数据链路层BSC、HDLC、PPP资料

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,2021/10/1,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,2021/10/1,*,3.4,数据链路层协议举例,数据链路层协议也称,链路通信规程,分类,:,异步协议，同步协议,异步协议：以字符为独立的传输单位,同步协议：以数据块,(,幀,),为传输单位,面向字符的同步协议,(,如,BSC,),面向比特的同步协议,(,如,HDLC,),2021/10/1,1,特点,：,每一个字符独立地发送，字符间的间隔是任意的,每个字符的组成部分：,起始位：,1,位，一个字符的开始,数据位：,58,位（最低位在前）,奇偶检验位：,1,位（可选）,停止位：,1,、,1.5,或,2,位，一个字符的结束,3.4.1,起,-,止式异步通信规程,数据位,2021/10/1,2,每个,字符以起始位和停止位加以分割，故称起 止式,字符中各个比特用固定的时钟频率传输，但字符间采用异步定时，字符间的同步利用起始位实现，收、发时钟只要在一个字符的时间内保持同步,(,误差,7%),即可，不要求两个时钟频率精确地一致,起,-,止式异步通信规程（续）,2021/10/1,3,起,-,止式异步通信规程（续）,缺点：,通信效率低。如,7,位数据位、,1,位校验位、,1,位停止位、且字符间间隔最小时，数据传输效率为：,7/(1+7+1+1)*100% = 70%,优点：,对收发双方的时钟同步要求低，设备简单，费用低,适合于低速场合,2021/10/1,4,3.4.2,面向字符的同步协议,面向字符的同步协议,，其典型代表是,IBM,公司的二进制同步通信规程,BSC (Binary Synchronous Communication),。,缺点,：,链路上传送的数据必须是由,规定字符集中的字符,组成，控制信息也,必须由,同一个字符集中的若干指定的控制字符,构成。,所有通信的设备必须使用同样字符代码，而不同版本的,BSC,规程要,求使用不同的代码。,只对数据部分进行差错控制，控制部分出错无法控制，可靠性较差。,采用停止等待协议，收发双方交替工作，通信线路利用率低,。,不易扩展，每增加一种功能就需要设定一个新的控制字符。,优点,：,BSC,协议采用停等协议，需要的缓冲区容量小。,适用于点对点、点对多点线路结构，在面向终端的网络系统中仍被,广泛使用。,2021/10/1,5,数据帧,：,用于数据传输,SYN,：,00010110,，同步字符，至少要两个,标题：发送者和接收者的地址，停等,ARQ,中的帧,编号。标题是可选的,正文：要传输的有用信息,控制字符：,SOH(,序始,),STX(,文始,),ETX(,文终,),BCC,：,Block Check Code,，块校验字符，单字节的,CRC,或双字节的,CRC,，对标题和正文进行校验,BSC,数据幀的基本格式,BSC,数据,帧格式,2021/10/1,6,BSC,控制幀格式,ENQ(,询问,),，,SYN(,同步,),，,P/S(,查询,/,选择,),，,ACK(,确认,),，,NAK(,否认,),，,EOT(,送毕,),2021/10/1,7,ETB,BSC,协议点,-,点通信时的交互,控制字符：,ENQ(,询问,),，,STX(,文始,),，,ETB(,组终,),，,ETX(,文终,),，,EOT(,送毕,),2021/10/1,8,演变,SDLC,：,1975,年,IBM,提出了同步数据链路控制规程,SDLC,ADCCP,：,ANSI,基于,SDLC,的高级数据通信控制规程,HDLC,：,ISO,基于,SDLC,提出了高级数据链路控制,规程,HDLC,LAPs,：,ITU-T,基于,HDLC,提出了,LAPs,标准,(X.25,中的,LAPB, ISDN,中的,LAPD,带差,错控制功能,Modem,中的,LAPM),LAN 802.2 LLC,:,基于,HDLC,3.4.3,面向比特的同步协议,2021/10/1,9,(1),工作站类型,主站,(Primary Station),：负责链路控制，包括对次站的控制、恢复链路差错，它发出的帧为命令帧。,次站,(Secondary Station),：受主站控制的站，它完成主站所命令的工作，返回响应帧。,复合站,(Combined Station),：既有主站功能，又有次站功能。可发出命令帧和响应帧。,（,2,）链路结构,非平衡式结构,(Unbalanced),：由一个主站和一个或多个次站组成，点对点或多点通信。,平衡式结构,(Balanced),：由二个复合站组成。,HDLC,主要概念,2021/10/1,10,HDLC,的链路结构,2021/10/1,11,（,3,）数据操作方式,正常响应方式,(,NRM,-Normal Response Mode),用于非平衡式链路结构,(,点,-,点、点,-,多点,),传输过程由主站启动，并向次站发命令，主站轮询、选择次站，主站并负责链路管理及对超时重发和各类恢复操作的,控制,。,异步平衡方式,(,ABM,-Asychronous Balanced Mode),用于平衡式链路结构,(,全双工点,-,点,),，每个站都是复合站。