第5章数据链路层(3)

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1、5.7 广域网,广域网（WAN）并没有严格的定义。通常是指覆盖范围很广(远远超过一个城市的范围)的长距离网络，一般都是由电信公司所拥有。,5.7.1 广域网的基本概念,广域网（WAN）通常覆盖很大的物理范围，它能连接多个城市或国家并能提供远距离通信，相距较远的局域网通过路由器与广域网相连组成了一个范围很广的互联网。广域网一般使用结点交换机连接各主机，交换机一般采用点到点之间的专用线路连接。 广域网一般最多包括OSI参考模型的下三层，网络层提供的服务有虚电路和数据报服务，数据链路层协议有PPP、HDLC和帧中继等，PPP协议占有绝对优势。 常用的广域网有公用电话交换网PSTN、分组交换网X.25

2、、帧中继FR和异步传输模式ATM等。,北京化工大学北方学院信息院 ,5.7.2点对点PPP协议,现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。它是一个工作于数据链路层的广域网协议。PPP是由IETF开发，目前已被广泛使用并成为国际标准。无论是同步电路还是异步电路，PPP协议都能够建立路由器之间或者主机到网络之间的连接。 1992 年制订了 PPP 协议。经过 1993 年和 1994 年的修订，现在的 PPP 协议已成为因特网的正式标准RFC 1661。 用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用 PPP 协议。,北京化工大学北

3、方学院信息院 ,用户拨号入网的示意图,路由器,调制解调器,调制解调器,因特网服务提供者(ISP),用户家庭,拨号电话线,使用 TCP/IP 的 PPP 连接,路由选择 进程,至 因 特 网,PC 机,北京化工大学北方学院信息院 ,5.7.2 点对点PPP协议,能够控制数据链路的建立； 能够对IP地址进行分配和使用； 允许同时采用多种网络层协议； 能够配置和测试数据链路； 能够进行错误检测。 有协商选项，能够对网络层的地址和数据压缩等进行协商。,PPP的特性,北京化工大学北方学院信息院 ,PPP协议有三个组成部分 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。 链路控制协议 LCP (Link Co

4、ntrol Protocol)。 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。,PPP的组成,5.7.2 点对点PPP协议,北京化工大学北方学院信息院 ,PPP的组成,5.7.2 点对点PPP协议,北京化工大学北方学院信息院 ,PPP 有一个 2 个字节的协议字段。 当协议字段为 0x0021 时，PPP 帧的信息字段就是IP 数据报。 若为 0xC021, 则信息字段是 PPP 链路控制数据。 若为 0x8021，则表示这是网络控制数据。,IP 数据报,1,2,1,1,字节,1,2,不超过 1500 字节,PPP 帧,先发送,7E,FF,03,F,A,C,FC

5、S,F,7E,协议,信 息 部 分,首部,尾部,1. PPP的帧格式,5.7.2 点对点PPP协议,标志字段 F = 0x7E （符号“0x”表示后面的字符是用十六进制表示。十六进制的 7E 的二进制表示是 01111110）,地址字段 A 只置为 0xFF。地址字段实际上并不起作用,控制字段 C 通常置为 0x03,透明传输问题,当 PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和 HDLC 的做法一样）。 当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法。,字符填充,将信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成为 2 字节序列(0x7D, 0x5E)。 若信息字段中出

6、现一个 0x7D 的字节, 则将其转变成为 2 字节序列(0x7D, 0x5D)。 若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。,零比特填充,PPP 协议用在 SONET/SDH 链路时，是使用同步传输（一连串的比特连续传送）。这时 PPP 协议采用零比特填充方法来实现透明传输。 在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续1时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除，,0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0

7、1 0 1 0,0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0,0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0,信息字段中出现了和 标志字段 F 完全一样 的 8 比特组合,发送端在 5 个连 1 之后 填入 0 比特再发送出去,在接收端把 5 个连 1 之后的 0 比特删除,会被误认为是标志字段 F,发送端填入 0 比特,接收端删除填入的 0 比特,零比特填充,北京化工大学北方学院信息院 ,当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。 PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧），这些L

8、CP包主要用于协商所用的PPP参数以及网络层协议。 通信双方通过LCP包来配置网络层，NCP 给新接入的 PC机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机。 通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 IP 地址。 发送LCP包， 释放数据链路层连接。 PC机挂断电话，断开与ISP服务器的物理连接。,2 PPP通信过程,5.7.2 点对点PPP协议,北京化工大学北方学院信息院 ,PPP 协议的状态图,建立,失败,失败,NCP 配置,鉴别成功,通信 结束,载波 停止,检测到 载波,双方协商 一些选项,鉴别,网络,打开,终止,静止,北京化工大学北方学院信息院 ,19

9、74年，IBM 公司推出了面向比特的规程SDLC (Synchronous Data Link Control)。 后来 ISO 把 SDLC 修改后称为 HDLC (High-level Data Link Control)，译为高级数据链路控制，作为国际标准ISO 3309。 CCITT 则将 HDLC 再修改后称为链路接入规程 LAP (Link Access Procedure)。不久，HDLC 的新版本又把 LAP 修改为 LAPB，“B”表示平衡型(Balanced)，所以 LAPB 叫做链路接入规程(平衡型)。,5.7.3 高级数据链路控制（HDLC）协议,1. HDLC的基本知

