第4章 物理层与数据链路层

1．HDLC协议工作方式 HDLC协议工作方式 （1）按工作站性质分类共有三种。 按工作站性质分类共有三种。
主站（ ） 主站（P） 次站（ ） 次站（S） 复合站（ ） 复合站（C）
（2）按结构分类共有两种。 按结构分类共有两种。
非平衡型 平衡型
（3）按传输的响应方式分类共有两种。 按传输的响应方式分类共有两种。
4.1 物理层的功能和特性
1．物理层的功能 ．
物理层的主要功能就是为它的服务用 户即数据链路层的实体在具体的传输介质 上提供发送或接收比特流的能力。 上提供发送或接收比特流的能力。
目前， 目前，可供计算机网络使用的物理设 备和传输媒体种类很多，特性各异， 备和传输媒体种类很多，特性各异，物理 层的作用就在于要屏蔽这些差异， 层的作用就在于要屏蔽这些差异，使得数 据链路层不必去考虑物理设备和传输介质 的具体特性， 的具体特性，而只要考虑完成本层的协议 和服务。 和服务。
4.2.4
规程特性
DTE/DCE标准接口的规程特性规定了 标准接口的规程特性规定了 DTE/DCE接口各信号线之间的相互关系， 接口各信号线之间的相互关系， 接口各信号线之间的相互关系 动作顺序以及维护测试操作等内容。 动作顺序以及维护测试操作等内容。
4.2.5 常用的物理层标准
常用的物理层接口标准有以下几种。 常用的物理层接口标准有以下几种。
驱动器输出电平（无负载） 驱动器通断时的输出阻抗 输出短路电流 驱动器转换速率 接收器输入阻抗 接收器输入电压允许范围 接收器输出（输入开路时） 接收器输出（输入经300Ω接地） 接收器输出（+3V输入） 接收器输出（?3V输入） 最大负载电容
DTE 1 2 3 4 5 8 7 6 20 (a) 远程连接
HDLC用来检查收 发信息的顺序编号， 用来检查收/发信息的顺序编号 用来检查收 发信息的顺序编号， 避免重发、漏发、 避免重发、漏发、检查帧的同步传输以及 用来建立/拆除和新建立链路 拆除和新建立链路。 用来建立 拆除和新建立链路。 HDLC是面向比特的链路控制规程， 是面向比特的链路控制规程， 是面向比特的链路控制规程 其链路的监控功能是通过一定的比特组及 所表示的命令和响应来实现的。 所表示的命令和响应来实现的。
4.4.3 高级数据链路控制规程 （HDLC） ）
高级数据链路控制规程是一种灵活、 高级数据链路控制规程是一种灵活、 方便、高效率的传输控制规程。 方便、高效率的传输控制规程。它适应于 同步数据终端之间的数据传输。 同步数据终端之间的数据传输。 由于链路级传输的信息单位为帧， 由于链路级传输的信息单位为帧，有 时又将其称为帧级协议或HDLC链路层协 时又将其称为帧级协议或 链路层协 议。
4.4.1 停等协议
停等协议规定发送端每发送一帧数据 信息后， 信息后，必须停下来等待接收端返回应答 方能继续操作下去。 后，方能继续操作下去。停等协议就是由 于操作过程中的停等特点而得名的。 于操作过程中的停等特点而得名的。
4.4.2 ARQ协议 协议
停等协议之所以信道利用率不高， 停等协议之所以信道利用率不高，是因 为发送端在等待接收端返回应答帧时， 为发送端在等待接收端返回应答帧时，白白 地浪费了信道可利用的时间。 地浪费了信道可利用的时间。 为此，若使发送端在发送完一帧数据信 为此， 息之后，不是停下来等待对方的应答， 息之后，不是停下来等待对方的应答，而是 继续再发送若干帧， 继续再发送若干帧，这样就可有效地利用等 待时间，提高了整个通信的吞吐量。 待时间，提高了整个通信的吞吐量。 这就是连续ARQ协议工作原理的基本 这就是连续 协议工作原理的基本 点。
ACK0 ACK1 接收端 0 1 3 4 丢弃 (b) 数据帧丢失 tout 发送端 0 1 2 3 4 5 2 3 5 2
ACK2 ACK3 ACK4 3 4 送主机 5
送主机
4
5
6
× ACK0 ACK1 ACK 2 接收端 0 1 2 3 4 丢弃 (c) 应答帧丢失 5 2
ACK2 ACK3 ACK4 3 4 送主机 5
DCE 1 2 3 4 5 8 7 6 20
DTE 2 3 4 5 8 7 6 20 (b) 近程连接
DTE 2 3 4 5 8 7 6 20
RS-232图4.3 EIA RS-232-C接口的物理特性
4.3 数据链路层的基本概念 4.3.1 数据链路层概述
数据链路层是OSI参考模型中的第二 参考模型中的第二 数据链路层是 位于物理层与网络层之间。 层，位于物理层与网络层之间。数据链路 层最基本的功能是将物理层为传输原始比 特流而提供的可能出差错的物理链路改造 成为逻辑上无差错的数据链路。 成为逻辑上无差错的数据链路。
4.4 数据链路层协议
