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(lèi)概述協(xié)議：人或過(guò)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(jì)算機(jī)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(yǔ)法、語(yǔ)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(cuò)控制連接控制傳輸服務(wù):優(yōu)先級(jí)設(shè)置、服務(wù)等級(jí)、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(gè)節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)

通過(guò)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(chēng)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(jī)通信控制器之間的接口構(gòu)成。數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議高級(jí)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(gè)方向傳送。

2.雙向交替型。信息先從一個(gè)方向，后從相反方向傳送。

3.雙向同時(shí)型。信息可在兩個(gè)方向同時(shí)傳送。主站、從站和組合站在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路中發(fā)送信息或命令的站稱(chēng)為主站；

接受信息或命令而發(fā)出認(rèn)可信息或響應(yīng)的站稱(chēng)為從站。同時(shí)能發(fā)送信息、命令、認(rèn)可和響應(yīng)的站稱(chēng)為組合站。在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)鏈路中負(fù)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(cuò)的站稱(chēng)為控制站，而其余各站稱(chēng)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(wèn)各個(gè)輔助站接收信息的過(guò)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(shí)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(guò)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(cuò)控制

為保證數(shù)據(jù)的正確性，數(shù)據(jù)鏈路層具備檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力，使差錯(cuò)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(cuò)控制是結(jié)合在一起實(shí)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(duì)用戶數(shù)據(jù)沒(méi)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(shí)，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(rèn)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(guò)規(guī)定的次數(shù)等，能夠重新啟動(dòng)，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(lèi)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(zhǎng)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(lái)分有兩大類(lèi)：一類(lèi)叫做面向字符型傳輸控制規(guī)程，一類(lèi)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(gè)字符通常包含一個(gè)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(jìn)制同步通信規(guī)程（BSC）、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）、中國(guó)的數(shù)據(jù)通信基本型控制規(guī)程（GB3452—82）等。利用專(zhuān)門(mén)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(jìn)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(jìn)制同步通信規(guī)程BSC，對(duì)應(yīng)的ISO標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)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(lái)實(shí)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?bào)文和監(jiān)控報(bào)文兩類(lèi)。監(jiān)控報(bào)文又分為正向監(jiān)控和反向監(jiān)控兩種。每一種報(bào)文中至少包含一個(gè)傳輸控制字符，用以確定報(bào)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(lèi)型符號(hào)名稱(chēng)含義適用報(bào)文類(lèi)型基本型SOE報(bào)頭開(kāi)始表示信息電文報(bào)頭的開(kāi)始，報(bào)頭內(nèi)含路由及目的地址信息類(lèi)電文STX正文開(kāi)始信息電文正文開(kāi)始，同時(shí)表示報(bào)頭結(jié)束信息類(lèi)電文ETX正文結(jié)束一個(gè)信息電文正文結(jié)束時(shí)，用ETX結(jié)尾信息類(lèi)電文EOT傳輸結(jié)束通知對(duì)方傳輸結(jié)束以關(guān)閉通道前向/后向監(jiān)控ENQ詢問(wèn)用作詢問(wèn)遠(yuǎn)程站以給出應(yīng)答前向監(jiān)控ACK確認(rèn)由接收站發(fā)給發(fā)送站的肯定應(yīng)答，表示接收無(wú)差錯(cuò)后向監(jiān)控NAK否認(rèn)由接收站發(fā)給發(fā)送站的否定應(yīng)答，表示接收有差錯(cuò)，并要求重發(fā)后向監(jiān)控SYN同步/空閑該字符提出一個(gè)同步比特序列以保持收發(fā)方同步，有時(shí)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(gè)碼組傳送時(shí)，代表一個(gè)碼組結(jié)束信息類(lèi)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(kuò)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(hào)確認(rèn)DLE0

