计算机通信第讲数据链路控制规程

计算机通信第讲数据链路控制规程2023/5/71第1页，共75页，2023年，2月20日，星期四第8章

数据链路控制规程8.0概述8.1二进制同步通信规程（BSC）8.2高级数据链路控制规程（HDLC）2023/5/72第2页，共75页，2023年，2月20日，星期四8.0概述1.数据链路层的主要功能2.数据链路的概念3.数据链路控制规程4.数据通信过程2023/5/73第3页，共75页，2023年，2月20日，星期四1.数据链路层的主要功能在物理层提供的通信线路连接和比特流传输的基础上，在相邻两台计算机之间的链路层上提供可靠和有效的通信帧同步：bitframe并实现帧同步寻址：在多点连接设备中识别和查找源与目标帧控制流量控制差错控制链路管理透明传输异常状态恢复管理链路并处理异常在DL层中数据以帧为单位进行数据传送2023/5/74第4页，共75页，2023年，2月20日，星期四1.数据链路层的主要功能在物理层提供的通信线路连接和比特流传输的基础上，在相邻两台计算机之间的链路层上提供可靠和有效的通信帧同步：bitframe并实现帧同步寻址：在多点连接设备中识别和查找源与目标访问控制流量控制差错控制链路管理透明传输异常状态恢复管理链路并处理异常能对链路上的信息流量进行调节，能够决定暂停、停止或继续接收信息。2023/5/75第5页，共75页，2023年，2月20日，星期四1.数据链路层的主要功能在物理层提供的通信线路连接和比特流传输的基础上，在相邻两台计算机之间的链路层上提供可靠和有效的通信帧同步：bitframe并实现帧同步寻址：在多点连接设备中识别和查找源与目标访问控制流量控制差错控制链路管理透明传输异常状态恢复管理链路并处理异常采用纠错编码技术（CRC）对正确的帧进行认可，对不正确的帧要求重发；为避免重收和漏收，必须采用帧编号进行发送和接收确认。2023/5/76第6页，共75页，2023年，2月20日，星期四1.数据链路层的主要功能在物理层提供的通信线路连接和比特流传输的基础上，在相邻两台计算机之间的链路层上提供可靠和有效的通信帧同步：bitframe并实现帧同步寻址：在多点连接设备中识别和查找源与目标访问控制流量控制差错控制链路管理透明传输异常状态恢复管理链路并处理异常控制信息的传输方向，建立和结束链路的逻辑链接、显示站点的工作状态等。2023/5/77第7页，共75页，2023年，2月20日，星期四1.数据链路层的主要功能在物理层提供的通信线路连接和比特流传输的基础上，在相邻两台计算机之间的链路层上提供可靠和有效的通信帧同步：bitframe并实现帧同步寻址：在多点连接设备中识别和查找源与目标访问控制流量控制差错控制链路管理透明传输异常状态恢复管理链路并处理异常“透明帧传输”，所谓透明是指某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。2023/5/78第8页，共75页，2023年，2月20日，星期四1.数据链路层的主要功能在物理层提供的通信线路连接和比特流传输的基础上，在相邻两台计算机之间的链路层上提供可靠和有效的通信帧同步：bitframe并实现帧同步寻址：在多点连接设备中识别和查找源与目标访问控制流量控制差错控制链路管理透明传输异常状态恢复管理链路并处理异常当链路发生异常时，如出错、超时等，要能够自动重新启动恢复到正常工作状态。2023/5/79第9页，共75页，2023年，2月20日，星期四2.数据链路的概念2.数据链路的概念：是由数据电路和两端的通信控制器/传输控制器构成的。ISO-RM定义：按照信息的特定方式进行操作的两个或两个以上的终端装置(DTE)与互连线路的一种组合体。所谓特定方式是指信息速率和编码格式皆相同。数据链路是在数据电路已建立的基础上，通过两端的控制装置使收发双方之间交换握手信号，双方确认后才可开始传输数据。硬件构成软件控制确认后才能数据链路的建立2023/5/710第10页，共75页，2023年，2月20日，星期四DCEDCEDTEDTE传输通道数据电路数据链路接口接口2023/5/711第11页，共75页，2023年，2月20日，星期四传输控制：在数据链路层上采取必要的控制手段对数据信息的传输进行控制，使DTE与网络或DTE与DTE之间能够有效、可靠地传输数据信息；传输控制是通过数据链路层协议来完成的。习惯上把DLCP（数据链路层协议）称为数据链路传输控制规程。

