數(shù)據(jù)鏈路層BSC、HDLC、PPP課件

1、3.4 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議舉例 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議也稱(chēng)鏈路通信規(guī)程 分類(lèi): 異步協(xié)議，同步協(xié)議 異步協(xié)議：以字符為獨(dú)立的傳輸單位 同步協(xié)議：以數(shù)據(jù)塊(幀)為傳輸單位 面向字符的同步協(xié)議(如BSC) 面向比特的同步協(xié)議(如HDLC) 特點(diǎn)： 每一個(gè)字符獨(dú)立地發(fā)送，字符間的間隔是任意的 每個(gè)字符的組成部分： 起始位：1位，一個(gè)字符的開(kāi)始 數(shù)據(jù)位：58位（最低位在前） 奇偶檢驗(yàn)位：1位（可選） 停止位：1、1.5或2位，一個(gè)字符的結(jié)束3.4.1 起-止式異步通信規(guī)程數(shù)據(jù)位 每個(gè)字符以起始位和停止位加以分割，故稱(chēng)起 止式 字符中各個(gè)比特用固定的時(shí)鐘頻率傳輸，但字符間采用異步定時(shí)，字符間的同步利用起始位實(shí)現(xiàn)，收

2、、發(fā)時(shí)鐘只要在一個(gè)字符的時(shí)間內(nèi)保持同步(誤差7%)即可，不要求兩個(gè)時(shí)鐘頻率精確地一致起-止式異步通信規(guī)程（續(xù)）起-止式異步通信規(guī)程（續(xù)） 缺點(diǎn)： 通信效率低。如7位數(shù)據(jù)位、1位校驗(yàn)位、1位停止位、且字符間間隔最小時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸效率為： 7/(1+7+1+1)*100% = 70% 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)收發(fā)雙方的時(shí)鐘同步要求低，設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用低適合于低速場(chǎng)合3.4.2 面向字符的同步協(xié)議 面向字符的同步協(xié)議，其典型代表是IBM公司的二進(jìn)制同步通信規(guī)程 BSC (Binary Synchronous Communication)。 缺點(diǎn)： 鏈路上傳送的數(shù)據(jù)必須是由規(guī)定字符集中的字符組成，控制信息也 必須由同一個(gè)

3、字符集中的若干指定的控制字符構(gòu)成。 所有通信的設(shè)備必須使用同樣字符代碼，而不同版本的BSC規(guī)程要 求使用不同的代碼。 只對(duì)數(shù)據(jù)部分進(jìn)行差錯(cuò)控制，控制部分出錯(cuò)無(wú)法控制，可靠性較差。 采用停止等待協(xié)議，收發(fā)雙方交替工作，通信線路利用率低。 不易擴(kuò)展，每增加一種功能就需要設(shè)定一個(gè)新的控制字符。 優(yōu)點(diǎn)： BSC協(xié)議采用停等協(xié)議，需要的緩沖區(qū)容量小。 適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)線路結(jié)構(gòu)，在面向終端的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中仍被 廣泛使用。數(shù)據(jù)幀：用于數(shù)據(jù)傳輸 SYN：00010110，同步字符，至少要兩個(gè)標(biāo)題：發(fā)送者和接收者的地址，停等ARQ中的幀 編號(hào)。標(biāo)題是可選的正文：要傳輸?shù)挠杏眯畔⒖刂谱址篠OH(序始),STX

4、(文始),ETX(文終)BCC：Block Check Code，塊校驗(yàn)字符，單字節(jié)的CRC或雙字節(jié)的CRC，對(duì)標(biāo)題和正文進(jìn)行校驗(yàn)BSC數(shù)據(jù)幀的基本格式BSC 數(shù)據(jù)幀格式 BSC控制幀格式 ENQ(詢(xún)問(wèn))，SYN(同步)，P/S(查詢(xún)/選擇)，ACK(確認(rèn))，NAK(否認(rèn))，EOT(送畢)ETBBSC協(xié)議點(diǎn)-點(diǎn)通信時(shí)的交互 控制字符：ENQ(詢(xún)問(wèn))，STX(文始)，ETB(組終)，ETX(文終)，EOT(送畢)演變 SDLC： 1975年 IBM 提出了同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程 SDLCADCCP： ANSI 基于 SDLC 的高級(jí)數(shù)據(jù)通信控制規(guī)程HDLC： ISO 基于 SDLC 提出了高級(jí)數(shù)據(jù)

