第5讲数据链路层协议

1、电力系统通信与网络技术电力系统通信与网络技术第五讲第五讲 数据链路层协议数据链路层协议2.6 数据链路层协议数据链路层协议概述概述2.6.1 数据链路层控制规程功能数据链路层控制规程功能2.6.2 数据链路层控制规程种类数据链路层控制规程种类概述概述n协议协议： 人或过程之间的约定。人或过程之间的约定。n通信协议：通信协议： 通信的发送和接收之间需要双方共同遵守的约定。通信的发送和接收之间需要双方共同遵守的约定。n数据通信协议：数据通信协议： 各种计算机和设备之间相互通信、数据管理和数据交各种计算机和设备之间相互通信、数据管理和数据交换等的整套规则。换等的整套规则。n通信协议组成的要素：通信协

2、议组成的要素： 语法、语义和规则。语法、语义和规则。通信协议的功能通信协议的功能n数据的分割和重组数据的分割和重组n封装与拆装封装与拆装n寻址寻址n排序排序n流量控制流量控制n差错控制差错控制n连接控制连接控制n传输服务传输服务: 优先级设置、服务等级、安全性。优先级设置、服务等级、安全性。数据链路层数据链路层n数据链路层数据链路层 是是OSI参考模型中的第二层，介于物理层和网参考模型中的第二层，介于物理层和网络层之间，它以物理层为基础，向网络层提供络层之间，它以物理层为基础，向网络层提供可靠的服务。可靠的服务。n数据链路层的任务数据链路层的任务是将网络层的信息即分组传是将网络层的信息即分组传

3、输到网络的下一个节点。输到网络的下一个节点。n数据链路层提供的服务数据链路层提供的服务 通过链路传送帧通过链路传送帧 荷载分组的帧荷载分组的帧数据链路层协议数据链路层协议n数据链路传输控制规程数据链路传输控制规程，又称数据链路层协议，完成，又称数据链路层协议，完成数据传输的控制和管理功能的规则。数据传输的控制和管理功能的规则。n数据链路数据链路是发送方和接收方之间能可靠地传输数据的是发送方和接收方之间能可靠地传输数据的路由。它由通信线路、调制解调器、终端机通信控制路由。它由通信线路、调制解调器、终端机通信控制器之间的接口构成。器之间的接口构成。n数据链路协议数据链路协议 高级数据链路控制高级数

4、据链路控制（HDLC），如），如SDLC、LAPD 局域网（局域网（LAN）协议）协议，如以太网、令牌环和光纤分布，如以太网、令牌环和光纤分布数据接口。数据接口。 广域网（广域网（WAN）协议）协议，如帧中继和，如帧中继和ISDN 数据链路的构成数据链路的构成数据链路数据链路数据电路数据电路传输信道传输信道DCEDTEDCEDTE数据站数据站数据站数据站接口接口接口接口数据链路构成数据链路构成数据链路的结构数据链路的结构n数据链路的结构分两种：数据链路的结构分两种：点对点和点对多点的数据链点对点和点对多点的数据链路。路。数据链路传输数据信息的操作数据链路传输数据信息的操作方式方式 有三种不同操

5、作方式：有三种不同操作方式： 1. 单向型单向型。信息只能按一个方向传送。信息只能按一个方向传送。 2. 双向交替型双向交替型。信息先从一个方向，后。信息先从一个方向，后从相反方向传送。从相反方向传送。 3. 双向同时型双向同时型。信息可在两个方向同时。信息可在两个方向同时传送。传送。主站、从站和组合站主站、从站和组合站n在点对点链路中在点对点链路中 发送信息或命令的站称为发送信息或命令的站称为主站；主站； 接受信息或命令而发出认可信息或响应的站称为接受信息或命令而发出认可信息或响应的站称为从站从站。 同时能发送信息、命令、认可和响应的站称为同时能发送信息、命令、认可和响应的站称为组合站组合站