DataLinkControlProtocol2023/5/712第12页，共75页，2023年，2月20日，星期四数据链路控制：通信双方同步的需要载波同步、帧同步和位同步实现同步所必须的规则和约定数据链路控制（机制或协议）。ISO中，数据链路控制的功能是由物理层和数据链路层来完成的。物理层：实现载波同步和位同步数据链路层：实现帧同步2023/5/713第13页，共75页，2023年，2月20日，星期四3.数据链路控制规程3.数据链路控制规程：实现链路控制、管理的相关规范、约定和协议等两种主要的数据链路控制规程：BSCSDLC、HDLC2023/5/714第14页，共75页，2023年，2月20日，星期四常用的数据链路层协议（1）数据链路层协议分类面向字符的链路层协议ISO的IS1745，基本型传输控制规程及其扩充部分（BM和XBM）IBM的二进制同步通信规程（BSC）DEC的数字数据通信报文协议（DDCMP）2023/5/715第15页，共75页，2023年，2月20日，星期四常用的数据链路层协议（2）面向比特的链路层协议IBM的数据链路协议SDLC（SynchronousDataLinkControlprotocol）；ANSI修改SDLC，提出ADCCP（AdvancedDataCommunicationControlProcedure）；ISO修改SDLC，提出HDLC（High-levelDataLinkControl）；CCITT修改HDLC，提出LAP（LinkAccessProcedure）作为X.25网络接口标准的一部分，后来改为LAPB。2023/5/716第16页，共75页，2023年，2月20日，星期四数据链路控制规程两种主要的数据链路控制规程：面向字符型协议链路上传输的数据必须由规定的字符集中的字符组成，包括控制与同步信息必须由该字符集中若干指定的控制字符组成。BSC:BinarySynchronousControl面向比特型协议传输的所有数据信息由位组成SDLC:SynchronousDataLinkControlHDLC:HighDataLinkControl2023/5/717第17页，共75页，2023年，2月20日，星期四4.数据通信过程在一个数据链路上进行通信过程通常分为五个阶段：1在公用交换网络上建立连接2建立数据链路，包括交换、探询和选择三个阶段3传送数据信息4结束，包括返回中性状态、返回控制状态和断开三个子阶段5公用交换网络拆线；其中阶段（1）和（5）是公用交换网络上完成的操作，故数据链路控制规程通常包括对中间三个阶段的控制与管理。2023/5/718第18页，共75页，2023年，2月20日，星期四阶段1：建立物理连接（由公用交换网络完成）所谓物理连接就是物理层的若干数据电路的互连；数据电路可以是交换型的，也可以是专用线路；对于专用线路，一般称为租用线路，在通信双方之间提供永久性的固定连接，本阶段没有操作；对交互型数据电路，必须按照交互网络的要求进行呼叫连接，为电路网V.25和数据网X.21等呼叫应答规程。

2023/5/719第19页，共75页，2023年，2月20日，星期四阶段2：建立数据链路在这个阶段为了能可靠而有效地传输数据信息，收发双方也要交换一些特别信息，包括呼叫对方是否是所要通信的对象；确定接收和发送状态：哪方为发送状态，哪方为接收状态；指定双方的I/O设备。阶段3：数据传送在这个阶段按照规定的格式组织数据信息，并按规定的顺序向新建立的数据链路的对方发送，同时进行差错控制、流量控制等，以保证透明和无差错地传送数据信息。2023/5/720第20页，共75页，2023年，2月20日，星期四阶段4：传送结束，拆除数据链路通过规定的结束字符来拆除数据链路。需要注意的是拆除数据链路并不是拆除物理连接，该阶段结束后可以再次进入阶段（2）建立新的数据链路（一个数据通信可以建立一个/多个DL）阶段5：拆除物理链接由公用交换网络完成在数据通信中，当数据链路的物理连接是交换型电路时，数据传送结束后，只要任何一方发出拆除信号便可拆除通信线路，双方数据端恢复到初始状态。