5、鏈路控制 規(guī)程 HDLCLAPs： ITU-T 基于 HDLC 提出了 LAPs 標(biāo)準(zhǔn) (X.25中的LAPB, ISDN中的LAPD, 帶差 錯(cuò)控制功能Modem中的LAPM) LAN 802.2 LLC: 基于HDLC3.4.3 面向比特的同步協(xié)議 (1) 工作站類(lèi)型 主站(Primary Station)：負(fù)責(zé)鏈路控制，包括對(duì)次站的控制、恢復(fù)鏈路差錯(cuò)，它發(fā)出的幀為命令幀。 次站(Secondary Station)：受主站控制的站，它完成主站所命令的工作，返回響應(yīng)幀。 復(fù)合站(Combined Station)：既有主站功能，又有次站功能?？砂l(fā)出命令幀和響應(yīng)幀。 （2）鏈路結(jié)構(gòu) 非平衡式

6、結(jié)構(gòu)(Unbalanced)：由一個(gè)主站和一個(gè)或多個(gè)次站組成，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn)通信。 平衡式結(jié)構(gòu)(Balanced)：由二個(gè)復(fù)合站組成。 HDLC 主要概念HDLC的鏈路結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)操作方式 正常響應(yīng)方式(NRM-Normal Response Mode)用于非平衡式鏈路結(jié)構(gòu)(點(diǎn)-點(diǎn)、點(diǎn)-多點(diǎn))傳輸過(guò)程由主站啟動(dòng)，并向次站發(fā)命令，主站輪詢(xún)、選擇次站，主站并負(fù)責(zé)鏈路管理及對(duì)超時(shí)重發(fā)和各類(lèi)恢復(fù)操作的控制。 異步平衡方式(ABM-Asychronous Balanced Mode) 用于平衡式鏈路結(jié)構(gòu)(全雙工點(diǎn)-點(diǎn))，每個(gè)站都是復(fù)合站。每一個(gè)復(fù)合站都可以發(fā)出命令幀和響應(yīng)幀，對(duì)另一站傳輸數(shù)據(jù)。 異步響應(yīng)

7、方式(ARM-Asychronous Response Mode) 用于非平衡式鏈路結(jié)構(gòu)次站無(wú)主站允許，即可主動(dòng)向主站發(fā)送數(shù)據(jù)。主站仍負(fù)責(zé)初始化、錯(cuò)誤恢復(fù)等，起控制作用。此方式一般使用較少（1） 標(biāo)志字段8比特序列 01111110 標(biāo)志幀的開(kāi)始和結(jié)束，即用于幀的同步“0”比特插入法，保持標(biāo)志字段的唯一性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。在發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，每5個(gè)連續(xù)“1”后面自動(dòng)插入一個(gè)“0”。在接收端，檢測(cè)到連續(xù)5個(gè)“1”后，自動(dòng)刪除后面的一個(gè)“0”，恢復(fù)成原來(lái)的數(shù)據(jù)。HDLC 幀結(jié)構(gòu) （2）地址字段 一般為8個(gè)比特，可擴(kuò)展。全“1”為廣播地址，全“0”為測(cè)試用。擴(kuò)充地址時(shí)，前面的8位組首位為0，只有

8、最后一個(gè)首位為“1”，表示地址結(jié)束。 （3）控制字段用于構(gòu)成各種命令和響應(yīng)，以便對(duì)鏈路監(jiān)視和控制（4）信息字段 可以是任意長(zhǎng)度的二進(jìn)制比特串，一般為02000比特長(zhǎng)。（5）幀校驗(yàn)序列字段FCS 用于差錯(cuò)控制，采用CRC碼，多項(xiàng)式為X16+X12+X5+1。校驗(yàn)范圍為兩個(gè)標(biāo)志字段之間。HDLC 幀結(jié)構(gòu)（續(xù)）信息幀 I-Frame：用于傳送數(shù)據(jù)監(jiān)控幀 S-Frame：用于差錯(cuò)控制和流量控制無(wú)編號(hào)幀 U-Frame：主要用于提供鏈路的建立、 拆除及其它多種控制功能 幀類(lèi)型控制字段比特12345678信息幀 0N(S)P/FN(R)監(jiān)控幀 10S1S2P/FN(R)無(wú)編號(hào)幀 11M1M2P/FM3M4

