第五章 數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層的作用：在原始的麻裁、有差錯的物理傳輸線路的基礎(chǔ)上涝桅，采取差錯檢測、差錯控制與流量控制等方法殉了，將有差錯的物理線路改進成邏輯上無差錯的數(shù)據(jù)鏈路开仰，以便向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的服務(wù)拟枚。

5.1 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)

物理層上構(gòu)建的是物理鏈路，在數(shù)據(jù)鏈路層上構(gòu)建的是邏輯鏈路或者數(shù)據(jù)鏈路众弓。

• 為何除物理層外還需要一個數(shù)據(jù)鏈路層來構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸通道恩溅？
  一是由于物理層傳輸介質(zhì)的多樣性，通信規(guī)程也各不相同谓娃，性能不穩(wěn)定脚乡，而數(shù)據(jù)鏈路層中構(gòu)建的邏輯鏈路不考慮不同物理鏈路上傳輸介質(zhì)及其通信規(guī)程上的區(qū)別，只從邏輯意義上構(gòu)建一條性能穩(wěn)定滨达、不受傳輸介質(zhì)類型影響的邏輯數(shù)據(jù)傳輸通道奶稠。
  再一個原因是，物理層按位傳輸數(shù)據(jù)捡遍，傳輸效率低下锌订，容易出現(xiàn)傳輸差錯。而數(shù)據(jù)鏈路層以幀為單位進行傳輸?shù)幕辏粋€幀通常包含數(shù)千個比特位辆飘，傳輸效率提高，不容易出錯谓传。
• 數(shù)據(jù)鏈路層結(jié)構(gòu)
  在OSI/RM和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中蜈项，數(shù)據(jù)鏈路層就一層，而在局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)鏈路層可細分為邏輯鏈路控制（Logical Link Control续挟，LLC）子層和介質(zhì)訪問控制（Medium Access Control紧卒，MAC）子層。MAC子層的主要解決多路通信的介質(zhì)爭用和尋址诗祸，適用于廣播型鏈路和點對多點鏈路跑芳。MAC子層接受物理層的服務(wù)浇冰，為LLC子層服務(wù)。
  注：SAP（Service Access Point聋亡，服務(wù)訪問點）:簡單的說就是上層訪問相鄰下層所提供服務(wù)的點肘习，SAP是鄰層實體（實體即對應(yīng)層的邏輯功能）間實現(xiàn)相互通信的邏輯接口，位于兩層邊界處坡倔。

5.2 數(shù)據(jù)鏈路層主要功能及實現(xiàn)原理

數(shù)據(jù)鏈路層（LLC子層）的主要功能：數(shù)據(jù)鏈路管理漂佩、封裝成幀、透明傳輸罪塔、差錯控制投蝉。

• 數(shù)據(jù)鏈路管理
  （1）數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)類型
  數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)類型分為有確認的面向連接服務(wù)、有確認的無連接服務(wù)征堪、無確認的無連接服務(wù)瘩缆。前者稱為面向連接服務(wù)，后面兩者稱為無連接服務(wù)佃蚜。
  有確認的面向連接服務(wù)必須先建立好雙方通信連接且等待對方確認后才提供服務(wù)庸娱。有確認的面向連接服務(wù)分為數(shù)據(jù)鏈路建立、數(shù)據(jù)傳輸谐算、數(shù)據(jù)鏈路釋放三個階段熟尉。大多數(shù)廣域網(wǎng)中通信子網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議采用有確認的面向連接服務(wù)，如SLIP（串行線路協(xié)議）洲脂、PPP（點對點協(xié)議）斤儿、PPPoE（基于以太網(wǎng)的點對點協(xié)議）、HDLC（高級數(shù)據(jù)鏈路控制）協(xié)議等恐锦。
  有確認的無連接服務(wù)不需要在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后釋放數(shù)據(jù)鏈路往果，接收端在接收到的每一個數(shù)據(jù)幀時都向發(fā)送端確認。應(yīng)用于：令牌環(huán)網(wǎng)一铅、令牌總線網(wǎng)陕贮、各種無線通信系統(tǒng)。
  無確認的無連接服務(wù)無須先在通信雙方建立通信連接馅闽，傳輸時不要求接收端對所接收到的每一個數(shù)據(jù)幀進行確認飘蚯。它是建立在可靠的通信線路基礎(chǔ)之上的，所以數(shù)據(jù)傳輸仍然是非掣Ｒ玻可靠的局骤。應(yīng)用于：以太網(wǎng)中所使用的各種以太網(wǎng)協(xié)議。
  （2） 數(shù)據(jù)鏈路管理功能
  數(shù)據(jù)鏈路管理功能指鏈路連接的建立暴凑、維持和釋放過程峦甩。在多個站點共享同一物理信道的情況下，如何在要求通信的站點間分配和管理信道也屬于數(shù)據(jù)鏈路層管理功能的范疇。
• 數(shù)據(jù)幀封裝和透明傳輸
  數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)幀封裝功能包括將來自網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)分組封裝成數(shù)據(jù)幀和將來自物理層的比特流組裝成數(shù)據(jù)幀凯傲。
  （1）數(shù)據(jù)包的幀封裝原理
  數(shù)據(jù)包到達數(shù)據(jù)鏈路層后加上數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議頭和協(xié)議尾就構(gòu)成了一個數(shù)據(jù)幀犬辰。在每個幀的前部加上一個幀頭部，在幀的結(jié)尾處加上一個幀尾部冰单，把網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包作為幀的數(shù)據(jù)部分幌缝，就構(gòu)成了一個完整幀。
  （2）比特流的幀組裝及透明傳輸原理
  接收端的物理層把比特流向數(shù)據(jù)鏈路層傳輸诫欠，數(shù)據(jù)鏈路層將比特流封裝成數(shù)據(jù)幀涵卵。比特流的幀組裝也即幀同步問題。
  幀同步：使接收端的數(shù)據(jù)鏈路層對從物理層傳輸而來的一串串比特流以幀為單位進行區(qū)分荒叼。
  （3）幀同步方法
  常用的幀同步方法：字節(jié)計數(shù)法瞳别、字符填充的首尾定界符法瘦棋、比特填充的首尾定界符法潮针、違法編碼法谅海。
  字節(jié)計數(shù)法：以一個特殊字符代表一個幀的起始，并以一個專門的字段來標識當前幀內(nèi)字節(jié)數(shù)的幀同步方法嫁乘。典型：DEC公司的DDCMP（Digital DataCommunications Message Protocol昆婿，數(shù)字數(shù)據(jù)通信報協(xié)議），SOH字段代表一個幀的起始亦渗，COUNT標識當前幀內(nèi)字節(jié)數(shù)挖诸，NUM標識幀的順序編號
  