,每一个复合站都可以发出命令帧和响应帧，对另一站传输数据。,异步响应方式,(,ARM,-Asychronous Response Mode),用于非平衡式链路结构,次站无主站允许，即可主动向主站发送数据。,主站仍负责初始化、错误恢复等，起控制作用。,此方式一般使用较少,2021/10/1,12,（,1,）,标志字段,8,比特序列,01111110,标志帧的开始和结束，即用于帧的同步,“,0,”,比特插入法，保持标志字段的唯一性，实现数据的透明传输。,在发送端发送数据时，每,5,个连续,“,1,”,后面自动插入一个,“,0,”,。,在接收端，检测到连续,5,个,“,1,”,后，自动删除后面的一个,“,0,”,，恢复成原来的数据。,HDLC,帧结构,2021/10/1,13,（,2,）地址字段,一般为,8,个比特，可扩展。,全“,1”,为广播地址，全“,0”,为测试用。,扩充地址时，前面的,8,位组首位为,0,，只有最后一个首位为,“,1,”,，表示地址结束。,（,3,）控制字段,用于构成各种命令和响应，以便对链路监视和控制,（,4,）信息字段,可以是任意长度的二进制比特串，一般为,0,2000,比特长,。,（,5,）帧校验序列字段,FCS,用于差错控制，采用,CRC,码，多项式为,X,16,+X,12,+X,5,+1,。,校验范围为两个标志字段之间。,HDLC,帧结构（续）,2021/10/1,14,信息帧,I-Frame,：用于传送数据,监控帧,S-Frame,：用于差错控制和流量控制,无编号帧,U-Frame,：主要用于提供链路的建立、,拆除及其它多种控制功能,帧,类型,控制字段,比特,1,2,3,4,5,6,7,8,信息帧,0,N(S),P/F,N(R),监控帧,1,0,S1,S2,P/F,N(R),无编号帧,1,1,M1,M2,P/F,M3,M4,M5,HDLC,帧的类型,2021/10/1,15,三种类型的幀格式全视图,2021/10/1,16,三种类型的幀格式、提供的命令与响应,2021/10/1,17,信息帧结构视图,帧,类型,控制字段,比特,1,2,3,4,5,6,7,8,信息帧,0,N(S),P/F,N(R),2021/10/1,18,采用滑窗协议，,N,(,S,）,表示发送的帧序列号，,N,（,R,）表示捎带的确认信息,(,期待接收的下一个幀,),，,N,具有,3,位，即幀序号,07,。扩展方式下有,7,位,。,P/F,为探询,/,终止位。,NRM,下，主站,轮询,次站有无数据要发送，置,P=“1”,。若次站有数据发送，则在前面各帧中置,F=“0”,，最后一数据帧中置,F=“1”,；若无数据发送，则在响应帧中置,F=“1”,。,ARM,和,ABM,中，任何一站在发送的,S,帧和,I,帧中置,P=“1”,，表示,询问,对方状态，对方在收到该帧后应回答本站的状态，并置,F=“1”,。,信 息 帧,2021/10/1,19,监控帧视图,帧,类型,控制字段,比特,1,2,3,4,5,6,7,8,监控帧,1,0,S1,S2,P/F,N(R),2021/10/1,20,监控帧,：,根据,3,4,位的取值有四种类型。,S1,S2,帧名,功能,00,RR,(Receive Ready ),准备好接收,N,(,R),帧,即,确认,N,(,R),以前各帧。用于无捎带应答的场合,01,REJ,(Reject ),否认,N,(,R),起的各帧，要求对方从,N,(,R),开始,全部重发，,同时表明确认,N,(,R),以前各帧,10,RNR,(Receive Not Ready,),确认,N,(,R),以前各帧,但还未准备好接收下一幀,N,(,R),，要求对方,暂停,发送。,11,SREJ,(Selective Reject),只否认,N,(,R),一帧,(,要求对方选择重发,),同时表明,确认,N,(,R),以前各帧,监控帧,2021/10/1,21,无编号帧视图,帧,类型,控制字段,比特,1,2,3,4,5,6,7,8,无编号帧,1,1,M1,M2,P/F,M3,M4,M5,2021/10/1,22,无编号帧：,不包含,N(S),和,N(R),，即无编号。,用于提供链路的建立、拆除及其他多种控制功能。,它的类型由,M1M5,来编码，总共,可有,32,种,命令或响应。,DISC,（,DISConnect,）：终止逻辑链接，结束以前操作模式,.,置模式命令：,SNRM,、,SABM,、,SNRME,、,SABME,等,。后带,E,的为置扩展模式，扩展模式下帧序号由,3,位变成,7,位。,FRMR,（,FRaMe Reject,）：帧发生语义格式错误。,UA,（,Unnumbered Acknowledgement,）：无编号命令的应答。,DM,（,Disconnect Mode,）：响应幀，表明本方已与链路断开。,UI,（,Unnumbered Information,）：无编号信息幀，为送给对方链路层实体的信息。,其它命令与响应，用于测试、链路初始化、参数协商等。,无编号帧,2021/10/1,23,HDLC,的扩展模式,2021/10/1,24,LAPB(Link Access Procedure Balanced),：,平衡型链路访问规程，它是,HDLC,的一个子集，用于,X.25,中。