2023/5/721第21页，共75页，2023年，2月20日，星期四8.1二进制同步通信规程（BSC）8.1.1控制字符 8.1.2帧格式

8.1.3数据透明性和同步8.1.4数据链路结构及建立2023/5/722第22页，共75页，2023年，2月20日，星期四8.1二进制同步通信规程（BSC）BSC

（BinarySynchronousCommunication）是IBM研制的一种典型的面向字符的DLCP1968年开始用于IBMComputerSystem，主要目的将远程批处理终端和视频显示终端集中控制的连接到IBM主机上。2023/5/723第23页，共75页，2023年，2月20日，星期四BSC是一种半双工通信规程，通信可以在两个方向上交替进行。BSC是第一个支持多点共享线路和点到点结构的通用数据链路控制规程：2023/5/724第24页，共75页，2023年，2月20日，星期四数据站在数据链路中引用了站（station)的概念，站是数据链路两端用来完成数据传输的终端装置，可以是DTE/DCE。数据站（简称站，station），负责发送和接收帧。BSC涉及几个站的概念：主站和从站：通常把保证数据传送的那个站叫做主站。把从主站那里得到数据的那个站叫从站。在一次通信连接中，一个站可以交替倒换为主站或从站，但在某段时间里一条数据链路上只有一个主站。控制站：用于管理的站，做诸如探询、选择和异常处理之类的工作。辅助站（又叫被控站）：除控制站以外的其他站都是辅助站。2023/5/725第25页，共75页，2023年，2月20日，星期四BSC是一种字符控制规程，对代码很敏感，使用ASCII或EBCDIC等编码字符进行链路控制:并且采用特殊字符分隔各种信息段通过BSC信道传送的每个字符都要在接收端译码，以判别它是一个控制/用户数据。8.1.1控制字符

