《计算机网络基础》第2章网络体系结构

1、第2章 网络体系结构 21 概述 22网络各层的功能 23几个重要的协议返回 21 概述211 协议 212 协议的分层结构 213 协议标准 214标准化组织 返回211 协议协议是通信双方为了正确完成通信所规定的双方必须遵守的规约 通信是在收发双方进行的，是不同系统之间的作用，如果通信双方不进行某种约定，通信是很难完成的特别是数据通信，由于所传输的数据不允许出错（误码率要求），通信终端又都是计算机（机器），因此对通信协议的制定提出了严格的要求通信协议要控制通信双方进行有效和可靠的数据传输，要进行差错控制、流量控制、路由选择，并解决网络中经常出现的拥塞和死锁等现象 返回协议的体系结构由于通信

2、的复杂性，导致了协议结构的复杂性所以在网络通信系统中，要对网络通信协议进行分层，化整为零，使得每一层协议变得相对简单，便于设计、分析和研究 把某种协议的分层结构称为协议的体系结构 IBM公司1974年推出的体系结构SNA ARPA采用TCP/IP体系结构 OSI就是一个协议的标准 212 协议的分层结构 用邮政系统说明协议分层结构是再好不过的，如图2-1所示 返回邮政系统是最古老的一种通信系统，这个系统可以分为三层最高层是得到邮政服务的用户，包括发信者和收信者。发信者发出一封信，邮寄到收信者手里，实现了信的邮递第二层是完成邮件传递的两个邮局，图中为哈尔滨局（简称哈局）和北京局。邮局一般把发往同

3、一地区的信集中起来放在邮袋中，一同传递到对方局，完成邮件在两局之间的传递第一层是完成邮件传递的两个车站，图中为哈尔滨站（简称哈站）和北京站最底层是实现邮件传递的火车，邮件最终是由火车在两个车站之间进行实体传递的 在邮件传递过程中，发信者与收信者、两个邮局之间和两个火车站之间进行的通信都是虚通信，只有火车才实现了实通信信从发信者传递到收信者手里是由多层虚通信和有关的实通信完成的邮局为用户服务，火车站为邮局服务，服务是一层层完成的，网络中进行通信的过程类似于邮件传递的过程 从网络通信原理的角度可以把网络分为五层即应用层（A）、传输层（T）、网络层（N）、链路层（D）和物理层（Ph），如图2-2 所

4、示。AATTNNDDPhPh物 理 媒 体虚通信实通信SAP PDU分层的基本概念一般各对等层的协议完成各层间的通信 所有层间(包括物理层)的通信都是虚通信 只有物理媒体中实现的是实通信 各层间虚通信完成各层间协议数据单元（ Protocol Data Unit,PDU）的传输,如TPDU(Transmission PDU)和NPDU(Network PDU)等上层靠下层的服务才能使通信完成 服务通过层间的服务访问点（Service Access Point, SAP,如TSAP、NSAP等）作为接口 对等层的通信在对等层间的虚通信有两种方式一种是面向连接的方式 另一种是无连接的方式 各层协议

5、数据单元是有结构的 要传输的报文进入第n层后，要加上该层相应的报头信息，有的层（链路层）还同时加上尾部信息，这些都是用来进行通信控制的 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 体 应用层 PDU 传输层 PDU 网络层 PDU 链路层 PDU 终端 A 终端 B 层间的服务传输层把应用层PDU(M)加上传输层的报头信息H4传送给网络层 网络层把应用层的PDU以及所加上的H4看作是传输层PDU，并进一步加上网络层的报头H3传送给链路层 链路层加上报头信息H2以及报尾信息T2组成一帧信息通过物理层作为2进制代码

6、在物理通路中传输 这里描述的是A终端的过程，在B终端一方，恰好执行相反的服务过程 在A方是“打包”的过程，在B方是“拆包”的过程 213 协议标准 国际标准化组织ISO于1977年成立专门机构制定了一个网络体系结构的标准即著名的开放系统互连基本参考模型（Open Systems Interconnection Reference Model，OSI/RM） 返回7应用层（A）6表示层（P）5会话层（S）4 传输层（T）3网络层（N）2链路层（D）1物理层（Ph）OSI参考模型采用了七层体系结构 顺序依次是：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、链路层和物理层214标准化组织 1ISO 2IE

7、EE 3ITU 4IETF EIA 返回22网络各层的功能 221 物理层 222链路层223 网络层 224 传输层 225高层协议返回 221 物理层1数据通信系统模型2物理层的特点3物理层的功能4对物理层的进一步讨论1数据通信系统模型计算机网络属于数据通信系统（相对于电话通信系统），有时为了讨论方便，一般可以把数据通信系统表示成如图2-5所示的模型 其中，DTE称为数据终端设备（Data Terminal Equipment），可以是计算机等终端设备DCE称为数据电路端接设备（Data Circuit-terminating Equipment），可以是调制解调器等设备通信线路可以是有线

