第5講數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

電力系統(tǒng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第五講數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議2.6數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議概述2.6.1數(shù)據(jù)鏈路層控制規(guī)程功能2.6.2數(shù)據(jù)鏈路層控制規(guī)程種類概述協(xié)議：人或過程之間的約定。通信協(xié)議：通信的發(fā)送和接收之間需要雙方共同遵守的約定。數(shù)據(jù)通信協(xié)議：各種計算機和設(shè)備之間相互通信、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)交換等的整套規(guī)則。通信協(xié)議組成的要素：語法、語義和規(guī)則。通信協(xié)議的功能數(shù)據(jù)的分割和重組封裝與拆裝尋址排序流量控制差錯控制連接控制傳輸服務(wù):優(yōu)先級設(shè)置、服務(wù)等級、安全性。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型中的第二層，介于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間，它以物理層為基礎(chǔ)，向網(wǎng)絡(luò)層提供可靠的服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是將網(wǎng)絡(luò)層的信息即分組傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)的下一個節(jié)點。數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)

通過鏈路傳送幀荷載分組的幀數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路傳輸控制規(guī)程，又稱數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂坪凸芾砉δ艿囊?guī)則。數(shù)據(jù)鏈路是發(fā)送方和接收方之間能可靠地傳輸數(shù)據(jù)的路由。它由通信線路、調(diào)制解調(diào)器、終端機通信控制器之間的接口構(gòu)成。數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議高級數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC），如SDLC、LAPD

局域網(wǎng)（LAN）協(xié)議，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)和光纖分布數(shù)據(jù)接口。

廣域網(wǎng)（WAN）協(xié)議，如幀中繼和ISDN

數(shù)據(jù)鏈路的構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)電路傳輸信道DCEDTEDCEDTE數(shù)據(jù)站數(shù)據(jù)站接口接口數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路的結(jié)構(gòu)分兩種：點對點和點對多點的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路傳輸數(shù)據(jù)信息的操作方式

有三種不同操作方式：

1.單向型。信息只能按一個方向傳送。

2.雙向交替型。信息先從一個方向，后從相反方向傳送。

3.雙向同時型。信息可在兩個方向同時傳送。主站、從站和組合站在點對點鏈路中發(fā)送信息或命令的站稱為主站；

接受信息或命令而發(fā)出認可信息或響應(yīng)的站稱為從站。同時能發(fā)送信息、命令、認可和響應(yīng)的站稱為組合站。在點對多點鏈路中負責(zé)組織鏈路中數(shù)據(jù)流，并處理鏈路上出現(xiàn)的不可恢復(fù)的差錯的站稱為控制站，而其余各站稱為輔助站?？刂普緢?zhí)行輪詢、選擇等管理功能，輪詢是控制站有次序的詢問各個輔助站接收信息的過程。2.6.1數(shù)據(jù)鏈路層控制規(guī)程功能一、鏈路管理

主要解決鏈路的建立和拆除、數(shù)據(jù)傳輸?shù)木S持以及控制數(shù)據(jù)傳輸方向等。

二、幀同步控制

幀同步的目的是確定幀的起始與結(jié)尾，以保證收發(fā)兩端幀同步。

三、流量控制

流量控制實際上是發(fā)送方數(shù)據(jù)流量的控制，使其發(fā)送速率不致超過接收方的接收速率。數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程功能（續(xù)）四、差錯控制

為保證數(shù)據(jù)的正確性，數(shù)據(jù)鏈路層具備檢錯和糾錯能力，使差錯控制在所能允許的盡可能小的范圍內(nèi)。流量控制的功能和差錯控制是結(jié)合在一起實現(xiàn)的。

