计算机网络技术最终笔记

第1章计算机网络概论

1.1.11计算机网络卜就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互

连起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息传递的系统。

计算机网络：资源子网(主机Host+终端Terminal)+通信子网(通信链路)

网络节点：分组交换设备PSE、分组装/卸设备PAD、集中器C、网络控制中心NCC、网间连接器G。

统称为接口信息处理机IMP。

1.1.2|计算机网络的海羽:

1.面向终端的计算机网络：以单个计算机为中心的远程联机系统，除了一台中心计算机外，其它

的终端设备都没有自主处理的功能。为减轻中心计算机的负载,在通信线路和计算机之间设置了一个前

端处理机FEP或通信控制器CCU专门负责与终端之间的通信控制。在终端机较集中的地区，采用了集中

管理器。

2.计算机一计算机网络：多台计算机互连，并存多处理中心，实现资源共享。网络产品是相对独

立的，未有统一标准。

3.开放式标准化网络：国际标准化组织ISO于1984年颁布了“开放系统互连基本参考模型”ISO

7498,简称OSI/RM。从此，网络产品有了统一标准，促进了企业的竞争，大大加速了计算机网络的发

展。

1.1.3|计算机网络实例闲

L因特网：1969年一ARPANET,ARM模型,早于0SI模型，低三层接近0SL采用TCP/IP协议。1988

年一NSFNET,0SI模型，采用标准的TCP/IP协议，成为Internet的主干网。

两种服务公司：进入因特网产品服务公司ISP,因特网信息服务公司ICP。

2.公用数据网PDN：计算机网络中负责完成节点间通信任务的通信子网。

公用数据网对于外部用户提供的界面大都采用了国际标准，即CCHT制定的X.25建议。规定了用

分组方式工作和公用数据网连接的数据终端设备DTE和数据电路终接设备DCE之间的接口。在计算机接

入公用数据网的场合下，DTE就是指计算机，而公用数据网中的分组交换节点就是DCE。

X.25是为同一个网络上用户进行相互通信而设计的。而现在的X.75是为各种网络上用户进行相互

通信而设计的。X.75取代了X.25。

3.SNA：IBM公司的计算机网络产品设计规范。

1.2.1|计算机网络的功能卜1.硬件资源共享2.软件资源共享3.用户间信息交换

1.2.2|计算机网络的分永

1.按网络的分布范围分类:广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN

2.按网络的交换方式分类:电路交换、报文交换、分组交换

3.按网络的拓扑结构分类:星形、总线、环形、树形、网形

4.按网络的传输媒体分类:双绞线、同轴电缆、光纤、无线

5.按网络的信道分类:窄带、宽带

6.按网络的用途分类:教育、科研、商业、企业

1.2.3|计算机网络的应甬

1.办公自动化0A2.电子数据交换EDI3.远程交换(Telecommuting)

4.远程教育5.电子银行6.电子公告板系统BBS7.证券及期货交易

8.广播分组交换9.校园网10.信息高速公路11.企业网

12.智能大厦和结构化综合布线系短

1.2.4|计算机网络的标准制定机构

1.国际标准化组织(ISO)2.国际电报电话咨询委员会(CCITT)

3.美国国家标准局(NBS)4.美国国家标准学会(ANSI)

5.欧洲计算机制造商协会(ECMA)

