《計算機網絡基礎》第2章網絡體系結構

1、第2章 網絡體系結構 21 概述 22網絡各層的功能 23幾個重要的協(xié)議返回 21 概述211 協(xié)議 212 協(xié)議的分層結構 213 協(xié)議標準 214標準化組織 返回211 協(xié)議協(xié)議是通信雙方為了正確完成通信所規(guī)定的雙方必須遵守的規(guī)約 通信是在收發(fā)雙方進行的，是不同系統(tǒng)之間的作用，如果通信雙方不進行某種約定，通信是很難完成的特別是數(shù)據通信，由于所傳輸?shù)臄?shù)據不允許出錯（誤碼率要求），通信終端又都是計算機（機器），因此對通信協(xié)議的制定提出了嚴格的要求通信協(xié)議要控制通信雙方進行有效和可靠的數(shù)據傳輸，要進行差錯控制、流量控制、路由選擇，并解決網絡中經常出現(xiàn)的擁塞和死鎖等現(xiàn)象 返回協(xié)議的體系結構由于通信

2、的復雜性，導致了協(xié)議結構的復雜性所以在網絡通信系統(tǒng)中，要對網絡通信協(xié)議進行分層，化整為零，使得每一層協(xié)議變得相對簡單，便于設計、分析和研究 把某種協(xié)議的分層結構稱為協(xié)議的體系結構 IBM公司1974年推出的體系結構SNA ARPA采用TCP/IP體系結構 OSI就是一個協(xié)議的標準 212 協(xié)議的分層結構 用郵政系統(tǒng)說明協(xié)議分層結構是再好不過的，如圖2-1所示 返回郵政系統(tǒng)是最古老的一種通信系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以分為三層最高層是得到郵政服務的用戶，包括發(fā)信者和收信者。發(fā)信者發(fā)出一封信，郵寄到收信者手里，實現(xiàn)了信的郵遞第二層是完成郵件傳遞的兩個郵局，圖中為哈爾濱局（簡稱哈局）和北京局。郵局一般把發(fā)往同

3、一地區(qū)的信集中起來放在郵袋中，一同傳遞到對方局，完成郵件在兩局之間的傳遞第一層是完成郵件傳遞的兩個車站，圖中為哈爾濱站（簡稱哈站）和北京站最底層是實現(xiàn)郵件傳遞的火車，郵件最終是由火車在兩個車站之間進行實體傳遞的 在郵件傳遞過程中，發(fā)信者與收信者、兩個郵局之間和兩個火車站之間進行的通信都是虛通信，只有火車才實現(xiàn)了實通信信從發(fā)信者傳遞到收信者手里是由多層虛通信和有關的實通信完成的郵局為用戶服務，火車站為郵局服務，服務是一層層完成的，網絡中進行通信的過程類似于郵件傳遞的過程 從網絡通信原理的角度可以把網絡分為五層即應用層（A）、傳輸層（T）、網絡層（N）、鏈路層（D）和物理層（Ph），如圖2-2 所

4、示。AATTNNDDPhPh物 理 媒 體虛通信實通信SAP PDU分層的基本概念一般各對等層的協(xié)議完成各層間的通信 所有層間(包括物理層)的通信都是虛通信 只有物理媒體中實現(xiàn)的是實通信 各層間虛通信完成各層間協(xié)議數(shù)據單元（ Protocol Data Unit,PDU）的傳輸,如TPDU(Transmission PDU)和NPDU(Network PDU)等上層靠下層的服務才能使通信完成 服務通過層間的服務訪問點（Service Access Point, SAP,如TSAP、NSAP等）作為接口 對等層的通信在對等層間的虛通信有兩種方式一種是面向連接的方式 另一種是無連接的方式 各層協(xié)議

5、數(shù)據單元是有結構的 要傳輸?shù)膱笪倪M入第n層后，要加上該層相應的報頭信息，有的層（鏈路層）還同時加上尾部信息，這些都是用來進行通信控制的 M M H4 M H3 H4 M H4 M H3 H4 M H2 H3 H4 M T2 H2 H3 H4 M T2 物 理 媒 體 應用層 PDU 傳輸層 PDU 網絡層 PDU 鏈路層 PDU 終端 A 終端 B 層間的服務傳輸層把應用層PDU(M)加上傳輸層的報頭信息H4傳送給網絡層 網絡層把應用層的PDU以及所加上的H4看作是傳輸層PDU，并進一步加上網絡層的報頭H3傳送給鏈路層 鏈路層加上報頭信息H2以及報尾信息T2組成一幀信息通過物理層作為2進制代碼

6、在物理通路中傳輸 這里描述的是A終端的過程，在B終端一方，恰好執(zhí)行相反的服務過程 在A方是“打包”的過程，在B方是“拆包”的過程 213 協(xié)議標準 國際標準化組織ISO于1977年成立專門機構制定了一個網絡體系結構的標準即著名的開放系統(tǒng)互連基本參考模型（Open Systems Interconnection Reference Model，OSI/RM） 返回7應用層（A）6表示層（P）5會話層（S）4 傳輸層（T）3網絡層（N）2鏈路層（D）1物理層（Ph）OSI參考模型采用了七層體系結構 順序依次是：應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、鏈路層和物理層214標準化組織 1ISO 2IE

7、EE 3ITU 4IETF EIA 返回22網絡各層的功能 221 物理層 222鏈路層223 網絡層 224 傳輸層 225高層協(xié)議返回 221 物理層1數(shù)據通信系統(tǒng)模型2物理層的特點3物理層的功能4對物理層的進一步討論1數(shù)據通信系統(tǒng)模型計算機網絡屬于數(shù)據通信系統(tǒng)（相對于電話通信系統(tǒng)），有時為了討論方便，一般可以把數(shù)據通信系統(tǒng)表示成如圖2-5所示的模型 其中，DTE稱為數(shù)據終端設備（Data Terminal Equipment），可以是計算機等終端設備DCE稱為數(shù)據電路端接設備（Data Circuit-terminating Equipment），可以是調制解調器等設備通信線路可以是有線