2023/5/726第26页，共75页，2023年，2月20日，星期四8.1.1

控制字符

任何数据链路层规程均可由链路建立、数据传输和链路拆除三个部分组成。为了实现链路建立、拆除等链路管理及同步等功能，除了正常传输的数据报之外，BSC还需要一些控制字符。BSC使用的控制字符如表8.1所示，CCITT建议用ASCII/IA5表示。2023/5/727第27页，共75页，2023年，2月20日，星期四名称英文缩写ASCII码值标题开始SOH0000001正文开始STX0000010正文结束ETX0000011传输结束EOT0000100询问ENQ0000101确认ACK0000110否定应答NAK0010101数据链转义DLE0010000同步SYN0010110组传输结束ETB0010111BSC使用的控制字符2023/5/728第28页，共75页，2023年，2月20日，星期四SOH：Startofheading标题开始标题是信息报文中正文之前的字符序列，它由表示路由、优先权、保密措施和报文编号等组成，SOH不允许出现在正文中。STX：StartofText信息报文正文开始报文分成若干码组时，每组均以STX开始。ETX：EndofText信息报文结束由发送端发送，报文被分组时，只有最后一组报文使用ETX结束。BSC使用的控制字符2023/5/729第29页，共75页，2023年，2月20日，星期四EOT：EndofTransmission表示数据传输的结束EOT由发送端发出。ENQ：Enquiry询问，用来请求远程站给出应答。ACK：Acknowledge确认由接收端发往发送端，作为对状态询问及报文的肯定应答。BSC使用的控制字符2023/5/730第30页，共75页，2023年，2月20日，星期四NAK：NegativeAcknowledge由接收端发往发送端，作为对状态询问及报文的否定应答。DLE：DataLinkingEscape数据链路转义用来改变后续一定数目字符的意义，组成转义序列（其只能使用图形字符和传输控制字符）SYN：SynchronousIdle同步用于建立和保持收发两端的同步，SYN不能放在DLE之后和与校验码有关系的控制字符中间。BSC使用的控制字符2023/5/731第31页，共75页，2023年，2月20日，星期四ETB：EndofTransmissionBlock数据分组块传输结束仅由发送端送出，校验码（BCC）紧随其后，但最后一个信息码组的结束必须使用ETXBSC使用的控制字符2023/5/732第32页，共75页，2023年，2月20日，星期四BSC另行规定的三个控制字符：用于紧急情况处理RVI：ReceiveInformation接收方紧急消息用以申请中断（当发送端有紧急任务要发送时）TTD：TemporaryTextDelay发送方暂停但未拆除连接。WACK：WaitandAcknowledge等待应答，接收方已经接收完好帧但不能再接收前一帧已接收好但不能再接收下一帧。BSC使用的控制字符2023/5/733第33页，共75页，2023年，2月20日，星期四扩充序列：以DLE开头的一些双字符控制序列。DLEEOT要求拆线表示要求拆除通信线路的传输控制字符序列。DLE0/DLE1编号确认由接收站到发送站表示肯定应答的传输控制字符序列，用于编号应答方式中。DLE3/12或DLE7/12站中断从站同步字符序列代替正常的肯定应答，表示从站要求主站尽快停止现行传输的控制字符序列，与RVI有相同的功能。BSC使用的控制字符2023/5/734第34页，共75页，2023年，2月20日，星期四DLE3/11或DLE3/15要求暂停发送，表示从站暂停时不能接收数据信息，要求主站暂停发送，与TTD功能相同。DLE3/13反向插入通道表示接收站有优先级高的信息报文要求发送，为接收方获取发送权。STXENQ延时发送当发送站未准备好发送时即可发出此序列，与WACK功能相同。BSC使用的控制字符2023/5/735第35页，共75页，2023年，2月20日，星期四8.1.2帧格式BSC规程中线路上传输的信息分为数据帧和监控帧。1.数据帧2.控制帧3.多点结构BSC轮询/选择传输过程2023/5/736第36页，共75页，2023年，2月20日，星期四1.数据帧1.数据帧：报文信息，利用上述编码字符进行数据传送时所规定的排列格式，有四种类型：(1)信息报文基本格式由标题（报头）和正文组成正文：包含要传输的有用数据信息标题/报头：是与报文的正文段的传送和处理相关的一些辅助信息的字符序列，包括发信地址、收信地址、信息报文名称、报文级别、编号、传送路径等。2023/5/737第37页，共75页，2023年，2月20日，星期四SYNSYNSOHSTXETXBCC标题/报头数据信息控制字符报文头数据带有报文头的帧2023/5/738第38页，共75页，2023年，2月20日，星期四数据帧说明报文头在SOH字符之后和STX字符之前。文本开始符STX有两个作用，一个是表示报文头结束，另一个表示数据报文开始。数据和文本可以由不同数目的字符组成。文本结束符（ETX）指明了文本和下一个控制符之间的转换。最后，是错误检测字符（BCC），一个BCC域是一个字节长度的纵向冗余校验码（LRC,LongitudinalRedundancyCheck）或是两个字节的循环冗余校验码（CRC）。2023/5/739第39页，共75页，2023年，2月20日，星期四（2）多块帧多块帧是把信息报文被分成几块，除最后一块外都由一个STX开始并由一个ETB结束，最后一块以ETX结束，如图8.2所示。SYNSYNSOHSTXETBBCC标题/报头STXETXBCC数据信息2023/5/740第40页，共75页，2023年，2月20日，星期四（3）多帧传输信息报文太长，发送方用多个数据帧来传送，即用几个帧来传输一个信息，除最后一帧外其他帧中文本结束ETX为块传输结束符ETB所代替，如图8.3所示。SYNSYNSOHSTXETBBCC信息报文正文组1报文头SYNSYNSOHSTXETBBCC信息报文正文组2报文头SYNSYNSOHSTXETXBCC信息报文正文组N报文头2023/5/741第41页，共75页，2023年，2月20日，星期四多报文头帧：报文头太长仿照多帧传输将报文头分为m组，如图8.4所示。SYNSYNSOHSTXETXBCC信息报文正文报文头组mSYNSYNSOHETB报文头组1BCCSYNSYNSOHETB报文头组2BCC（4）多报文头帧2023/5/742第42页，共75页，2023年，2月20日，星期四2.控制帧一个控制帧是一个设备用来向另一个设备发送命令或索取信息的消息，控制帧又分为正向控制帧和反向控制帧两种。正向控制帧：由主站发送到从站去的控制序列，主要用于通信双方间的呼叫应答，以确保信息报文的正常可靠传输；反向控制帧：由从站发送到主站去的控制序列，主要用于对询问的应答和数据链路的控制。