表示ACK0，表示對(duì)申請(qǐng)幀和偶幀的確認(rèn)其他用途DLE1DLE1

表示ACK1，表示對(duì)奇幀的確認(rèn)DLE+基本類(lèi)表示對(duì)正文中出現(xiàn)與基本類(lèi)相同的字符時(shí)的轉(zhuǎn)義其他用途監(jiān)控報(bào)文一覽表監(jiān)控方向種類(lèi)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(biāo)志或狀態(tài)詢問(wèn)（前綴）ENQ非起始狀態(tài)詢問(wèn)（前綴）ENQ正常結(jié)束（前綴）EOT異常結(jié)束EOT切斷線路DLEEOT對(duì)信息報(bào)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(duì)選擇的應(yīng)答（前綴）ACK對(duì)信息報(bào)文的應(yīng)答（前綴）ACK否定回答對(duì)輪詢的應(yīng)答（前綴）EOT對(duì)選擇的應(yīng)答（前綴）NAK對(duì)信息報(bào)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(diǎn)由于BSC協(xié)議與特定的字符編碼集關(guān)系過(guò)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(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較麻煩，且也依賴(lài)于所采用的字符編碼集。由于BSC協(xié)議是一個(gè)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(chǔ)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)鏈路操作規(guī)程數(shù)據(jù)鏈路建立通信實(shí)體站1和站2，站1主動(dòng)發(fā)出“ENQ”信息，成為主站；站2受到“ENQ”成為從站，若站2已準(zhǔn)備好接收，就回送站1一個(gè)確認(rèn)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(kāi)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(huì)，等待對(duì)方的確認(rèn)信息“ACK”。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(gè)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(huì)送期間收不到任何信息，就認(rèn)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(zhēng)用方式在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路組成的半雙工系統(tǒng)中，若一條線路連接兩個(gè)數(shù)據(jù)站，兩個(gè)站同時(shí)要求建立數(shù)據(jù)鏈路就會(huì)產(chǎn)生沖突。（2）多點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路操作規(guī)程多點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路上若存在一個(gè)主站，數(shù)據(jù)傳輸只能在主站與某一個(gè)從站之間進(jìn)行，從站之間不傳輸數(shù)據(jù)。多點(diǎn)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(gè)從站發(fā)送“詢問(wèn)序列”，詢問(wèn)哪個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)，從站只有在收到“詢問(wèn)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(rèn)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(zhǔn)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(jiān)持、非堅(jiān)持、CSMA、CSMA/CD、令牌環(huán)和令牌總線等競(jìng)爭(zhēng)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(jí)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(diǎn)協(xié)議不依賴(lài)任何一種字符編碼集；數(shù)據(jù)報(bào)文可透明傳輸，用于實(shí)現(xiàn)透明傳輸?shù)摹?比特插入法”易于硬件實(shí)現(xiàn)；全雙工通信，不必等待確認(rèn)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(yàn)，對(duì)信息幀進(jìn)行順序編號(hào)，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(diǎn)類(lèi)型利用HDLC規(guī)程進(jìn)行通信時(shí)，可以有三種類(lèi)型的通信站，即主站、從站和組合站。主站負(fù)責(zé)鏈路控制操作，包括對(duì)從站的控制、恢復(fù)鏈路差錯(cuò)等。主站發(fā)出的幀稱(chēng)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(chēng)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(gè)主站和一個(gè)或若干個(gè)從站組成。前者為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路結(jié)構(gòu)，后者為多點(diǎn)式鏈路結(jié)構(gòu)。平衡式操作分為兩種：一種是對(duì)稱(chēng)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(diǎn)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(jìn)行探詢時(shí)，才能發(fā)出響應(yīng)幀。該操作方式適用于面向終端的點(diǎn)到點(diǎn)或一點(diǎn)到多點(diǎn)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(gè)組合站都可以平等地發(fā)起對(duì)另一個(gè)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(diǎn)來(lái)啟動(dòng)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(fù)責(zé)初始化、鏈路的建立和釋放、錯(cuò)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(guò)通信線路被傳輸信息的基本單元。HDLC的幀格式如下所示：標(biāo)志地址控制信息幀校驗(yàn)序列標(biāo)志F01111110A8位C8位I長(zhǎng)度可變FCS16位F01111110HDLC的幀格式控制字段格式幀類(lèi)別位序號(hào)12345678信息幀I