6、。n在点对多点链路中在点对多点链路中 负责组织链路中数据流，并处理链路上出现的不可恢负责组织链路中数据流，并处理链路上出现的不可恢复的差错的站称为复的差错的站称为控制站控制站，而其余各站称为，而其余各站称为辅助站辅助站。控制站执行轮询、选择等管理功能，控制站执行轮询、选择等管理功能，轮询轮询是控制站有是控制站有次序的询问各个辅助站接收信息的过程。次序的询问各个辅助站接收信息的过程。2.6.1 数据链路层控制规程功能数据链路层控制规程功能 一、链路管理一、链路管理 主要解决链路的建立和拆除、数据传输的维持以及主要解决链路的建立和拆除、数据传输的维持以及控制数据传输方向等。控制数据传输方向等。 二

7、、帧同步控制二、帧同步控制 帧同步的目的是确定帧的起始与结尾，以保证收发两帧同步的目的是确定帧的起始与结尾，以保证收发两端帧同步。端帧同步。 三、流量控制、流量控制 流量控制实际上是发送方数据流量的控制，使其发流量控制实际上是发送方数据流量的控制，使其发送速率不致超过接收方的接收速率。送速率不致超过接收方的接收速率。数据链路控制规程功能（续）数据链路控制规程功能（续） 四、差错控制四、差错控制 为保证数据的正确性，数据链路层具备检错和纠错能为保证数据的正确性，数据链路层具备检错和纠错能力，使差错控制在所能允许的尽可能小的范围内。流量力，使差错控制在所能允许的尽可能小的范围内。流量控制的功能和差

8、错控制是结合在一起实现的。控制的功能和差错控制是结合在一起实现的。 五五、透明传输、透明传输 数据传输就是发方送出的数据与接收方收到的数据数据传输就是发方送出的数据与接收方收到的数据在内容和次序上完全一样，而且对用户数据没有限制。在内容和次序上完全一样，而且对用户数据没有限制。当所传送的数据中出现了与控制信息一样的模式时，数当所传送的数据中出现了与控制信息一样的模式时，数据链路必须采取措施，使收方不至于将数据误认为是控据链路必须采取措施，使收方不至于将数据误认为是控制信息。制信息。 六六、异常状态的恢复、异常状态的恢复 数据链路规程具有发现各种异常情况的功能，例如数据链路规程具有发现各种异常情

9、况的功能，例如序列不合法、码流组停止、应答帧丢失及重发超过规定序列不合法、码流组停止、应答帧丢失及重发超过规定的次数等，能够重新启动，恢复到正常的工作状态。的次数等，能够重新启动，恢复到正常的工作状态。2.6.2 数据链路层控制规程种类数据链路层控制规程种类n异步协议异步协议 主要在主要在Modem中采用，它引入了起始位和结束位以中采用，它引入了起始位和结束位以及字符之间的可变长度的空隙。例如：及字符之间的可变长度的空隙。例如：XModem，YModem及及Zmodem等。协议并不复杂，但传输速率受等。协议并不复杂，但传输速率受限制。限制。n同步协议同步协议 依照所传信息的基本单位来分有两大类

10、：依照所传信息的基本单位来分有两大类： 一类叫做一类叫做面向字符型面向字符型传输控制规程，传输控制规程， 一类叫做一类叫做面向比特型面向比特型传输控制规程。传输控制规程。面向字符的控制规程面向字符的控制规程n面向字符的控制规程面向字符的控制规程是将传输帧看作是一系列字符，是将传输帧看作是一系列字符，每个字符通常包含一个每个字符通常包含一个8比特的字节，所有信息是以比特的字节，所有信息是以ASCII的编码形式出现。的编码形式出现。n有有ISO的基本型传输控制规程、的基本型传输控制规程、IBM的二进制同步通的二进制同步通信规程（信规程（BSC）、美国国家标准协会（）、美国国家标准协会（ANSI）、

11、中国）、中国的数据通信基本型控制规程（的数据通信基本型控制规程（GB345282）等。）等。n利用专门定义的传输控制字符和序列完成数据链路的利用专门定义的传输控制字符和序列完成数据链路的控制功能，主要适用于低、中速数据通信，以控制功能，主要适用于低、中速数据通信，以半双工半双工的通信方式进行操作。的通信方式进行操作。BSC协议协议n 面向字符型传输控制规程出现比较早，典型代表是面向字符型传输控制规程出现比较早，典型代表是IBM公司的二进制同步通信规程公司的二进制同步通信规程BSC，对应的，对应的ISO标准标准称为数据通信系统的基本型控制规程，即称为数据通信系统的基本型控制规程，即ISO 174