  DDCMP
  
  字符填充的首尾定界符法：用一些特定的控制字符來定界一個幀的起始與結(jié)束的幀同步方法。例如：IBM的BSC協(xié)議法精，頭部以一個或多個同步字符“SYN”標記數(shù)據(jù)塊的開始；尾部用字符“ETX”標記數(shù)據(jù)決的結(jié)束痴突。
  
  BSC幀示例
  
  比特填充的首尾定界符法：幀頭和幀尾各插入一個特定的比特串來標識一個數(shù)據(jù)幀的起始與結(jié)束搂蜓，幀頭、幀尾特定比特串稱為幀標志符辽装。為了避免在信息位中出現(xiàn)的與幀起始和結(jié)束標志符相似的比特串時被誤判為幀的首帮碰、尾標志，采用了比特填充的方法拾积，例如：傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀為01101111110001殉挽，特定比特串01111110，比特填充后（11111后加0）拓巧，實際傳送的是01111110 011011111010001 01111110斯碌。接受方收到數(shù)據(jù)后，首先去掉兩端的特定模式字符肛度，然后在每收到連續(xù)5個1的比特位后自動刪去其后所跟的0傻唾，恢復(fù)原始信息。比特填充幀同步方式易于硬件實現(xiàn)承耿，性能優(yōu)于字符填充方式冠骄。典型代表是ISO的HDLC協(xié)議伪煤。
  違法編碼法，在物理層采用特定的比特編碼方法凛辣，例如抱既，曼徹斯特編碼方法中將1編碼成高-低電平對，將0編碼成低-高電平對扁誓，高-高電平對和低-低電平對在數(shù)據(jù)比特中是違法的蝙砌，借用這些違法編碼序列來定界幀的起始與終止。違法編碼法不需要任何填充技術(shù)跋理，便能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明性择克，但它只適用于采用冗余編碼的特殊編碼環(huán)境。
• 差錯控制
  差錯控制功能前普，包括發(fā)現(xiàn)差錯的能力和糾正錯誤的能力肚邢。
  （1）差錯檢測：通過對差錯編碼進行校驗來實現(xiàn)，常見的校驗方法有奇偶校驗碼（Parity Check Code拭卿，PCC）骡湖、循環(huán)冗余校驗（Cyclic Redundancy Check，CRC）兩種峻厚，統(tǒng)稱為檢錯碼响蕴。
  （2）差錯糾正：對于面向字符的異步傳輸，包括反饋檢測法及自動重發(fā)請求法惠桃。
  反饋檢測法在接收端收完一幀數(shù)據(jù)后浦夷，向發(fā)送端發(fā)送回所接收到的完整數(shù)據(jù)幀，由發(fā)送端通過與原始發(fā)送的幀進行比較來判斷接收端是否正確接收了對應(yīng)幀辜王。如果錯誤劈狐，發(fā)送端向接收端發(fā)送一個DEL字符及相應(yīng)的幀信息，提示接收端刪除對應(yīng)的幀呐馆，重發(fā)該幀肥缔；否則表示接收端已正確接收了對應(yīng)的幀，不重發(fā)對應(yīng)的幀汹来。為了解決數(shù)據(jù)丟失導(dǎo)致的錯誤续膳，數(shù)據(jù)發(fā)送時引入計時器（Timer）來限定接收端發(fā)回反饋信息的時間間隔。當發(fā)送端發(fā)送一幀數(shù)據(jù)的同時啟動計時器收班，若計時器超時（Timeout）坟岔，則可認為傳的對應(yīng)幀已出錯，或丟失闺阱，繼而發(fā)送端重新發(fā)送對應(yīng)的數(shù)據(jù)幀炮车。缺點：數(shù)據(jù)在信道中往返傳輸，傳輸效率低。
  自動重發(fā)請求法（ARQ法）原理：發(fā)送端將要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀附加冗余檢錯碼（如前面介紹的PCC瘦穆、CRC碼）一起發(fā)送纪隙，接收端則根據(jù)檢錯碼對數(shù)據(jù)幀進行錯誤檢測，若錯誤扛或，就返回請求重發(fā)的響應(yīng)绵咱，發(fā)送端收到重發(fā)請求，重新傳送數(shù)據(jù)幀熙兔。
• 流量控制
  流量控制指發(fā)送端的數(shù)據(jù)發(fā)送速度與接收端的數(shù)據(jù)接收速度和線路上的承載速率相匹配悲伶，否則會造成數(shù)據(jù)在傳輸過程中的丟失。數(shù)據(jù)鏈路層中流量控制的方案包括：基于反饋的流量控制方案住涉，基于速率的流量控制方案麸锉。
  （1）基于反饋的流量控制方案
  基于反饋的流量控制方案指接收端在接收到一個數(shù)據(jù)幀后，要向發(fā)送端發(fā)送一個確認幀舆声，表示發(fā)送端可以繼續(xù)向它發(fā)送數(shù)據(jù)了花沉。
  （2）基于速率的流量控制方案
  基于速率的流量控制方案是基于窗口滑動機制的速率控制方案，它規(guī)定發(fā)送端一次可以發(fā)送多少個數(shù)據(jù)幀媳握，限制了發(fā)送端的數(shù)據(jù)傳輸速率碱屁，而無須接收端發(fā)回確認幀。