8、的，也可以是無線的；可以是模擬的，也可以是數(shù)字的；可以是交換的，也可以是點對點的通信線路是物理電路，經過DCE設備后變成了可以傳輸數(shù)據信息的數(shù)據電路數(shù)據電路經過擴展，把數(shù)據終端設備中的通信控制器再考慮進去形成的邏輯電路稱為數(shù)據鏈路，數(shù)據鏈路有時簡稱為鏈路，是一條用于傳輸無差錯數(shù)據的邏輯電路 2物理層的特點物理層是7層協(xié)議中的最底層，但是物理層協(xié)議標準是制定得比較晚的一層。一方面是由于物理層涉及直接和各種復雜的通信設施打交道；另一方面是由于在 OSI 模型提出之前就已經開發(fā)了許多協(xié)議的產品，使得標準的制定難以統(tǒng)一物理層直接與物理接口作用，是純粹的服務提供者，向鏈路層提供面向連接的服務，但是物理層

9、仍然具有邏輯的意義物理層并不是某些具體物理設備的描述和產品規(guī)格說明，恰恰相反，物理層屏蔽物理設備的差異，起到了通信子網與物理設備間的隔離層作用所以，物理層仍然屬于邏輯的范疇，物理層的通信仍然屬于虛通信 3物理層的功能物理層是七層協(xié)議最底層 物理層向鏈路層提供面向連接的服務物理層屏蔽物理設備的差異 物理層的功能是在 DTE 和 DCE 之間，為傳輸比特流所需的物理層連接的激活、保持和去除提供機械的、電氣的、功能性和規(guī)程性的手段 物理層局限自己的范圍是在 DTE 與 DCE 之間的接口。其實質是物理層研究問題的范圍。 返回物理層的接口接口可以概括為物理層的四個特性：機械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)

10、程特性 機械特性就是對 DTE 與 DCE 之間進行物理連接時接插件的規(guī)格定義 機械特性就是在DTE與DCE之間進行物理連接時對接插件的規(guī)格定義在DTE與DCE之間通過多條導線相互連接，作為兩種獨立的設備，通常采用標準接插件極其方便地實現(xiàn)機械的互連為便于不同廠家生產的DTE與DCE進行連接，ISO制定了ISO 2110接口標準該標準對接插件的幾何尺寸、引線排列和鎖定裝置等機械特性作了詳細的規(guī)定。接插件的形狀一般都做成“D”型，所以稱 D 型插口，如圖2-6所示（前頁） 做成D型的目的是使之具有鎖定功能以RS-232-C為例，在DTE一方，一般都做成插頭（有插孔）；在DCE一方，一般都做成插座（

11、有插針），25根引腳，引腳號依次為113和1425 電氣特性描述接口的電氣連接 功能特性用來說明某條線上出現(xiàn)的某一電平的意義 規(guī)程特性用來說明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序 4對物理層的進一步討論物理層的研究范圍只涉及DTE與DCE之間的接口，可以把物理層的主要功能理解為如何把DTE通過DCE連接到網絡上去物理層只負責實現(xiàn)無意義的二進制代碼的傳輸，而不管傳輸?shù)膬热菔鞘裁矗膊还芩鶄鬏數(shù)膬热菔欠裼绣e，差錯問題由鏈路層去解決要注意物理層的千差萬別比如RS系列的物理層標準就有很多以太網、令牌環(huán)等網絡各有各的物理層協(xié)議僅10M以太網就有4個物理層規(guī)范所以，這里只是以一個典型的、古老的RS-232

12、協(xié)議為例來介紹物理層的基本概念。222鏈路層1鏈路層功能2鏈路層協(xié)議分類 3可靠的鏈路層協(xié)議返回1鏈路層功能鏈路層是非常重要的一層，任何網絡都離不開鏈路層從高層向下看，惟有鏈路層才真正承擔著網絡數(shù)據傳輸?shù)娜蝿眨菙?shù)據傳輸?shù)暮诵暮凸歉?，因為鏈路層完成了有結構、有意義和可控的數(shù)據傳輸物理層雖然是在其下層實現(xiàn)代碼的傳輸，但物理層的數(shù)據傳輸是無意義的發(fā)送數(shù)據時，鏈路層把高層數(shù)據放在鏈路層的“信息字段”并封裝成幀實現(xiàn)數(shù)據傳輸，在接收時解封、還原并交給高層處理所以鏈路層的功能是在兩個（相鄰的）結點間實現(xiàn)幀的傳輸。這里給出了要傳輸?shù)臄?shù)據幀的形式，給出了作用的范圍，即兩個（相鄰的）結點間 2鏈路層協(xié)議分類鏈路

13、層協(xié)議有多種 按照網絡組成方法和數(shù)據傳輸方式的不同，可以分為點對點和廣播方式 根據鏈路層對可靠性響應方式的不同，又可以分為可靠的和不可靠的 按照傳輸數(shù)據的組織方式分類，鏈路層協(xié)議又可以分為兩大類：面向字符型和面向比特型 點對點和廣播方式例如HDLC和PPP是點對點的，以太網是廣播方式 可靠的和不可靠根據鏈路層對可靠性響應方式的不同，又可以分為可靠的和不可靠的點對點的PPP協(xié)議和廣播方式的以太網是不可靠的點對點的HDLC和BSC是可靠的 面向字符型和面向比特型按照傳輸數(shù)據的組織方式分類，鏈路層協(xié)議又可以分為兩大類：面向字符型和面向比特型最早的面向字符型協(xié)議是由 IBM 公司在20世紀60年代初提