12、5。n BSC协议用协议用ASCII或或EBCDIC字符集字符集定义的传输控制定义的传输控制字符来实现建链、拆链等链路管理以及同步等各种功字符来实现建链、拆链等链路管理以及同步等各种功能。能。n BSC协议将在链路上传输的信息分为协议将在链路上传输的信息分为信息报文信息报文和和监监控报文控报文两类。监控报文又分为两类。监控报文又分为正向监控和反向监控正向监控和反向监控两两种。每一种报文中至少包含一个传输控制字符，用以种。每一种报文中至少包含一个传输控制字符，用以确定报文中信息的性质或实现某种控制作用。确定报文中信息的性质或实现某种控制作用。控制字符一览表控制字符一览表类型类型符号符号名称名称含

13、义含义适用报文类型适用报文类型基基本本型型SOE报头开始报头开始表示信息电文报头的开始，报头内含路由及目的地址表示信息电文报头的开始，报头内含路由及目的地址信息类电文信息类电文STX正文开始正文开始信息电文正文开始，同时表示报头结束信息电文正文开始，同时表示报头结束信息类电文信息类电文ETX正文结束正文结束一个信息电文正文结束时，用一个信息电文正文结束时，用ETX结尾结尾信息类电文信息类电文EOT传输结束传输结束通知对方传输结束以关闭通道通知对方传输结束以关闭通道前向前向/后向监控后向监控ENQ询问询问用作询问远程站以给出应答用作询问远程站以给出应答前向监控前向监控ACK确认确认由接收站发给发

14、送站的肯定应答，表示接收无差错由接收站发给发送站的肯定应答，表示接收无差错后向监控后向监控NAK否认否认由接收站发给发送站的否定应答，表示接收有差错，并由接收站发给发送站的否定应答，表示接收有差错，并要求重发要求重发后向监控后向监控SYN同步同步/空闲空闲该字符提出一个同步比特序列以保持收发方同步，有时该字符提出一个同步比特序列以保持收发方同步，有时也作为空闲信道连续发送字符也作为空闲信道连续发送字符其他用途其他用途ETB组终组终当信息电文被分为若干个码组传送时，代表一个码组结当信息电文被分为若干个码组传送时，代表一个码组结束束信息类电文信息类电文DLE数据链转义数据链转义表明其后续字符为控制

15、字符，其功能取决于后续字符表明其后续字符为控制字符，其功能取决于后续字符其他用途其他用途扩扩展展型型DLE；EOT拆线拆线本方要求拆除通信线路的物理连接本方要求拆除通信线路的物理连接其他用途其他用途DLE站中断站中断从站用此代替正常的肯定应答，并要求主站尽快结束现从站用此代替正常的肯定应答，并要求主站尽快结束现行传输行传输其他用途其他用途DLE；暂停发送暂停发送从站不能接收信息电文，要求发端暂停发送（从站不能接收信息电文，要求发端暂停发送（WACK）其他用途其他用途DLE0编号确认编号确认DLE0 表示表示ACK0，表示对申请帧和偶帧的确认，表示对申请帧和偶帧的确认其他用途其他用途DLE1DL

16、E1 表示表示ACK1，表示对奇帧的确认，表示对奇帧的确认DLE+基本类基本类表示对正文中出现与基本类相同的字符时的转义表示对正文中出现与基本类相同的字符时的转义其他用途其他用途监控报文一览表监控报文一览表监控方向监控方向种类种类监控序列监控序列正正向向监监控控序序列列轮询轮询（EOT）轮询地址）轮询地址ENQ选择结果选择结果站选择站选择（EOT）选择地址）选择地址ENQ标志或状态询问标志或状态询问（前缀）（前缀）ENQ非起始状态询问非起始状态询问（前缀）（前缀）ENQ正常结束正常结束（前缀）（前缀）EOT异常结束异常结束EOT切断线路切断线路DLE EOT对信息报文应答的监控对信息报文应答的

