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水声网络数据链路层协议
作者：海丽萍王宏云
来源：《科技传播》2018年第04期
摘要水声网络（UAN）一般由海底传感器节点、自动化水下载体和作为网关向岸上基站提供无线电通信链路的水面基站连接组成。UAN研究领域的一个重要难点是研究可以减小能量损耗和降低时间、空间和频率对浅海信道传输信号影响的网络协议。文章提出了浅海水声网络数据链路层协议，并对它进行了仿真。
关键词水声网络；数据链路层协议；Mac协议；Macaw协议
中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）205-0146-02
在过去的几十年里，水声通信的研究和工程应用迅速增长，过去主要应用于军事领域，现在已经逐步扩展到了商业领域。水声网络（UAN）一般由海底传感器节点、自动化水下载体
和作为网关向岸上基站提供无线电通信链路的水面基站连接组成[ 1 ]。
UAN研究领域的一个重要难点是研究出可以减小能量损耗和降低时间、空间和频率对浅海信道传输信号影响的网络协议。本文提出了浅海水声网络数据链路层协议，并对它进行了仿真。
1 数据链路层协议
UAN的设计通常以分层结构的形式来实现。这三层分级结构是物理层、数据链路层和网络层。物理层主要负责通信通道中逻辑信息（比特0和1）到传输信号的转变。在接收终端，物理层负责检测出被噪声干扰的信号和其他信道的失真信号，并把信号转换回逻辑比特。在网络层中选择合适的通道即寻找从源节点到目标节点的路径并开始信息交换。
数据链路层主要有两个功能：帧编码和误差纠正控制。帧编码意味着定义一个包含信息频率、位同步、源地址、目标地址以及其他控制信息的数据包。数据链路层协议又被分为两个子层：逻辑链路控制（LLC）协议和媒体访问控制（MAC）协议。
1.1 逻辑链路控制协议
在逻辑链路控制子层，我们通过执行一个停止或等待自动重复检索（ARQ）协议来检测误差和请求重传错误帧。源节点A在发送下一帧数据之前等待一个来自目标节点B的回执（ACK）。如果在预置暂停时间内没接收到回执，A重传这帧数据。在数据帧来回传播的时间段内，信道保持空闲。在全双工通信链路，如果节点A在等待ACK时连续传送相同的数据帧，网络吞吐量可以增大。
多用户水声通信仿真平台设计 作者：赵极远杨威 导师：王逸林 (哈尔滨工程大学水声工程学院,黑龙江省哈尔滨市 150001) 摘要：多用户水声通信仿真平台由服务器和客户端两部分组成，在PC机上实现服务器功能，在以Cyclone III FPGA为核心的SOPC系统上实现客户端功能。信号通过客户端的数据采集及处理后，传输至服务器，并与模拟水声信道的冲击响应进行卷积等运算，最后将运算结果转发给其他客户端，实现多用户水声通信仿真功能。 关键词：水声通信；仿真平台；服务器；客户端；SOPC Design of Multi-user Simulation Platform for Underwater Acoustic Communication Author: ZHAO Jiyuan YANG Wei Tutor: WANG Yilin （College of Underwater Acoustic Engineering , Harbin Engineering University ,Heilongjiang Harbin 150001） Abstract:Multi-user simulation platform for underwater acoustic communication consists of two parts, the server and the client. The server runs on a PC, and the client runs on a SOPC system based on Altera's Cyclone III FPGA. After the signal is collected and processed by the client, it will be transmitted to the server and convoluted with impulse response of underwater acoustic channel, and then the result will be transmitted to other clients, so that the system achieves the function of multi-user simulation platform for underwater acoustic communication. Keywords: underwater acoustic communication; simulation platform; server; client; SOPC 随着科学技术的进步，海洋资源的探测与开发日益受到注目。开发海洋资源需要母船、水下机器人和深海固定开发基站协同作业，因此对一个信息化、现代化的海洋通信网络有着极为迫切的需求。由于声波信号是目前已知的唯一能在海洋中远距离传播的信号，水声通信网络应运而生。然而为构建水声通信网络而进行的海洋试验，却由于海上试验高昂的费用和冗长的试验周期让人望而却步，因此设计一套可以在实验室进行模拟海洋环境的水声通信网络仿真平台有着它独到的意义。 国际上，以美国为代表，早在二十世纪七十年代就有较完善的仿真系统问世，我国直到二十世纪九十年代中期才开始有一些对于海洋声信道模型、现代先进声纳信号处理模型等仿真系统的研究。对于水声通信网络仿真系统的研究也仅仅是PC机软件模拟，由软、硬件相结合方法构建的水声通信网络仿真平台恰当的弥补了这一方面的空白，对水声通信网络的研究有着很好的辅助和补充作用。