8、的，也可以是无线的；可以是模拟的，也可以是数字的；可以是交换的，也可以是点对点的通信线路是物理电路，经过DCE设备后变成了可以传输数据信息的数据电路数据电路经过扩展，把数据终端设备中的通信控制器再考虑进去形成的逻辑电路称为数据链路，数据链路有时简称为链路，是一条用于传输无差错数据的逻辑电路 2物理层的特点物理层是7层协议中的最底层，但是物理层协议标准是制定得比较晚的一层。一方面是由于物理层涉及直接和各种复杂的通信设施打交道；另一方面是由于在 OSI 模型提出之前就已经开发了许多协议的产品，使得标准的制定难以统一物理层直接与物理接口作用，是纯粹的服务提供者，向链路层提供面向连接的服务，但是物理层

9、仍然具有逻辑的意义物理层并不是某些具体物理设备的描述和产品规格说明，恰恰相反，物理层屏蔽物理设备的差异，起到了通信子网与物理设备间的隔离层作用所以，物理层仍然属于逻辑的范畴，物理层的通信仍然属于虚通信 3物理层的功能物理层是七层协议最底层 物理层向链路层提供面向连接的服务物理层屏蔽物理设备的差异 物理层的功能是在 DTE 和 DCE 之间，为传输比特流所需的物理层连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段 物理层局限自己的范围是在 DTE 与 DCE 之间的接口。其实质是物理层研究问题的范围。 返回物理层的接口接口可以概括为物理层的四个特性：机械特性、电气特性、功能特性和规

10、程特性 机械特性就是对 DTE 与 DCE 之间进行物理连接时接插件的规格定义 机械特性就是在DTE与DCE之间进行物理连接时对接插件的规格定义在DTE与DCE之间通过多条导线相互连接，作为两种独立的设备，通常采用标准接插件极其方便地实现机械的互连为便于不同厂家生产的DTE与DCE进行连接，ISO制定了ISO 2110接口标准该标准对接插件的几何尺寸、引线排列和锁定装置等机械特性作了详细的规定。接插件的形状一般都做成“D”型，所以称 D 型插口，如图2-6所示（前页） 做成D型的目的是使之具有锁定功能以RS-232-C为例，在DTE一方，一般都做成插头（有插孔）；在DCE一方，一般都做成插座（

11、有插针），25根引脚，引脚号依次为113和1425 电气特性描述接口的电气连接 功能特性用来说明某条线上出现的某一电平的意义 规程特性用来说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序 4对物理层的进一步讨论物理层的研究范围只涉及DTE与DCE之间的接口，可以把物理层的主要功能理解为如何把DTE通过DCE连接到网络上去物理层只负责实现无意义的二进制代码的传输，而不管传输的内容是什么，也不管所传输的内容是否有错，差错问题由链路层去解决要注意物理层的千差万别比如RS系列的物理层标准就有很多以太网、令牌环等网络各有各的物理层协议仅10M以太网就有4个物理层规范所以，这里只是以一个典型的、古老的RS-232

12、协议为例来介绍物理层的基本概念。222链路层1链路层功能2链路层协议分类 3可靠的链路层协议返回1链路层功能链路层是非常重要的一层，任何网络都离不开链路层从高层向下看，惟有链路层才真正承担着网络数据传输的任务，是数据传输的核心和骨干，因为链路层完成了有结构、有意义和可控的数据传输物理层虽然是在其下层实现代码的传输，但物理层的数据传输是无意义的发送数据时，链路层把高层数据放在链路层的“信息字段”并封装成帧实现数据传输，在接收时解封、还原并交给高层处理所以链路层的功能是在两个（相邻的）结点间实现帧的传输。这里给出了要传输的数据帧的形式，给出了作用的范围，即两个（相邻的）结点间 2链路层协议分类链路

13、层协议有多种 按照网络组成方法和数据传输方式的不同，可以分为点对点和广播方式 根据链路层对可靠性响应方式的不同，又可以分为可靠的和不可靠的 按照传输数据的组织方式分类，链路层协议又可以分为两大类：面向字符型和面向比特型 点对点和广播方式例如HDLC和PPP是点对点的，以太网是广播方式 可靠的和不可靠根据链路层对可靠性响应方式的不同，又可以分为可靠的和不可靠的点对点的PPP协议和广播方式的以太网是不可靠的点对点的HDLC和BSC是可靠的 面向字符型和面向比特型按照传输数据的组织方式分类，链路层协议又可以分为两大类：面向字符型和面向比特型最早的面向字符型协议是由 IBM 公司在20世纪60年代初提

