实验二数据链路层实验学案.doc

实验二　数据链路层实验 实验项目性质：设计性 　　计划学时：4 实 验 环 境： 实验日期：2015年10月14日 一、实验目的 1、理解并掌握数据链路层协议的功能。 2、进一步理解停止等待协议和滑动窗口协议的基本工作原理。 3、掌握计算机网络协议的基本实现技术。 4、利用RS 232C通信接口实现两台PC间传输文件。 二、实验内容与要求 1、设计完成数据链路层相关类； 2、开发一个使用RS232C接口在两台计算机之间采用停止等待协议传输信息（文件）的程序； 3、开发一个使用RS232C接口在两台计算机之间采用滑动窗口协议传输文件的程序。 完成实验内容中的第1、2部分，有能力的同学完成全部内容。 三、实验（设计）仪器设备和材料清单 计算机两台，串行电缆一根。 四．相关知识 1 数据路层概述 数据链路层协议应提供的基本功能有： (1) 数据在数据链路上的正常传输（建立、维护和释放）。 (2) 帧定界与同步，以实现透明传输。 (3) 差错控制和流量控制。 (4) 透明传输。 2 数据成帧方法 在数据链路层，为实现透明传输及进行差错控制和流量控制，在把数据送到物理层之前，需将若干个数据组成一帧，并在其中加上其他必要的控制信息。控制信息形成（数据成帧）的方法有以下几种：字符计数法、带字符填充的首尾界符法、带填充位的首尾标志法、物理层编码违例法。 3 差错控制与流量控制 为确保帧可靠地交付接收方，接收方在收到帧后，应向发送方应答，告知是否正确收到帧，因此在数据链路层要建立差错控制机制： 差错控制方法、CRC循环冗余校验、流量控制。 4 数据链路层协议 （1） 停止等待协议 停止等待协议的基本原理是：发送方在数据帧中加入校验码（CRC），由接收方检查；若出错，返回NAK帧（否认帧），否则发送ACK帧（确认帧）；发送方收到NAK帧后重发数据帧，若收到ACK帧可发送下一帧。当超时计时事件发生时，重发丢失的帧，这样可通过等待发送来实现流量控制，如图3-2所示。 停止等待协议发送方的算法如下： (1) 从主机取一个数据帧。 (2) V(s) --0，发送方状态变量初始化。 (3) N(s)-- V(s)(置发送序号)，将数据帧送发送缓冲区。 (4) 将发送缓冲的数据发送。 (5) 置超时定时器。 (6) 等待（下列三种情况）。 (7) 收到回答ACK ，从主机取一个新数据帧， V(s) --[1-V(s)]，转(3)。 图3-2　停止等待协议工作原理示意图 (8) 收到回答NAK ，转(4)。 (9) 超时，转(4)。 接收方的算法如下： (1) V(r) --0, 接收方状态变量初始化。 (2) 等待。 (3) 收到一个数据帧后，测试正确继续；否则传输出错，转(8)。 (4) 如果接收到的帧序号等于期待的帧序号( N(s) = V(r)) ，继续；否则丢弃该数据，转(7)。 (5) 将接收帧的数据部分上交主机。 (6) V(r) --[1- V(r)]。 (7) 向发方发ACK ,转(2)。 (8) 向发方发NAK ,转(2)。 停止等待协议的算法流程如图3-3所示，其中V(s) 和V(r)分别是发送方和接收方维护的状态变量，N(s)是发送序号。 图3-3　停止等待协议的算法 停止等待协议算法简单，只适合传送少量的大的帧的情况。但大的数据块要分成许多帧传送，此时停止等待协议不适用，原因是本协议只允许同时只有一帧在链路上传送，链路利用率低。 （2） 连续重传ARQ协议 为了提高信道利用率，发送方发完一帧后，不必停下来等待对方的应答，可以连续发送若干帧；如果在发送过程中收到接收方的肯定应答，可以继续发送；若收到对其中某一帧的否认帧，则从该帧开始的后续帧全部重发，如图3-4。由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了，提高了信道利用率。但回退重传（Go-back-N）会导致某些已正确接收的帧的重传，因此降低了发送效率。当误码率较低时，连续重传ARQ优于停止等待协议；反之则不一定。 图3-4　连续重传ARQ协议工作原理示意图 （3） 滑动窗口协议（Sliding Window Protocol） 在使用连续重传ARQ协议时，如果发送端一直没有收到对方的确认信息，那么实际上发送端并不能无限制地发送其数据帧。这是因为： (1) 当未被确认的数据帧的数目太多时，只要有一帧出了差错，就可能要有很多的数据帧需要重传，这必然要白白花费较多的时间，因而增大开销。 (2) 为了对所发送出去的大量数据帧进行编号，每个数据帧的发送序号也要占用较多的比特数，这样又增加了一些不必要开销。 连续ARQ协议中，每一个要发出的帧都包含一个序列号，范围从0到最大（0 ~ 2n – 1，一般用n个二进制位表示），使得序列号能恰好放入n位的字段中，n同时