题目： 数据链路层网络通信协议计 : 周小多 学号：2013302513 班号：10011302 时间：2015.11.12 计算机学院
目录 摘要 1 目的 (1) 2 要求 (1) 3相关知识 (1) 4设计原理及流程图 (3) 5实现思路及伪代码描述 (6) 6意见或建议 (14) 7参考文献 (14)
题目： 数据链路层网络通信协议设计
帧校验字段 紧跟在信息字段之后的是两字节的帧校验字段，帧校验字段称为FC（Frame Check）字段，校验序列FCS（Frame check Sequence）。SDLC/HDLC均采用16位循环冗余校验码CRC （Cyclic Redundancy Code），其生成多项式为CCITT多项式X^16+X^12+X^5+1。除了标志字段和自动插入的"0"位外，所有的信息都参加CRC计算。 CRC的编码器在发送码组时为每一码组加入冗余的监督码位。接收时译码器可对在纠错围的错码进行纠正，对在校错围的错码进行校验，但不能纠正。超出校、纠错围之外的多位错误将不可能被校验发现。 4、设计原理及流程图 ?可靠性分析：（1）差错控制：检错（CRC-32）;纠错（序号+确认反馈+超时重发）；（2）流量控 制：采用选择重发协议（序号为3个比特位，发送缓冲区和接收缓存区，确定发送窗口和接收窗口，对缓冲区和窗口管理） ?不可靠性分析：支持不可靠通信服务。 ?协议分析：语法，语义和同步 ?语法：数据帧格式 ?起始定界符=终止定界符：01111110； ?目的地址：（48）：bbbbbb; ?源地址：（48）：aaaaaa; ?控制字段：定义帧类型，实现差错控制和流量控制 ?数据部分：46~1500字节 ?语义：不同类型帧的含义
【里论套习 4、理解MAC '地址的作用; 实验二以太网链路层帧格式分析 一实验目的 1、分析EthernetV2 标准规定的MAC 层帧结构，了解IEEE802.3标准规定 的MAC 层帧结构和TCP/IP 的主要协议和协议的层次结构。 2、掌握网络协议分析软件的基本使用方法。 3、掌握网络协议编辑软件的基本使用方法。 "时］工严11 1 厶-*■ ―鼻八匸 二实验内容 1、 学习网络协议编辑软件的各组成部 ___________ Slepl:设走夹验环墳 2、 学习网络协议分析软件的各组成部分及其功能; — ￡伽|12:运行ipconfig 命令 3、学会使用网络协议编辑软件编辑以太网数据包；厂 5始閃：娠輻LLC 信息輔并灰洪 Step4:编頤IXC 噩拦巾贞和无 5、理解MAC 酩部中的LLC — PDU 长度/类型字段的功能； 6、学会观察并分析地址本中的 MAC 地址 三实验环境 四实验流程 图 2.1-2( 五实验原理 在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错， 为了弥补 物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。 数据链路的建立、拆除、对数据的检 错，纠错是数据链路层的基本任务。 局域网(LAN)是在一个小的范围内，将分散的独立计算机系统互联起来，实现资 开始
源的共享和数据通信。局域网的技术要素包括了体系结构和标准、传输媒体、拓扑结构、数据编码、媒体访问控制和逻 辑链路控制等，其中主要的技术是传输媒体、拓扑结构和媒体访问控制方法。局域网的主要的特点是：地理分布范围小、数据传输速率高、误码率低和协议简单等。 1、三个主要技术 1）传输媒体：双绞线、同轴电缆、光缆、无线。 2）拓扑结构：总线型拓扑、星型拓扑和环型拓扑。 3）媒体访问控制方法：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）技术。 2、IEEE802标准的局域网参考模型 IEEE802参考模型包括了OSI/RM最低两层（物理层和数据链路层）的功能，OSI/RM 的数据链路层功能，在局域网参考模型中被分成媒体访问控制MAC（MediumAccessCo ntrol） 和逻辑链路控制LLC（LogicalLi nkCon trol）两个 子层。由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体访问控制方法也有多种，为了 使数据帧的传送独立于所采用的物理媒体和媒体访问控制方法，IEEE802标准特意把LLC独立出来形成单独子层，使LLC子层与媒体无关，仅让MAC子层依赖于物理媒体和媒体访问控制方法。LLC子层中规定了无确认无连接、有确认无连接和面向连接三种类型的链路服务。媒体访问控制技术是以太网技术的核心。以太网不提供任何确认收到帧的应答机制，确认必须在高层完成。3、以太网帧结构 以太网中传输的数据包通常被称为“帧”，以太网的“帧”结构如下： 各字段的含义： 目的地址：6个字节的目的物理地址标识帧的接收结点。 源地址：6个字节的源物理地址标识帧的发送结点。
课程名称：计算机网络 数据链路层协议 系别：计算机科学系 年级专业： 学号： 姓名： 任课教师：成绩： 2015 年11 月11 日 前言 数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介乎于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。 为达到这一目的，数据链路必须具备一系列相应的功能，主要有：如何将数据组合成数据块，在数据链路层中称这种数据块为帧（frame），帧是数据链路层的传送单位；如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使与接收方相匹配；以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。 数据链路层的最基本的功能是向该层用户提供透明的和可靠的数据传送基本服务。透明性是指该层上传输的数据的内容、格式及编码没有限制，也没有必要解释信息结构的意义；可靠的传输使用户免去对丢失信息、干扰信息及顺序不正确等的担心。在物理层中这些情况