5.3 差錯控制方案

差錯控制的差錯糾正方案包括反饋檢測法和自動重發(fā)請求法兩種蛾找。也有一些具有自動糾錯功能的編碼娩脾，稱為糾錯碼（前向糾錯碼），如海明碼打毛。

• 自動重發(fā)法中的冗余檢錯碼
  （1）奇偶校驗碼
  奇偶校驗碼（PCC）是奇校驗碼和偶校驗碼的統(tǒng)稱柿赊。原理：原信息代碼的最后一位用于奇校驗或偶校驗的代碼，最終的幀代碼由n-1位信元碼和1位校驗碼組成隘冲，使得幀代碼中1的總個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗）或偶數(shù)（偶校驗）闹瞧。奇偶校驗方法只能檢查單個碼元錯誤，檢錯能力差展辞，只適用于誤碼率較低的環(huán)境，如用于以太局域網(wǎng)中万牺、用于磁盤的數(shù)據(jù)存儲中等罗珍。
  （2）循環(huán)冗余校驗碼（CRC）
  原理：要發(fā)送的幀加上一個校驗碼（二進制序列），生成一個新幀發(fā)送給接收端脚粟，使得所生成的新幀能整除特定數(shù)覆旱。接收端把接收到的新幀除以該特定除數(shù)。如果余數(shù)不為0核无，表明該幀出現(xiàn)傳輸差錯扣唱，余數(shù)為0，則表明傳輸無錯。這里的除法指模2除法噪沙。模2除法只對相同位數(shù)異或操作炼彪，被除數(shù)首位為1則商為1，被除數(shù)首位為0則商為0正歼；余數(shù)去掉首位為新的被除數(shù)辐马；新的被除數(shù)以0開頭，則除數(shù)變?yōu)槿?局义，以1開頭則除數(shù)不變喜爷。例如：100101除以1110的過程:1.被除數(shù)：1001，除數(shù)：1110萄唇，商：1檩帐，余數(shù):0111，2.被除數(shù)：1110另萤，除數(shù)：1110湃密，商：1，余數(shù)：0000仲墨，3.被除數(shù)：0001勾缭，除數(shù)：0000，商：0目养，余數(shù)：1俩由。因此，商：110癌蚁，余數(shù)：1幻梯。
  CRC校驗步驟：選擇一個用于校驗的k位二進制除數(shù)；在待發(fā)送的數(shù)據(jù)幀后加上k-1位0努释，得到新幀碘梢，新幀與選定除數(shù)做模2除法，得到的余數(shù)即為CRC校驗碼伐蒂，又稱FCS（幀校驗序列）煞躬；將校驗碼與原數(shù)據(jù)幀相加，得到一個新幀發(fā)送到接收端逸邦，最后在接收端再把這個新幀與選定除數(shù)做模2除法恩沛。除數(shù)可以隨機選擇，也可按通行的標準選擇缕减，但最高位和最低位必須均為1雷客。例如IBM的SDLC規(guī)程中使用CRC—16的除數(shù)為11000000000000101，而在ISO的HDLC規(guī)程桥狡、ITU的SDLC搅裙、X.25皱卓、V.34、V.41部逮、V.42等中的除數(shù)為11000000000100001娜汁。
  計算示例：假設(shè)選擇的CRC生成多項式為 ，要求出二進制序列10110011的CRC校驗碼甥啄。由CRC生成多項式可知存炮，除數(shù)為11001；計算10110011 0000與11001的模2除法蜈漓，余數(shù)為0100穆桂；計算0100與10110011的和，作為傳輸幀10110111融虽。
• 自動重發(fā)請求方案
  自動重發(fā)請求分為空閑重發(fā)請求和連續(xù)重發(fā)請求享完。
  （1）空閑重發(fā)請求方案