2023/5/743第43页，共75页，2023年，2月20日，星期四一个控制帧包含有控制字符但没有数据，它携带特定的数据链路层自身功能的信息，其基本格式为：

SYNSYNBCC一个或多个控制字符2023/5/744第44页，共75页，2023年，2月20日，星期四控制帧主要用来完成三种服务：建立连接在数据传输过程中维护流量和差错控制终止连接

BSC所采用的线路控制编码有：ACK0 ACK1 WACKRVI TTDBSC控制序列的双重含义：取决于主站/从站发出和线路处于控制方式/报文方式。

2023/5/745第45页，共75页，2023年，2月20日，星期四报文序列发送站线路方式控制方式报文方式SYNSYNENQ主站你准备好接收吗？重复你上一次响应SYNSYNACK0从站我准备好接收已收到双号数据块SYNSYNACK1从站（不需要）已收到单号数据块SYNSYNNAK从站我还未准备好接收重复上一次的发送SYNSYNEOT主站将线路置为控制方式结束正文方式SYNSYNEOT从站对轮询帧的否定确认（多对上个报文的NAK，并且回到控制方式点共享）BSC控制序列的双重含义2023/5/746第46页，共75页，2023年，2月20日，星期四8.1.3

数据透明性和同步

BSC规程原本是为传输纯文本消息设计的；但是用户希望它具有一定的兼容性，使得能够传输类似程序和图画等非文本信息和命令的二进制序列。出现的问题：传输中文本信息中可能包括一个看来与BSC规程的控制字符一样的8比特字符模式。（怎么解决？）2023/5/747第47页，共75页，2023年，2月20日，星期四8.1.3

数据透明性和同步

1.数据透明性2.数据同步2023/5/748第48页，共75页，2023年，2月20日，星期四1.数据透明性

数据通信中的数据透明性意味着必须能够把任何比特组合在不被错认是控制字符的前提下当作数据传送。BSC规程中的数据透明性实现过程：字节填充通过DLE定义透明文本区域透明文本区域内的DLE之前加上一个附加的DLE字符。2023/5/749第49页，共75页，2023年，2月20日，星期四SYNSYNSOHDLESTXDLEETXBCC在该区域内控制字符可以当做文本一样使用DLE转义字符开始和结束一个透明文本透明文本报文头字节填充2023/5/750第50页，共75页，2023年，2月20日，星期四2.数据同步BSC同步：BSC是同步规程，数据以字符块方式传送，与异步传输不同的是并不是每个传送的字符前面都有同步位。BSC同步在每个数据报文的开头进行，以两个SYN字符开始，SYN是接口硬件能识别的用以识别字符同步的唯一模式。2023/5/751第51页，共75页，2023年，2月20日，星期四数据同步同步过程：位同步：两个连续的PAD字符（交替的0、1）接收方识别两个连续的SYN建立字符同步每隔1秒时间间隔自动在头和正文数据中插入同步空转序列非透明数据：SYNSYN透明数据：DLESYN2023/5/752第52页，共75页，2023年，2月20日，星期四所谓链路结构是指数据链路上硬件设备间的关系。1.三种常见的数据链路的结构2.数据通信过程3.数据链路建立方式4.多点结构建链过程的比较8.1.4

数据链路结构及其建立2023/5/753第53页，共75页，2023年，2月20日，星期四1.三种常见的数据链路的结构点——点式：两个站点直接互通，处于同等地位，没有控制站和辅助站之分，把发送数据的站点称做主站，另一个为从站。点到点式2023/5/754第54页，共75页，2023年，2月20日，星期四多点集中式：多点结构中有一个控制站（负责链路管理，如探询、选择和异常情况处理），其他站皆为辅助站；所有站点中，辅助站只能和控制站通信，这种链路结构称为集中式。数据链路结构集中式2023/5/755第55页，共75页，2023年，2月20日，星期四多点非集中式：只有一个控制站点，但任意两个站点皆可通信，故称为非集中式。数据链路结构非集中式2023/5/756第56页，共75页，2023年，2月20日，星期四点到点式集中式非集中式2023/5/757第57页，共75页，2023年，2月20日，星期四2.数据通信过程在一个数据链路上进行通信过程通常分为五个阶段：1在公用交换网络上建立连接2建立数据链路，包括交换、探询和选择三个阶段3传送信息4结束，包括返回中性状态、返回控制状态和断开三个子阶段5公用交换网络拆线；其中阶段（1）和（5）是公用交换网络上完成的操作，故数据链路控制规程通常包括中间三个阶段。BSC协议中也是如此。2023/5/758第58页，共75页，2023年，2月20日，星期四3.数据链路建立方式

