ch8(2)_高级数据链路控制

第8章数据链路控制规程 8 2高级数据链路控制8 2 1HDLC概述8 2 2HDLC的帧结构8 2 3HDLC帧类型和功能8 2 4HDLC操作规程8 2 5其他数据链路控制协议 8 2高级数据链路控制 高级数据链路控制 HighLevelDataLinkControl 规程 是面向比特型的规程1975年 IBM首先开发了面向比特的规程SDLC1979年 ISO在SDLC基础上提出了现在应用十分广泛的HDLC现在使用的所有面向比特型的规程都是由HDLC规程派生出来的 都来源于HDLC1981年开始 ITU T开发了一系列基于HDLC规程的新规程 叫做链路访问协议 LAPS LAPBLAPDLAPMLAPX 面向比特型规程的基本特征 透明传输 采用统一的帧格式 唯一的标识符 F 01111110 帧定界符 可靠性高 采用CRC校验 在数据帧中添加序号字段 来避免帧的丢失和重收传输效率高 连续ARQ技术可进行双向同时传输全双工通信 每个站点既能起主 从型结构中的主站作用 又能起从站的作用 成为主 主型的结构 HDLC的适用范围计算机 计算机计算机 终端终端 终端 语法 8 2 1HDLC概述 HDLC定义了三种类型的站点 两种链路结构和三种数据传输模式1 三种不同类型的站点2 两种链路结构3 三种传输模式 1 三种不同类型的站点 1 三种不同类型的站点 主站点 primarystation 在点到点和多点线路结构中链路具有完全控制功能的设备 它的主要功能是发送命令帧 包括数据信息帧 接收响应帧 并负责对整个链路进行管理 如数据传输 流量控制 差错控制和异常恢复等 次站点 secondarystation 其主要功能是接收主站来的命令帧 向主站发送响应帧 并且配合主站进行差错控制等 主站和次站之间的关系类似与计算机主机和终端的关系 复合站点 combinedstation 具有主站和次站两种功能 既可以发送命令也可以进行响应 HDLCStationTypes PrimarystationControlsoperationoflinkFramesissuedarecalledcommandsMaintainsseparatelogicallinktoeachsecondarystationSecondarystationUndercontrolofprimarystationFramesissuedcalledresponsesCombinedstationMayissuecommandsandresponses 2 两种链路结构 所谓链路结构是指链路上硬件设备间的关系 点到点结构多点结构从不同的角度来看这两种链路结构 设备可按照主从方式或对等方式组织主站点 次站点以及复合站点可以构成三种方式的链路结构 非平衡式 对称式 以及平衡式 每一种结构又支持半双工和全双工通信 HDLC适用的链路构型非平衡型点 点式多点式适合把智能和半智能的终端连接到计算机 对称结构 即主站 次站式 平衡式 P Primary S Secondary 非平衡式结构 也称主 从结构 即一个设备为主设备 另一个设备为从设备 可以是点 点式 A 也可以是多点结构 B C平衡结构 C R C R C C P Primary S Subordinative C Compound l平衡结构 点 点结构中两个站点都是复合型的 站点之间由一条线路连接 并且链路可由一方控制 C R Command Response 对称结构 C R C R P P S S 对称结构 链路上每个物理站点都有两个逻辑站点 一个是主站点 一个是从站点 独立的线路将一台物理站点的逻辑主站点和另一个物理设备的逻辑从站点链接在一起 3 三种传输模式 HDLC的传输模式 TransferModes 正常响应模式NRM NormalResponseMode 适用于多点式非平衡构型 只有当主站向次站发出探询后 次站才能获得传输帧的许可 SecondarymayonlytransmitdatainresponsetocommandfromprimaryHostcomputerasprimaryTerminalsassecondary从站是由主站发送SNRM命令而置于此方式的 