  又稱停-等法，發(fā)送端每發(fā)送一幀后將數(shù)據(jù)幀作為待確認幀保留在緩沖存儲器中并啟動計時器有额，等待接收端發(fā)來的確認信息般又；接收端收到數(shù)據(jù)幀時，先利用幀中檢錯碼進行校驗巍佑，確認無差錯后向發(fā)送端返回確認信息茴迁，檢測到該幀有誤時，返回一個否認幀萤衰，同時丟棄該幀堕义； 如果發(fā)送端在計時器中規(guī)定的時間內(nèi)收到來自接收端的確認信息，計時器清零脆栋，清除緩存中的待確認幀倦卖，開始下一數(shù)據(jù)幀的發(fā)送；若發(fā)送端的計時器超時或收到否認幀椿争，則重發(fā)存放于緩沖器中的待確認數(shù)據(jù)幀怕膛。
  優(yōu)點：設(shè)計簡單，容易實現(xiàn)秦踪；缺點：存在等待時間褐捻，信道的有效利用率低。
  （2）連續(xù)重發(fā)請求方案
  發(fā)送端連續(xù)發(fā)送一系列數(shù)據(jù)幀（幀的數(shù)量視雙方的緩存空間大小而定）椅邓，不用等前一幀被確認便可繼續(xù)發(fā)送下一幀舍扰，效率大大提高。發(fā)送端同時接收來自接收端的響應(yīng)消息并對傳輸出錯的數(shù)據(jù)幀進行重發(fā)希坚。連續(xù)重發(fā)請求方案減少了等待時間，提高整個通信的吞吐量陵且，發(fā)送端需要額外設(shè)置一個較大的緩沖存儲空間（重發(fā)表）裁僧。
  出現(xiàn)傳輸差錯時个束，連續(xù)重發(fā)請求方案有兩種處理策略，即回退N幀策略和選擇重發(fā)策略聊疲〔绲祝回退N幀指回到錯誤幀的地方，重發(fā)錯誤幀及錯誤幀之后的幀获洲，接收端自動刪除錯誤幀之后的幀阱表，直至該錯誤幀無誤。選擇重發(fā)指在接收端發(fā)現(xiàn)錯誤幀后贡珊，把其后續(xù)的正確幀存放在一個緩沖區(qū)中最爬，同時向發(fā)送端發(fā)送NAK否認幀，要求重發(fā)錯誤幀门岔，在收到無誤的重發(fā)幀后爱致，與存于緩沖區(qū)中的其余幀一起按正確的順序遞交給網(wǎng)絡(luò)層。
• 海明糾錯碼
  海明碼是一個具備多個校驗位寒随，能夠檢測并糾正一位錯誤代碼功能的糾錯碼糠悯，僅用于信道特性比較好的環(huán)境中，如以太局域網(wǎng)中妻往。
  （1）海明碼的原理：將有效信息按某種規(guī)律分成若干組互艾，每組安排一個校驗位進行奇偶性測試，然后產(chǎn)生多位檢測信息讯泣，并從中得出具體的出錯位置纫普，最后通過對錯誤位取反將其糾正。
  （2）步驟：計算校驗位數(shù)→確定校驗碼位置→確定校驗碼→實現(xiàn)校驗和糾錯判帮。
  計算校驗位數(shù)局嘁，假設(shè)N：添加了校驗碼位后整個信息的二進制位數(shù)，K：有效信息位數(shù)晦墙，r：校驗碼位數(shù)悦昵，它們之間的關(guān)系應(yīng)滿足：。
  確定校驗碼位置,校驗碼必須是在次方位置晌畅。
  確定校驗碼但指，校驗位的值代表了代碼字中部分數(shù)據(jù)位的奇偶性，其所在位置決定了要校驗的比特位序列抗楔。第i位校驗碼從當前位開始棋凳，每次連續(xù)校驗i位后再跳過i位，然后再連續(xù)校驗i位连躏，再跳過i位剩岳，以此類推。最后根據(jù)所采用的是奇校驗還是偶校驗即可得出第i位校驗碼的值入热。例如：第1個校驗位拍棕，校驗的碼字符包括：第1位（本身）晓铆，第3位，第5位绰播，第7位骄噪，第9位，第11位蠢箩，第13位链蕊，第15位，....
  實現(xiàn)校驗和糾錯谬泌，校驗方式就是各校驗碼對它所校驗的位組進行異或運算滔韵，采用偶校驗時，各校驗組通過異或運算后的校驗結(jié)果均應(yīng)該是為0呵萨；而采用奇校驗時奏属，各組校驗結(jié)果均應(yīng)是為1。糾錯：對錯誤的位進行取反潮峦。