都可能发生，在数据链路层中必须用纠错码来检错与纠错。数据链路层是对物理层传输原始比特流的功能的加强，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一无差错的线路。如果您想用尽量少的词来记住数据链路层，那就是：“帧和介质访问控制”。 数据链路层 一、实习目的 计算机网络的数据链路层协议保证通信双方在有差错的通信线路上进行无差错的数据传输，是计算机网络各层协议中通信控制功能最典型的一种协议。 本实验实现一个数据链路层协议的数据传送部分，目的在于更好地理解基本数据链路层协议的基本工作原理，掌握计算机网络协议的基本实现技术。 二、实习时间 （第 12 周到 13周） 三、实习地点 福建农林大学东方学院网络实验室
现代水声通信技术发展探讨 近年来，随着各种新技术的层出不穷，对我国各行业的发展建设都起到了重要推进作用。尤其是在通信技术方面水声技术的发展也越来越成熟，国内外对其研究也越来越重视。目前水声通信主要有以下几种方式，如OFDM、扩频以及其他方式等都是比较常见的，且随着信息技术的不断创新与发展，利用网络技术进行无线电水声通信的研发已经进入比较成熟的阶段，对于实现海洋全方位监测有着不可忽视的重要影响，下面文章就其现代水声通信技术的发展现状进行详细地分析与阐述，希望可以为相关人员提供一定的参考。 标签：水声通信；相干通信；非相干通信 Abstract：In recent years，with the endless emergence of various new technologies，it has played an important role in promoting the development and construction of various industries in China. Especially in communication technology，the development of underwater acoustic technology is becoming more and more mature，and more attention has been paid to the research of underwater acoustic technology at home and abroad. At present，underwater acoustic communication mainly has the following several ways，such as OFDM，spread spectrum and other methods are relatively common，and with the continuous innovation and development of information technology，The research and development of radio underwater acoustic communication using network technology has entered a relatively mature stage，which has an important impact on the realization of marine all-directional monitoring. The following article carries on the detailed analysis and the elaboration to its modern underwater acoustic communication technology development present situation，in order to provide the certain reference for the related personnel. Keywords：underwater acoustic communication；coherent communication；incoherent communication 1 水聲通信技术的发展 早在欧美发达国家就已经将水声通信技术应用于军事和民用两方面，甚至随着计算机技术的发展，在国外一些机构组织研究中已经将计算机技术彻底融入至水声通信技术中并形成了水声通信网络化。水声技术作为海洋开发的重要技术之一，对于海洋的研究及开发有着不可忽视的重要影响。利用水声通信技术可以有效对海底各种信息的传输及数据进行精准分析，对于海洋资源的开发及运用都起到了很重要的影响。通过水声通信技术可以有规律的了解到海洋的全天候的变化和信息资料的收集，作为海洋系统之一水声通信技术的建立和水声通信网络的完善，可以为不同海洋开发客户资源提供全面的检测。甚至能够精准测出环境对海洋资源的影响和自然灾害的发生。在我国在水声通信网络计划方面还处于初级研究阶段，相信在不久的将来，同样可以结合各种先进技术，建立完善的水声通信
