概述

数据链路层检测和校正物理层中可能发生的错误，从而为网络节点之间提供可靠的数据传输。数据链路层的主要任务是创建和管理数据帧，其通常被细分为2个子层:逻辑链路控制(LLC)子层和介质访问控制(MAC)子层。逻辑链路控制子层为网络层定义服务，而介质访问控制子层定义多个节点如何分享通信介质。

数据链路层规范包括:

1. 数据链路层为网络层提供的服务。这些服务构成了一个数据链路层要求的黑盒模型。

2. 逻辑链路控制子层的要求包括:HART帧格式、HART设备地址结构、用于信息完整性的安全服务和错误检测代码。

3. 介质访问控制子层定义的规则确保了众多设备都能有序地发送数据。换句话说，介质访问子层规定了设备什么时候被允许发送一个数据

4. 满足介质访问控制子层正确操作的实际时间值。这些实际时间值直接反应了些物理层性能特征(如信道评估时间、发送/接收状态机转换时间)。

数据链路层服务

· 报文服务原语

报文服务原语提供了支持设备间基本数据传输的服务。数据链路层也必须允许报文队列。协议也支持自动重传以确保准确的数据交换。

1.发送服务原语

TRANSMIT.request(handle, payload, priority, timeout, graph)，设备的网络层使用此服务原语，将数据传输到另一台设备

TRANSMIT.confirm(handle,localStatus)，该服务原语传达之前发出的请求的结果。

TRANSMlT.indicate(localStaus, priority, sourceAddress, payload)，该服务原语由数据链路层调用，以通知网络层已成功接收了寻址到设备的有效载荷。

FLUSH.request(handle)，删除指定的数据包。

FLUSH.confirm(handle,localStatus)，表示数据包是否删除以及何时被删除。

2.网络事件服务原语

PATH FAILUER.indicate(localStaus, SourceAddress)，通知与此设备连接的另一台设备的路径已失效。

ADVERTISE.indicate(localStatus, AdvertisePayload)，此服务原语在接收到广告包时产生。

NElGHBOR.indicate(localStatus, souceAddress, packetRSL)，每当设备从未列在邻居表中的设备接收数据包时，应生产此服务原语。

3.接收服务原语

RECEIVE.indicate(localStatus, packetRSL, payloadDLPDU)，该服务原语表示收到了一个未寻找到该设备的帧。

· 管理服务原语

管理服务原语即可用于配置数据链路层，也可以用于访问数据链路层的统计信。

LOCAL_MANAGEMENT.request(service,[data])，此服务用于配置数据链路层属性。

LOCAL_MANAGEMENT.confirm(service,status, [data])，该服务用于返回之前请求的结果。

LOCAL_MANAGEMENT.indicate(service,status,[data])，该服务用于向 LOCAL MANAGEMENT通知未请求的MAC子层事件。

逻辑链路控制

· DLPDU

每个数据链路层数据报文(DLPUD)都包含以下一些字段

· 定值为0x41的单字节

· 1个字节的地址说明符

· 1个字节的序列号

· 2个字节的网络号

· 2个字节或8个字节长度的目标地址和源地址

· 1个字节的DLPDU说明符

· 数据链路层载荷

· 4个字节的消息完整性代码(MIC)

· 2个字节的CRC校验

图1 DLPDU帧结构

1.DLPDU分类符

DLPDU分类符规定了优先级、报文类型、是否使用网络密钥或公共密钥认证报。

图2 DLPDU分类符定义

2.加密的消息完整性代码

加密的消息完整性代码(MIC)用于数据链路层的DLPDU认证。设备仅响应通过认证的单播和非确认DLPDU。

· DLPDU优先级和流控制

DLPDU分类符定义了4种优先级。具有最高命令优先级的网络管理数据报文总是优先被传送，以便网络管理器维护网络的运作。为了防止报警泛滥破坏网络的运行，报警报文在网络中的流动被进行了严格的限制。由于报警总是以时间标记，所以相关信息(如故障时序)不会丢失。最后，当缓冲空间和网络带宽允许时，所有其他网络数据都可以在网络中流通。在这些网络流量中，过程数据有一定的优先级。过程操作和控制的优先级仅次于防止网络通信中断操作的优先级。

· 错误检测代码和安全

加密的MIC用于确保DLPDU来源于一个被授权和认证过的设备。DLPDU本身是不加密的，但是它的内容是通过MIC来认证的。

公共密钥和网络密钥是数据链路层的2种密钥。公共密钥用于广播和新设备入网的时候使用，而网络密钥用于所有其他的数据交换。

介质访问控制

介质访问控制子层的主要目标是维护时隙同步、识别出必须被服务的时隙、侦听来自于邻居设备的数据、相应地将网络层传递来的数据转发出去。

· 时隙

时隙内的所有操作都需要满足规定的时间要求。下图所示为一个通信时隙，同时也概述了时隙内通信的事务时序。

图3 通信时隙

表1 时隙内通信的时序符号

· 通信表和缓冲区

所有设备都维护着一系列通信表。这些通信表用于控制所有设备的通信和收集这些通信的统计信息。此外，数据报文在接收、处理和转发的过程中可能需要被缓冲起来。

控制通信行为的表包括:

1. 超帧表: 网络管理器可能配置多个超帧。

2. 链路表: 与某个设备相关的所有链路的列表。超帧中的每个链路都被配置成用来与某个特殊邻居设备通信，或者广播给所有在这个链路中处于侦听状态的设备。

3. 邻居表:  邻居表是某个设备所有邻居设备的列表。

4. 图表: 图用于源设备到目标设备之间的数据包路由。设备并不知道整个路由路径。然而，图指明了下一跳目标设备，这样数据就可被依次传递至最终目标设备，

· 链路调度

所有设备都必须维护一个链路调度以识别下一个时隙所对应的服务。时隙所对应的服务既包括侦听一个新数据包，又包括通过网状网络转发一个数据包。当一个时隙同时要被用于发送一个数据包和接收一个数据包的时候，发送数据包比接收数据包的优先级高。

链路调度表面上看起来简单。然而，由于事务优先级、链路变换、超帧的使能或不使能等诸多原因，链路调度实际上很复杂。每个影响链路调度的事件都可能会引起大范围的链路重新分配。

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