三种传输模式 异步响应模式ARM AsynchronousResponseMode 次站可以不必等待主站的探询而随时传输帧 UnbalancedconfigurationPrimaryresponsibleforlinerarelyused从站由主站发送SARM命令变为此方式 三种传输模式 异步平衡模式ABM AsynchronousBalancedMode 适用于通信双方都是组合站的平衡构型 也采用异步响应 双方具有同等能力 EitherstationmayinitiatetransmissionwithoutreceivingpermissionMostwidelyusedNopollingoverhead通过SABM命令来建立这种方式 HDLC的传输模式 8 2 2HDLC的帧结构 HDLC在链路上以帧作为传输信息的基本单位 Frame 无论是信息报文还是控制报文都必须符合帧的格式 如图所示 F Flags标志字段A Address地址字段C Control控制字段I Information信息字段FCS FrameCheckSequence帧校验序列 8 2 2HDLC的帧结构 1 标志字段2 地址字段3 控制字段4 信息字段5 帧校验序列 1 标志字段 标志字段 F 以8bits组01111110 7E 在帧的两端起定界作用 某个F可能既是一个帧的结束标志 也是下一个帧的起始标志 标志字段 F 作用 F标志是一个帧的起始和结束标志 具有同步作用 另外在帧与帧的空载期间可插入F标志用作时间填充 如下图所示 开始标志 开始和结束标志 结束标志 F字段的同步作用 开始标志 结束标志 F字段的时间填充作用 时间填充 数据传输透明性 在帧的I字段可以插入任意比特模式 这种性质称为数据的透明性 该传输方式称为透明传输方式 由于可能在帧的两个标志F之间出现比特组合01111110 从而破坏了帧一级的同步解决方法 采用 0 比特插入 删除技术 HDLC做法 发送站点 检查两个标志F之间所有可能的比特组合 每当有5个连续的 1 后 就在5个连续的 1 之后插入一个 0 不管后边是0还是1 接收站点 检测到起始标志F之后 会时刻注意检查5个连续 1 之后的比特 如果 0 就删除 如果 1 就再检查下一个比特 若下一个比特是 0 则这一比特组合被认为是标志字段 若下一个比特是 1 则继续计数 7 14个连续1 终止标志 15个1以上 空闲符 实例 输入 011111110 011111110010发送 0111110110 0111110110010接收 0111110110 0111110110010输出 011111110 011111110010 位填充实例 BitStuffingExample 2 地址字段 表示数据链路上发送站和接收站的地址 对命令帧而言 A给出的是执行该命令的从站和组合站的地址 对于响应帧而言 A给出的是作出应答的从站和组合站的地址 地址字段通常为8bits 寻址256个站 但为了扩充需要 将最后一位二进制视为扩充位 此时若扩充位为1只能寻址128个站点 若扩充位为0表示其后的8位也为地址组成部分 F A C I FCS F 01111110 01111110 地址可以是8位字节或多字节的 1 0 0 1 单字节地址 多字节地址 若地址只有一个字节 最后位总是 1 多字节 除最后一个字节外其他所有字节都按 0 结尾 另外HDLC约定 全1比特为全站地址即广播地址 全0比特视为无站地址 用于测试链路的工作状态 全1和全0地址在通信网络中不能使用作用有效的站地址 例1 设某地址为33 则其地址表示为0100001133例2 设某地址为133 则其地址表示为11111110000011011276 3 控制字段 8bits 用于表示帧类型 帧编号 以及命令 响应等功能 使对方站执行特定的操作 根据C字段的构成不同 可以把HDLC帧分成3种类型 信息帧 I帧 Information监控帧 S帧 Supervisory无编号帧 U帧 Unnumbered P F位是具有双重功能的单个比特位 仅当该位被置位时才有意义 表示查询 结束 N S N R HDLC规程控制字段 4 信息字段 