9、M5HDLC 幀的類(lèi)型 三種類(lèi)型的幀格式全視圖三種類(lèi)型的幀格式、提供的命令與響應(yīng)信息幀結(jié)構(gòu)視圖幀類(lèi)型控制字段比特12345678信息幀 0N(S)P/FN(R) 采用滑窗協(xié)議，N ( S）表示發(fā)送的幀序列號(hào)， N（R）表示捎帶的確認(rèn)信息(期待接收的下一個(gè)幀) ，N具有3位，即幀序號(hào)07。擴(kuò)展方式下有7位。 P/F為探詢(xún)/終止位。 NRM下，主站輪詢(xún)次站有無(wú)數(shù)據(jù)要發(fā)送，置P=“1”。若次站有數(shù)據(jù)發(fā)送，則在前面各幀中置F=“0”，最后一數(shù)據(jù)幀中置F=“1” ；若無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，則在響應(yīng)幀中置F=“1”。ARM和ABM中，任何一站在發(fā)送的S幀和I幀中置P=“1”，表示詢(xún)問(wèn)對(duì)方狀態(tài)，對(duì)方在收到該幀后應(yīng)回答

10、本站的狀態(tài)，并置F=“1”。 信 息 幀監(jiān)控幀視圖幀類(lèi)型控制字段比特12345678監(jiān)控幀 10S1S2P/FN(R)監(jiān)控幀： 根據(jù)3,4位的取值有四種類(lèi)型。 S1,S2幀名 功能 00RR(Receive Ready )準(zhǔn)備好接收N(R)幀,即確認(rèn)N(R)以前各幀。用于無(wú)捎帶應(yīng)答的場(chǎng)合01REJ(Reject )否認(rèn)N(R)起的各幀，要求對(duì)方從N(R)開(kāi)始全部重發(fā)，同時(shí)表明確認(rèn)N(R)以前各幀 10RNR(Receive Not Ready)確認(rèn)N(R)以前各幀,但還未準(zhǔn)備好接收下一幀N(R) ，要求對(duì)方暫停發(fā)送。 11SREJ(Selective Reject)只否認(rèn)N(R)一幀(要求對(duì)方

11、選擇重發(fā))同時(shí)表明確認(rèn)N(R)以前各幀監(jiān)控幀無(wú)編號(hào)幀視圖幀類(lèi)型控制字段比特12345678無(wú)編號(hào)幀 11M1M2P/FM3M4M5無(wú)編號(hào)幀：不包含N(S)和N(R)，即無(wú)編號(hào)。用于提供鏈路的建立、拆除及其他多種控制功能。它的類(lèi)型由M1M5來(lái)編碼，總共可有32種命令或響應(yīng)。 DISC（DISConnect）：終止邏輯鏈接，結(jié)束以前操作模式.置模式命令：SNRM、SABM、SNRME、SABME等。后帶E的為置擴(kuò)展模式，擴(kuò)展模式下幀序號(hào)由3位變成7位。FRMR（FRaMe Reject）：幀發(fā)生語(yǔ)義格式錯(cuò)誤。UA（Unnumbered Acknowledgement）：無(wú)編號(hào)命令的應(yīng)答。DM（Di

12、sconnect Mode）：響應(yīng)幀，表明本方已與鏈路斷開(kāi)。UI（Unnumbered Information）：無(wú)編號(hào)信息幀，為送給對(duì)方鏈路層實(shí)體的信息。其它命令與響應(yīng)，用于測(cè)試、鏈路初始化、參數(shù)協(xié)商等。 無(wú)編號(hào)幀HDLC的擴(kuò)展模式LAPB(Link Access Procedure Balanced)： 平衡型鏈路訪問(wèn)規(guī)程，它是HDLC的一個(gè)子集，用于X.25中。操作過(guò)程可分為建立鏈路、數(shù)據(jù)傳輸和斷開(kāi)鏈路三個(gè)階段。通過(guò)任意一方發(fā)送SABM命令，另一方返回UA響應(yīng)來(lái)建立雙向鏈路。在啟動(dòng)建立鏈路之前，為確保DCE和DTE處于相同的階段，DCE常可主動(dòng)發(fā)一個(gè)DM響應(yīng)幀，要求DTE啟動(dòng)鏈路的建立過(guò)