14、出的二进制同步通信控制规程BSC，后来由ISO进行了标准化最早的面向比特型协议也是由IBM公司在1969年提出的同步数据链路控制规程SDLC，用在该公司的SNA网络体系结构中在此基础上，各标准化组织都制定了各自面向比特型协议的标准。例如ISO在SDLC的基础上制定了高级数据链路规程HDLCITU制定了LAPB协议标准，LAPB是公共分组交换网的链路级协议，体现在ITU著名的X.25建议书中在实际网络应用中，链路层大部分都采用面向比特型协议，已经很少采用面向字符型协议 3可靠的链路层协议可靠是指不出差错那么是否不可靠的链路层就允许出差错呢？其实所谓“不可靠”是指在本层（如链路层）不进行有关可靠性

15、方面的处理。例如传输中的差错，不可靠的链路层把差错交由高层处理，整个网络依然是可靠的数据传输实际上，数据传输对通信系统可靠性的要求是比较高的，一般来说不允许出错或者对差错有一个所谓误码率（误码率是恒量通信系统数据传输质量的性能指标）的限制要求对于可靠的链路层，除了以上介绍的基本功能以外，还必须提供面向连接、流量控制和差错控制的功能以达到可靠数据传输的目的 连接的概念连接的概念很简单，是指通信之前在通信的两个端点之间通过控制命令的交互建立联系，然后再通信，通信结束后再断开已经建立的联系下面主要介绍流量控制和差错控制的概念 （1）流量控制不论是发送站还是接收站，都必须开辟一定容量的缓冲区 主机因为

16、忙，来不及对数据进行处理时，这些数据必须在缓冲区暂存 显然缓冲区是通信系统的资源 为了保证无差错传输，在链路层必须进行流量控制 否则，当接收缓冲区满时，还有数据从发送方传输过来，就会使缓冲区中还来不及处理的数据丢失 在高层如有些网络层和传输，也有流量控制的任务 链路层流量控制方法链路层流量控制有两种方法：停等协议滑动窗口协议 所谓停等协议停等协议就是每发送一帧信息都要停下来等待接收方发回来的确认信息 假设在数据传输中没有出错的情况， A 结点每发一帧数据后就停下来等待，直至收到 B 结点发回的 ACK 信号再发下一帧，这样，就起到了流量控制作用 送主机ACKACKDATA1DATA0送主机AB

17、（2）差错控制在数据传输系统中，必须尽可能地减少差错发生，使误码率达到要求的指标，所以在系统中必须引进差错控制机制。每当差错发生时，可以发现错误，并采取相应的措施纠正目前差错控制主要采用反馈重传纠错机制，如图2-8所示 送主机ACKNAKDATA1DATA0ABDATA1送主机其原理是：接收方通过校验，发现数据有错时回答否认（Negative AcKnowlegement，NAK）信号，发送方接收到NAK后必须重发这一帧，从而起到了差错控制的作用，这时在发送方应该设一个帧的发送缓冲区暂存用于重发的帧 但有时因为信道质量差，使得数据帧发生丢失，接收方不知道有数据发来，也就不可能回答对这种情况下，

18、协议规定，在发送方设一个定时器，每发一帧信息后启动定时器，如果超时没有收到回答，则重发该帧 4对链路层的进一步讨论可以把链路理解为两个（相邻）结点间的逻辑电路，因此链路层研究的范围是在（相邻的）结点之间，链路层研究如何在（相邻的）结点之间进行数据传输稍后就会看到，在数据传输时，在要传输的数据格式中都包括一个地址字段，以便把数据传输到地址字段所标识的目标地址的站点两种方式链路层向高层提供数据传输服务可以有两种方式，一种是可靠的，一种是不可靠的，因此相应地有两种不同的链路层协议，可以根据链路的实际情况以及对数据传输质量的要求进行选取对于一对结点间的链路，物理层以代码的方式进行数据传输，物理层不识别

19、所传输数据的内容，并且不负责数据传输的错误链路层则对这段链路上传输的数据进行格式化，也就是说，链路层以帧的格式进行数据传输，并且要对所传输的数据进行差错检测，可靠的链路层还必须进行差错的控制，以达到可靠数据传输的目的 223 网络层 1功能 2交换3网络层服务 4路由选择 5拥塞控制 返回1功能 网络层对整个通信子网进行管理和控制 网络层考虑如何把端结点（即主机）的信息通过若干个中间结点正确传送到另一个端结点一般要采用分组交换的方法 分组信息究竟通过哪些结点才能较快地传输，这就是路由选择问题网络层对网络上传输的信息进行整体的控制，也就是全网的流量控制当某处发生拥塞时要及时加以解决。 2交换交换

