2.3　数据链路层

数据链路层位于网络结构的第二层（Layer2），包含MAC子层、RLC子层和PDCP子层等。下面主要介绍MAC子层、RLC子层和PDCP子层的主要功能。

2.3.1　MAC子层

MAC子层是调度和控制物理层工作的，其工作内容涉及冗余版本的选择、信道编码与解码、交织、速率适配、数据调制与解调、资源分配对应的映射与解映射、功率分配、天线映射等。MAC子层的控制功能贯穿了整个物理层的工作过程，具体功能包括：

（1）逻辑信道与传输信道之间的映射。

（2）将来自于一个或多个逻辑信道的业务数据单元（Service Data Unit，SDU）复用到一个传输块（Transport Block，TB），通过传输信道发送到物理层。

（3）将物理层通过传输信道传送来的传输块（TB）中的一个或多个逻辑信道的MAC业务数据单元解复用。

（4）调度信息上报。

（5）通过HARQ进行纠错。

（6）通过动态调度进行UE间的优先级处理。

（7）同一UE的逻辑信道间的优先级处理。

（8）逻辑信道优先级排序。

（9）传输格式选择。

2.3.2　RLC子层

RLC子层位于PDCP子层和MAC子层之间，为用户数据和控制数据提供分段和重传。它通过业务接入点（Service Access Point，SAP）与PDCP子层进行通信，并通过逻辑信道与MAC子层进行通信。每个UE的每个逻辑信道都有一个RLC实体，RLC实体从PDCP子层接收到的数据或发往PDCP子层的数据被称作RLC业务数据单元（Service Data Unit，SDU）。RLC实体从MAC层接收到的数据或发往MAC子层的数据被称作RLC协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）。

在RLC协议中，进入每个子层但未被处理的数据称为SDU，经过子层处理后形成特定格式的数据被称为PDU。因此，本层形成的PDU即为下一层的SDU，其中发生了分段／重组、级联、填充的过程。例如，RLC的SDU就是来自上层PDCP的PDU，而RLC发往MAC的PDU就是MAC的SDU。简单来说，PDU就是SDU在RLC层的承载，SDU被封装后就变成了PDU。

RLC子层的功能是由RLC实体来实现的，每个RLC实体由RRC根据业务类型配置成以下三种模式之一：

（1）透明模式（Transparent Mode，TM）。RLC实体在TM模式下只提供数据的透传（pass through）功能，发送实体在高层数据上不添加任何额外控制协议开销，仅根据业务类型决定是否进行分段操作。接收实体接收到的PDU如果出现错误，则根据配置，在错误标记后递交或者直接丢弃并向高层报告。实时语音业务通常采用RLC透明模式。

（2）非确认模式（Unacknowledged Mode，UM）。RLC实体在UM模式下提供除重传和重分段外的所有RLC功能，发送实体在高层PDU上添加必要的控制协议开销，然后进行传送但并不保证传递到对等实体，且没有使用重传协议。接收实体对所接收到的错误数据标记为错误后递交，或者直接丢弃并向高层报告。UM模式下提供了一种不可靠的传输服务，该模式的典型业务应用有小区广播和IP电话。

（3）确认模式（Acknowledged Mode，AM）。RLC实体在该模式下，通过出错检测和重传，提供可靠的传输服务。发送侧在高层数据上添加必要的控制协议开销后进行传送，并保证传递到对等实体。因为具有ARQ功能，如果RLC接收到错误的RLC PDU，就通知发送方的RLC重传这个PDU。AM模式是分组数据传输的标准模式，常见的应用有互联网浏览和电子邮件下载。

RLC主要负责以下功能：

（1）分段／串联和重组RLC SDU（只适用于UM和AM模式）。RLC PDU的大小是由MAC层指定的，其大小通常并不等于RLC SDU的大小，所以在发送端需要分段／串联RLC SDU以便其匹配MAC层指定的大小。相应地，在接收端需要对之前分段的RLC SDU进行重组，以便恢复出原来的RLC SDU并按序递送给上层。

（2）通过ARQ来进行纠错（只适用于AM模式）。MAC层的HARQ机制的目标在于实现快速重传，其反馈出错率在1%左右。对于某些对出错概率要求更高的业务，如TCP传输等，RLC层的重传处理能够进一步降低反馈出错率。

（3）对RLC数据PDU进行重排序（只适用于UM和AM模式）。MAC层的HARQ操作可能导致到达RLC层的报文顺序是混乱的，所以需要RLC层对数据进行重排序。重排序是根据序列号的先后顺序对RLC数据PDU进行排序的。

（4）重复包检测（只适用于UM和AM模式）。出现重复包的最可能的原因是，发送端反馈了HARQ ACK，但接收端错误地将其解释为NACK，从而导致了不必要的MAC PDU重传。

（5）对RLC数据PDU进行重分段（只适用于AM模式）。当RLC数据PDU需要重传时，可能需要进行重分段。例如，当MAC层指定的大小小于需要重传的原始RLC数据PDU的大小时，就需要对原始RLC数据PDU进行重分段。

1. RLC子层的功能

RLC在不同工作模式下的功能如表2-4所示。

2. RLC PDU的结构

RLC PDU是RLC子层协议数据单元，它是按字节对齐的比特串，比特串从左到右排序，之后再按行的顺序从上到下排序。RLC PDU分为RLC数据PDU和RLC控制PDU。RLC数据PDU主要用于传输上层的PDU数据，RLC控制PDU用于AM模式下RLC实体执行ARQ的过程。PDU就是SDU经过封装后的结果，RLC PDU结构如图2-20所示。一个RLC SDU从首个比特开始被包含于一个RLC PDU。RLC头携带的PDU序列号与SDU序列号相互独立，图中RLC SDU虚线表示分段的位置。

2.3.3　PDCP子层

PDCP子层负责处理控制面上的RRC消息以及用户面上的IP包。在用户面上，PDCP子层收到来自上层的IP数据分组后，对IP数据分组进行头压缩和加密，然后递交到RLC子层。PDCP子层还向上层提供按序提交和重复分组检测功能，反方向上，PDCP也具有解头压缩和解加密的功能。在控制面，PDCP子层为上层RRC提供信令传输服务，并实现RRC信令的加密和一致性保护，以及在反方向上实现RRC信令的解密和一致性检查。

1. PDCP子层的功能

PDCP子层用户面的主要功能包括：

（1）用户面数据的包头压缩和解压缩功能，只支持健壮包头压缩（Robust Header Compression，ROHC）算法。

（2）通过加密及完整性保护实现安全功能，例如用户和控制面协议的加密和解密，控制面数据的完整性保护和验证。

（3）用户数据传输功能，包括：①下层重建时，对向上层发送的PDU顺序发送和重排序；②对映射到AM模式的资源块的下层SDU进行重排序。

（4）数据包（上行链路基于定时器的SDU）丢弃功能。

2. PDCP PDU的结构

PDCP PDU的结构如图2-21所示，PDCP SDU和PDCP头均为8位的倍数，PDCP头可以是一个字节或者两个字节长。