对不同的数据链路结构，其数据/信息传输控制的方式不同，则建立数据链路的方法也不尽相同。2023/5/759第59页，共75页，2023年，2月20日，星期四(1)点——点结构：采用争用（contention）方式建立数据链路，其基本的方法是按照“先到先服务（FIFO）”的原则分配线路。每个站点当它已准备好要发送信息或处于中性状态时，都可以发出选择序列，对方站被选择变成从站，而本站即为主站，于是建立起数据链路，特别适合两点直通结构。由于两个站中都可以发出选择序列，为了避免竞争冲突，赋予其中一个站点较高优先级。数据链路建立方式2023/5/760第60页，共75页，2023年，2月20日，星期四(2)多点分支结构：采用探询（邀请发送）/选择（请求接收）方式建立数据链路。对于集中控制方式中由控制站控制所有的辅助站，只允许控制站和辅助站之间进行信息传递，由控制站发送探询/选择序列，引导辅助站发送或接收报文；数据链路建立方式

2023/5/761第61页，共75页，2023年，2月20日，星期四对于非集中方式，允许控制站和辅助站之间、辅助站之间进行通信，由控制站向辅助站发送探询序列之后，被探询的辅助站才成为主站，然后主站才能向控制站或其他辅助站发送选择序列，执行选择过程。数据链路建立方式

2023/5/762第62页，共75页，2023年，2月20日，星期四探询过程：集中式：由控制站按一定顺序依次引导辅助站变成主站的过程；探询只能由控制站执行，被探询的辅助站收到探询序列之后才成为主站；然后主站（被探询的辅助站）就可以向控制站发送信息报文。非集中式：被探询的辅助站成为主站之后还应再向控制站或其他辅助站发送选择序列。探询的方法又分为轮流探询（RollPolling）和传递探询（HubPolling）两种类型（3）探询2023/5/763第63页，共75页，2023年，2月20日，星期四1.软件存储探询表2探询表决定辅助站的探询次序3被探询站如果无信息发送，则该站不变成主站，并回答“不”(SYNSYNEOT）；继续探询下一个站。4被探询站如果有信息发送，该站变成主站。轮流探询RollPollingHost数据控制过程MMMMMMNBAModem输出输入2023/5/764第64页，共75页，2023年，2月20日，星期四1.由控制站探询第一个辅助站2被探询站如果有信息发送，建立起辅助站和控制站之间的数据链路，开始传送报文；但消息传送完毕，则由它向下一站发出探询。3被探询站如果无信息发送，则由它把探询传递给第2个站。。。。Host数据控制过程MMNModemBMMBBMMAB输出输入传递探询HubPolling2023/5/765第65页，共75页，2023年，2月20日，星期四选择过程：由主站用选择序列引导一个或多个从站接收信息报文的过程。它只能由主站来执行。在进行选择时，可以给出一个站地址或使用“广播地址”来选择一个或多个从站。选择按实现的方法又分成两种方式：选择保持式快速选择式（4）选择2023/5/766第66页，共75页，2023年，2月20日，星期四选择保持式：主站发送一个选择序列（选择地址和ENQ）给一个或多个站，等待选择的从站应答；如果应答为ACK，表明该站可以接收信息，则建立起数据链路，把信息报文送给从站；如果应答为NAK，表明该站不可以接收信息，数据链路不能建立。2023/5/767第67页，共75页，2023年，2月20日，星期四快速选择方式：没有单独选择从站建立链路的过程。主站将信息报文直接随着一次选择发送给从站，无须等待对方回答，节省时间，但差错恢复过程复杂。