20、是以某种方式动态分配通信资源的技术通信资源可以理解为链路或通信信道，当数据到达中间结点时，中间结点就应该把数据从不同的端口交换到其它链路上去，中间结点即是交换机不光计算机网络通信涉及到交换，电话通信也需要交换，计算机网络中交换的概念实际上来自于电话网中的交换，但采用交换的方法与电话网不同因此，交换技术大体上有两种：电路交换技术和分组交换技术 电路交换所谓电路交换是指：在数据通信之前，终端通过呼叫并由交换结点形成一条物理电路，然后所有的数据都在这条物理电路上传输的一种交换技术电话通信即采用电路交换方式，通话之前先拨号，在公共信令系统支持下形成物理电路，然后再通信，通信结束后再断开电路公共信令系统

21、是由电信部门建立的、对各种网络进行控制的通信支撑系统，例如电话拨号时电路的连接与断开即借助于公共信令系统电路交换的特点电路交换在通信之前，必须先连接（呼叫或拨号），因此要占用时间，连接后这条物理电路被独占，因此别的信号不能再通过，这说明电路交换方式传输效率低但是由于一对终端独占信道，所以电路交换的优点是实时性好，适合于声音等类数据的传输电路交换一般以星型拓扑组网，以中间结点作为交换机，城市或者区之间的交换机再形成网状拓扑，以保证可靠性 分组交换计算机网络采用分组交换技术分组是一些数据的片段，在交换结点通过存储转发的方式实施数据交换分组自身携带标识（地址或虚电路号）信息，中间的交换结点根据分组的

22、标识信息进行存储转发 由此可见其主要特点是：数据本身含有地址（或虚电路号）；中间结点负责对数据进行处理，如在链路层进行差错检测，在网络层根据地址进行分组的存储转发 分组交换网一般采用网状拓扑，交换结点可以是分组交换机或者是路由器结点之间可以有多条物理线路进行连接，这样当某条线路出现故障时可以通过迂回的方式进行传输以保证可靠性主机通过交换结点连接到网络上去。分组交换采用存储转发方式进行数据的转发、交换与传输所谓存储转发实际上是交换结点对于到来的分组进行处理的过程，这个过程包括路由和交换。如果分组携带的目标地址恰好是本结点的地址则接收下来，并传送给相应的主机；否则就按照路由表在交换结点不同的端口之

23、间对分组进行交换分组交换从向高层提供服务的角度又可以分为数据报和虚电路两种方式，将在下面分别叙述分组交换的缺点是传输效率比较低，不适合实时性数据的传输但其优点是非常明显的：适合于突发型的数据传输可以提供可变比特率的数据传输可以提供服务质量的保证 2网络层的服务 网络层向传输层提供服务两种服务方式：面向连接和不连接 网络层的功能和作用是在通信端结点之间可靠地传输分组 服务分成两类 面向连接的服务虚电路 无连接的服务数据报 （1）数据报服务 把报文分成包后，各个包可以分别寻找不同的路由，通过不同的链路到达目的端 图 1-11 分组交换示意图 H1 H2 IMP1 IMP2 IMP5 IMP3 IM

24、P4 P1 P1 P1 P2 P2 ACK ACK ACK 分组传输方向 分组传输方向 数据报方式的特点由于包的传输没有延迟，实时性好 数据报方式每个分组都应携带着足够的地址信息 ，寻找路由灵活 分组本身信息量花销大 分组走了不同的路径 各分组到达目的端的时间可能不按序，所以在目的端要进行排序 一般在数据信息量比较少时使用数据报方式，可以提高传输效率 （2）虚电路服务 在传输前，发送端先进行虚呼叫 (VC)，与接收端进行虚电路的建立 虚电路建好后，把报文的所有分组按照分组序号顺序发往目的端，由中间结点进行存储转发 到达目的结点后，重新组装报文送给主机 这里有两条虚电路VC1和VC2。当然还可以

25、有多条，每一条都可以单独传输一路信息。从图可见，在H2和H3之间进行了多路复用。AEDCBH1H4H2H3VC1VC2虚电路方式的特点：分组按序到达分组携带信息少主机的多个进程可以进行多次呼叫，形成多条虚电路，如 VC1 和 VC2多条虚电路在某些段可以使用同一条链路，这种功能称为多路复用 虚电路方式的缺点是虚呼叫需要连接的建立与断连的时间 虚电路方式适合于：虚电路方式特别适合于传输大量信息的情况 在传输大量信息时，建立连接的过程可以忽略不计 虚电路又分为两种方式：在虚电路方式中，又分为：呼叫虚电路永久虚电路类似于电话网中公用与专用线路的情况 虚电路方式与电路交换区别：虚电路交换似乎像电路交换