14、出的二進制同步通信控制規(guī)程BSC，后來由ISO進行了標準化最早的面向比特型協(xié)議也是由IBM公司在1969年提出的同步數(shù)據鏈路控制規(guī)程SDLC，用在該公司的SNA網絡體系結構中在此基礎上，各標準化組織都制定了各自面向比特型協(xié)議的標準。例如ISO在SDLC的基礎上制定了高級數(shù)據鏈路規(guī)程HDLCITU制定了LAPB協(xié)議標準，LAPB是公共分組交換網的鏈路級協(xié)議，體現(xiàn)在ITU著名的X.25建議書中在實際網絡應用中，鏈路層大部分都采用面向比特型協(xié)議，已經很少采用面向字符型協(xié)議 3可靠的鏈路層協(xié)議可靠是指不出差錯那么是否不可靠的鏈路層就允許出差錯呢？其實所謂“不可靠”是指在本層（如鏈路層）不進行有關可靠性

15、方面的處理。例如傳輸中的差錯，不可靠的鏈路層把差錯交由高層處理，整個網絡依然是可靠的數(shù)據傳輸實際上，數(shù)據傳輸對通信系統(tǒng)可靠性的要求是比較高的，一般來說不允許出錯或者對差錯有一個所謂誤碼率（誤碼率是恒量通信系統(tǒng)數(shù)據傳輸質量的性能指標）的限制要求對于可靠的鏈路層，除了以上介紹的基本功能以外，還必須提供面向連接、流量控制和差錯控制的功能以達到可靠數(shù)據傳輸?shù)哪康?連接的概念連接的概念很簡單，是指通信之前在通信的兩個端點之間通過控制命令的交互建立聯(lián)系，然后再通信，通信結束后再斷開已經建立的聯(lián)系下面主要介紹流量控制和差錯控制的概念 （1）流量控制不論是發(fā)送站還是接收站，都必須開辟一定容量的緩沖區(qū) 主機因為

16、忙，來不及對數(shù)據進行處理時，這些數(shù)據必須在緩沖區(qū)暫存 顯然緩沖區(qū)是通信系統(tǒng)的資源 為了保證無差錯傳輸，在鏈路層必須進行流量控制 否則，當接收緩沖區(qū)滿時，還有數(shù)據從發(fā)送方傳輸過來，就會使緩沖區(qū)中還來不及處理的數(shù)據丟失 在高層如有些網絡層和傳輸，也有流量控制的任務 鏈路層流量控制方法鏈路層流量控制有兩種方法：停等協(xié)議滑動窗口協(xié)議 所謂停等協(xié)議停等協(xié)議就是每發(fā)送一幀信息都要停下來等待接收方發(fā)回來的確認信息 假設在數(shù)據傳輸中沒有出錯的情況， A 結點每發(fā)一幀數(shù)據后就停下來等待，直至收到 B 結點發(fā)回的 ACK 信號再發(fā)下一幀，這樣，就起到了流量控制作用 送主機ACKACKDATA1DATA0送主機AB

17、（2）差錯控制在數(shù)據傳輸系統(tǒng)中，必須盡可能地減少差錯發(fā)生，使誤碼率達到要求的指標，所以在系統(tǒng)中必須引進差錯控制機制。每當差錯發(fā)生時，可以發(fā)現(xiàn)錯誤，并采取相應的措施糾正目前差錯控制主要采用反饋重傳糾錯機制，如圖2-8所示 送主機ACKNAKDATA1DATA0ABDATA1送主機其原理是：接收方通過校驗，發(fā)現(xiàn)數(shù)據有錯時回答否認（Negative AcKnowlegement，NAK）信號，發(fā)送方接收到NAK后必須重發(fā)這一幀，從而起到了差錯控制的作用，這時在發(fā)送方應該設一個幀的發(fā)送緩沖區(qū)暫存用于重發(fā)的幀 但有時因為信道質量差，使得數(shù)據幀發(fā)生丟失，接收方不知道有數(shù)據發(fā)來，也就不可能回答對這種情況下，

18、協(xié)議規(guī)定，在發(fā)送方設一個定時器，每發(fā)一幀信息后啟動定時器，如果超時沒有收到回答，則重發(fā)該幀 4對鏈路層的進一步討論可以把鏈路理解為兩個（相鄰）結點間的邏輯電路，因此鏈路層研究的范圍是在（相鄰的）結點之間，鏈路層研究如何在（相鄰的）結點之間進行數(shù)據傳輸稍后就會看到，在數(shù)據傳輸時，在要傳輸?shù)臄?shù)據格式中都包括一個地址字段，以便把數(shù)據傳輸?shù)降刂纷侄嗡鶚俗R的目標地址的站點兩種方式鏈路層向高層提供數(shù)據傳輸服務可以有兩種方式，一種是可靠的，一種是不可靠的，因此相應地有兩種不同的鏈路層協(xié)議，可以根據鏈路的實際情況以及對數(shù)據傳輸質量的要求進行選取對于一對結點間的鏈路，物理層以代碼的方式進行數(shù)據傳輸，物理層不識別

19、所傳輸數(shù)據的內容，并且不負責數(shù)據傳輸?shù)腻e誤鏈路層則對這段鏈路上傳輸?shù)臄?shù)據進行格式化，也就是說，鏈路層以幀的格式進行數(shù)據傳輸，并且要對所傳輸?shù)臄?shù)據進行差錯檢測，可靠的鏈路層還必須進行差錯的控制，以達到可靠數(shù)據傳輸?shù)哪康?223 網絡層 1功能 2交換3網絡層服務 4路由選擇 5擁塞控制 返回1功能 網絡層對整個通信子網進行管理和控制 網絡層考慮如何把端結點（即主機）的信息通過若干個中間結點正確傳送到另一個端結點一般要采用分組交換的方法 分組信息究竟通過哪些結點才能較快地傳輸，這就是路由選擇問題網絡層對網絡上傳輸?shù)男畔⑦M行整體的控制，也就是全網的流量控制當某處發(fā)生擁塞時要及時加以解決。 2交換交換