第2章计算机网络基础知识

2.1.1|模拟数据通信和数字数据通信

1）数据一可定义为有意义的实体。可分为模拟数据和数字数据。模拟数据是在某区间内连续变化的

值；数字数据是离散的值。

2）信号一是数据的电子或电磁编码。信号可分为模拟信号和数字信号。模拟信号是随时间连续变化

的电流、电压或电磁波；数字信号则是一系列离散的电脉冲。可选择适当的参量来表示要传输的数据。

3）信息一是数据的内容和解释。

4）信源一通信过程中产生和发送信息的设备或计算机。

5）信宿一通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。

6）信道一信源和信宿之间的通信线路。

模拟信号利数字信号可通过参量（幅度）来表示

模拟数据和数字数据的表示

D模拟数据用模拟信号来表示。可以直接用占有相同频带的电信号，即对应的模拟信号来表示，如

模拟电话通信。

2）数字数据用模拟信号来表示。把数字数据调制成模拟信号；也可以把模拟信号解调成数字数据，

如用Modem拨号上网。

3）模拟数据用数字信号来表示。将直接表示声音数据的模拟信号，编码转换成二进制流近似表示的

数字信号;而在线路另一端的CODEC,则将二进制流码恢复成原来的模拟数据，如数字电话通信。

4）数字数据用数字信号来表示。可直接用二进制数字脉冲信号来表示，但为了改善其传播特性，一

般先要对二进制数据进行编码，如DDN网络通信。

数据通信的长距离传输及信号衰减的克服

模拟信号衰减的克服办法是用放大器来增强信号的能量，但噪音分量也会增强，以至引起信号畸变。

数字信号衰减的克服办法是使用中继器,把数字信号恢复为"0、1”的标准电平后继续传输。

2.1.2|数据通信中的主要技术指标

L数据传输速率

1）数据传输速率一每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s|S=1/T*数gzN（bZ

（1）

T为一个数字脉冲信号的宽度（全宽码）或重复周期（归零码）单位为秒；

N为一个码元所取的离散值个数。

2）信号传输速率一单位时间内通过信道传输的码元数，单位为波特，记作Baud|B=1/T（Baud）

⑵

式中T为信号码元的宽度，单位为秒.

信号传输速率,也称码元速率、调制速手或波特号

由⑴、⑵式得：|S=B*由g2N|（bps）或|B=S/由g2N|（Baud）

2.信道容量：表示一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒（bps）。信道容量表示信道的最大数

据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而数据传输速率是实际的数据传输速率。

2）离散的信道容量：奈奎斯特（Nyquist）无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H的关系：巨j

（Baud）

奈奎斯特公式一无噪信道传输能力公式：|G=2*H*log2N|（bps）

式中H为信道的带宽，即信道传输上、下限频率的差值，单位为Hz

2

3)连续的信道容量：香农公式一带噪信道容量公式：|C=H*log2信道/N)|(bps)

式中S为信号功率，N为噪声功率，S/N为信噪比。

3.误码率：一般要求误码率低于10%|Pe=Ne/N

2.1.3|通信方式

1.并行通信

2.串行通信单工、半双工和全双工。

2.2.1|数字数据的模拟信号编码

模拟信号传输的基础是载波，载波具有三大要素：幅度、频率和相位。

数字调制的三种基本形式：移幅键控法ASK、移频键控法FSK、移相键控法PSK。

ASKN—一；-~弋

FSKRXJ［七朴

在ASK方式下，用载波的两种不同幅度来表示二进制的两种状态。ASK方式容易受增益变化的影响,

在电话线路上，通常只能达到1200bps的速率。

在FSK方式下，用载波频率附近的两种不同频率来表示二进制的两种状态。在电话线路上，使用

FSK可以实现全双工操作，通常可达到1200bps的速率。

在PSK方式下，用载波信号相位移动来表示数据。PSK可以使用二相或多于二相的相移，移相四种

不同角度称2DPSK,分别移相8种不同角度称3DPSK。

由PSK和ASK结合的相位幅度调制PAM,例如采用12种相位，其中的4种相位每个信号取2种幅

度，这样就得到16种不同的相位幅度离散状态，可使一个码元表示4位二进制数据，有效数据传输速

率可达9600bps.

2.2.2|数字数据的数字信号编码

基带传输时，需要解决的问题是数字数据的数字信号表不及收发两端之间的信号同步两个方面。

L数字数据的数字信号表示：用不同的电压电平来表示两个二进制数字,即数字信号由矩形脉冲

组成。

1.0

判决

0.5

门限

0

取样时间

a)单极性脉冲b)双极性脉冲

2.归零码和不归零码、单极性码和双极性码的特点

不归零码在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进

行定时或同步；归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，归零码在信道上占用

的频带较宽。

3

单极性码会积累直流分量，这样就不能使变压器在数据通信设备和所处环境之间提供良好绝缘的交

流耦合，直流分量还会损坏连接点的表面电镀层；双极性码的直流分量大大减少，这对数据传输是很有

利的。

3.同步过程

1）位同步外同步法，在发送数据之前，发送端先向接收端发出一串同步时钟脉冲，接收端按照这

一时钟脉冲频率和时序锁定接收端的接收频率，保持同步。自同步法，从数据信号波形中提取同步信号,

如曼彻斯特编码，用于局域网。

在曼彻斯特编码中，从低到高跳变表示"0",从高到低跳变表示"1"。

差分曼彻斯特编码，有跳变为"0",无跳变为"1"。

,0.0.1,1.0,1.