5.4 流量控制

流量控制方案主要有兩種：一種是適用于面向字符的異步通信協(xié)議中的簡單流量控制方案—XON/XOFF方案囱皿；另一種是適用于大量數(shù)據(jù)通信環(huán)境中的滑動窗口機制。

• XON/XOFF流量控制方案
  XON/XOFF常用于通信雙方速率不同步的情形忱嘹，通過對發(fā)送端的數(shù)據(jù)傳輸速率進行控制嘱腥，以達到與接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理速率匹配。接收端的緩存空間滿了或者接近滿時拘悦，接收端向發(fā)送端發(fā)送XOFF控制字符齿兔，發(fā)送端收到XOFF控制字符時停止數(shù)據(jù)的發(fā)送；當接收端可以繼續(xù)接收數(shù)據(jù)础米，接收端向發(fā)送端發(fā)送XON控制字符分苇，發(fā)送端收到XON控制字符后恢復(fù)數(shù)據(jù)發(fā)送。
• 滑動窗口機制
  窗口指發(fā)送端和接收端的緩存空間屁桑∫绞伲滑動指緩存空間中存放的未處理幀數(shù)是變化的，發(fā)送端在收到確認幀蘑斧，接收端向網(wǎng)絡(luò)層提交幀后都會刪除緩存中的對應(yīng)幀靖秩。空閑重發(fā)中緩存空間大小為一幀竖瘾，連續(xù)重發(fā)中緩存空間一般為4幀沟突。
  滑動窗口示例（窗口大小為2幀）：初始狀態(tài)下，發(fā)送端和接收端的緩存空間中均沒有保存數(shù)據(jù)幀捕传。發(fā)送端發(fā)送0號幀惠拭，并保存在緩存空間中，建立一個待重發(fā)表庸论，序號為0求橄。發(fā)送端繼續(xù)發(fā)送1號幀今野，同時把1號幀保存在緩存空間中，待重發(fā)表中添加1罐农。發(fā)送端收到0號幀確認幀后，從緩存空間中清除0號待重發(fā)幀催什，待重發(fā)表中清除序號0涵亏， 接收端把收到的0號幀提交給網(wǎng)絡(luò)層，并清除緩存空間中的0號幀蒲凶，此時緩存空間中為空气筋。發(fā)送端發(fā)送2號幀，同時也把2號幀保存在緩存空間中旋圆，待重發(fā)表中添加序號2宠默。發(fā)送端在收到1號幀的確認幀后，立即從緩存空間中清除1號待重發(fā)幀灵巧，待重發(fā)表中清除序號1搀矫。接收端把1號幀提交給網(wǎng)絡(luò)層，清除緩存空間中的1號幀刻肄，此時緩存空間中為空瓤球。重復(fù)這樣的過程。

5.5 數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議

數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議可分為兩類：面向字符的和面向比特的鏈路層協(xié)議敏弃。面向字符的鏈路層協(xié)議主要有IBM的BSC協(xié)議卦羡、DEC的DDCMP、SLIP麦到、PPP等绿饵；面向比特的鏈路層協(xié)議主要有IBM的SDLC、在SDLC協(xié)議基礎(chǔ)上ANSI的ADCCP和ISO的HDLC瓶颠、CCITT在HDLC基礎(chǔ)上提出的LAP等拟赊。面向字符的鏈路層協(xié)議用字符來控制幀的同步等信息，面向比特的鏈路層協(xié)議則用比特流來表示控制信息步清。

• BSC協(xié)議
  數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)被看作字符序列要门，數(shù)據(jù)塊的頭部用一個或多個同步字符SYN來標記數(shù)據(jù)塊的開始；尾部用字符ETX來標記數(shù)據(jù)塊的結(jié)束廓啊。鏈路上傳送的數(shù)據(jù)必須是由規(guī)定字符集（例如ASCII欢搜，或者EBCDIC）中的字符組成，控制信息也必須由同一個字符集中的若干指定的控制字符構(gòu)成谴轮。對于數(shù)據(jù)塊中的特殊字符（控制字符）通過轉(zhuǎn)義字符將其作為普通數(shù)據(jù)處理炒瘟。
  （1）BSC控制字符
  通信控制字符：ACK：確認標志，由接收端發(fā)出的第步，作為對正確接收到報文的響應(yīng)疮装。DLE：轉(zhuǎn)義標志缘琅，用于指示后面的字符是數(shù)據(jù)字符，而不是特殊控制字符廓推。ENQ：詢問標志刷袍，用于請求遠程站點給出響應(yīng)。響應(yīng)可能包括遠程站點的身份或狀態(tài)樊展。EOT：發(fā)送完畢標志呻纹，用于表示一個或多個文本的發(fā)送結(jié)束，并拆除鏈路专缠。ETB：塊終止或組終止標志雷酪，用于標志每個數(shù)據(jù)塊的結(jié)束位置。僅在一個報文要分成多個數(shù)據(jù)塊傳輸時才有此標志涝婉。ETX：文本終止標志哥力，標志報文文本的結(jié)束。僅在一個報文不分成多個數(shù)據(jù)塊傳輸時才有此標志墩弯。NAK：否認標志吩跋，由接收端發(fā)出的，作為對未正確接收的報文響應(yīng)最住。SOH：報頭開始標志钞澳，用于表示報文的標題信息或報頭的開始，僅在報文的第一個數(shù)據(jù)塊中才有此標志涨缚。STX：文本開始標志轧粟，標志標題信息的結(jié)束和報文文本的開始，每個數(shù)據(jù)塊均有此標志脓魏。SYN：字符同步標志兰吟，用以實現(xiàn)通信雙方的字符同步，或用于在無數(shù)據(jù)傳輸時保持同步茂翔，在每個數(shù)據(jù)塊中均有此標志混蔼，而且通常是兩個。
  （2）BSC數(shù)據(jù)塊格式
  BSC協(xié)議數(shù)據(jù)塊四種格式：