,操作过程可分为建立链路、数据传输和断开链路三个阶段。,通过任意一方发送,SABM,命令，另一方返回,UA,响应来建立双向链路。,在启动建立链路之前，为确保,DCE,和,DTE,处于相同的阶段，,DCE,常可主动发一个,DM,响应幀，要求,DTE,启动链路的建立过程。,HDLC,的链路访问规程,2021/10/1,25,HDLC,帧应用举例,(,无错时,),2021/10/1,26,HDLC,帧应用举例,(,有错时,),2021/10/1,27,DTE,与,DCE,在数据链路层上的通信过程,2021/10/1,28,优点：,适用于点,-,点或点对多点通信。,可用于半双工或全双工通信。,采用同步方式和,滑窗协议,传输，传输效率高。,主站可同时与多个从站建立链路，传输效率高。,幀都有幀校验序列，且按顺序编号，可靠性较高。,采用比特填充法实现数据透明传输。,可传输任意长度的二进制比特串。,采用统一的帧格式来传输数据、命令和响应，非常利于程序的实现。,因此,HDLC,和相类似的协议获得了广泛的应用。,使用,HDLC,的优点,2021/10/1,29,3.4.4,因特网的点对点协议,PPP,现在全世界使用得最多的数据链路层协议是,点对点协议,PPP,(Point-to-Point Protocol),用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都,是使用,PPP,协议,2021/10/1,30,用户拨号入网的示意图,路由器,调制解调器,调制解调器,因特网服务提供者,(,ISP,),用户家庭,拨号电话线,使用,TCP/IP,的,PPP,连接,使用,TCP/IP,的,客户进程,路由选择,进程,至,因,特,网,PC,机,2021/10/1,31,PPP,协议,1992,年制订了,PPP,协议。经过,1993,年和,1994,年的修订，现在的,PPP,协议已成为因,特网的正式标准,RFC 1661,PPP,协议有三个组成部分,一个将,IP,数据报封装到串行链路的方法,链路控制协议,LCP(Link Control Protocol),网络控制协议,NCP(Network Control Protocol),2021/10/1,32,PPP,协议的帧格式,PPP,的帧格式和,HDLC,的相似,标志字段,F,仍为,0x7E,（十六进制的,7E,的二,进制表示是,01111110,）,地址字段,A,只置为,0xFF,。地址字段实际上并,不起作用,控制字段,C,通常置为,0x03,PPP,是面向字节的，所有的,PPP,帧的长度都,是整数字节,2021/10/1,33,PPP,协议的帧格式,PPP,有一个,2,个字节的协议字段。,当协议字段为,0x0021,时，,PPP,帧的信息字段就是,IP,数据报。,若为,0xC021,则信息字段是,PPP,链路控制数据。,若为,0x8021,，则表示这是网络控制数据。,IP,数据报,1,2,1,1,字节,1,2,不超过,1500,字节,PPP,帧,先发送,7E,FF,03,F,A,C,FCS,F,7E,协议,信 息 部 分,首部,尾部,2021/10/1,34,PPP,透明传输问题,当,PPP,用在,同步传输链路,时，协议规定采用,硬件来完成比特填充（和,HDLC,的做法一,样）,当,PPP,用在,异步传输,时，就使用一种特殊的,字符填充法,2021/10/1,35,PPP,字符填充法,将信息字段中出现的每一个,0x7E,字节转变成,为,2,字节序列,(0x7D, 0x5E),若信息字段中出现一个,0x7D,的字节,则将其,变成为,2,字节序列,(0x7D, 0x5D),若信息字段中出现,ASCII,码的控制字符（即,数值小于,0x20,的字符），则在该字符前面要,加入一个,0x7D,字节，同时将该字符的编码加,以改变,2021/10/1,36,不提供使用序号和确认的可靠传输,PPP,协议之所以不使用序号和确认机制是出于,以下的考虑：,在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的,PPP,协议较为合理,在因特网环境下，,PPP,的信息字段放入的数据是,IP,数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的,帧检验序列,FCS,字段可保证无差错接受,2021/10/1,37,PPP,协议的工作状态,当用户拨号接入,ISP,时，路由器的调制解调器对拨号,做出确认，并建立一条物理连接。,PC,机向路由器发送一系列的,LCP,分组（封装成多个,PPP,帧,),这些分组及其响应选择一些,PPP,链路参数 。,接着进行网络层配置，交互的,NCP,分组 给新接入的,PC,机分配一个临时的,IP,地址，,PC,机成为因特网上的一个主机。,通信完毕时，,NCP,释放网络层连接，收回原来分配出去的,IP,地址。接着，,LCP,释放数据链路层连接。最后,释放的是物理层的连接。,2021/10/1,38,PPP,协议的状态图,建立,失败,失败,NCP,配置,鉴别成功,通信,结束,载波,停止,检测到,载波,双方协商,一些选项,鉴别,网络,打开,终止,静止,2021/10/1,39,（点击图标返回本章目录）,2021/10/1,40,