20、是以某種方式動態(tài)分配通信資源的技術通信資源可以理解為鏈路或通信信道，當數(shù)據到達中間結點時，中間結點就應該把數(shù)據從不同的端口交換到其它鏈路上去，中間結點即是交換機不光計算機網絡通信涉及到交換，電話通信也需要交換，計算機網絡中交換的概念實際上來自于電話網中的交換，但采用交換的方法與電話網不同因此，交換技術大體上有兩種：電路交換技術和分組交換技術 電路交換所謂電路交換是指：在數(shù)據通信之前，終端通過呼叫并由交換結點形成一條物理電路，然后所有的數(shù)據都在這條物理電路上傳輸?shù)囊环N交換技術電話通信即采用電路交換方式，通話之前先撥號，在公共信令系統(tǒng)支持下形成物理電路，然后再通信，通信結束后再斷開電路公共信令系統(tǒng)

21、是由電信部門建立的、對各種網絡進行控制的通信支撐系統(tǒng)，例如電話撥號時電路的連接與斷開即借助于公共信令系統(tǒng)電路交換的特點電路交換在通信之前，必須先連接（呼叫或撥號），因此要占用時間，連接后這條物理電路被獨占，因此別的信號不能再通過，這說明電路交換方式傳輸效率低但是由于一對終端獨占信道，所以電路交換的優(yōu)點是實時性好，適合于聲音等類數(shù)據的傳輸電路交換一般以星型拓撲組網，以中間結點作為交換機，城市或者區(qū)之間的交換機再形成網狀拓撲，以保證可靠性 分組交換計算機網絡采用分組交換技術分組是一些數(shù)據的片段，在交換結點通過存儲轉發(fā)的方式實施數(shù)據交換分組自身攜帶標識（地址或虛電路號）信息，中間的交換結點根據分組的

22、標識信息進行存儲轉發(fā) 由此可見其主要特點是：數(shù)據本身含有地址（或虛電路號）；中間結點負責對數(shù)據進行處理，如在鏈路層進行差錯檢測，在網絡層根據地址進行分組的存儲轉發(fā) 分組交換網一般采用網狀拓撲，交換結點可以是分組交換機或者是路由器結點之間可以有多條物理線路進行連接，這樣當某條線路出現(xiàn)故障時可以通過迂回的方式進行傳輸以保證可靠性主機通過交換結點連接到網絡上去。分組交換采用存儲轉發(fā)方式進行數(shù)據的轉發(fā)、交換與傳輸所謂存儲轉發(fā)實際上是交換結點對于到來的分組進行處理的過程，這個過程包括路由和交換。如果分組攜帶的目標地址恰好是本結點的地址則接收下來，并傳送給相應的主機；否則就按照路由表在交換結點不同的端口之

23、間對分組進行交換分組交換從向高層提供服務的角度又可以分為數(shù)據報和虛電路兩種方式，將在下面分別敘述分組交換的缺點是傳輸效率比較低，不適合實時性數(shù)據的傳輸?shù)鋬?yōu)點是非常明顯的：適合于突發(fā)型的數(shù)據傳輸可以提供可變比特率的數(shù)據傳輸可以提供服務質量的保證 2網絡層的服務 網絡層向傳輸層提供服務兩種服務方式：面向連接和不連接 網絡層的功能和作用是在通信端結點之間可靠地傳輸分組 服務分成兩類 面向連接的服務虛電路 無連接的服務數(shù)據報 （1）數(shù)據報服務 把報文分成包后，各個包可以分別尋找不同的路由，通過不同的鏈路到達目的端 圖 1-11 分組交換示意圖 H1 H2 IMP1 IMP2 IMP5 IMP3 IM

24、P4 P1 P1 P1 P2 P2 ACK ACK ACK 分組傳輸方向 分組傳輸方向 數(shù)據報方式的特點由于包的傳輸沒有延遲，實時性好 數(shù)據報方式每個分組都應攜帶著足夠的地址信息 ，尋找路由靈活 分組本身信息量花銷大 分組走了不同的路徑 各分組到達目的端的時間可能不按序，所以在目的端要進行排序 一般在數(shù)據信息量比較少時使用數(shù)據報方式，可以提高傳輸效率 （2）虛電路服務 在傳輸前，發(fā)送端先進行虛呼叫 (VC)，與接收端進行虛電路的建立 虛電路建好后，把報文的所有分組按照分組序號順序發(fā)往目的端，由中間結點進行存儲轉發(fā) 到達目的結點后，重新組裝報文送給主機 這里有兩條虛電路VC1和VC2。當然還可以

25、有多條，每一條都可以單獨傳輸一路信息。從圖可見，在H2和H3之間進行了多路復用。AEDCBH1H4H2H3VC1VC2虛電路方式的特點：分組按序到達分組攜帶信息少主機的多個進程可以進行多次呼叫，形成多條虛電路，如 VC1 和 VC2多條虛電路在某些段可以使用同一條鏈路，這種功能稱為多路復用 虛電路方式的缺點是虛呼叫需要連接的建立與斷連的時間 虛電路方式適合于：虛電路方式特別適合于傳輸大量信息的情況 在傳輸大量信息時，建立連接的過程可以忽略不計 虛電路又分為兩種方式：在虛電路方式中，又分為：呼叫虛電路永久虛電路類似于電話網中公用與專用線路的情況 虛電路方式與電路交換區(qū)別：虛電路交換似乎像電路交換