  
  
  
  

  （3）BSC基本特點：
  所有發(fā)送的數(shù)據(jù)均跟在至少兩個SYN字符之后珊燎，以使接收端能實現(xiàn)字符同步惭嚣；所有數(shù)據(jù)塊在塊終止標志符（ETX或ETB）之后還有塊校驗字符BCC，校驗是單字節(jié)的CRC或雙字節(jié)的CRC悔政，校驗范圍從STX開始到ETX或ETB為止晚吞。

• 面向比特的SDLC和HDLC協(xié)議
  面向比特的鏈路層協(xié)議中，數(shù)據(jù)塊的頭部和尾部都用一個特殊的比特序列來標記數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束谋国。所有的面向比特的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議均采用統(tǒng)一的幀格式槽地。
  SDLC支持識別兩類網(wǎng)絡(luò)站點：主站點和從站點。主站點控制從站點，主站點輪詢從站點是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送捌蚊。從站點只有在主站點授權(quán)前提下才可以向主站點發(fā)送信息集畅。主站點按照預(yù)先確定的順序選擇從站點，如果選定的從站點已經(jīng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)缅糟，才可進行數(shù)據(jù)傳輸挺智。主站點負責鏈路的建立、拆除和控制溺拱。
  （1） HDLC鏈路結(jié)構(gòu)和操作方式
  HDLC也采用主站點和從站點操作方式逃贝。主站點發(fā)往從站點稱為命令幀，從站點返回主站點稱為響應(yīng)幀迫摔。HDLC中定義了三種鏈路結(jié)構(gòu)：不平衡鏈路結(jié)構(gòu)、對稱非平衡鏈路結(jié)構(gòu)和平衡鏈路結(jié)構(gòu)泥从，分別對應(yīng)提供三種基本操作方式和三種擴充方式：正常響應(yīng)方式（NRM）句占、異步響應(yīng)方式（ARM）和異步平衡方式（ABM），和三種擴充方式：擴充正常響應(yīng)方式躯嫉、擴充異步響應(yīng)方式纱烘、擴充異步平衡方式。異步響應(yīng)方式中從站點可以在沒有得到主站點允許的情況下開始數(shù)據(jù)傳輸祈餐，傳輸效率比NRM高擂啥。

  
  
  HDLC三種鏈路結(jié)構(gòu)
  
  

  （2） SDLC/HDLC幀結(jié)構(gòu)

  
  
  SDLC/HDLC幀結(jié)構(gòu)
  
  標志字段：所有信息傳輸必須以一個標志字段F（Flag）開始，且以同一個標志字段結(jié)束帆阳。為了維持信道處于激活狀態(tài)哺壶，發(fā)送端會不斷地發(fā)送標志字段。地址字段：表明幀是來自主站點還是來自從站點蜒谤，命令幀中地址字段攜帶目的從站點的地址山宾，響應(yīng)幀地址字段攜帶本站點的地址。通常為8位鳍徽，00000000的地址為空地址资锰，用于測試數(shù)據(jù)鏈路的狀態(tài)；11111111地址為廣播地址阶祭”炼牛控制字段：實現(xiàn)HDLC協(xié)議的各種控制信息，并標志幀的類型濒募，占1個字節(jié)長度鞭盟。控制字段前兩位代表幀的類型萨咳，第1位為0懊缺，代表幀為信息幀，前兩位為10，代表幀為監(jiān)控幀S鹃两；前兩位位為11遗座，代表幀為無編號幀U。信息字段：包含了用戶的數(shù)據(jù)信息和來自上層的各種控制信息俊扳。監(jiān)控幀不具備信息字段途蒋。幀校驗序列字段：可以使用16位的CRC，對兩個標志字段之間的整個幀的內(nèi)容進行校驗馋记。
  （3）SDLC/HDLC幀類型及其標識方法
  數(shù)據(jù)幀分為信息幀I号坡、監(jiān)控幀S、無編號幀U梯醒。
  
  控制字段結(jié)構(gòu)
  