13、程。HDLC 的鏈路訪問(wèn)規(guī)程 HDLC 幀應(yīng)用舉例(無(wú)錯(cuò)時(shí))HDLC 幀應(yīng)用舉例 (有錯(cuò)時(shí))DTE與DCE在數(shù)據(jù)鏈路層上的通信過(guò)程優(yōu)點(diǎn)：適用于點(diǎn)-點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。可用于半雙工或全雙工通信。采用同步方式和滑窗協(xié)議傳輸，傳輸效率高。主站可同時(shí)與多個(gè)從站建立鏈路，傳輸效率高。幀都有幀校驗(yàn)序列，且按順序編號(hào)，可靠性較高。采用比特填充法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸。可傳輸任意長(zhǎng)度的二進(jìn)制比特串。采用統(tǒng)一的幀格式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)、命令和響應(yīng)，非常利于程序的實(shí)現(xiàn)。因此HDLC和相類(lèi)似的協(xié)議獲得了廣泛的應(yīng)用。使用 HDLC 的優(yōu)點(diǎn)3.4.4 因特網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PPP 現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PP

14、P (Point-to-Point Protocol) 用戶(hù)使用撥號(hào)電話線接入因特網(wǎng)時(shí)，一般都 是使用 PPP 協(xié)議用戶(hù)撥號(hào)入網(wǎng)的示意圖 路由器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP)用戶(hù)家庭撥號(hào)電話線 使用 TCP/IP 的 PPP 連接使用 TCP/IP 的 客戶(hù)進(jìn)程路由選擇 進(jìn)程至因特網(wǎng)PC 機(jī)PPP 協(xié)議 1992 年制訂了 PPP 協(xié)議。經(jīng)過(guò) 1993 年和 1994 年的修訂，現(xiàn)在的 PPP 協(xié)議已成為因 特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn) RFC 1661 PPP協(xié)議有三個(gè)組成部分 一個(gè)將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法鏈路控制協(xié)議 LCP(Link Control Protocol) 網(wǎng)絡(luò)

15、控制協(xié)議 NCP(Network Control Protocol) PPP 協(xié)議的幀格式 PPP 的幀格式和 HDLC 的相似 標(biāo)志字段 F 仍為 0 x7E （十六進(jìn)制的 7E 的二 進(jìn)制表示是 01111110） 地址字段 A 只置為 0 xFF。地址字段實(shí)際上并 不起作用 控制字段 C 通常置為 0 x03 PPP 是面向字節(jié)的，所有的 PPP 幀的長(zhǎng)度都 是整數(shù)字節(jié)PPP 協(xié)議的幀格式 PPP 有一個(gè) 2 個(gè)字節(jié)的協(xié)議字段。當(dāng)協(xié)議字段為 0 x0021 時(shí)，PPP 幀的信息字段就是IP 數(shù)據(jù)報(bào)。若為 0 xC021, 則信息字段是 PPP 鏈路控制數(shù)據(jù)。若為 0 x8021，則表示這

16、是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。 IP 數(shù)據(jù)報(bào)1211字節(jié)12不超過(guò) 1500 字節(jié)PPP 幀先發(fā)送7EFF03FACFCSF7E協(xié)議信 息 部 分首部尾部PPP 透明傳輸問(wèn)題 當(dāng) PPP 用在同步傳輸鏈路時(shí)，協(xié)議規(guī)定采用 硬件來(lái)完成比特填充（和 HDLC 的做法一 樣） 當(dāng) PPP 用在異步傳輸時(shí)，就使用一種特殊的 字符填充法PPP 字符填充法 將信息字段中出現(xiàn)的每一個(gè) 0 x7E 字節(jié)轉(zhuǎn)變成 為 2 字節(jié)序列 (0 x7D, 0 x5E) 若信息字段中出現(xiàn)一個(gè) 0 x7D 的字節(jié), 則將其 變成為 2 字節(jié)序列 (0 x7D, 0 x5D) 若信息字段中出現(xiàn) ASCII 碼的控制字符（即 數(shù)值小于 0 x20 的字符），則在該字符前面要 加入一個(gè) 0 x7D 字節(jié)，同時(shí)將該字符的編碼加 以改變 不提供使用序號(hào)和確認(rèn)的可靠傳輸 PPP 協(xié)議之所以不使用序號(hào)和確認(rèn)機(jī)制是出于 以下的考慮：在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯(cuò)的概率不大時(shí)，使用比較簡(jiǎn)單的 PPP 協(xié)議較為合理在因特網(wǎng)環(huán)境下，PPP 的信息字段放入的數(shù)據(jù)是 IP 數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸并不能夠保證網(wǎng)絡(luò)層的傳輸也是可靠的幀檢驗(yàn)序列 FCS 字段可保證無(wú)差錯(cuò)接受PPP 協(xié)議的工作狀態(tài) 當(dāng)用戶(hù)撥號(hào)接入 ISP 時(shí)，路由器的調(diào)制解調(diào)器對(duì)撥號(hào) 做出確認(rèn)，