26、方式虛電路方式與電路交換方式有本質上的區(qū)別：電路交換的連接是物理連接虛電路是邏輯連接虛電路是多路復用的，這是電路交換不能及的 3路由選擇 在網絡中，端結點之間的數(shù)據傳輸可以選擇多條路徑網絡層如何為分組的存儲轉發(fā)選擇一條較好的路徑稱路由選擇 路由選擇對網絡的傳輸性能及質量有著極大的影響 路由選擇的關鍵是網絡中必須有一個比較好的路由選擇算法 路由選擇的算法路由選擇的算法主要可以分為兩大類：自適應式（動態(tài)變化的）非自適應式（靜態(tài)不變的）非自適應式的算法其路由基本上都是固定的，路由不隨網絡上的現(xiàn)行狀態(tài)變化 自適應的算法其路由隨網絡的狀況隨時進行調整 4擁塞控制 信道帶寬、結點發(fā)送與接收緩沖區(qū)、處理機速

27、度等稱為網絡資源一般采取擁塞控制的方法限制網絡資源的使用 擁塞是因為資源緊缺造成的 擁塞是由于進入網絡的分組數(shù)太多造成的，擁塞的結果最終有可能導致死鎖通過擁塞控制，防止出現(xiàn)擁擠和死鎖 圖 2-10 流量控制的作用 輸入網絡 吞吐量 無流量控制 理想的流量控制 死鎖 擁塞 實際的流量控制 把進入網絡分組數(shù)看作是負載量從網絡上輸出的分組數(shù)看作是吞吐量，因有下圖： 擁塞控制分類擁塞控制大體上分為兩類：開環(huán)，通過設計使網絡盡可能的不發(fā)生擁塞閉環(huán)，通過反饋機制，動態(tài)地對網絡擁塞進行控制。 閉環(huán)擁塞控制包括的步驟（1）發(fā)現(xiàn)擁塞。根據擁塞時被丟棄分組數(shù)的變化、緩沖區(qū)隊列長度的變化以及平均分組延遲時間的長短判

28、斷擁塞。（2）反饋機制。向源主機發(fā)送抑制分組，減少數(shù)據分組發(fā)送量。或者控制點觀察應答分組返回時所用時間進行判斷。IP協(xié)議采用前者。（3）調整機制。降低分組發(fā)送速率；或者丟棄分組，一般是丟棄優(yōu)先級低的分組，如ATM，F(xiàn)RN以及IP都采用丟棄分組的方法。擁塞控制的方法 擁塞控制采取分級控制的方法 ：網段級可以看作是結點間的控制 入口到出口級可以看作是端結點之間的擁塞控制 進網級起到監(jiān)視進網分組量的作用，可以有效地防止擁塞發(fā)生 224 傳輸層 1傳輸層的地位 2服務質量 3OSI傳輸協(xié)議 返回1傳輸層的地位在網絡協(xié)議中，傳輸層是至關重要的一層 幾乎所有著名的網絡體系結構中都留有傳輸層的一席之地 傳輸

29、層屬于資源子網，屬于主機范疇但從功能來看，傳輸層是面向通信的 圖 2-12 傳輸層的地位 A P S N D Ph T 面向應用 面向通信 資源子網 通信子網 傳輸層的地位如圖所示：傳輸層的作用：網絡層的服務并不是很完善的 數(shù)據報服務的差錯控制就是由主機完成 為了使通信子網的用戶能夠得到統(tǒng)一的通信服務，就有必要設置一個傳輸層 傳輸層彌補通信子網提供的服務的差異和不足 在通信子網提供的服務基礎上，利用本身的傳輸協(xié)議，增加了服務功能，使得對兩端的網絡用戶來說，各通信子網是透明的 鏈路層使物理鏈路變成了一條無差錯的鏈路，傳輸層使得通信子網變成了一個無差錯的網絡 傳輸層與網絡層：網絡層實現(xiàn)在兩個通信端

30、結點之間傳輸分組，具有點到點的意義 傳輸層是在主機應用進程間的通信，完成了在進程間傳輸層協(xié)議數(shù)據單元的傳輸。傳輸層的通信具有端到端的意義 2服務質量 服務是網絡中各層向緊鄰的上層提供的一組操作任何服務都有服務質量問題 網絡層服務質量最主要的指標就是可靠性，包括是否有分組丟失、重復、失序、連接及釋放的時延等 把通信子網分為三類：以這些可靠性指標為標準，可以把通信子網分為三類：A 類 沒有 NRESET 的完善服務B 類 有 NRESET 的完善服務C 類 不可靠的服務，有分組丟失，重復和失序 NRESET 是用于指示網絡層故障的發(fā)生，如擁塞和死鎖 的3OSI傳輸協(xié)議 根據不同類型的子網服務質量，

31、 OSI 將傳輸協(xié)議分為 5類：0 類 簡單類，面向 A 類子網，協(xié)議最簡單1 類 基本錯誤恢復類，面向 B 類子網2 類 多路復用類，面向 A 類子網3 類 錯誤恢復類和多路復用類，面向 B 類子網4 類 錯誤檢測和恢復類，面向 C 類子網 ，協(xié)議最復雜實際協(xié)議的采用方法：在子網上同時提供多種傳輸協(xié)議根據傳輸服務用戶在請求傳輸服務時提出的服務質量要求，選取不同類的傳輸協(xié)議。 如在 OSI 協(xié)議中，往往同時提供 TP0 和 TP4 （傳輸層第 0 類和第 4 類協(xié)議） 在 TCPIP 協(xié)議中，同時提供無連接的 UDP 和面向連接的 TCP，分別對應 OSI的TP0 和 TP4 225高層協(xié)議