实验二以太网链路层帧格式分析 一实验目的 1、分析EthernetV2 标准规定的MAC 层帧结构，了解IEEE802.3标准规定 的MAC 层帧结构和TCP/IP 的主要协议和协议的层次结构。 2、掌握网络协议分析软件的基本使用方法。 3、掌握网络协议编辑软件的基本使用方法。 "时］工严11 1 厶-*■ ―鼻八匸 二实验内容 1、 学习网络协议编辑软件的各组成部 ___________ Slepl:设走夹验环墳 2、 学习网络协议分析软件的各组成部分及其功能; — ￡伽|12:运行ipconfig 命令 3、学会使用网络协议编辑软件编辑以太网数据包；厂 5始閃：娠輻LLC 信息輔并灰洪 Step4:编頤IXC 噩拦巾贞和无 5、理解MAC 酩部中的LLC — PDU 长度/类型字段的功能； 6、学会观察并分析地址本中的 MAC 地址 三实验环境 四实验流程 图 2.1-2( 五实验原理 在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错， 为了弥补 物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。 数据链路的建立、拆除、对数据的检 错，纠错是数据链路层的基本任务。 【里论套习 4、理解MAC '地址的作用; 开始
局域网(LAN)是在一个小的范围内，将分散的独立计算机系统互联起来，实现资 源的共享和数据通信。局域网的技术要素包括了体系结构和标准、传输媒体、拓扑结构、数据编码、媒体访问控制和逻 辑链路控制等，其中主要的技术是传输媒体、拓扑结构和媒体访问控制方法。局域网的主要的特点是：地理分布范围小、数据传输速率高、误码率低和协议简单等。 1、三个主要技术 1）传输媒体：双绞线、同轴电缆、光缆、无线。 2）拓扑结构：总线型拓扑、星型拓扑和环型拓扑。 3）媒体访问控制方法：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）技术。 2、IEEE802标准的局域网参考模型 IEEE802参考模型包括了OSI/RM最低两层（物理层和数据链路层）的功能，OSI/RM 的数据链路层功能，在局域网参考模型中被分成媒体访问控制MAC（MediumAccessCo ntrol）和逻辑链路控制LLC（LogicalLi nkCon trol）两个 子层。由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体访问控制方法也有多种，为了 使数据帧的传送独立于所采用的物理媒体和媒体访问控制方法，IEEE802标准特意把LLC独立出来形成单独子层，使LLC子层与媒体无关，仅让MAC子层依赖于物理媒体和媒体访问控制方法。LLC子层中规定了无确认无连接、有确认无连接和面向连接三种类型的链路服务。媒体访问控制技术是以太网技术的核心。以太网不提供任何确认收到帧的应答机制，确认必须在高层完成。 3、以太网帧结构 以太网中传输的数据包通常被称为“帧”，以太网的“帧”结构如下： 各字段的含义： 目的地址：6个字节的目的物理地址标识帧的接收结点。 源地址：6个字节的源物理地址标识帧的发送结点。
实验二以太网链路层帧格式分析一实验目的 1、分析EthernetV2标准规定的MAC层帧结构，了解IEEE802.3标准规定的 MAC层帧结构和TCP/IP的主要协议和协议的层次结构。 2、掌握网络协议分析软件的基本使用方法。 3、掌握网络协议编辑软件的基本使用方法。 二实验内容 1、学习网络协议编辑软件的各组成部分及其功能； 2、学习网络协议分析软件的各组成部分及其功能； 3、学会使用网络协议编辑软件编辑以太网数据包； 4、理解MAC地址的作用； 5、理解MAC首部中的LLC—PDU长度/类型字段的功能； 6、学会观察并分析地址本中的MAC地址。 三实验环境 回2.1- L 四实验流程 小亠| /I J ■ v 开始
结束 图21 2| 五实验原理 在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。数据链路的建立、拆除、对数据的检错，纠错是数据链路层的基本任务。 局域网（LAN）是在一个小的范围内，将分散的独立计算机系统互联起来，实现资源的共享和数据通信。局域网的技术要素包括了体系结构和标准、传输媒体、拓扑结构、数据编码、媒体访问控制和逻 辑链路控制等，其中主要的技术是传输媒体、拓扑结构和媒体访问控制方法。局域网的主要的特点是：地理分布范围小、数据传输速率高、误码率低和协议简单等。 1、三个主要技术 1）传输媒体：双绞线、同轴电缆、光缆、无线。 2）拓扑结构：总线型拓扑、星型拓扑和环型拓扑。 3）媒体访问控制方法：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD技术 2、IEEE 802标准的局域网参考模型 IEEE 802参考模型包括了OSI/RM最低两层(物理层和数据链路层)的功能，OSI/RM 的数据链路层功能，在局域网参考模型中被分成媒体访问控制 MAC(Medium Access Control) 和逻辑链路控制LLC(Logical Link Control)两个子层。由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体访问控制方法也有多种，为
