数据链路层的协议分析

Posted 2020-08-09

    众所周知，在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。数据链路的建立、拆除、对数据的检错，纠错是数据链路层的基本任务。   

    局域网(LAN)是在一个小的范围内，将分散的独立计算机系统互联起来，实现资源的共享和数据通信。局域网的技术要素包括了体系结构和标准、传输媒体、拓扑结构、数据编码、媒体访问控制和逻辑链路控制等，其中主要的技术是传输媒体、拓扑结构和媒体访问控制方法。局域网的主要的特点是：地理分布范围小、数据传输速率高、误码率低和协议简单等。

    在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。数据链路的建立、拆除、对数据的检错，纠错是数据链路层的基本任务。

    在数据链路层主要是负责传输数据，有很多种协议，用的最多的是局域网中的以太网协议，和广域网中的PPP协议，HDLC协议。

    以太网协议

    以太网是目前使用最广泛的局域网技术。由于其简单、成本低、可扩展性强、与IP网能够很好地结合等特点，以太网技术的应用正从企业内部网络向公用电信网领域迈进。以太网接入是指将以太网技术与综合布线相结合，作为公用电信网的接入网，直接向用户提供基于IP的多种业务的传送通道。以太网技术的实质是一种二层的媒质访问控制技术，可以在五类线上传送，也可以与其它接入媒质相结合，形成多种宽带接入技术。以太网与电话铜缆上的VDSL相结合，形成EoVDSL技术；与无源光网络相结合，产生EPON技术；在无线环境中，发展为WLAN技术。以太网技术由于其简单、低成本、易扩展的优势，在用户桌面系统和企业内部网络已非常普及，随着技术的发展创新，其应用领域正逐步向接入网、城域网、甚至广域网/骨干网方面拓展，形成基于IP/Ethernet的端到端无缝连接。

    广域网中的PPP协议

    点对点协议（PPP）为在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法。PPP 最初设计是为两个对等节点之间的 IP 流量传输提供一种封装协议。在 TCP-IP 协议集中它是一种用来同步调制连接的数据链路层协议（OSI 模式中的第二层），替代了原来非标准的第二层协议，即 SLIP。除了 IP 以外 PPP 还可以携带其它协议，包括 DECnet 和 Novell 的 Internet 网包交换（IPX）。PPP采用7EH作为一帧的开始和结束标志（F）；其中地址域（A）和控制域（C）取固定值（A=FFH，C=03H） ；协议域（两个字节）取0021H表示IP分组，取8021H表示网络控制数据，取C021H表示链路控制数据；帧校验域（FCS）也为两个字节，它用于对信息域的校验。若信息域中出现7EH，则转换为（7DH，5EH）两个字符。当信息域出现7DH时，则转换为（7DH，5DH）。当信息流中出现ASCII码的控制字符（即小于20H），即在该字符前加入一个7DH字符。

     HDLC协议

    面向比特的同步协议：High Level Data Link Control（高级数据链路控制规程）。 HDLC是面向比特的数据链路控制协议的典型代表，该协议不依赖于任何一种字符编码集；数据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现；全双工通信，有较高的数据链路传输效率；所有帧采用CRC检验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重发，传输可靠性高；传输控制功能与处理功能分离，具有较大灵活性。

     Etherne II
报头8    目标地址6    源地址6    以太类型2    有效负载46－1500    帧检验序列4
报头：8个字节，前7个0，1交替的字节（10101010）用来同步接收站，一个1010101011字节指出帧的开始位置。报头提供接收器同步和帧定界服务。
目标地址：6个字节，单播、多播或者广播。单播地址也叫个人、物理、硬件或MAC地址。广播地址全为1，0xFF FF FF FF。
源地址：6个字节。指出发送节点的单点广播地址。
以太类型：2个字节，用来指出以太网帧内所含的上层协议。即帧格式的协议标识符。对于IP报文来说，该字段值是0x0800。对于ARP信息来说，以太类型字段的值是0x0806。
有效负载：由一个上层协议的协议数据单元PDU构成。可以发送的最大有效负载是1500字节。由于以太网的冲突检测特性，有效负载至少是46个字节。如果上层协议数据单元长度少于46个字节，必须增补到46个字节。
帧检验序列：4个字节。验证比特完整性。