32、1 會話層 2表示層 3應用層返回1 會話層 會話是在應用進程之間交換信息而按一定規(guī)則建立起來的一個暫時聯(lián)系 會話層通過對兩個會話用戶間的數(shù)據流進行方向的控制并且通過增強傳輸數(shù)據流的結構性的手段提供服務 2表示層 網絡上不同的計算機對數(shù)據信息有不同的描述方法 表示層試圖用一種抽象語法描述信息，以實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間信息表示的統(tǒng)一 3應用層 應用層的功能是向應用進程提供訪問OSI的手段 OSI在應用層中定義了幾個重要的應用層標準 包括：虛擬終端標準VTP，用于不同類型的終端訪問網絡上不同的主機應用進程文件傳輸、訪問和管理標準FTAM，用于在不同的系統(tǒng)間能夠在網絡上傳輸文件報文處理系統(tǒng)MHS用于對網絡

33、上使用非常普遍的電子郵件系統(tǒng)進行標準化 23幾個重要的協(xié)議 231 RS-232-C 232 HDLC協(xié)議 233 X.25協(xié)議 234 PPP協(xié)議 235 FRN協(xié)議236 ATM協(xié)議返回231 RS-232-CEIA RS-232-C 是美國電子工業(yè)協(xié)會 EIA于 1969 年制定的著名物理層標準RS 表示 EIA 的一種推薦標準 232 是個編號C 是標準 RS-232 以后的第三個修訂版本 返回RS-232接口標準EIA RS-232-C 是 DTE 與 DCE 之間的接口標準 DTE 可以是計算機主機、終端和外部設備 DCE 在這里就是直接與模擬話音線路相連的調制解調器 MODEM

34、機械特性在機械特性方面， EIA RS-232使用ISO 2110 接口標準，有25根引線在實際使用中還使用一種9根引線的簡化的版本 電氣特性在電氣特性方面，EIA-232遵循CCITT V2.8的建議書，采用負邏輯。功能特性在功能特性方面，EIA RS-232-C 與 CCITT 的 V.24 建議書一致 V.24 提出了 100 系列和 200 系列兩個接口標準200 系列專用于自動呼叫系統(tǒng)中，100 系列用于人工呼叫系統(tǒng)中RS-232-C 與 100 系列對應本節(jié)主要介紹 100 系列接口 100 系列接口線可以分為三類，即公用線（地）、數(shù)據線和控制線 一般只使用其中 9 根線,接插件各

35、個信號的意義及傳輸方向如表2-2所示：引腳號 引腳名 意義 方向 1GND狀態(tài)地7GND信號地2TXD發(fā)送數(shù)據線DTEDCE3RXD接收數(shù)據線DCEDTE4RTS請求發(fā)送線DTEDCE5CTS允許發(fā)送線DCEDTE6DSRDCE就緒DCEDTE20DTRDTE就緒DTEDCE表2-2 RS232C接口信號表規(guī)程特性EIA RS-232-C 的規(guī)程特性與 CCITT 的 V.24 建議書是一致的 當終端（DTE-A）有數(shù)據要發(fā)送時，置 20 線為高電平（即通狀態(tài)），通知本地 MODEM （DCE-A）終端已經就緒。DCE-A 響應此信號，置 6 線為高電平DTE-A置 4 線為高電平，通知DCE

36、-A 請求發(fā)送數(shù)據，DCE-A檢測到 4為高電平后：通過電話線發(fā)一載波信號給遠程 MODEM （DCE-B）， 通知其準備接收數(shù)據， 同時置 5線為高電平，允許DTE-A發(fā)送DCE-B 檢測到載波后，置 8 線為高電平，通知遠程終端（DTE-B）準備接收數(shù)據 發(fā)送和斷連DTE-A檢測到 5 線為高電平后，數(shù)據傳送開始，由 2 線發(fā)送數(shù)據，由 3線接收數(shù)據。 DTE-A數(shù)據發(fā)送完后，置 4 線為低電平（斷開），通知DCE-A 發(fā)送結束，DCE-A 檢測到 4 線為低電平后，停止向電話線發(fā)送載波，并置 5 線為低電平作為回答。DCE-B 檢測不到載波后，即置 8線和22線為低電平。DTE-A置 2

37、0 線為低電平后，將 6 線變?yōu)榈碗娖?，同意拆線 圖 2-14 兩臺微機直接連接 微 機 1 2 3 4 5 6 7 8 20 1 2 3 4 5 6 7 8 20 微 機 兩臺微型機直接連接 ：看見：只要3根線在兩臺微機間連接，其它線都是在內部連接232 HDLC協(xié)議 一個著名的面向比特型鏈路層協(xié)議不對要傳輸?shù)男畔⑦M行編碼，而以比特為傳輸基本單元，完全同步傳送，基本上取消了控制字符，實現(xiàn)透明傳輸幀格式統(tǒng)一，校驗方法一致，采用 CRC 循環(huán)校驗碼采用連續(xù)發(fā)送方式（不同于停等協(xié)議），提高了傳輸效率。不論在廣域網還是局域網；不論在專用網還是在公用網中都得到了非常廣泛的應用由 IBM 公司研制成功，

38、名為SDLC。ISO 對其進行擴充，改名為 HDLC 作為 OSI 標準本節(jié)以 HDLC 為例介紹 返回1HDLC 的幀格式 HDLC 的幀區(qū)分為數(shù)據幀和控制幀但這兩種幀的格式，對于控制幀除了沒有數(shù)據字段以外，與數(shù)據幀格式完全一致 圖 2-15 HDLC 的幀格式 1b 1b 1b 1kb 左右 2b 1b F A C I FCS F HDLC 的幀具有六個字段 ：F、A、C、I、FCS、F信息字段 I 稱信息字段其字節(jié)長度不做統(tǒng)一規(guī)定，一般在 1K 左右如果是控制幀沒有此字段 FCS字段FCS 是 CRC-16 循環(huán)校驗碼，2 個字節(jié) 地址字段A 是地址字段，用于指明次站地址1 個字節(jié)，可以

