數據鏈路層的幾種協議

    計算機網絡在現在生活中越來越重要，所以我們學習網絡知識也就非常必要。網絡通信分為學習研究的方便分為5層，即：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層。

     在數據鏈路層主要是負責傳輸數據，有很多種協議，用的最多的是局域網中的以太網協議，和廣域網中的PPP協議，HDLC協議。

     Etherne II
報頭8    目標地址6    源地址6    以太類型2    有效負載46－1500    幀檢驗序列4

報頭：8個字節，前7個0，1交替的字節（10101010）用來同步接收站，一個1010101011字節指出幀的開始位置。報頭提供接收器同步和幀定界服務。
目標地址：6個字節，單播、多播或者廣播。單播地址也叫個人、物理、硬件或MAC地址。廣播地址全為1，0xFF FF FF FF。
源地址：6個字節。指出發送節點的單點廣播地址。
以太類型：2個字節，用來指出以太網幀內所含的上層協議。即幀格式的協議標識符。對于IP報文來說，該字段值是0x0800。對于ARP信息來說，以太類型字段的值是0x0806。
有效負載：由一個上層協議的協議數據單元PDU構成。可以發送的最大有效負載是1500字節。由于以太網的沖突檢測特性，有效負載至少是46個字節。如果上層協議數據單元長度少于46個字節，必須增補到46個字節。
幀檢驗序列：4個字節。驗證比特完整性。

HDLC幀格式

幀信息的分段

SDLC/HDLC的一幀信息包括以下幾個場(Field)，所有場都是從最低有效位開始傳送。

1. SDLC/HDLC標志字符

SDLC/HDLC協議規定，所有信息傳輸必須以一個標志字符開始，且以同一個字符結束。這個標志字符是01111110，稱標志場(F)。從開始標志到結束標志之間構成一個完整的信息單位，稱為一幀(Frame)。所有的信息是以幀的形式傳輸的，而標志字符提供了每一幀的邊界。接收端可以通過搜索"01111110"來探知幀的開頭和結束，以此建立幀同步。

PPP協議有三個組成部分：

（1）一個將IP數據報封到串行鏈路的方法。PPP既支持異步鏈路（無奇偶校驗的8比特數據），也支持面向比特的同步鏈路。

（2）一個用來建立、配置和測試數據鏈路的鏈路控制協議LCP（Link Control Protocol）。通信的雙方可協商一些選項。在[RFC 1661]中定義了11種類型的LCP分組。

（3）一套網絡控制協議NCP（Network Control Protocol），支持不同的網絡層協議，如IP、OSI的網絡層、DECnet、AppleTalk等。

二、PPP幀格式

PPP幀格式和HDLC幀格式相似，如圖1所示。二者主要區別：PPP是面向字符的，而HDLC是面向位的。

圖1 PPP幀格式

    可以看出，PPP幀的前3個字段和最后兩個字段與HDLC的格式是一樣的。標志字段F為0x7E（0x表示7E），但地址字段A和控制字段C都是固定不變的，分別為0xFF、0x03。PPP協議不是面向比特的，因而所有的PPP幀長度都是整數個字節。

    與HDLC不同的是多了2個字節的協議字段。協議字段不同，后面的信息字段類型就不同。如：

0x0021——信息字段是IP數據報

0xC021——信息字段是鏈路控制數據LCP

0x8021——信息字段是網絡控制數據NCP

0xC023——信息字段是安全性認證PAP

0xC025——信息字段是LQR

0xC223——信息字段是安全性認證CHAP

    當信息字段中出現和標志字段一樣的比特0x7E時，就必須采取一些措施。因PPP協議是面向字符型的，所以它不能采用HDLC所使用的零比特插入法，而是使用一種特殊的字符填充。具體的做法是將信息字段中出現的每一個0x7E字節轉變成2字節序列（0x7D，0x5E）。若信息字段中出現一個0x7D的字節，則將其轉變成2字節序列（0x7D，0x5D）。若信息字段中出現ASCII碼的控制字符，則在該字符前面要加入一個0x7D字節。這樣做的目的是防止這些表面上的ASCII碼控制字符被錯誤地解釋為控制字符。

三、PPP鏈路工作過程

當用戶撥號接入ISP時，路由器的調制解調器對撥號做出應答，并建立一條物理連接。這時PC機向路由器發送一系列的LCP分組（封裝成多個PPP幀）。這些分組及其響應選擇了將要使用的一些PPP參數，接著就進行網絡層培植，NCP給新接入的PC機分配一個臨時的IP地址，這樣PC機就成為Internet上一個主機了。

當用戶通信完畢時，NCP釋放網絡層連接，收回原來分配出去的IP地址。接著LCP釋放數據鏈路層連接，最后釋放的是物理層的連接。

上述過程可用圖2來描述。

圖2 PPP協議過程狀態圖

當線路處于靜止狀態時，并不存在物理層的連接。當檢測到調制解調器的載波信號，并建立物理層連接后，線路就進入建立狀態，這時LCP開始協商一些選項。協商結束后就進入鑒別狀態。若通信的雙方鑒別身份成功，則進入網絡狀態。NCP配置網絡蹭，分配IP地址，然后就進入可進行數據通信的打開狀態。數據傳輸結束后就轉到終止狀態。載波停止后則回到靜止狀態。