数据链路层协议综合概述 1．数据链路层介绍 数据链路层协议要实现的基本目标就是为网络实体提供可靠的数据通信服务，具体包括∶将物理层的位（1和0）组成俗称为"帧"或"包"的数据链路层服务数据单元，它是数据链路层逻辑信息交换单位。与字节一样，帧也是一系列连续的位组成的同层数据交换单位;传输差错检测及控制，能恢复时则予以纠正;数据流量控制;识别网上每台计算机，即网络数据链路层编址，这对局域网MAC尤为重要。 局域网数据链路层的功能通常划分为介质访问控制子层;逻辑链路控制子层。 （1）介质访问控制子层（MAC）。MAC子层控制收发器共享单一传输信道的方式。若使用MSAP支持LLC时，MAC子层负责帧的编址及其识别。MAC到MAC 操作通过同等层MAC协议实现。MAC还负责产生帧校验序列及其检验等功能。MAC的具体功能留待介质访问控制一节中专门讨论。 （2）逻辑链路控制子层（LLC）。LLC子层的功能是建立和维护及拆卸数据，以便数据帧无差错地从一台设备传向另一台设备。 LLC协议由IEEE 802.2定义，它是HDLC的一个兼容子集。它支持两种类型的链路层服务，即无连接LLC及面向连接LLC。网桥、智能集线器、网卡等互连硬件设备往往与数据链路层有关。 2.介质访问控制 逻辑拓扑结构使用特定的规则控制何时允许网络实体传送数据信号，这种控制规则就称为介质访问控制协议。它对共享介质型局域网具有非同一般的意义，类似日常生活中的交通控制，是IEE802MAC子层的核心内容。若没有介质访间控制协议，所有设备在它们准备好数据时就立即发送，就会出现一个或多个站点同时发送，其结果是不同的信号相互干扰破坏，甚至彻底丢失信号。这种情形叫做冲突，它破坏了站点间的有效通信。 介质访问控制协议要解决的问题就是尽可能地消除或减少多个并发信号之间的冲突或干扰，确定何时才允许网中设备发送数据。介质访问控制协议可分为
水声通信技术的发展及其应用 姓名：付卓林 班级：机电1015 学号：10223060
摘要：目前水下通信最主要最有效的手段——水声通信技术一直是国内外研究的热点技术，也是一门极具挑战性的课题。本文主要叙述水声通信技术的发展历程以及其在民生、军事等方面的应用，讨论了其发展前景。 关键词：水声通信，声纳，调制解调 Abstract Acoustic communication,the most commonly used and most effective method applied in submarine communication,has long been a hot spot for researchers,and is also a challenging subject.This text focuses mainly on the development of acoustic communication and its applications,andtakes a brief look into its prospects. 1引言 水声通信是一项在水下收发信息的技术，和光波、电磁波相比，声波在水下衰减 较慢，因此可用于水下长距离信号传输。水下通信有多种方法，但是最常用的是使用 水声换能器。水下通信非常困难，主要是由于通道的多径效应、时变效应、可用频宽窄、信号衰减严重，特别是在长距离传输中。水下通信相比有线通信来说速率非常低， 因为水下通信采用的是声波而非无线电波。常见的水声通信方法是采用扩频通信技术，如CDMA等。 2 水声通信技术的发展历程 水声通信技术起源于1914年，这一年水生电报系统研制成功。1945年，美国海军水 声实验室研制成功了第一个有实际意义的水下电话采用单边调制技术，载波频率8.3 3KHz，用于潜艇的通信。早期的水声通信多使用模拟频率调制技术。如在50 年代 末研制的调频水声通信系统，使用20kHz 的载波和500Hz 的带宽，实现了水底到水 面船只的通信。模拟调制系统不能减轻由于水声信道的衰落所引起的畸变，限制了系 统性能的提高。70 年代以来随着电子技术和信息科学突飞猛进的发展，水声通信技 术也因此得到了迅速的发展，新一代的水声通信系统也开始采用数字调制技术。采用 数字技术的重要性在于，首先，它可以利用纠错编码技术来提高数据传输的可靠性;其次，它能够对在时域(多途)和频域(多普勒扩展)上的信道畸变进行各种补偿。随着 处理器技术的提高，各种采用快速解调的算法也随之发展起来。数字调制技术的主流 为幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控调制(PSK)。随着用于空间无线电衰落 信道技术的发展，水声通信的下一代系统对数字编码的数据采用了频移键控(FSK)调
实验报告 实验名称数据链路层协议的理解与实现课程名称计算机网络 姓名王颖学号16008404 日期地点 成绩教师王磊 电气工程学院 东南大学
实验一数据链路层协议的理解与实现 一.实验目的： 1.加深对流量控制、差错处理方法的理解; 2.熟悉TCP/IP编程, 将书本知识运用到实验中； 3.开拓学生的创新意识,培养学生的独立动手操作的能力; 二.实验内容： 1．利用已有的模拟信道程序，编制发送、接收程序的部分模块，使系统具有可靠的收发功能。具体要求 1）采用无连接Socket编程 2）地址与端口 发送端：地址：127.0.0.1 端口：8001 接收端：地址：127.0.0.1 端口：6001 3 4）需考虑的异常情况：出错、丢失、延时 5）采用停等协议 6）单工方式 7）ACK/NAK的表示：ACK：0x06 NAK：0x15 2．待完成模块要求 1）发送程序：偶校验；编码；发送、接收；差错处理、流量控制。 2）接收程序:检查偶校验;应答;发送、接收 三.实验环境（软件、硬件及条件）： Microsoft visual C++ 6.0 四.实验原理 1、程序实现的原理 Windows Sockets(套接字) 是在Windows下一套开放的、支持多种协议的网络编程接口规范。为Windows下网络异步通信提供了一种方便的开发和运行环境。