数据链路层的数据传输单位是帧， 数据链路层的数据传输单位是帧，数 据链路层协议是构造数据链路层帧的标准 和方法， 和方法，不同的数据链路层协议匹配着不 同的物理层标准及介质。 同的物理层标准及介质。 常见的数据链路层协议有停等协议、 常见的数据链路层协议有停等协议、 ARQ协议、高级数据链路控制规程 协议、 协议 高级数据链路控制规程HDLC 及点对点协议（ 及点对点协议（PPP）等。 ）
第4章 物理层与数据链路层
4.1
物理层的功能与特性
4.2
物理层接口特性 数据链路层的基本概念 数据链路层协议
4.3
4.4
【本章内容简介】本章主要介绍物理 本章内容简介】 层与数据链路层常用的协议标准， 层与数据链路层常用的协议标准，包括物 理层的功能特性，物理层的接口特性， 理层的功能特性，物理层的接口特性，数 据链路层的功能，数据链路层的停等协议、 据链路层的功能，数据链路层的停等协议、 ARQ协议、HDLC协议以及 协议、 协议以及PPP协议。 协议。 协议 协议以及 协议 本章重点难点】重点掌握HDLC协 【本章重点难点】重点掌握 协 议的工作原理， 协议原理及工作过程， 议的工作原理， PPP协议原理及工作过程， 协议原理及工作过程 PPP帧的封装方法。 帧的封装方法。 帧的封装方法
正常响应方式 异步响应方式
（4）按通信操作方式分类共有三种。 按通信操作方式分类共有三种。
正常响应方式（ 正常响应方式（NRM） ） 异步响应方式（ 异步响应方式（ARM） ） 异步平衡方式（ 异步平衡方式（ABM） ）
（5）按规程结构分类共有三种。 按规程结构分类共有三种。
UN：不平衡正常响应方式（由SNRM设 ：不平衡正常响应方式（ 设 置）。 UA：不平衡异步响应方式（由SAEM设 ：不平衡异步响应方式（ 设 置）。 BA：平衡型异步响应方式（由SABM设 ：平衡型异步响应方式（ 设 置）。
数据链路有时又称逻辑链路， 数据链路有时又称逻辑链路，它是指 发信节点与收信节点之间用于数据传输的 一条逻辑通路。 一条逻辑通路。
HOST
M 物理链路 数据链路
M
HOST
M 物理链路
M
HOST
数据链路
图4.4 物理链路与数据链路的区别
4.3.2 数据链路层的主要功能
（1）链路管理 （2）帧同步 （3）差错控制 （4）流量控制 （5）透明传输
2．物理层的特性
对物理层协议就不便利用OSI的术语 的术语 对物理层协议就不便利用 加以阐述， 加以阐述，而只能将物理层实现的主要功 能描述为与传输介质接口有关的四个特性： 能描述为与传输介质接口有关的四个特性： 即机械特性、电气特性、 即机械特性、电气特性、功能特性和规程 特性。物理层就是通过这四个特性的作用， 特性。物理层就是通过这四个特性的作用， 之间， 在DTE和DCE之间，实现了物理通路的连 和 之间 接。
DCE DTE
DCE DTE
DTE与DCE的连接 图4.1 DTE与DCE的连接
DTE/DCE接口是 接口是DTE与DCE之间的界 接口是 与 之间的界 面。 标准化的DTE/DCE接口包括以下四个 标准化的 接口包括以下四个 方面的特性。 方面的特性。
4.2.1 机械特性
标准中， 在ISO标准中，涉及 标准中 涉及DTE/DCE接口机 接口机 械特性的标准有以下几种。 械特性的标准有以下几种。 接口连接器。 ① ISO2110—25芯DTE/DCE接口连接器。 芯 接口连接器 连接器。 ② ISO2593连接器。 连接器 连接器。 ③ ISO4902连接器。 连接器 连接器。 ④ ISO4903连接器。 连接器
1．EIA RS-232-C和EIA-232-D ． 和 2．EIA RS-449，RS-422-A 和RS-423． ， A
表4.3
EIA RS-232-C的电气特性
驱动器输出电平（3kΩ～7kΩ） 逻辑0：+5V～+15V 逻辑1：?5V～?15V ?25V～+25V ＞300Ω ＜0.5A ＜30V/µs 3kΩ～7kΩ ?25V～+25V 逻辑1 逻辑1 逻辑0 逻辑1 2500pF
表 4.1 电话网接口电气特性的规定
发 送 电 平 接收电平 阻抗 平衡特性 ≤0dBm ? 5dBm～35dBm 600Ω 平衡输入输出
表4.2
ITU-T 建议 V.28 V.10/X.26 V.11/X.27
ITU-T V/X 系列有关建议的某些电气特性
“1”信号电平（负） ?3V～?15V（对地） ?4V～?6V（对地） ?2V～?6V（对地） “1”信号电平（负） +3V～+15V（对地） +4V～+6V（对地） +2V～+6V（对地） 速率范围 ≤20kbit/s ≤300kbit/s ≤10kbit/s
4.2 物理层接口特性
物理层协议实际上是DTE和DCE之间 和 物理层协议实际上是 之间 的一组约定。这组约定规定了DTE与DCE 的一组约定。这组约定规定了 与 之间标准接口的机械特性、电气特性、 之间标准接口的机械特性、电气特性、功 能特性和规程特性。 能特性和规程特性。