五、透明傳輸數(shù)據(jù)傳輸就是發(fā)方送出的數(shù)據(jù)與接收方收到的數(shù)據(jù)在內(nèi)容和次序上完全一樣，而且對用戶數(shù)據(jù)沒有限制。當(dāng)所傳送的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了與控制信息一樣的模式時，數(shù)據(jù)鏈路必須采取措施，使收方不至于將數(shù)據(jù)誤認為是控制信息。六、異常狀態(tài)的恢復(fù)數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程具有發(fā)現(xiàn)各種異常情況的功能，例如序列不合法、碼流組停止、應(yīng)答幀丟失及重發(fā)超過規(guī)定的次數(shù)等，能夠重新啟動，恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。2.6.2數(shù)據(jù)鏈路層控制規(guī)程種類異步協(xié)議主要在Modem中采用，它引入了起始位和結(jié)束位以及字符之間的可變長度的空隙。例如：XModem，YModem及Zmodem等。協(xié)議并不復(fù)雜，但傳輸速率受限制。同步協(xié)議依照所傳信息的基本單位來分有兩大類：一類叫做面向字符型傳輸控制規(guī)程，一類叫做面向比特型傳輸控制規(guī)程。面向字符的控制規(guī)程面向字符的控制規(guī)程是將傳輸幀看作是一系列字符，每個字符通常包含一個8比特的字節(jié)，所有信息是以ASCII的編碼形式出現(xiàn)。有ISO的基本型傳輸控制規(guī)程、IBM的二進制同步通信規(guī)程（BSC）、美國國家標準協(xié)會（ANSI）、中國的數(shù)據(jù)通信基本型控制規(guī)程（GB3452—82）等。利用專門定義的傳輸控制字符和序列完成數(shù)據(jù)鏈路的控制功能，主要適用于低、中速數(shù)據(jù)通信，以半雙工的通信方式進行操作。BSC協(xié)議面向字符型傳輸控制規(guī)程出現(xiàn)比較早，典型代表是IBM公司的二進制同步通信規(guī)程BSC，對應(yīng)的ISO標準稱為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本型控制規(guī)程，即ISO1745。BSC協(xié)議用ASCII或EBCDIC字符集定義的傳輸控制字符來實現(xiàn)建鏈、拆鏈等鏈路管理以及同步等各種功能。

BSC協(xié)議將在鏈路上傳輸?shù)男畔⒎譃樾畔笪暮捅O(jiān)控報文兩類。監(jiān)控報文又分為正向監(jiān)控和反向監(jiān)控兩種。每一種報文中至少包含一個傳輸控制字符，用以確定報文中信息的性質(zhì)或?qū)崿F(xiàn)某種控制作用?？刂谱址挥[表類型符號名稱含義適用報文類型基本型SOE報頭開始表示信息電文報頭的開始，報頭內(nèi)含路由及目的地址信息類電文STX正文開始信息電文正文開始，同時表示報頭結(jié)束信息類電文ETX正文結(jié)束一個信息電文正文結(jié)束時，用ETX結(jié)尾信息類電文EOT傳輸結(jié)束通知對方傳輸結(jié)束以關(guān)閉通道前向/后向監(jiān)控ENQ詢問用作詢問遠程站以給出應(yīng)答前向監(jiān)控ACK確認由接收站發(fā)給發(fā)送站的肯定應(yīng)答，表示接收無差錯后向監(jiān)控NAK否認由接收站發(fā)給發(fā)送站的否定應(yīng)答，表示接收有差錯，并要求重發(fā)后向監(jiān)控SYN同步/空閑該字符提出一個同步比特序列以保持收發(fā)方同步，有時也作為空閑信道連續(xù)發(fā)送字符其他用途ETB組終當(dāng)信息電文被分為若干個碼組傳送時，代表一個碼組結(jié)束信息類電文DLE數(shù)據(jù)鏈轉(zhuǎn)義表明其后續(xù)字符為控制字符，其功能取決于后續(xù)字符其他用途擴展型DLE；EOT拆線本方要求拆除通信線路的物理連接其他用途DLE<站中斷從站用此代替正常的肯定應(yīng)答，并要求主站盡快結(jié)束現(xiàn)行傳輸其他用途DLE；暫停發(fā)送從站不能接收信息電文，要求發(fā)端暫停發(fā)送（WACK）其他用途DLE0編號確認DLE0