17、监控（前缀）（前缀）ENQ废弃废弃码组废弃码组废弃（前缀）（前缀）ENQ站废弃站废弃EOT反反向向监监控控序序列列肯定回答肯定回答对选择的应答对选择的应答（前缀）（前缀）ACK对信息报文的应答对信息报文的应答（前缀）（前缀）ACK否定回答否定回答对轮询的应答对轮询的应答（前缀）（前缀）EOT对选择的应答对选择的应答（前缀）（前缀）NAK对信息报文的应答对信息报文的应答（前缀）（前缀）NAK切断线路切断线路DLE EOT中断中断信息组中断信息组中断EOT站中断站中断DLEBSC协议的特点协议的特点由于由于BSC协议与特定的字符编码集关系过于密切，协议与特定的字符编码集关系过于密切，故兼容性较差。

18、故兼容性较差。为满足数据透明性而采用的字符填充法，实现起来为满足数据透明性而采用的字符填充法，实现起来也比较麻烦，且也依赖于所采用的字符编码集。也比较麻烦，且也依赖于所采用的字符编码集。由于由于BSC协议是一个半双工协议，它的链路传输效协议是一个半双工协议，它的链路传输效率很低。率很低。由于由于BSC协议需要的缓冲存储空间较小，因而在面协议需要的缓冲存储空间较小，因而在面向终端的网络系统中仍然被广泛使用。向终端的网络系统中仍然被广泛使用。面向字符的协议操作规程面向字符的协议操作规程 （1）点对点的数据链路操作规程）点对点的数据链路操作规程n数据链路建立数据链路建立 通信实体站通信实体站1和站和

19、站2，站，站1主动发出主动发出“ENQ”信息，成为信息，成为主站；站主站；站2受到受到“ENQ”成为从站，若站成为从站，若站2已准备好接收已准备好接收，就回送站，就回送站1一个确认信息一个确认信息“ACK”，完成一次建立半，完成一次建立半双工数据链路。双工数据链路。n数据传输数据传输 站站1收到收到“ACK”信息后，就以同步或异步方式开始发信息后，就以同步或异步方式开始发送数据帧。为了数据传输的可靠，发送一定数据后，必送数据帧。为了数据传输的可靠，发送一定数据后，必须暂停一会，等待对方的确认信息须暂停一会，等待对方的确认信息“ACK”。点对点的数据链路操作规程（续）点对点的数据链路操作规程（续

20、）n释放链路释放链路 若全部数据发送完毕，站若全部数据发送完毕，站1就发送一个结束信息就发送一个结束信息“EOT”，表示本站此次传输已经结束。表示本站此次传输已经结束。n异常情况恢复异常情况恢复 若发送站在等待会送期间收不到任何信息，就认为出现了若发送站在等待会送期间收不到任何信息，就认为出现了异常情况，发送站必须有正确处理这种异常情况的措施。异常情况，发送站必须有正确处理这种异常情况的措施。n争用方式争用方式 在点对点链路组成的半双工系统中，若一条线路连接两个在点对点链路组成的半双工系统中，若一条线路连接两个数据站，两个站同时要求建立数据链路就会产生冲突。数据站，两个站同时要求建立数据链路就

21、会产生冲突。（2）多点数据链路操作规程）多点数据链路操作规程n多点数据链路上若存在一个主站，数据传输只能在主站与某多点数据链路上若存在一个主站，数据传输只能在主站与某一个从站之间进行，从站之间不传输数据。一个从站之间进行，从站之间不传输数据。n多点数据链路的操作规程是多点数据链路的操作规程是轮询轮询/选择选择方式。方式。n轮询方式（轮询方式（Polling）：主站不断地依次向各个从站发送：主站不断地依次向各个从站发送“询询问序列问序列”，询问哪个站要发送数据，从站只有在收到，询问哪个站要发送数据，从站只有在收到“询问询问序列序列”后，才能向主站发送数据；发送完毕后，主站向从站后，才能向主站发送

22、数据；发送完毕后，主站向从站返送返送“确认序列确认序列”。n选择方式选择方式：由主站根据从站的地址信息，发送：由主站根据从站的地址信息，发送“选择序列选择序列”，当从站接收到，当从站接收到“选择序列选择序列”后，从站准备接收数据。后，从站准备接收数据。n轮询轮询/选择选择方式主要用于卫星通信的方式主要用于卫星通信的ALOHA，局域网的，局域网的p-坚坚持、非坚持、持、非坚持、CSMA、CSMA/CD、令牌环和令牌总线等竞、令牌环和令牌总线等竞争协议。争协议。面向比特的链路控制规程面向比特的链路控制规程n面向比特型传输控制规程，其典型代表是面向比特型传输控制规程，其典型代表是高级数据链路控制规程