39、擴展。標志字段F字段是標志（FLAG）是一個固定的比特序列 01111110， 作為一幀的開始與結束的標志又可以作為碼同步信號 零比特插入與刪除技術 發(fā)送方通過硬件對發(fā)送的每一幀信息進行掃描，每當出現(xiàn)連續(xù) 5 個 1 時，自動插入 1 個 0， 這樣，在接收方不會把它誤認為是 F 接收方對接收到的幀也通過硬件進行掃描，每當接收到連續(xù) 5 個 1 的數(shù)據后，必須把其后的一個 0 去掉，以便還原數(shù)據 例如：若發(fā)送的數(shù)據為：01111110采用插入技術后變?yōu)椋?11111010接收后再還原成：01111110控制字段控制字段 C 決定一個幀的類型是控制幀還是數(shù)據幀如果是數(shù)據幀（I 幀）有 I 段如果

40、是控制幀，沒有 I段 控制幀分成兩種一種是監(jiān)控幀 S 幀一種是無編號幀 U 幀它們的類型視其控制字段 C 的編碼即可知 0 N（S） P/F N（R） 1 0 S P/F N（R） 1 1 M P/F M信息幀監(jiān)控幀無編號圖2-16 控制字段編碼格式控制字段本身有三種編碼格式 ：控制字段三種編碼格式 當最高位為 0 時， C 段使得 HDLC 的幀成為一個信息幀（I 幀）當最高位為 時， C 段使得 HDLC 的幀成為一個控制幀若第 7 位為 0 時，為監(jiān)控幀 （S 幀）若第 7 位為 1 時，為無編號幀 （U 幀） ）I 幀的 C 字段編碼 C 字段編碼主要包含兩個計數(shù)器一個是發(fā)送幀計數(shù)器N

41、(S)，含義是告訴接收方，現(xiàn)在發(fā)送的是哪一幀另一個是接收幀計數(shù)器 N(R)， 含義是告訴接收方，剛才曾正確接收到了 N(R)-1 幀，期待接收第 N(R) 幀 可見， N(R)的意義主要是用于確認 P/F 位P/F 位在主站表示 P，若為 1， 表示期望從站給予回答，否則反之在從站表示 F，若為1， 表示發(fā)送幀是最后一個幀，實質上也是期待給予回答的含義另兩個的 C字段的編碼格式中 P/F 位的含義與之類似 2）S 幀的 C 字段編碼 S 幀主要用作響應幀，對主站的命令予以響應，并給出狀態(tài)表示回答N(R) 的作用也是一個接收幀的計數(shù)器，不同的S幀其含義是不同的，但一般是對以前接收到的幀的確認或否

42、認的回答S是S幀的編碼，共有四種 S 幀 ）U 幀的 C 字段編碼 U幀因沒有計數(shù)器而得名為無編號幀既可用作控制幀，又可用作響應幀主要用于建立和拆除鏈路、置工作方式等 2HDLC 的通信過程 HDLC 的通信過程包括：建立鏈路數(shù)據傳輸拆除鏈路 圖2-17數(shù)據傳輸過程 I,0,0 I,1,0,P RNR,1 RR,1 I,2,0,P I,0,3 I,1,3,F I,3,2 為便于說明，把一幀的信息按以下方法標識： 幀類型，N(S)，N(R)，P/F 如果 P 或 F 為 1， 則標注 P 或 F，若 P 或 F 為 0，則不標注 ，例如： I，1，0，P 表示這是一個信息幀，發(fā)送第一幀，期待接收

43、第 0 幀，請給予回答 發(fā)送第1幀，請回答暫停發(fā)送，收到第1幀可以發(fā)送發(fā)送第0幀，期待第3幀233 X.25協(xié)議 目前國際上起源最早，使用最普遍的通信網主要有兩種：一種是采用電路交換的公用電話網一種是采用分組交換的公用數(shù)據網 X.25 建議書，討論一個 DTE 如何連接到一個公用分組交換網上 X.25 建議書是一個公用分組交換網 DTE 與 DCE 間接口的規(guī)格說明 X.25 只提供虛電路服務 返回 圖 2-21 X.25 的功能 DCE DCE DTE DTE X.25 接口 X.25 接口 VC X.25 公用分組交換網是一個通信子網，包括 OSI 的下三層 X.25 建議書是一個三層協(xié)議

44、的接口說明X.25 分三級其物理級采用 CCITT X.21 和 X.21bis 物理層協(xié)議鏈路級采用 CCITT LAPB 鏈路級協(xié)議 分組級采用虛電路服務 ，在 DTE 與 DCE 之間可以建立 4096 條邏輯信道（即虛電路） TPDU分組頭分組 F A C I FCS F比 特 流分組級LAPBX.21各層間協(xié)議數(shù)據單元的關系 ：注意分組格式：頭+數(shù)據共3層X.25 虛電路服務X.25 提供虛電路服務整個通信過程分為三個階段即呼叫建立階段數(shù)據傳輸階段虛電路釋放階段 釋放請求 圖 2-23 虛電路的建立與釋放 釋放證實 釋放指示 呼叫接受 入呼叫 釋放證實 呼叫接通 呼叫請求 DTE L