26、方式虚电路方式与电路交换方式有本质上的区别：电路交换的连接是物理连接虚电路是逻辑连接虚电路是多路复用的，这是电路交换不能及的 3路由选择 在网络中，端结点之间的数据传输可以选择多条路径网络层如何为分组的存储转发选择一条较好的路径称路由选择 路由选择对网络的传输性能及质量有着极大的影响 路由选择的关键是网络中必须有一个比较好的路由选择算法 路由选择的算法路由选择的算法主要可以分为两大类：自适应式（动态变化的）非自适应式（静态不变的）非自适应式的算法其路由基本上都是固定的，路由不随网络上的现行状态变化 自适应的算法其路由随网络的状况随时进行调整 4拥塞控制 信道带宽、结点发送与接收缓冲区、处理机速

27、度等称为网络资源一般采取拥塞控制的方法限制网络资源的使用 拥塞是因为资源紧缺造成的 拥塞是由于进入网络的分组数太多造成的，拥塞的结果最终有可能导致死锁通过拥塞控制，防止出现拥挤和死锁 图 2-10 流量控制的作用 输入网络 吞吐量 无流量控制 理想的流量控制 死锁 拥塞 实际的流量控制 把进入网络分组数看作是负载量从网络上输出的分组数看作是吞吐量，因有下图： 拥塞控制分类拥塞控制大体上分为两类：开环，通过设计使网络尽可能的不发生拥塞闭环，通过反馈机制，动态地对网络拥塞进行控制。 闭环拥塞控制包括的步骤（1）发现拥塞。根据拥塞时被丢弃分组数的变化、缓冲区队列长度的变化以及平均分组延迟时间的长短判

28、断拥塞。（2）反馈机制。向源主机发送抑制分组，减少数据分组发送量。或者控制点观察应答分组返回时所用时间进行判断。IP协议采用前者。（3）调整机制。降低分组发送速率；或者丢弃分组，一般是丢弃优先级低的分组，如ATM，FRN以及IP都采用丢弃分组的方法。拥塞控制的方法 拥塞控制采取分级控制的方法 ：网段级可以看作是结点间的控制 入口到出口级可以看作是端结点之间的拥塞控制 进网级起到监视进网分组量的作用，可以有效地防止拥塞发生 224 传输层 1传输层的地位 2服务质量 3OSI传输协议 返回1传输层的地位在网络协议中，传输层是至关重要的一层 几乎所有著名的网络体系结构中都留有传输层的一席之地 传输

29、层属于资源子网，属于主机范畴但从功能来看，传输层是面向通信的 图 2-12 传输层的地位 A P S N D Ph T 面向应用 面向通信 资源子网 通信子网 传输层的地位如图所示：传输层的作用：网络层的服务并不是很完善的 数据报服务的差错控制就是由主机完成 为了使通信子网的用户能够得到统一的通信服务，就有必要设置一个传输层 传输层弥补通信子网提供的服务的差异和不足 在通信子网提供的服务基础上，利用本身的传输协议，增加了服务功能，使得对两端的网络用户来说，各通信子网是透明的 链路层使物理链路变成了一条无差错的链路，传输层使得通信子网变成了一个无差错的网络 传输层与网络层：网络层实现在两个通信端

30、结点之间传输分组，具有点到点的意义 传输层是在主机应用进程间的通信，完成了在进程间传输层协议数据单元的传输。传输层的通信具有端到端的意义 2服务质量 服务是网络中各层向紧邻的上层提供的一组操作任何服务都有服务质量问题 网络层服务质量最主要的指标就是可靠性，包括是否有分组丢失、重复、失序、连接及释放的时延等 把通信子网分为三类：以这些可靠性指标为标准，可以把通信子网分为三类：A 类 没有 NRESET 的完善服务B 类 有 NRESET 的完善服务C 类 不可靠的服务，有分组丢失，重复和失序 NRESET 是用于指示网络层故障的发生，如拥塞和死锁 的3OSI传输协议 根据不同类型的子网服务质量，

31、 OSI 将传输协议分为 5类：0 类 简单类，面向 A 类子网，协议最简单1 类 基本错误恢复类，面向 B 类子网2 类 多路复用类，面向 A 类子网3 类 错误恢复类和多路复用类，面向 B 类子网4 类 错误检测和恢复类，面向 C 类子网 ，协议最复杂实际协议的采用方法：在子网上同时提供多种传输协议根据传输服务用户在请求传输服务时提出的服务质量要求，选取不同类的传输协议。 如在 OSI 协议中，往往同时提供 TP0 和 TP4 （传输层第 0 类和第 4 类协议） 在 TCPIP 协议中，同时提供无连接的 UDP 和面向连接的 TCP，分别对应 OSI的TP0 和 TP4 225高层协议