Windows Sockets规范建立在BSD UNIX 中实现的Berkeley 套接字模型上，现已是TCP/IP网络的标准。它独立于底层的协议。 其原理示意图如下 1）数据链路层 数据链路层目的是建立在物理层基础上，通过一些数据链路层协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。即数据链路层提供网络中相邻节点之间可靠的数据通信。 数据链路层的主要功能是为网络层提供连接服务，并在数据链路连接上传送帧。依据功能可以分为有连接和无连接两种。本实验采用的是有应答，无连接服务。 无连接服务时，发送方的数据链路层要发送数据时，就直接发送数据帧。接收方的数据链路层能够接受数据帧，或者收到的帧校验正确，就像源主机数据链路层发送应答帧；不能接受或接受到的帧校验不正确时，就返回否定应答，发送端要么重发原帧，要么进入等待状态。 面向无连接的socket使用方法如下:
?任务 1.同学编写数据链路层通信协议，由《发送端程序》和《接收端程 序》实现，确保数据可靠传输； 2.总结实验过程（实验报告，左侧装订）：方案、编程、调试、 结果、分析、结论。 ?成绩评定 1. 若完全实现无差错传输（无丢失、无差错、不重叠、不乱序、...）且实验报告 出色，5分； 2. 若完成部分无差错传输，依据实验结果定成绩，3～4分； 3. 若没有完成基本的传输任务，依据实验结果定成绩，1～2分； 4. 没有进行实验和无实验报告者，0分； ?实验环境 1. Windows 9x/NT/2000/XP/2003 2. TCP/IP协议 ?同学程序 1. 认真复习数据链路层内容，熟悉编程语言C、C++和WINDOWS程序设计技 术（查阅参考书）； 2. 开发工具：Visual C++ 6.0、Visual Basic 6.0、C++ Builder、Java、C#、Turbo C/C++或其它； 3. 程序示例：理想信道的《发送端程序》和《接收端程序》（含源码VC6.0）； 1. ARQ基本协议1:_引入检错和应答帧 2. ARQ基本协议2:_引入超时计时器 3. ARQ基本协议3:_引入数据帧携带发送序号0～1 4. ARQ基本协议4:_引入确认帧携带发送序号0～1 5. ARQ基本协议5:_引入应答帧含有校验码 6. ARQ基本协议6:_引入数据帧和确认帧含有发送序号0～7， Ws=1,Ws=1 7. 下载：ARQ基本协议1～6及数字信道仿真程序
4. 示例实验指导 ?协议设计建议 －协议中不考虑成帧 1. 数据帧和应答帧以字节为单位； 2. 数据帧：低4位D3～D0为数据段（取值0000B～1001B，即0～9），最高 位为校验位（D7），发送序号段：D6～D4； 3. 应答帧：确认帧ACK：低4位D3～D0取值1111B（FH），否认帧NAK：低 4位D3～D0取值1110B（EH），发送序号段：D6～D4； 4. 按上述定义，发送序号个数最大为8；实际使用时，可自行选取发送序号个数 2或4，甚至不使用。 －协议中考虑成帧 1. 参见授课讲义和教材的相关内容； 2. 数据帧：帧头+发送序号+数据段+校验段+帧尾； 3. 应答帧：帧头+发送序号+校验段+帧尾； －协议方案提示 1. 基本ARQ协议；否认帧不必携带出错数据帧的发送序号。 2. 连续ARQ协议－回退N帧ARQ协议；应采用滑动窗口技术和否认帧应携带 出错数据帧的发送序号。 3. 连续ARQ协议－选择重发ARQ协议；基本同上； ?信道仿真程序 1. 功能：可仿真信道上的信息（数据帧或应答帧）产生丢失、产生差错和传输时 延； 2. 下载：V1.21，解压后，直接运行！ 1.界面：
第40卷第9期2019年9月 Vol.40<9 Sep;。】#哈尔滨工程大学学报 Journal of Harbin Engineering University 定向传输水声通信网络邻节点发现机制 杨健敏%'2'3,乔钢2,刘凇佐2,尹艳玲4 (1.中山大学海洋工程与技术学院，广东广州518000；2.哈尔滨工程大学水声工程学院,黑龙江哈尔滨150001；3.南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)，广东珠海519000；4.东北农业大学电气与信息学院,黑龙江哈尔滨150001) 摘要:针对水声通信网络拓扑不稳定的问题，本文对其邻节点发现机制进行了研究。邻节点发现机制将网络新增节点的邻节点分为全向传输范围内邻节点与定向传输范围内邻节点2类，全向传输范围内邻节点按照邻节点发现机制选取部分节点作为邻节点代表，选出的邻节点代表根据自身情况向新增节点发送邻节点信息完成邻节点发现过程。本文通过理论计算与仿真分析验证所提邻节点发现机制性能，所得理论结果与仿真结果一致，仿真结果还表明所提邻节点发现机制中参与邻节点发现过程的节点数小于全向传输范围内节点数。 关键词：水声通信网络；邻节点发现；定向传输；邻节点代表；信息冗余；全向传输；网络拓扑；传输范围 DOI：10.11990/jheu.201803070 网络出版地址：htt p://https://www.doczj.com/doc/d3162481.html,/kcms/detail/23.1390;.20190816.1005.002.html 中图分类号:TP393文献标志码:A文章编号：1006-7043(2019)09-1549-06 Neighbor discovery mechanism for directional transmission underwater acoustic communication networks YANG Jianmin1，2,QIAO Gang1，2,LIU Songzuo1，2,YIN Yanling3 (1.School of Marine Engineering and Technology,Sun Yat-sen