数据链路层的几种协议

    计算机网络在现在生活中越来越重要，所以我们学习网络知识也就非常必要。网络通信分为学习研究的方便分为5层，即：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。

     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。

     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。

HDLC帧格式

帧信息的分段

SDLC/HDLC的一帧信息包括以下几个场(Field)，所有场都是从最低有效位开始传送。

1. SDLC/HDLC标志字符

SDLC/HDLC协议规定，所有信息传输必须以一个标志字符开始，且以同一个字符结束。这个标志字符是01111110，称标志场(F)。从开始标志到结束标志之间构成一个完整的信息单位，称为一帧(Frame)。所有的信息是以帧的形式传输的，而标志字符提供了每一帧的边界。接收端可以通过搜索"01111110"来探知帧的开头和结束，以此建立帧同步。

PPP协议有三个组成部分：

（1）一个将IP数据报封到串行链路的方法。PPP既支持异步链路（无奇偶校验的8比特数据），也支持面向比特的同步链路。

（2）一个用来建立、配置和测试数据链路的链路控制协议LCP（Link Control Protocol）。通信的双方可协商一些选项。在[RFC 1661]中定义了11种类型的LCP分组。

（3）一套网络控制协议NCP（Network Control Protocol），支持不同的网络层协议，如IP、OSI的网络层、DECnet、AppleTalk等。

二、PPP帧格式

PPP帧格式和HDLC帧格式相似，如图1所示。二者主要区别：PPP是面向字符的，而HDLC是面向位的。

图1 PPP帧格式

    可以看出，PPP帧的前3个字段和最后两个字段与HDLC的格式是一样的。标志字段F为0x7E（0x表示7E），但地址字段A和控制字段C都是固定不变的，分别为0xFF、0x03。PPP协议不是面向比特的，因而所有的PPP帧长度都是整数个字节。

    与HDLC不同的是多了2个字节的协议字段。协议字段不同，后面的信息字段类型就不同。如：

0x0021——信息字段是IP数据报

0xC021——信息字段是链路控制数据LCP

0x8021——信息字段是网络控制数据NCP

0xC023——信息字段是安全性认证PAP

0xC025——信息字段是LQR

0xC223——信息字段是安全性认证CHAP

    当信息字段中出现和标志字段一样的比特0x7E时，就必须采取一些措施。因PPP协议是面向字符型的，所以它不能采用HDLC所使用的零比特插入法，而是使用一种特殊的字符填充。具体的做法是将信息字段中出现的每一个0x7E字节转变成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2字节序列（0x7D，0x5D）。若信息字段中出现ASCII码的控制字符，则在该字符前面要加入一个0x7D字节。这样做的目的是防止这些表面上的ASCII码控制字符被错误地解释为控制字符。

三、PPP链路工作过程

当用户拨号接入ISP时，路由器的调制解调器对拨号做出应答，并建立一条物理连接。这时PC机向路由器发送一系列的LCP分组（封装成多个PPP帧）。这些分组及其响应选择了将要使用的一些PPP参数，接着就进行网络层培植，NCP给新接入的PC机分配一个临时的IP地址，这样PC机就成为Internet上一个主机了。

当用户通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。接着LCP释放数据链路层连接，最后释放的是物理层的连接。

上述过程可用图2来描述。

图2 PPP协议过程状态图

当线路处于静止状态时，并不存在物理层的连接。当检测到调制解调器的载波信号，并建立物理层连接后，线路就进入建立状态，这时LCP开始协商一些选项。协商结束后就进入鉴别状态。若通信的双方鉴别身份成功，则进入网络状态。NCP配置网络蹭，分配IP地址，然后就进入可进行数据通信的打开状态。数据传输结束后就转到终止状态。载波停止后则回到静止状态。