32、1 会话层 2表示层 3应用层返回1 会话层 会话是在应用进程之间交换信息而按一定规则建立起来的一个暂时联系 会话层通过对两个会话用户间的数据流进行方向的控制并且通过增强传输数据流的结构性的手段提供服务 2表示层 网络上不同的计算机对数据信息有不同的描述方法 表示层试图用一种抽象语法描述信息，以实现不同系统之间信息表示的统一 3应用层 应用层的功能是向应用进程提供访问OSI的手段 OSI在应用层中定义了几个重要的应用层标准 包括：虚拟终端标准VTP，用于不同类型的终端访问网络上不同的主机应用进程文件传输、访问和管理标准FTAM，用于在不同的系统间能够在网络上传输文件报文处理系统MHS用于对网络

33、上使用非常普遍的电子邮件系统进行标准化 23几个重要的协议 231 RS-232-C 232 HDLC协议 233 X.25协议 234 PPP协议 235 FRN协议236 ATM协议返回231 RS-232-CEIA RS-232-C 是美国电子工业协会 EIA于 1969 年制定的著名物理层标准RS 表示 EIA 的一种推荐标准 232 是个编号C 是标准 RS-232 以后的第三个修订版本 返回RS-232接口标准EIA RS-232-C 是 DTE 与 DCE 之间的接口标准 DTE 可以是计算机主机、终端和外部设备 DCE 在这里就是直接与模拟话音线路相连的调制解调器 MODEM

34、机械特性在机械特性方面， EIA RS-232使用ISO 2110 接口标准，有25根引线在实际使用中还使用一种9根引线的简化的版本 电气特性在电气特性方面，EIA-232遵循CCITT V2.8的建议书，采用负逻辑。功能特性在功能特性方面，EIA RS-232-C 与 CCITT 的 V.24 建议书一致 V.24 提出了 100 系列和 200 系列两个接口标准200 系列专用于自动呼叫系统中，100 系列用于人工呼叫系统中RS-232-C 与 100 系列对应本节主要介绍 100 系列接口 100 系列接口线可以分为三类，即公用线（地）、数据线和控制线 一般只使用其中 9 根线,接插件各

35、个信号的意义及传输方向如表2-2所示：引脚号 引脚名 意义 方向 1GND状态地7GND信号地2TXD发送数据线DTEDCE3RXD接收数据线DCEDTE4RTS请求发送线DTEDCE5CTS允许发送线DCEDTE6DSRDCE就绪DCEDTE20DTRDTE就绪DTEDCE表2-2 RS232C接口信号表规程特性EIA RS-232-C 的规程特性与 CCITT 的 V.24 建议书是一致的 当终端（DTE-A）有数据要发送时，置 20 线为高电平（即通状态），通知本地 MODEM （DCE-A）终端已经就绪。DCE-A 响应此信号，置 6 线为高电平DTE-A置 4 线为高电平，通知DCE

36、-A 请求发送数据，DCE-A检测到 4为高电平后：通过电话线发一载波信号给远程 MODEM （DCE-B）， 通知其准备接收数据， 同时置 5线为高电平，允许DTE-A发送DCE-B 检测到载波后，置 8 线为高电平，通知远程终端（DTE-B）准备接收数据 发送和断连DTE-A检测到 5 线为高电平后，数据传送开始，由 2 线发送数据，由 3线接收数据。 DTE-A数据发送完后，置 4 线为低电平（断开），通知DCE-A 发送结束，DCE-A 检测到 4 线为低电平后，停止向电话线发送载波，并置 5 线为低电平作为回答。DCE-B 检测不到载波后，即置 8线和22线为低电平。DTE-A置 2

37、0 线为低电平后，将 6 线变为低电平，同意拆线 图 2-14 两台微机直接连接 微 机 1 2 3 4 5 6 7 8 20 1 2 3 4 5 6 7 8 20 微 机 两台微型机直接连接 ：看见：只要3根线在两台微机间连接，其它线都是在内部连接232 HDLC协议 一个著名的面向比特型链路层协议不对要传输的信息进行编码，而以比特为传输基本单元，完全同步传送，基本上取消了控制字符，实现透明传输帧格式统一，校验方法一致，采用 CRC 循环校验码采用连续发送方式（不同于停等协议），提高了传输效率。不论在广域网还是局域网；不论在专用网还是在公用网中都得到了非常广泛的应用由 IBM 公司研制成功，

38、名为SDLC。ISO 对其进行扩充，改名为 HDLC 作为 OSI 标准本节以 HDLC 为例介绍 返回1HDLC 的帧格式 HDLC 的帧区分为数据帧和控制帧但这两种帧的格式，对于控制帧除了没有数据字段以外，与数据帧格式完全一致 图 2-15 HDLC 的帧格式 1b 1b 1b 1kb 左右 2b 1b F A C I FCS F HDLC 的帧具有六个字段 ：F、A、C、I、FCS、F信息字段 I 称信息字段其字节长度不做统一规定，一般在 1K 左右如果是控制帧没有此字段 FCS字段FCS 是 CRC-16 循环校验码，2 个字节 地址字段A 是地址字段，用于指明次站地址1 个字节，可以