  第5位宽堆，P/F（Poll/Final，查詢/結(jié)束）位：在不同幀中的含義不一樣茸习，命令幀中取P位畜隶，起查詢的作用，值為1号胚；響應(yīng)幀中取F位籽慢，起結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送或確認結(jié)束的作用，該位取1表示從站點數(shù)據(jù)發(fā)送完畢或響應(yīng)完畢猫胁，該位取0表示數(shù)據(jù)未發(fā)送完箱亿。
  信息幀（I幀）：I幀控制字段中第1位為0；第2-4位為N（S,Send）弃秆，標志待發(fā)送的幀序號届惋；第5位為P/F位；第6-8位為N（R,Recieve）驾茴，標志待接收的確認幀序號（表示發(fā)送端已確認了前N-1個幀盼樟，同時發(fā)送端待接收第N幀的確認幀）。
  

  監(jiān)控幀（S幀）：S幀用于監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)鏈路锈至，完成I幀的接收確認晨缴、重發(fā)請求、暫停發(fā)送請求等功能峡捡。S幀沒有信息字段（48位）击碗。S幀的控制字段中第12位固定為10；第3-4位為S们拙，代表監(jiān)控功能稍途，包含4種監(jiān)控類型的幀：00，接收就緒（RR）砚婆，主站點用RR型S幀來查詢從站點械拍，從站點用RR型S幀作為對主站點的響應(yīng)幀突勇。01，拒絕（REJ）坷虑，接收端要求發(fā)送端對從編號為N（R）開始的幀及其以后所有的幀進行重發(fā)甲馋。10，接收未就緒（RNR）迄损，接收端通知發(fā)送端尚未準備好接收編號為N（R）的I幀定躏。11，選擇拒絕（SREJ）芹敌，接收端要求發(fā)送端發(fā)送編號為N（R）單個I幀痊远；第5-8位與I幀一樣。
  無編號幀（U幀）：用于數(shù)據(jù)鏈路的控制氏捞，不帶編號碧聪，可以在任何需要的時刻發(fā)出，不影響帶編號的信息幀的交換順序液茎。第12位為11矾削；第3-4，6-8位均為M豁护，代表無編號功能；第5位P/F與I幀一樣欲间。U幀分為命令幀（C）和響應(yīng)幀（R）楚里。

• 面向字符的PPP同步傳輸協(xié)議
  BSC、SDLC猎贴、HDLC屬于局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議班缎，PPP（Point-to-Point Protocol，點對點協(xié)議）是廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議她渴。
  （1）PPP發(fā)展過程
  SLIP（串行線路網(wǎng)際協(xié)議）具有如下缺點：連接速率低达址；不能自動分配IP地址；無協(xié)議類型字段趁耗，只支持默認的IP協(xié)議沉唠，SLIP幀只是在IP包的首尾加一個END字符，作為幀邊界苛败，標志一個幀的起始和結(jié)束满葛。包中END字符，用ESC字符和0xdc兩個字符來替代罢屈，包中ESC字符用ESC字符和0xdd兩個字符替代嘀韧，以實現(xiàn)透明傳輸悬钳；無幀校驗序列（FCS）字段说敏，無法檢測出傳輸差錯。
  針對SLIP以上缺點提出PPP協(xié)議牢酵，PPP在連接速率上遠高于SLIP，同時提供了協(xié)議類型字段和幀校驗序列（FCS）字段谊却，使得PPP除了支持IP協(xié)議包封裝外柔昼，還可以封裝其他三層協(xié)議包，可以提供各種差錯控制功能因惭。PPP通過幾個子協(xié)議提供了一整套方案來解決鏈路建立岳锁、維護、拆除蹦魔、上層協(xié)議協(xié)商激率、認證等問題。
  子協(xié)議包括鏈路控制協(xié)議（LCP）：用于建立勿决、配置乒躺、測試和管理數(shù)據(jù)鏈路連接；網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）：協(xié)商該鏈路上所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式與類型低缩，建立嘉冒、配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；口令認證協(xié)議（PAP）和質(zhì)詢握手認證協(xié)議（CHAP）：為PPP連接提供用戶認證功能咆繁，可以確保PPP連接的安全性讳推。
  PPP協(xié)議在ADSL（非對稱數(shù)據(jù)用戶環(huán)線）接入方式中，與其他的協(xié)議共同派生出了符合寬帶接入要求的新協(xié)議玩般，如PPPoE（PPP over Ethernet）银觅，PPPoA（PPP over ATM）。
  （2）PPP幀結(jié)構(gòu)和透明傳輸原理

  
  
  PPP幀
  
  