University,Guangzhou518000,China； 2.Col/ge of Underwater Acous/a Engineering,Harbin Engineering University,Harbin150001,China；3.Marine Science and Engineering Guangdong Laborato-ry(Zhuhai),Zhuhai519000,China；4.Colleee of Electrical and Information Engineering,Northeast Agricultural University,Harbin 150001，China) Abstract:Consideeng the unstable topology of directional undewvatcs communication network/,thit papei studies iit neighbor discovei mechanism.In this mechanism,the node has two types of data transmission methods:directional and omnidirectional.The neighbor discavew mechanism divides the neighbor nodes of the newly added nodes inty two cateeo-W cs:the neighbor nodes i the omnidirectional transmission range and the neighbor nodes i the directional transmission range.The neighbor nodes in yie omnidirectional transmivion range select some nodes as yie neighbor nodes according W the neighbor node discovea mechanism.The selected neighbor node representative then sends the neighbor node infownas tion to the naWy added node according to its own situation to complete the neighbor node discovea process.In this pa-pea,the peWbwnanco of the proposed neighboring nodes is yerifOd by theoreticat calculation and simulation analysis.The theoreticat results are in good agreement with the simulation results.The simulation results alss show that the number of nodes paticipating i the neighbor discovery peocess is less than the omnidmectionat transmission sange.The number of nodes.The maig Onding of this paper have an impoWant referenco value and guidanco function to undewvates acoustic communication networks. Keywords:undewvates acoustic communication networks；neighbor discoyay；directional transmission；representa-tive nodes；infownation adundancy；omni-direction!transmission；network Wpology；transmission rang 近年来,随着陆上资源开采几近枯竭，对海洋的开发利用越来越受关注。作为水下最有效的通信方 收稿日期：2018-03-20.网络出版日期：2019-08-16.基金项目：国家自然科学基金项目(61431004,61601136,61601137, 11774074). 作者简介:杨健敏，男，博士； 乔钢，男，教授,博士生导师； 刘淞佐，男，副教授，博士生导师. 通信作者：刘淞佐，E-mail:liusongzuo@https://www.doczj.com/doc/d3162481.html,. cn.式,学者对水声通信技术开展了广泛且深入的研究[1-6]&随着对海洋开发探索逐渐深入,点对点水声通信无法满足一些水下应用场景，需要水下各单位组网通信。水声通信网络中，邻节点发现机制扮演着非常重要的角色'7-9],该机制性能优劣会极大 影响网络整体工作效率。目前，水声通信网络邻节点发现机制相关研究非常少,但陆上无线网络关于邻节点发现的研究已经相对丰富且成熟'10_16]&
实验二以太网链路层帧格式分析 一实验目的 1、分析EthernetV2标准规定的MAC层帧结构，了解IEEE802.3 标准规定的 MAC层帧结构和TCP/IP的主要协议和协议的层次结构。 2、掌握网络协议分析软件的基本使用方法。 3、掌握网络协议编辑软件的基本使用方法。 二实验内容 1、学习网络协议编辑软件的各组成部分及其功能； 2、学习网络协议分析软件的各组成部分及其功能； 3、学会使用网络协议编辑软件编辑以太网数据包； 4、理解 MAC 地址的作用； 5、理解 MAC 首部中的 LLC—PDU 长度/类型字段的功能； 6、学会观察并分析地址本中的 MAC 地址。 三实验环境