39、扩展。标志字段F字段是标志（FLAG）是一个固定的比特序列 01111110， 作为一帧的开始与结束的标志又可以作为码同步信号 零比特插入与删除技术 发送方通过硬件对发送的每一帧信息进行扫描，每当出现连续 5 个 1 时，自动插入 1 个 0， 这样，在接收方不会把它误认为是 F 接收方对接收到的帧也通过硬件进行扫描，每当接收到连续 5 个 1 的数据后，必须把其后的一个 0 去掉，以便还原数据 例如：若发送的数据为：01111110采用插入技术后变为：011111010接收后再还原成：01111110控制字段控制字段 C 决定一个帧的类型是控制帧还是数据帧如果是数据帧（I 帧）有 I 段如果

40、是控制帧，没有 I段 控制帧分成两种一种是监控帧 S 帧一种是无编号帧 U 帧它们的类型视其控制字段 C 的编码即可知 0 N（S） P/F N（R） 1 0 S P/F N（R） 1 1 M P/F M信息帧监控帧无编号图2-16 控制字段编码格式控制字段本身有三种编码格式 ：控制字段三种编码格式 当最高位为 0 时， C 段使得 HDLC 的帧成为一个信息帧（I 帧）当最高位为 时， C 段使得 HDLC 的帧成为一个控制帧若第 7 位为 0 时，为监控帧 （S 帧）若第 7 位为 1 时，为无编号帧 （U 帧） ）I 帧的 C 字段编码 C 字段编码主要包含两个计数器一个是发送帧计数器N

41、(S)，含义是告诉接收方，现在发送的是哪一帧另一个是接收帧计数器 N(R)， 含义是告诉接收方，刚才曾正确接收到了 N(R)-1 帧，期待接收第 N(R) 帧 可见， N(R)的意义主要是用于确认 P/F 位P/F 位在主站表示 P，若为 1， 表示期望从站给予回答，否则反之在从站表示 F，若为1， 表示发送帧是最后一个帧，实质上也是期待给予回答的含义另两个的 C字段的编码格式中 P/F 位的含义与之类似 2）S 帧的 C 字段编码 S 帧主要用作响应帧，对主站的命令予以响应，并给出状态表示回答N(R) 的作用也是一个接收帧的计数器，不同的S帧其含义是不同的，但一般是对以前接收到的帧的确认或否

42、认的回答S是S帧的编码，共有四种 S 帧 ）U 帧的 C 字段编码 U帧因没有计数器而得名为无编号帧既可用作控制帧，又可用作响应帧主要用于建立和拆除链路、置工作方式等 2HDLC 的通信过程 HDLC 的通信过程包括：建立链路数据传输拆除链路 图2-17数据传输过程 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 为便于说明，把一帧的信息按以下方法标识： 帧类型，N(S)，N(R)，P/F 如果 P 或 F 为 1， 则标注 P 或 F，若 P 或 F 为 0，则不标注 ，例如： I，1，0，P 表示这是一个信息帧，发送第一帧，期待接收

43、第 0 帧，请给予回答 发送第1帧，请回答暂停发送，收到第1帧可以发送发送第0帧，期待第3帧233 X.25协议 目前国际上起源最早，使用最普遍的通信网主要有两种：一种是采用电路交换的公用电话网一种是采用分组交换的公用数据网 X.25 建议书，讨论一个 DTE 如何连接到一个公用分组交换网上 X.25 建议书是一个公用分组交换网 DTE 与 DCE 间接口的规格说明 X.25 只提供虚电路服务 返回 图 2-21 X.25 的功能 DCE DCE DTE DTE X.25 接口 X.25 接口 VC X.25 公用分组交换网是一个通信子网，包括 OSI 的下三层 X.25 建议书是一个三层协议

44、的接口说明X.25 分三级其物理级采用 CCITT X.21 和 X.21bis 物理层协议链路级采用 CCITT LAPB 链路级协议 分组级采用虚电路服务 ，在 DTE 与 DCE 之间可以建立 4096 条逻辑信道（即虚电路） TPDU分组头分组 F A C I FCS F比 特 流分组级LAPBX.21各层间协议数据单元的关系 ：注意分组格式：头+数据共3层X.25 虚电路服务X.25 提供虚电路服务整个通信过程分为三个阶段即呼叫建立阶段数据传输阶段虚电路释放阶段 释放请求 图 2-23 虚电路的建立与释放 释放证实 释放指示 呼叫接受 入呼叫 释放证实 呼叫接通 呼叫请求 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 数据 数据 网络 连接断连数据传输234 PPP协议 PPP（Point to Point Protocol）是1992年开发的链路层远程访问通信协议 来自于另一个串行通信协议SLIP（Serial Line IP） SLIP是面向字符的协议，没有差错控制功能，当传输出现错误时交由高层处理，对高层协议支持也不好 PPP协议对SLIP协议进行了改进，对高层支持多种协议，具有差错控制功能，而且既支持面向字符，又