紧跟在C字段之后 它表示链路所要传输的实际信息 它不受格式和内容的限制 但实际的信息长度受到相关站点缓冲区容量和链路差错特性的限制 一般不超过256个字节 只有I帧和某些U帧才含有信息字段 信息帧里包含的是用户数据U帧中包含的网络管理信息 F A C I FCS F 01111110 01111110 在I 帧中包含用户数据 在S 帧中不存在 U 帧中包含管理信息 HDLC帧的信息字段 5 帧校验序列 FCS 16bits用于差错控制 HDLC差错校验是对整个帧的内容做CRC校验 但F标志字段和按透明规则插入的所有的 0 不在校验范围内CRC校验是选取的生成多项式是16位形式 X16 X12 X5 1 或CRC 32如下图所示 F A C I FCS F 01111110 01111110 帧校验序列是错误检测序列 它包含CRC CCITT 练习题 主站点向从站点发送如下图所示的帧 试回答下列问题从站的地址是什么 帧的类型是什么 发送方的序列号 如果存在 是什么 确认序列号 如果存在 是什么 帧是否携带数据 如果是 则写出该数据 8 2 3HDLC帧类型和功能 1 信息帧 I 2 监控帧 S 3 无编号帧 U 1 信息帧 I 信息帧 I HDLC规定每个站都要把它的发送序号N S 和接收序号N R 保存下来 用以指示发送 接收顺序情况 即HDLC利用I帧N S 和N R 进行差错和流量控制 N S 表示本站当前发送的帧序号使用滑动窗口技术 3位序号 发送窗口大小为7N R 表示本站期望接收到对方站的帧序号 并累积确认序号之前已接收到的所有数据帧捎带确认 Next A B 0 P F N r 5 N r 5则表示B站所发送0 1 2 3 4帧都已被S站成功接收 当前A站期待接收B站发送序号为5的信息帧 另外全双工通信的双方需要各自设置两个本地状态序号称为V S 和V R 即由这两个值与N S 和N R 的值进行比较 P F位称为 询问 终止 位 当P F位用于命令帧时 称为询问位 当P F位用于响应帧时 称为终止位 表示接收站确认该帧 具体功能 询问功能 NRM方式 带P 1的命令帧表示主站请求从站作出响应 请求从站的主站发I帧 ARM方式 从站主动发I帧 主站利用带P 1的命令帧 请求从站尽快发F 1的响应帧 强迫从站作出响应 终止功能 NRM方式 从站把最后一个响应帧 I帧 的P F比特置1即F 1 然后从站停止发送 直到又收到主站发来的带P 1的命令帧后再开始下一次传送 ARM方式 从站只有在响应P 1的命令帧后才发带F 1的响应帧 但从站不需停止发送 ARM方式F 1并不表示从站的传输结束 P F比特使用的成对性 带P比特的命令帧和带F比特的响应帧总是成对出现 即主站发送了带P比特的命令后 从站必须在适当时候发送一个带F比特的响应帧 否则不允许出现下一次P F 握手 而且在数据链路上在给定的时刻只允许有一个带P 1的命令帧是未确认的 2 监控帧 S S帧 控制字段的 位为 的帧 根据控制字段第 位的编码共有 种类型 表8 3列出了这 种监控帧的名称和功能 其中 用于所有类型的链路 和 用于全双工通信 双向通道 监控帧中没有信息字段 没有发送序号 但是有一个接收序号 用来对从发送站收到的信息帧进行确认 HDLC监控帧的名称和功能 R ReceiveReady 接收准备就绪被一个站用来表示它已作好接收信息帧的准备 还可以用其中 段来确认前面收到的数据帧 如果该站曾用 表示它处于忙状态 那么可用 命令清除忙状态表示现在可以接收数据了 主站还可以用 来轮询从站 ReceiveNotReady 接收未准备好被一个站用来表示它暂时不能接收数据 处于忙状态 Rejection 拒绝拒绝 段中指定的序号开始的全部信息帧 从而请求重发有 段中指定的这些帧 同时也对 帧以前的所有信息帧进行确认 J帧用来实现透明帧 机制 J SelectiveRejection 有选择地拒绝某一帧 请求重发该帧 该帧的编号在 段中指定 同时也确认了 帧以前的所有信息帧 帧一旦发出 在它后面接收到的帧都被保留下来 直到正确收到要求重发的那个帧为止 3 无编号帧 U 控制字段第 位是 的帧即为无编号帧 帧 帧不带编号即无 和 字段除 位外的 