10、识,北京化工大学北方学院信息院 ,7.2 高级数据链路控制（HDLC）协议,1. HDLC的基本特性,1 HDLC的基本知识,通信站类型：主站、从站和组合站。 链路结构：不平衡链路结构、平衡链路结构。 数据传输方式：正常响应、异步响应、异步平衡,HDLC协议是面向比特的数据链路层协议，采用位填充方式来实现数据的透明传输，采用循环冗余校验来检测数据传输的正确性。,北京化工大学北方学院信息院 ,7.2 高级数据链路控制（HDLC）协议,1. 三种站点类型,1 HDLC的基本知识,主站负责控制链路的操作与允许，向从站发送命令帧，并接收来自从站的响应帧。 从站在主站控制下操作，从站无权控制链路，且从站

11、之间不能直接通信。 组合站具有主站和从站的双重功能，既能发送命令帧，也可以发送响应帧。,北京化工大学北方学院信息院 ,不平衡链路结构,平衡链路结构,7.2 高级数据链路控制（HDLC）协议,北京化工大学北方学院信息院 ,7.2 高级数据链路控制（HDLC）协议,正常响应方式NRM：用于非平衡链路结构，可用于多点线路和点对点链路。 异步平衡方式ABM：用于非平衡链路结构。 异步响应方式ARM：用于平衡链路结构，任何一个组合站不必获得对方的允许就可以启动数据传输，对点对点全双工链路具有较高的利用率。,3. 数据传输方式,5.7.3 HDLC协议,图5.23 PPP 的帧格式,HDLC协议的帧格式如

12、图5.25所示。,图5.25 HDLC 的帧结构 标志字段 F (Flag) 为 6 个连续 1 加上两边各一个 0 共 8 bit。 在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。,5.7.3 HDLC协议,图5.23 PPP 的帧格式,零比特填充法。HDLC 采用零比特填充法使一帧中两个 F 字段之间不会出现 6 个连续 1。 在发送端，当一串比特流数据中有 5 个连续 1 时，就立即填入一个 0。 在接收帧时，先找到 F 字段以确定帧的边界。接着再对比特流进行扫描。每当发现 5 个连续 1 时，就将其后的一个 0 删除，以还原成原来的比特流。,图5.23 PPP 的帧格式,采用零比特填充

13、法就可传送任意组合的比特流，或者说，就可实现数据链路层的透明传输。 当连续传输两个帧时，前一个帧的结束标志字段 F 可以兼作后一帧的起始标志字段。 当暂时没有信息传送时，可以连续发送标志字段，使收端可以一直和发端保持同步。 信息字段Info是网络层的用户数据。 地址字段 A 是 8 bit。全“1”为广播地址，全“0”为无效地址。 帧检验序列 FCS 字段共 16 bit。所检验的范围是从地址字段的第一个比特起，到信息字段的最末一个比特为止。 控制字段 C 共 8 bit，是最复杂的字段。HDLC 的许多重要功能都靠控制字段来实现。,北京化工大学北方学院信息院 ,两种操作方式：正常响应方式和异

14、步平衡方式,3 HDLC的协议操作,7.2 高级数据链路控制（HDLC）协议,多点链路中数据链路的建立和拆除过程,点到点链路中数据链路的建立和拆除过程,5.7.4 ATM网络基本原理,图5.23 PPP 的帧格式,异步传输模式（ATM）的标准最初是20世纪80年代中期发展起来的，其目标是设计一种单一的能够适合于传输实时音频与视频以及文本、电子邮件和图像文件的网络技术。 实际应用中，ATM主要用于电话和IP网络，如提供链路层技术以连接IP路由器。 异步传输模式ATM是建立在电路交换和分组交换基础上的一种面向连接的快速分组交换技术，它是一种转换模式（即传输方式），在这一模式中信息被组织成信元（Ce

15、ll）。 由于每一个用户发送的ATM信元在每一时分复用帧中的相对位置并不是固定不变的，从这个意义上说，这种传输是异步的。,5.7.4 ATM网络基本原理,图5.23 PPP 的帧格式,1.ATM交换具有以下特点： （1）采用统计时分复用（异步时分复用） （2）以固定长度（53字节）的信元为传输单位，响应时间短 （3）采用面向连接并预约传输资源的方式工作 （4）在ATM网络内部取消逐段链路的差错控制和流量控制，而将这些工作推到了网络的边缘 （5）ATM支持综合业务,5.7.4 ATM网络基本原理,图5.23 PPP 的帧格式,2. ATM协议模型 ATM 网络中的网络元素有ATM 端点（又称为

16、ATM 端系统）和ATM 交换机 ATM 端点（又称为 ATM 端系统）通过点到点链路与 ATM 交换机相连。 ATM 交换机是一个快速分组交换机（交换容量高达数百 Gb/s）。,5.7.4 ATM网络基本原理,图5.23 PPP 的帧格式,2. ATM协议模型 ATM协议模型和OSI模型不完全一致，它主要处理物理层和数据链路层问题，其协议分层如下图所示，ATM整体体系结构组织成3层。,5.7.4 ATM网络基本原理,图5.23 PPP 的帧格式,2. ATM协议模型,AAL层负责将不同用户不同应用的数据分割成 48 字节长的数据块交给 ATM 层。 ATM层在有效净载荷48字节基础上加上 5 字节的首部后变成 53 字节的信元，首部包含VPI和VCI标识