表示ACK0，表示對申請幀和偶幀的確認其他用途DLE1DLE1

表示ACK1，表示對奇幀的確認DLE+基本類表示對正文中出現(xiàn)與基本類相同的字符時的轉(zhuǎn)義其他用途監(jiān)控報文一覽表監(jiān)控方向種類監(jiān)控序列正向監(jiān)控序列輪詢（EOT）輪詢地址ENQ選擇結(jié)果站選擇（EOT）選擇地址ENQ標志或狀態(tài)詢問（前綴）ENQ非起始狀態(tài)詢問（前綴）ENQ正常結(jié)束（前綴）EOT異常結(jié)束EOT切斷線路DLEEOT對信息報文應(yīng)答的監(jiān)控（前綴）ENQ廢棄碼組廢棄（前綴）ENQ站廢棄EOT反向監(jiān)控序列肯定回答對選擇的應(yīng)答（前綴）ACK對信息報文的應(yīng)答（前綴）ACK否定回答對輪詢的應(yīng)答（前綴）EOT對選擇的應(yīng)答（前綴）NAK對信息報文的應(yīng)答（前綴）NAK切斷線路DLEEOT中斷信息組中斷EOT站中斷DLEBSC協(xié)議的特點由于BSC協(xié)議與特定的字符編碼集關(guān)系過于密切，故兼容性較差。為滿足數(shù)據(jù)透明性而采用的字符填充法，實現(xiàn)起來也比較麻煩，且也依賴于所采用的字符編碼集。由于BSC協(xié)議是一個半雙工協(xié)議，它的鏈路傳輸效率很低。由于BSC協(xié)議需要的緩沖存儲空間較小，因而在面向終端的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中仍然被廣泛使用。面向字符的協(xié)議操作規(guī)程（1）點對點的數(shù)據(jù)鏈路操作規(guī)程數(shù)據(jù)鏈路建立通信實體站1和站2，站1主動發(fā)出“ENQ”信息，成為主站；站2受到“ENQ”成為從站，若站2已準備好接收，就回送站1一個確認信息“ACK”，完成一次建立半雙工數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)傳輸站1收到“ACK”信息后，就以同步或異步方式開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀。為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽浚l(fā)送一定數(shù)據(jù)后，必須暫停一會，等待對方的確認信息“ACK”。點對點的數(shù)據(jù)鏈路操作規(guī)程（續(xù)）釋放鏈路若全部數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，站1就發(fā)送一個結(jié)束信息“EOT”，表示本站此次傳輸已經(jīng)結(jié)束。異常情況恢復(fù)若發(fā)送站在等待會送期間收不到任何信息，就認為出現(xiàn)了異常情況，發(fā)送站必須有正確處理這種異常情況的措施。爭用方式在點對點鏈路組成的半雙工系統(tǒng)中，若一條線路連接兩個數(shù)據(jù)站，兩個站同時要求建立數(shù)據(jù)鏈路就會產(chǎn)生沖突。（2）多點數(shù)據(jù)鏈路操作規(guī)程多點數(shù)據(jù)鏈路上若存在一個主站，數(shù)據(jù)傳輸只能在主站與某一個從站之間進行，從站之間不傳輸數(shù)據(jù)。多點數(shù)據(jù)鏈路的操作規(guī)程是輪詢/選擇方式。輪詢方式（Polling）：主站不斷地依次向各個從站發(fā)送“詢問序列”，詢問哪個站要發(fā)送數(shù)據(jù)，從站只有在收到“詢問序列”后，才能向主站發(fā)送數(shù)據(jù)；發(fā)送完畢后，主站向從站返送“確認序列”。選擇方式：由主站根據(jù)從站的地址信息，發(fā)送“選擇序列”，當(dāng)從站接收到“選擇序列”后，從站準備接收數(shù)據(jù)。輪詢/選擇方式主要用于衛(wèi)星通信的ALOHA，局域網(wǎng)的p-堅持、非堅持、CSMA、CSMA/CD、令牌環(huán)和令牌總線等競爭協(xié)議。面向比特的鏈路控制規(guī)程面向比特型傳輸控制規(guī)程，其典型代表是高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC（High-levelDataLinkControl）。CCITT將HDLC修改后引入鏈路接入規(guī)程LAPB——LinkAccessProcedureBalanced（平衡型）作為X.25的一部分。HDLC的特點協(xié)議不依賴任何一種字符編碼集；數(shù)據(jù)報文可透明傳輸，用于實現(xiàn)透明傳輸?shù)摹?比特插入法”易于硬件實現(xiàn)；全雙工通信，不必等待確認便可連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，有較高的數(shù)據(jù)鏈路傳輸效率；所有幀均采用CRC校驗，對信息幀進行順序編號，可防止漏收或重份，傳輸可靠性高；傳輸控制功能與處理功能分離，具有較大的靈活性。HDLC站點類型利用HDLC規(guī)程進行通信時，可以有三種類型的通信站，即主站、從站和組合站。主站負責(zé)鏈路控制操作，包括對從站的控制、恢復(fù)鏈路差錯等。主站發(fā)出的幀稱為命令幀；從站是受主站控制的站。從站僅完成主站所命令的工作，它所發(fā)出的幀稱為響應(yīng)幀；組合站是既有主站功能，又有從站功能的站，可發(fā)出命令幀或響應(yīng)幀。HDLC鏈路結(jié)構(gòu)非平衡型非平衡型結(jié)構(gòu)由一個主站和一個或若干個從站組成。前者為點對點鏈路結(jié)構(gòu)，后者為多點式鏈路結(jié)構(gòu)。平衡式操作分為兩種：一種是對稱結(jié)構(gòu)，指鏈路兩端的站均由主站和從站組合而成；一種是平衡結(jié)構(gòu)，指通信雙方的站點均由組合站構(gòu)成。兩種鏈路結(jié)構(gòu)