个比特不同的组合分别表示不同作用的无编号帧 总共 种组合 但实际上只定义了 种命令和 种响应 用来进行数据链路的管理和控制 如表 4所示 p 263 作如下说明 方式设置命令 用于规定链路的工作方式 共 条主站 从站 命令 SNRM SARM SABM 数据传输模式设置命令 SNRMSARM将从站设为NRMARM方式 SABM把复合站点置为ABM方式SNRME SARME SABME 扩充方式设置命令 与上述 条命令功能相同 不同的是控制字段扩充为两个字节 从而是N R 和N S 扩充为 位模式 模 SIM 用于重新进行初始化链路 当收到 应答后初始化操作完成 需要对一个站进行远程初始化时发送SIM命令 所期待的响应是UA帧 DISC 断链命令 用于中止已建立的各种数据传输模式 当主站或复合站要关断链路 使被寻址的站处于逻辑断的状态 时 它就发送一个DISC命令 它所期待的回答是UA RESET 复位 重置命令 在数据传输过程中组合站用它来重新初始化某个方向的数据流 期待 应答 请求设置应答 从站请求主站作相应的设置从站 主站 应答 RIM 由从站发送 催促主站发送 命令RD 请求断链即请求主站把链路置成断开方式 无编号帧命令 应答 无编号确认 对收到无编号命令后的确认响应 这是对一些置方式命令 以及SIMDISCRESET命令的肯定确认 也可用来报告一个站接收未就绪 忙 状态的结束 帧中不包含 字段 应答 无编号查询命令 探询一个或同时探询多个站址 当 位没有置 时响应是可选的 该命令仅用于非平衡式的多点配置 它跟广播或组播寻址结合使用 命令 无编号帧命令 应答 无编号信息帧 允许发送数据超过 范围 但不影响发送和接受变量 通常用于传输应用数据 状态 操作 中断和暂时性数据等 帧中带有 字段 但不予编号 亦可作响应帧 命令 应答 FRMR FRMR FrameRejection 帧拒绝 接收端通知发送端收到一个错误的帧 该帧既可以用作命令也可作应答 第一次使用时它仅定义为一个响应 当这样使用该帧时称作命令拒绝 CMDR 它的作用就是允许接收方通知发送方 接收方收到了一个不能理解或违反协议规则的帧 如果违反帧是一个命令 那么就返回一个FRMR CMDR 响应 如果违反帧是一个响应 那么就返回一个FRMR命令 FRMR 帧拒绝是一个含有信息段的无编号帧 信息段大小对模 编号 即N S 和N R 各占3位 是 位 对模 即N S 和N R 各占7位 扩充 是 位 对模 型FRMR信息段的格式 置 表示被拒绝的帧中控制字段无效 置 表示被拒绝的帧中带有类型不允许的信息段 此时 和 同时置 置 表示被拒绝的帧中信息段超长 置 表示被拒绝的帧中 无效 当一个站发送一个FRMR时 它就进入了 帧拒绝 状态 并且期待接收一个置方式命令重新初始化链路 其它组合 XID交换标志命令 用于请求一个站的标志或传送有关信息 应答也用XID 命令 应答 DM 断链方式应答 用于对各种置方式的否定应答 该应答响应可以用来报告一个站点 从站 复合站 处于逻辑上断链的状态 应答 TEST测试 实现数据链路控制的基本测试 应答也用TEST 命令 应答 上面分别总结了无编号 帧的类型和功能 可见 帧主要用于链路的建立 拆除及多种控制管理功能等 8 2 4 操作规程 与 规程类似 规程完成一次数据传输也需要五个阶段 其中阶段 和 由公用交换网络完成 不属于 范围 所以 控制规程可分为三个阶段 数据链路建立传输数据 信息帧 数据链路拆除 释放 由 方式设置命令 成功握手建立数据链路 使两个站点能半双工 双工传输数据 当数据完成后 双方以 DISC UA 握手来拆除链路 建立 复合站 主站通过方式设置命令来请求另一复合站 从站建立数据链路 这些命令的作用是 通过对方请求数据链路的建立 指出通信方式 NRM ARM ABM 指出使用的序号位数 3bits 7bits 决定滑动窗口大小如果另一复合站 从站接受这一请求 那么它的 模块向主站返回 帧如果另一复合站 从站拒绝这一请求 那么它的 模块向主站返回 帧 数据传送 通过 帧进行传送用户数据 帧的序号从 开始 帧的N R 和N S 段用于支持流量控制和差错控制的序号 拆除 连接中的任一方HDLC模块都可以启动