45、CN=20 LCN=20 LCN=20 LCN=20 LCN=20 LCN=20 DTE LCN=80 LCN=80 LCN=80 LCN=80 LCN=80 LCN=80 DCE DCE 數(shù)據 數(shù)據 網絡 連接斷連數(shù)據傳輸234 PPP協(xié)議 PPP（Point to Point Protocol）是1992年開發(fā)的鏈路層遠程訪問通信協(xié)議 來自于另一個串行通信協(xié)議SLIP（Serial Line IP） SLIP是面向字符的協(xié)議，沒有差錯控制功能，當傳輸出現(xiàn)錯誤時交由高層處理，對高層協(xié)議支持也不好 PPP協(xié)議對SLIP協(xié)議進行了改進，對高層支持多種協(xié)議，具有差錯控制功能，而且既支持面向字符，又

46、支持面向比特傳輸 返回PPP協(xié)議的重要性在PPP協(xié)議的基礎上，把PPP協(xié)議與以太網協(xié)議相結合，又開發(fā)了寬帶的遠程撥號協(xié)議，如PPPoE協(xié)議，用在ADSL等寬帶的遠程訪問方面 PPP協(xié)議在IP寬帶傳輸網（以后介紹）中也得到了應用。在IP over SDH寬帶傳輸網中，可以先把IP分組封裝在PPP數(shù)據字段，然后，把PPP的幀再封裝在SDH幀中，傳輸速度至少可以達到2Gb/s PPPoE協(xié)議，用在ADSL等寬帶的遠程訪問方面 F A C 協(xié) 議 信 息 FCS F 分 組圖2-24 PPP 協(xié)議的幀格式可見：與HDLC基本相似多了一個協(xié)議字段F是一樣的地址和控制暫時未用2.3.5 FRN協(xié)議1基本概

47、念2幀中繼原理3幀中繼應用返回1基本概念在組建公用分組交換網時，結點間的通信線路借用了當時信道質量較差的采用銅纜的電話通信線路為了保證可靠數(shù)據傳輸，X.25不得不在鏈路層和網絡層采取了極其嚴格、繁瑣的差錯控制措施，因此即使在非常差的信道上，X.25協(xié)議交給高層協(xié)議的仍然可以是一個質量非常高的通信子網高質量必然導致傳輸效率低下，因此，X.25的傳輸速率一般只有64Kbps在當時網絡上以傳輸文本類數(shù)據信息為主的情況下，人們對這樣的帶寬基本上還是滿意的。 幀中繼應運而生到了90年代，情況發(fā)生了很大的變化：一是網絡所傳輸?shù)男畔⒁呀涢_始由單一的文本向多媒體發(fā)展，大圖像傳輸?shù)男枨笤诓粩嘣黾佣蔷钟蚓W之間需

48、要互連，導致大量的、突發(fā)性的數(shù)據傳輸需求的增加X.25的傳輸帶寬已經遠遠滿足不了現(xiàn)實的需求，因此，人們迫切需要研究一種能夠實現(xiàn)高速數(shù)據傳輸?shù)木W絡，于是幀中繼（Frame Relay，F(xiàn)RN）網絡應運而生。80年代后期網絡技術發(fā)生的變化80年代后期，網絡技術已經發(fā)生了很大的變化：第一，網絡主干通信線路開始大量使用光纖介質第二，網絡終端的智能化水平逐步得到提高，PC得到了廣泛應用關于網絡智能的討論在上述兩個條件已經具備的情況下，把網絡智能究竟是放在網絡內還是放在網絡終端產生了爭論網絡智能一般指網絡的差錯控制、流量控制功能如果網絡智能在網絡內部，就是由通信子網實施控制，如果網絡智能在網絡終端，就是由

49、終端進行通信控制，也就是說由資源子網實施控制把由通信子網進行控制的機制稱為點到點的控制，而由資源子網進行控制的機制稱為端到端的控制把網絡智能移向終端、實施端到端通信控制的機制稱為快速分組交換技術，包括幀中繼和信元交換2幀中繼原理幀中繼是快速分組交換網幀中繼對X.25協(xié)議進行了改進，減少了中間結點對分組進行處理的時間，因此明顯提高了數(shù)據傳輸效率幀中繼的主要特點第一，取消了網絡層，減少了協(xié)議層次，把路由、交換和擁塞控制功能下移至鏈路層，從用戶層面看，幀中繼是一個只有鏈路層和物理層的兩層分組交換網第二，鏈路層采用LAPF-core協(xié)議，即鏈路層核心協(xié)議 幀中繼的詳細特點對到來的數(shù)據幀只檢錯，不糾錯并

50、立即轉發(fā)，從而提高了轉發(fā)效率。當出現(xiàn)誤碼時則丟棄，然后交由終端的高層處理。中間結點只具有有限的差錯控制功能，運行LAPF-core協(xié)議，端結點的鏈路層運行完全的鏈路層協(xié)議，因此提高了幀處理速度。幀的發(fā)送與接收無序號，不確認，不進行流量控制，提高了轉發(fā)效率。原來X.25網絡層的虛電路服務功能下移到鏈路層，即對幀進行統(tǒng)計時分多路復用，提高了鏈路層信道利用率，并繼承了虛電路所具有的提供QoS保證的優(yōu)良性能 圖 2-17 幀中繼特性3幀中繼應用（1）從功能上看，F(xiàn)RN采用快速分組交換技術，提高了數(shù)據傳輸效率，因此提高了數(shù)據傳輸率和帶寬，一般數(shù)據傳輸率可以達到E1（2.048Mbps）速率，進一步還可以達到E3（34.368Mbps）速率。（2）從業(yè)務上看，F(xiàn)RN適合于大圖像傳輸和局域網互連，也可以用來組建一個部門的虛擬專用網絡。（3）從通信子網的服務質量方面看，F(xiàn)RN可以提供QoS保證功能，可以向用戶提供承諾的信息速率（Committed Information Rate，CIR），可以