧损坏时, 接收器将发送NAK帧。

文章图片
在上图中, 在第三个帧中发现错误之前已传输了三个帧。在这种情况下, 将返回ACK 2, 告知已成功接收帧0, 1, 没有任何错误。接收器发现数据2帧中的错误, 因此它返回NAK 2帧。框架3在损坏的框架之后传输时也被丢弃。因此, 发送者重新发送帧2, 3。

丢失的数据帧：在滑动窗口协议中, 数据帧按顺序发送。如果丢失任何帧, 则下一帧到达接收器的顺序不正确。接收器检查每个帧的序列号, 发现已跳过的帧, 然后为丢失的帧返回NAK。发送设备重新发送由NAK指示的帧以及丢失帧之后发送的帧。
丢失的确认：发送方可以在等待任何确认之前发送窗口允许的最大帧数。一旦达到窗口的限制, 发送方便不再有要发送的帧。它必须等待确认。如果确认丢失, 则发送者可以永远等待。为避免这种情况, 发送方配备了计时器, 只要达到窗口容量, 计时器便开始计数。如果在该时限内未收到确认, 则发送方自上次ACK起重新发送该帧。

选择性拒绝ARQ