3.2 使用点对点信道的数据链路层 使用点对点信道的数据链路层 点对点协议 PPP PPP 协议的特点 PPP 协议的帧格式 PPP 协议的工作状态

3.2.1 点对点信道的数据链路层的简单 模型 局域网广域网 主机 H 1 主机 H 2 路由器 R 1 路由器 R 2 路由器 R 3 电话网 局域网 主机 H 1 向 H 2 发送数据 链路层 应用层 运输层 网络层 物理层 链路层 应用层 运输层 网络层 物理层 链路层 网络层 物理层 链路层 网络层 物理层 链路层 网络层 物理层 R1R1 R2R2 R3R3 H1H1 H2H2 从层次上来看数据的流动

数据链路层的简单模型 ( 续） 局域网广域网 主机 H 1 主机 H 2 路由器 R 1 路由器 R 2 路由器 R 3 电话网 局域网 主机 H 1 向 H 2 发送数据 链路层 应用层 运输层 网络层 物理层 链路层 应用层 运输层 网络层 物理层 链路层 网络层 物理层 链路层 网络层 物理层 链路层 网络层 物理层 R1R1 R2R2 R3R3 H1H1 H2H2 仅从数据链路层观察帧的流动

数据链路层像个数字管道 常常在两个对等的数据链路层之间画出 一个数字管道，而在这条数字管道上传 输的数据单位是帧。 早期的数据通信协议曾叫作通信规程 (procedure) 。因此在数据链路层，规程 和协议是同义语。 结点 帧帧

3.2.1 点对点协议 PPP PPP 协议的特点 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) 。 用户使用拨号电话线接入因特网时，一 般都是使用 PPP 协议。

用户到 ISP 的链路使用 PPP 协议 用户用户 至因特网 已向因特网管理机构 申请到一批 IP 地址 ISP 接入网 PPP 协议

1. PPP 协议应满足的需求 简单 —— 这是首要的要求 封装成帧 透明性 多种网络层协议 多种类型链路 差错检测 检测连接状态 最大传送单元 网络层地址协商 数据压缩协商

2. PPP 协议不需要的功能 纠错 流量控制 序号 多点线路 半双工或单工链路

3. PPP 协议的组成 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] 。 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： 即帧格式。 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol) ： 用于建立 / 拆除数据链路连接、测试连接质 量、协商参数

网络控制协议 NCP (Network Control Protocol) ： 用于协商网络层选项，如动态分 配 IP 地址

PPP 协议的帧格式 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 ）。 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 。 PPP 是面向字节的，所有的 PPP 帧的 长度都是整数字节。

PPP 协议的帧格式 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 1211 字节 12 不超过 1500 字节 PPP 帧 先发送 7EFF03 F A C FCS F 7E 协议 信 息 部 分 首部尾部

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。

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，

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

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。

不提供使用序号和确认的可靠传输 PPP 协议之所以不使用序号和确认机制是 出于以下的考虑： 在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比 较简单的 PPP 协议较为合理。 在因特网环境下， PPP 的信息字段放入的数 据是 IP 数据报。数据链路层的可靠传输并不 能够保证网络层的传输也是可靠的。 帧检验序列 FCS 字段可保证无差错接受。

PPP 协议的工作状态 ( 过程 )  当用户呼叫 ISP ， PC 首先通过 MODEM 呼叫提供者的路由器。在 路由器的 MODEM 回应后即建立了一条物理连接。  PC 在一个或多个 PPP 帧的载荷段中发送一系列的 LCP 分组给路 由器。这些分组以及对它们的响应负责选择要使用的 PPP 参数。  发送一系列的 NCP 分组来配置网络层。 IP 的 NCP 给新入的 PC 机 动态地分配 IP 地址。 4. 此时 PC 已经是一台 Internet 主机了，它可以发送和接收 IP 分组。 5. 当用户通信结束时， NCP 又被用来拆除网络层连接，并释放 IP 地址。 6.LCP 关闭数据链路层连接，物理层连接被释放。 如链路上的最 大帧长、所使 用的鉴别协议、 不使用 PPP 帧中 的地址与控制 字段等、鉴别 口令

设备之间无链路 链路静止 链路建立 鉴别 网络层协议 链路打开 链路终止 物理链路 LCP 链路 已鉴别的 LCP 链路 和 NCP 链路 已鉴别的 LCP 链路 和 NCP 链路 物理层连接建立 LCP 配置协商 鉴别成功或无需鉴别 NCP 配置协商 链路故障或 关闭请求 LCP 链路 终止 鉴别失败 LCP 配置 协商失败

补充：面向比特的链路控制规程 HDLC 1 HDLC 协议概述 1974 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 。 一个在同步网上传输 数据、面向 比特的数据链路层协议 。 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 ) 。

2 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。 比特 888 可变 168 信息 Info 标志 F 标志 F 地址 A 控制 C 帧检验序列 FCS 透明传输区间 FCS 检验区间

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。

零比特的填充与删除 数据中某一段比特组合恰好 出现和 F 字段一样的情况 会被误认为是 F 字段 发送端在 5 个连 1 之后 填入 0 比特再发送出去 填入 0 比特 在接收端将 5 个连 1 之后 的 0 比特删除，恢复原样 在此位置删除填入的 0 比特

透明传输 采用零比特填充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。

其他字段 地址字段 A 是 8 bit 。 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。