考点六：广域网中的数据链路层
1.广域网的引入
局域网的范围相对比较小，那么要实现跨洲际的传输，就需要广域网技术。广域网通常是指覆盖范围很广（远远超出一个城市的范围）的长距离网络。广域网由节点交换机以及连接这些交换机的链路组成。节点交换机完成分组存储转发的功能。虽然节点交换机和路由器都是用来转发分组的，工作原理也类似，但区别是节点交换机在单个网络中转发分组，而路由器是在多个网络构成的互联网中转发分组。广域网协议有PPP和HDLC协议，但是HDLC协议在2022年大纲中删去了，我们只需要学习PPP协议就可以了。广域网和局域网的对比如表3-9所示。
表3-9 广域网和局域网的对比
2.PPP协议
（1）PPP协议的基本组成。
广域网协议的数据链路层使用最多的协议是点对点协议（Point to Point Protocol，PPP）。用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都使用PPP协议。PPP协议主要由以下3个部分组成：
①一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
②一个链路控制协议（Link Control Protocol，LCP），用于建立、配置和测试数据链路连接，并在不需要时将它们释放。
③一套网络控制协议（Network Control Protocol，NCP），每个协议支持不同的网络层协议，用来建立和配置不同的网络层协议。
（2）PPP协议的帧格式。
PPP协议也有自己的帧格式，PPP协议的帧格式如图3-24所示。
①标志字段（F）：首部和尾部各占1字节，规定为0x7E，前后都加标志字段。
②地址字段（A）：占1字节，规定为0xFF。
③控制字段（C）：占1字节，规定为0x03。
④协议字段：占2字节。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。
图3-24 PPP协议的帧格式
⑤信息部分：占0～1500字节。为什么不是46～1500字节呢？因为PPP是点对点的，并不是总线型，所以无须采用CSMA/CD协议，自然就没有最短帧。另外，当数据部分出现和标志位一样的比特组合时，就需要采用一些措施来实现透明传输。
⑥帧检验序列（FCS）：占2字节，即循环冗余码检验中的冗余码。检验区间包括地址字段、控制字段、协议字段和信息字段。
（3）PPP协议的透明传输。
PPP协议以0x7E作为PPP帧的开头和结尾，但是当信息字段中出现和标志字段一样的比特(0x7E)组合时，就必须采取一些措施使这种形式上与标志字段一样的比特组合不出现在信息字段中。
当PPP协议用在异步传输链路时，它把转义符定义为0x7D(01111101)，并使用字节填充，且规定了如下所述的填充方法（请注意，这种方法是默认方法）。
①把信息字段中出现的每个0x7E字节转变成为2字节序列(0x7D、0x5E)。
②若信息字段中出现一个0x7D字节（出现了与转义字符一样的比特组合），则把0x7D转变成为2字节序列(0x7D、0x5D)。
由于在发送端进行了字节填充，因此在链路上传送的信息字节数就超过了原来的信息字节数。但接收端在收到数据后再进行与发送端字节填充相反的变换，就可以正确地恢复出原来的信息。
当PPP协议用在同步传输链路时（一连串的比特连续传送），协议规定采用零比特填充方法来实现透明传输（图3-25）。
图3-25 零比特填充方法
零比特填充的具体做法如下：
①在发送端，先扫描整个信息字段（通常用硬件实现，但也可用软件实现，只是会慢些)；只要发现有5个连续1，则立即填入一个0，因此经过这种零比特填充后的数据，就可以保证在信息字段中不会出现6个连续1。
②接收端在收到一个帧时，先找到标志字段F以确定一个帧的边界，接着用硬件对其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，以还原成原来的信息比特流。
这样就保证了透明传输：在所传送的数据比特流中可以传送任意组合的比特流，而不会引起对帧边界的错误判断。
（4）PPP协议的特点。
①PPP协议是一个面向字节的协议。
②PPP协议是点对点协议，支持一对一通信。
③PPP协议不需要的功能包括纠错（PPP只负责检错）、流量控制、序号、多点线路、半双工或单工。
④PPP协议只支持全双工链路。
⑤当PPP协议用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（与HDLC的做法一样）。当PPP协议用在异步传输链路时，就使用一种特殊的字符填充法。
【政哥点拨】
1.PPP协议在异步传输时采用的组帧方式是( )。
A．字符计数法 B.字符填充法 C．位填充法 D.物理层编码违例法
解析 B 本题考查PPP协议在异步传输时的组帧方式。PPP协议是面向字节的协议,异步传输时采用的组帧方式是字符填充法。
2.PPP协议使用同步数据传输技术传送比特串0110111111111101,则经过零比特填充后变成( )的比特串。
A.011011111011111001 B.011011111111111101
C.011011111011111000 D.011011111111111101
解析 A 本题考查PPP协议的比特填充法。用零比特填充法,遇到5个连续的“1”,则在后面填充一个“0”,故而传输比特串为0110111111111101,该比特串有两处需要填充,填充后形成：011011111011111001,即011011111011111001。故而,选择A项。
政哥应试提醒：本考点内容相对较少，重点需要掌握好PPP协议的特点和透明传输的实现。
难度系数：★
牛刀小试
1.广域网一般采用网状拓扑构型,该构型的系统可靠性高,但是结构复杂。为了实现正确的传输必须采用( )。
Ⅰ.光纤传输技术 Ⅱ．路由选择算法 Ⅲ．无线通信技术 Ⅳ.流量控制方法
A.Ⅰ和Ⅱ B.Ⅰ和Ⅲ C.Ⅱ和Ⅳ D.Ⅲ和Ⅳ
2.广域网覆盖的地理范围从几十千米到几千千米。它的通信子网主要使用( )。
A.报文交换技术 B.分组交换技术 C.文件交换技术 D.电路交换技术
3.下列关于PPP协议的叙述中,错误的是( )。
A.帧中的标志字段用于帧的定界 B.帧中的地址字段表示目的地址
C.帧的长度都是整数字节的 D.不使用序号和确认来实现可靠数据传输
4．局域网与广域网、广域网与广域网的互联是通过哪种网络设备实现的?( )
A.服务器 B.网桥 C.路由器 D.交换机
牛刀小试解析
1.C 解析 本题考查网状拓扑结构。网状拓扑节点之间的连接是任意的,可靠性高,结构复杂,广域网基本上都采用这种构型。
网状拓扑的优点是系统可靠性高,但是结构复杂,必须采用路由选择算法与流量控制方法来实现正确的传输。目前实际存在和使用的广域网基本上都是采用网状拓扑构型。
2.B 解析 本题考查广域网的通信子网采用的数据交换技术。广域网的通信子网主要使用分组交换技术,将分布在不同地区的局域网或计算机系统互联起来,达到资源共享的目的。
3.B 解析 标志字段为01111110的比特模式,用于标志帧的起始和前一帧的终止。标志字段也可以作为帧与帧之间的填充字符。
地址字段A也是8比特。在使用非平衡方式传送数据时,地址字段总是写入次站的地址。但在平衡方式时(采用ABM),地址字段总是填入应答站的地址。
4.C 解析 网桥和交换机都不能实现异构网络互联,服务器不是网络连接的设备。路由器是我们常提到的实现异构网络互联的设备。所以,本题选择C项。