46、支持面向比特传输 返回PPP协议的重要性在PPP协议的基础上，把PPP协议与以太网协议相结合，又开发了宽带的远程拨号协议，如PPPoE协议，用在ADSL等宽带的远程访问方面 PPP协议在IP宽带传输网（以后介绍）中也得到了应用。在IP over SDH宽带传输网中，可以先把IP分组封装在PPP数据字段，然后，把PPP的帧再封装在SDH帧中，传输速度至少可以达到2Gb/s PPPoE协议，用在ADSL等宽带的远程访问方面 F A C 协 议 信 息 FCS F 分 组图2-24 PPP 协议的帧格式可见：与HDLC基本相似多了一个协议字段F是一样的地址和控制暂时未用2.3.5 FRN协议1基本概

47、念2帧中继原理3帧中继应用返回1基本概念在组建公用分组交换网时，结点间的通信线路借用了当时信道质量较差的采用铜缆的电话通信线路为了保证可靠数据传输，X.25不得不在链路层和网络层采取了极其严格、繁琐的差错控制措施，因此即使在非常差的信道上，X.25协议交给高层协议的仍然可以是一个质量非常高的通信子网高质量必然导致传输效率低下，因此，X.25的传输速率一般只有64Kbps在当时网络上以传输文本类数据信息为主的情况下，人们对这样的带宽基本上还是满意的。 帧中继应运而生到了90年代，情况发生了很大的变化：一是网络所传输的信息已经开始由单一的文本向多媒体发展，大图像传输的需求在不断增加二是局域网之间需

48、要互连，导致大量的、突发性的数据传输需求的增加X.25的传输带宽已经远远满足不了现实的需求，因此，人们迫切需要研究一种能够实现高速数据传输的网络，于是帧中继（Frame Relay，FRN）网络应运而生。80年代后期网络技术发生的变化80年代后期，网络技术已经发生了很大的变化：第一，网络主干通信线路开始大量使用光纤介质第二，网络终端的智能化水平逐步得到提高，PC得到了广泛应用关于网络智能的讨论在上述两个条件已经具备的情况下，把网络智能究竟是放在网络内还是放在网络终端产生了争论网络智能一般指网络的差错控制、流量控制功能如果网络智能在网络内部，就是由通信子网实施控制，如果网络智能在网络终端，就是由

49、终端进行通信控制，也就是说由资源子网实施控制把由通信子网进行控制的机制称为点到点的控制，而由资源子网进行控制的机制称为端到端的控制把网络智能移向终端、实施端到端通信控制的机制称为快速分组交换技术，包括帧中继和信元交换2帧中继原理帧中继是快速分组交换网帧中继对X.25协议进行了改进，减少了中间结点对分组进行处理的时间，因此明显提高了数据传输效率帧中继的主要特点第一，取消了网络层，减少了协议层次，把路由、交换和拥塞控制功能下移至链路层，从用户层面看，帧中继是一个只有链路层和物理层的两层分组交换网第二，链路层采用LAPF-core协议，即链路层核心协议 帧中继的详细特点对到来的数据帧只检错，不纠错并

50、立即转发，从而提高了转发效率。当出现误码时则丢弃，然后交由终端的高层处理。中间结点只具有有限的差错控制功能，运行LAPF-core协议，端结点的链路层运行完全的链路层协议，因此提高了帧处理速度。帧的发送与接收无序号，不确认，不进行流量控制，提高了转发效率。原来X.25网络层的虚电路服务功能下移到链路层，即对帧进行统计时分多路复用，提高了链路层信道利用率，并继承了虚电路所具有的提供QoS保证的优良性能 图 2-17 帧中继特性3帧中继应用（1）从功能上看，FRN采用快速分组交换技术，提高了数据传输效率，因此提高了数据传输率和带宽，一般数据传输率可以达到E1（2.048Mbps）速率，进一步还可以达到E3（34.368Mbps）速率。（2）从业务上看，FRN适合于大图像传输和局域网互连，也可以用来组建一个部门的虚拟专用网络。（3）从通信子网的服务质量方面看，FRN可以提供QoS保证功能，可以向用户提供承诺的信息速率（Committed Information Rate，CIR），可以