四实验流程 五实验原理 在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。数据链路的建立、拆除、对数据的检 错，纠错是数据链路层的基本任务。 局域网(LAN)是在一个小的范围内，将分散的独立计算机系统互联起来，实现资源的共享和数据通信。局域网的技术要素包括了体系结构和标准、传输媒体、拓扑结构、数据编码、媒体访问控制和逻 辑链路控制等，其中主要的技术是传输媒体、拓扑结构和媒体访问控制方法。局域网的主要的特点是：地理分布范围小、数据传输速率高、误码率低和协议简单等。 1、三个主要技术 1) 传输媒体：双绞线、同轴电缆、光缆、无线。 2) 拓扑结构：总线型拓扑、星型拓扑和环型拓扑。 3) 媒体访问控制方法：载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)技术。
2、IEEE 802 标准的局域网参考模型 IEEE 802 参考模型包括了 OSI/RM 最低两层(物理层和数据链路层)的功能，OSI/RM 的数据链路层功能，在局域网参考模型中被分成媒体访问控制MAC(Medium Access Control) 和逻辑链路控制LLC(Logical Link Control)两个子层。由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体访问控制方法也有多种，为了使数据帧的传送独立于所采用的物理媒体和媒体访问控制方法，IEEE 802 标准特意把 LLC 独立出来形成单独子层，使 LLC 子层与媒体无关，仅让 MAC 子层依赖于物理媒体和媒体访问控制方法。LLC 子层中规定了无确认无连接、有确认无连接和面向连接三种类型的链路服务。媒体访问控制技术是以太网技术的核心。以太网不提供任何确认收到帧的应答机制，确认必须在高层完成。 3、以太网帧结构 以太网中传输的数据包通常被称为“帧”，以太网的“帧”结构如下： 数据帧校验 目的地址源地址帧类型/长 度 各字段的含义： 目的地址：6 个字节的目的物理地址标识帧的接收结点。 源地址：6 个字节的源物理地址标识帧的发送结点。 帧类型/长度(TYPE/LEN)：该字段的值大于或等于 0×0800 时，表示上层数据使用的协议类型。例如 0×0806 表示 ARP 请求或应答，0×0800 表示 IP 协议。该字段的值小于 0×0800 时表示以太网用户数据的长度字段，上层携带LLC-PDU。 数据字段：这是一个可变长度字段，用于携带上层传下来的数据。 帧校验 FCS：以太网采用 32 位 CRC 冗余校验。校验范围是目的地址、源地址、长度/类型、数据字段。 4、 LLC-PDU 部分 该字段的值小于 0×0800 时表示以太网用户数据的长度字段，说明数据字段
数据链路层协议 数据链路层作为处理层和物理层的中间层，为处理层TLP 在链路中传递提供可靠机制。数据链路层主要负责TLP的可靠传输。所以数据链路层完成的主要任务是：1、数据交换。接收发送方处理层的TLP包，并送到物理层。另外从物理层接收TLP 包并送到接收端的处理层。2、出错检测和裁决。LCRC和序列号（TLP Sequence Number）的生成；存储发送端的TLP用于再试重发；为TLP和DLLP做数据完成性检测（crc校验）；DLLP 的ack和nack响应；错误指示；链接确认超时重试机制。3、初始化和电源管理。跟踪链路状态并传送链路活动、链路复位、链路失去连连等状态给处理层；4、生成DLLP。用于链路管理功能包括TLP确认、电源管理、流程控制信息（VC通道初始化）交流。在链接两端的数据链路层点对点传输. 数据完整性检测就是为DLLP和TLP做crc校验DLLP使用crc-16，TLP使用32bit的LCRC，此外，TLP还有一个序列号（sequence Number），用于检测TLP丢失与否。LCRC和sequence Number检测有误的TLP或者在发送过程中丢失的TLP，将被发送端重新发送。发送端存放TLP的备份，在需要的时候将备份发送或者在收到接收端的正确接收确认后清除备份。 数据链路层跟踪链路连接的状态，并和处理层和物理层交流链路状态，通过物理层来完成对链路的管理。链路层中包含状态机DLCMSM（Data Link Control and Management State Machine）
来完成这些任务，以下详细介绍。 ●DL_Inactive – Physical Layer reporting Link is non-operational or nothing is connected to the Port ●DL_Init – Physical Layer reporting Link is operational, initialize Flow Control for the default Virtual Channel ●DL_Active – Normal operation mode Status output： ●DL_Down – The Data Link Layer is not communicating with the component on the other side of the Link. ●DL_Up – The Data Link Layer is communicating with the component on the other side of the Link.