23、高级数据链路控制规程HDLC（High-level Data Link Control）。n CCITT将将HDLC修改后引入链路接入规修改后引入链路接入规程程LAPBLink Access Procedure Balanced（平衡型）作为（平衡型）作为X.25的一部分。的一部分。HDLC的特点的特点n协议不依赖任何一种字符编码集；协议不依赖任何一种字符编码集；n数据报文可透明传输，用于实现透明传输的数据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插比特插入法入法”易于硬件实现；易于硬件实现；n全双工通信，不必等待确认便可连续发送数据，有较高全双工通信，不必等待确认便可连续发送数据，有较高的数

24、据链路传输效率；的数据链路传输效率；n所有帧均采用所有帧均采用CRC校验，对信息帧进行顺序编号，可校验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重份，传输可靠性高；防止漏收或重份，传输可靠性高；n传输控制功能与处理功能分离，具有较大的灵活性。传输控制功能与处理功能分离，具有较大的灵活性。HDLC站点类型站点类型n利用利用HDLC规程进行通信时，可以有三种类型的通信规程进行通信时，可以有三种类型的通信站，即站，即主站、从站和组合站主站、从站和组合站。n主站主站负责链路控制操作，包括对从站的控制、恢复链负责链路控制操作，包括对从站的控制、恢复链路差错等。主站发出的帧称为命令帧；路差错等。主站发出的帧称为

25、命令帧；n从站从站是受主站控制的站。从站仅完成主站所命令的工是受主站控制的站。从站仅完成主站所命令的工作，它所发出的帧称为响应帧；作，它所发出的帧称为响应帧；n 组合站组合站是既有主站功能，又有从站功能的站，可发出是既有主站功能，又有从站功能的站，可发出命令帧或响应帧。命令帧或响应帧。HDLC链路结构链路结构n非平衡型非平衡型 非平衡型结构由一个主站和一个或若干个从站组成。非平衡型结构由一个主站和一个或若干个从站组成。前者为点对点链路结构，后者为多点式链路结构。前者为点对点链路结构，后者为多点式链路结构。n平衡式操作平衡式操作 分为两种：分为两种： 一种是对称结构，指链路两端的站均由主站和从站

26、组一种是对称结构，指链路两端的站均由主站和从站组合而成；合而成； 一种是平衡结构，指通信双方的站点均由组合站构成。一种是平衡结构，指通信双方的站点均由组合站构成。两种链路结构两种链路结构 组合站组合站 组合站组合站命令、响应命令、响应命令、响应命令、响应平衡式结构平衡式结构响应响应 主站主站 从站从站 主站主站 从站从站 从站从站响应响应命令命令命令命令非平衡式结构非平衡式结构 HDLC操作方式操作方式 （1）正常响应方式）正常响应方式NRM （ Normal Response Mode） 这种数据操作方式用于非平衡式链路结构。只有主站才能发起向从站这种数据操作方式用于非平衡式链路结构。只有主

27、站才能发起向从站的数据传输，从站只有在主站向它发送命令进行探询时，才能发出响的数据传输，从站只有在主站向它发送命令进行探询时，才能发出响应帧。该操作方式适用于面向终端的点到点或一点到多点的链路。应帧。该操作方式适用于面向终端的点到点或一点到多点的链路。 （2）异步平衡方式）异步平衡方式ABM （Asynchronous Balanced Mode） 这种数据操作方式用于平衡式链路结构。每个组合站都可以平等地发这种数据操作方式用于平衡式链路结构。每个组合站都可以平等地发起对另一个站的数据传输，既可发出命令帧，也可发出响应帧。这是起对另一个站的数据传输，既可发出命令帧，也可发出响应帧。这是一种允许任何节点来启动传输的操作方式。一种允许任何节点来启动传输的操作方式。 （3）异步响应方式）异步响应方式ARM（ Asynchronous Response Mod