计算机网络——数据链路层（二）

计算机网络——数据链路层（二）

五、基本数据链路协议1~3

假设以下几点：

• 物理层、数据链路层和网络层各自是独立的处理进程
• 机器A希望向B发送的是一个可靠的、面向连接的长数据流
• 假设机器不会崩溃
• 从网络层拿到的是纯数据

协议1~6共同使用的数据类型，调用的函数声明如下

数据链路层、网路层、物理层的数据传送接口定义

• from_network_layer 从网络层得来的数据
• to_physical_layer 向物理层发送数据
• from_physical_layer 从物理层来的数据
• to_network_layer 向网络层发数据

Wait_for_event：等待某个事件发生

Timer计时器

• start_timer, stop_timer 重传定时器
• start_ack_timer, stop_ack_timer 捎带确认定时器

帧结构

typedef struct{
	frame_kind kind;			//帧的类型
	seq_nr seq;					//帧的序列号
	seq_nr ack;					//帧的确认号
	packet info;				//分组、包
 }frame;

5.1 无限制的单工协议（协议1）

协议一做了这样的假设

• 数据单向传输
• 收发双方网络层都处于就绪状态
• 处理时间忽略不计
• 可用的缓存空间无限大
• 完美信道，不损坏、不丢帧

这其实是一个“乌托邦”的环境

发送方

发送方的循环里面一直等待网络层的数据，接收到后发送给物理层。

接收方

接收方循环里面等待事件的到来，然后从物理层获取数据，然后发送给网络层。

事实上，真正的工程里面是不会有这么完美的环境的。

5.2 无限制的单工协议（协议2）

对于协议1，接收方可能被大量的数据所淹没，所以协议2就要解决这个问题。
解决方案就是：收方发送一个哑帧，发送方收到哑帧，表明收方允许接收数据，此时再次发送下一帧数据。
这实际是一个半双工协议

发送方

我们可以看到加上了一个wait_for_event，此作用就是为了等待哑帧。

接收方

接收方在接收到后，向对方发送了一个哑帧。

5.3 有错误信道的单工协议（协议3）

协议三种，信道不再是不发生错误。
对于错误帧的情况，协议3的解决方法如下。
当发送方发送的时候，开启一个定时器，当接收一个正确帧然后向发送方发一个确认信号，定时器解除。

当定时器超期会使发送方重传此帧。
这样也会引来一个新问题：定时器不恰当，确认帧还没到，定时器超期
对于这个问题的解决方法是：给每一帧独一无二的序号
同时这个序号还可以用来对帧的重排重组。

5.3.1 肯定确认重传（PAR）

刚才说的解决错误信道的机制叫肯定确认重传。

发送方

发送方添加的部分就是启动定时器和拆除定时器。

接收方

接收方也添加了两句，其作用是在接受到数据后发送一个确认帧。

5.4 提高效率

上面的三个协议都是单工协议，工作效率都是比较低的。
以下列出几点提高效率的方法：

• 全双工：两方互相发数据，没有明显的界限。
• 捎带确认：将确认帧添加在自己发送给对方的数据里面。
• 批发数据：在等待时间发送数据帧。

六、滑动窗口协议

两个窗口
发送窗口：对应着已经发送但还未确认的帧的序号。
接收窗口对应着期望接收的帧的序号。

6.1 举例

例如 窗口大小为1

如上图 上面为发送方，下面是接收方。
第一次 接收方期望接收0号帧

然后发送方的窗口里面存储这还没确定的帧。
然后接收方发送一个确定帧，窗口滑动，期望得到1号帧

然后发送方收到确定帧，窗口滑动

6.2 滑动窗口的条件

• 接收方收到帧后，首先核对是否为预期帧号，如果是的则接收并frame_expected+1，即滑动窗口。
• 发送端收到确定帧，核对相应帧号next_frame_to_send，无误后从网络获取新的帧，并执行，next_frame_to_send+1移动窗口，如果不正确，则不移动。

如下图，为此时收发已经不分界限了。


下图为w=1的发送接收图解

6.3 滑动窗口的基本概念

6.4 协议4的滑动窗口基本工作原理

6.5 几种情况下发送窗口滑动机制

6.5.1 正常情况下

顺正顺序正常，按序接收发送。

6.5.2 异常情况一

对重复帧的差错控制，此异常主要表现在定时器设置断了，超期数据重传，收方发送收到的消息，然后发方定时器再次超时再次重传，由此往复。

6.5.3 异常情况二

同步开始发送过程的差错控制，此异常双方同时发送数据，这样也会导致重复帧。

6.6 协议4的信道利用率

例如

6.7 提高信道利用率

6.8 确定合适的W

6.9 面临的新问题

连续发送W个数据帧，其中有1帧出错，但其后续被成功发送。
处理策略：

• 丢弃错帧及其后续帧 ——协议5
• 丢弃错帧，缓存后续真确的帧 ——协议6

计算机网络——数据链路层（三）

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