  PPP幀包括7個字段坏为，幀的首尾均有一個標志字段究驴，其他字段各一個。標志：標志幀的起始或結(jié)束匀伏，1個字節(jié)洒忧，值固定為01111110（0x7E）。地址：標志對方節(jié)點地址的够颠，由于PPP是點對點通信協(xié)議熙侍，無須知道對方的數(shù)據(jù)鏈路層地址（MAC地址），因此地址字段固定為標準廣播地址11111111摧找，1個字節(jié)核行。控制：PPP只有UI（無編號信息）幀蹬耘，無須接收端對收到的幀進行確認芝雪，控制字段值固定為00000011。協(xié)議：PPP幀它除了可封裝IP協(xié)議外综苔，還可封裝其他多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包惩系。協(xié)議字段占2個字節(jié)位岔，指示在信息字段中封裝的數(shù)據(jù)類型。信息：來自網(wǎng)絡(luò)層的有效數(shù)據(jù)堡牡，可以是任意長度抒抬，默認為1500字節(jié)。幀校驗序列（FCS）：使用16位的循環(huán)冗余校驗計算信息字段中的校驗和晤柄，以驗證數(shù)據(jù)的正確性擦剑。
  透明傳輸：PPP是面向字符協(xié)議，使用轉(zhuǎn)義字符0x7D(01111101)進行填充芥颈，一字節(jié)變兩字節(jié)惠勒。
  （3）PPP鏈路建立、使用和拆除流程
  整個過程分為死亡爬坑、鏈路建立纠屋、身份認證、網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)商和結(jié)束五個階段盾计。

  
  
  
  具體流程：用戶向ISP或者對端節(jié)點發(fā)起PPP連接請求時售担，首先打開物理接口，通過封裝了LCP的PPP幀與接口進行協(xié)商署辉，協(xié)商內(nèi)容包括工作方式（單PPP通信或多PPP通信）族铆、認證方式和最大傳輸單元等。協(xié)商完成后就進入鏈路建立階段哭尝，啟用PPP數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議骑素，對接口進行封裝。如果啟用成功刚夺，則進入身份認證階段，保持LCP激活末捣，否則關(guān)閉接口和LCP侠姑。數(shù)據(jù)鏈路建立成功后對請求連接的用戶進行身份認證（CHAP/PAP）。身份認證成功后進入網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)商階段箩做，通過封裝了NCP的PPP幀與網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進行協(xié)商莽红，并為用戶分配一個臨時的網(wǎng)絡(luò)層地址；如果身份認證失敗邦邦，直接進入結(jié)束階段安吁，拆除鏈路，返回死亡階段燃辖，關(guān)閉LCP鬼店。PPP鏈路將一直保持通信，直至有明確的LCP或NCP幀關(guān)閉這條鏈路黔龟，或發(fā)生了某些外部事件導(dǎo)致進入結(jié)束階段妇智，關(guān)閉NCP協(xié)議滥玷，釋放為用戶分配的臨時網(wǎng)絡(luò)層地址，最后返回死亡階段巍棱，關(guān)閉LCP惑畴。
  （4）PPP的PAP/CHAP身份認證
  身份認證方式包括：PAP（密碼認證協(xié)議），CHAP（質(zhì)詢握手認證協(xié)議）航徙。路由器間Serial口之間的PPP連接不需要身份認證如贷。
  PAP身份認證：二次握手機制，被認證方發(fā)送認證請求→認證方給出認證結(jié)果到踏。具體步驟：發(fā)起PPP連接的客戶端向擔當身份認證的PAP服務(wù)器端發(fā)送一個認證請求幀杠袱，包括用于身份認證的用戶名和密碼。服務(wù)器端收到認證請求幀后夭禽，查詢服務(wù)器用戶賬戶數(shù)據(jù)庫霞掺，如果用戶賬戶信息合法，向客戶端返回一個認證確認（ACK）幀讹躯，表示認證成功菩彬；否則返回一個認證否認（NAK）幀，表示認證失敗潮梯。如果第一次認證失敗骗灶，并不會直接將鏈路關(guān)閉，而是提示客戶端以新的用戶賬戶信息再次認證秉馏，當認證失敗達到一定次數(shù)（默認為4）才會關(guān)閉鏈路耙旦，以防止因誤傳、網(wǎng)絡(luò)干擾等造成不必要的LCP重新協(xié)商過程萝究。缺點：PAP身份認證用戶名及密碼在網(wǎng)絡(luò)上是以明文方式進行傳輸免都，不安全。
  CHAP身份認證：三次握手機制帆竹，認證方要求被認證方提供認證信息→被認證方提供認證信息→認證方給出認證結(jié)果绕娘。具體步驟：鏈路建立后，CHAP服務(wù)器端不斷產(chǎn)生一個隨機序列號的質(zhì)詢（challenge）字符串幀發(fā)送給CHAP客戶端栽连，詢問客戶端是否要進行身份認證险领，直至客戶端對質(zhì)詢做出響應(yīng)，把用于身份認證的用戶名和密碼通過MD5摘要加密協(xié)議生成一個隨機序列的響應(yīng)幀發(fā)送給服務(wù)器端秒紧。服務(wù)器端收到響應(yīng)幀后绢陌，解密出其中的認證用戶名和密碼，并在本地用戶賬戶數(shù)據(jù)庫中查找熔恢，如果用戶信息合法脐湾，通過認證，允許客戶端發(fā)起的PPP連接叙淌，否則拒絕認證沥割，認證失敗耗啦。同樣，多次認證失敗后才會關(guān)閉鏈路机杜。