組合站

組合站命令、響應(yīng)命令、響應(yīng)平衡式結(jié)構(gòu)響應(yīng)

主站

從站

主站

從站

從站響應(yīng)命令命令非平衡式結(jié)構(gòu)HDLC操作方式

（1）正常響應(yīng)方式NRM（NormalResponseMode）這種數(shù)據(jù)操作方式用于非平衡式鏈路結(jié)構(gòu)。只有主站才能發(fā)起向從站的數(shù)據(jù)傳輸，從站只有在主站向它發(fā)送命令進行探詢時，才能發(fā)出響應(yīng)幀。該操作方式適用于面向終端的點到點或一點到多點的鏈路。（2）異步平衡方式ABM（AsynchronousBalancedMode）這種數(shù)據(jù)操作方式用于平衡式鏈路結(jié)構(gòu)。每個組合站都可以平等地發(fā)起對另一個站的數(shù)據(jù)傳輸，既可發(fā)出命令幀，也可發(fā)出響應(yīng)幀。這是一種允許任何節(jié)點來啟動傳輸?shù)牟僮鞣绞健＃?）異步響應(yīng)方式ARM（AsynchronousResponseMode）這種數(shù)據(jù)操作方式用于非平衡式鏈路結(jié)構(gòu)，但一般使用較少。它允許從站發(fā)起向主站的數(shù)據(jù)傳輸，但主站仍然負責(zé)初始化、鏈路的建立和釋放、錯誤恢復(fù)等工作。HDLC的幀結(jié)構(gòu)

HDLC采用的是同步傳輸，所有的傳輸均為幀的形式。所謂“幀”是通過通信線路被傳輸信息的基本單元。HDLC的幀格式如下所示：標志地址控制信息幀校驗序列標志F01111110A8位C8位I長度可變FCS16位F01111110HDLC的幀格式控制字段格式幀類別位序號12345678信息幀I