HIIII

IIII

L|•_____

如)不归零扃(NRZ)j

HjJlrWTLTnj

1,

W)基初斯腐编码1

■jTcIrEruTiJ

L(c)靠为曼彻期特编码

图2.9数字信号的同步编码

每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。

2）群同步又称异步传输。数据传输过程中，字符可顺序出现在比特流中，字符间的间隔时间是任

意的，但字符内各个比特用固定的时钟频率传输。字符间的异步定时与字符内各个比特间的同步定时,

是群同步即异步传输的特征。群同步传输每个字符由1位起始位逻辑“O":5~8位数据位；1位奇偶

校验位；1〜2位停止位逻辑“1"组成。

2.2.3|模拟数据的数字信号编码卜脉码调制PCM：是以采样定理为基础，对连续变化的模拟信号进

行周期性采样，采样频率大于其带宽2倍的，通过低通滤波器采样号。三步骤采样，量化，编码。

2.2.4|多路复用技术

1.频分多路复用FDM通过频谱搬移技术,将物理信道总带宽分割成若干个传输单个信号带宽相同

的子信道，每个子信道传输-路信号。

2.时分多路复用TDM将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用，每

一时间片由复用的一个信号占用。不仅局限于传输数字信号，也可同时交叉传输模拟信号。

3.T1载波：Bell系统的T1载波利用脉码调制PCM和时分TDM技术，使24路采样声音信号复用一

个通道。每,一个帧包含193位，每一帧用125us时间传送，数据传输速率为1.544Mbps。编码效率

24*7/193=0.87,开销率25/193=0.13。

4.E1载波：CCITT建议的E1载波每一帧开始处有8位同步作用，中间有8位作用信令，再组织

30路8位数据，全帧包括256位，每一帧用125us传送，数据传输速率为2.048Mbps。编码效率30*8/256

=0.94,开销率16/256=0.06»

2.2.5|异步传输和同步传输

1.异步传输方式中，一次只传输一个字符。每个字符用一位起始位引导、一位停止位结束。如IBM

的二进制同步规程BSC。

2.同步传输时，为使接收双方能判别数据块的开始和结束，还需要在每个数据块的开始处和结束处

各加一个帧头和一个帧尾，加有帧头、帧尾的数据称为一帧。面向字符方案加同步字符SYN,面向位方

案使用标志01111110,数据块中要使用“位插入”技术。如ISO的HDLC和IBM的SDLC规程。

三、数据交换技术

1.电路交换进行数据传输期间，在源节点与目的节点之间有一条利用中间节点构成的专用物理连

接线路，直到数据传输结束。经历电路建立、数据传输、电路拆除三个过程。

4

优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。缺点：电路空闲时的信道容易被浪

费：电路建立和拆除费时，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。

2.报文交换从源节点到目的节点采用“存储一转发”方式，转送报文时一个时刻仅占用一段通道。

一个报文在每个节点的延迟时间，等于接收报文所需的时间加上向下一个节点转发所需的排队延迟时间

之和。

优点D电路利用率高;2）通信量大时仍然可以接收报文;3）可以广播发送;4）报可以进行速度和代

码的转换.

缺点：1）不能满足实时或交互式的通信要求2）有时节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时

转发时会丢弃报文，而且发出的报文不按顺序到达目的地。

3.分组交换将报文分成若干个分组，以“存储一转发”方式从源节点传送到目的的节点。适用

于交互式通信，如终端与主机通信。

①虚电路分组交换：先建••条逻辑通路，每个分组除了包含数据之外还包含一个虚电路标识符，不

再需要路由选择判定。分组在每个节点上仍然需要缓冲，并在线路上进行排队等待输出。

②数据报分组交换：每个分组的传送被单独处理，每个数据报自身携带足够的地址信息，由不同传

输路径通过通信子网，不能保证各个数据报按序到达。整个过程中，没有虚电路建立，但要为每个数据

报做路由选择。

四、拓扑结构

1）星形拓扑由中央节点和通过点到点通信链路接到节点的各个站点组成

优点：1）控制简单；2）故障诊断和隔离容易；3）方便服务；

缺点：D电缆长度和安装工作量可观；2）中央节点负担较重，形成瓶颈；3）各站点的分布处理能力

较低。

2）总线拓扑采用一个信道作为传输媒体，所有站点都通过相应的硬件接口直接连到这一公共传输

媒体上（总线）。一次只能一个设备传输信号。

优点：1）所需电缆数量少；2）结构简单又是无源工作，有较高的可靠性；3）易于扩充，增减用户方

便。

缺点：1）传输距离有限，通信范围受到限制；2）故障诊断和隔离困难：3）分布式协议不保证信息及

时传送，不具实时功能。站点必须是智能的，要有媒体访问控制功能，增加站点软件和硬件的开销。

3）环形拓扑由站点和连接站点的链路组成一个闭合环。数据以分组形式发送，可单向也可双向。

优点：1）电缆长度短；2）增减工作站时只需简单连接；3）可用光纤。

缺点：1）节点故障会引起全网的故障；2）故障难检测；3）媒体访问协议都用令牌传递方式，在负载

很轻时，信道利用率较低。

4）树形拓扑树根接收各站点发送的数据，然后再广播发送到全网。

优点：1）易于扩展；2）故障隔离较容易。

缺点：1）节点对根依赖性太大，若根发生故障，则全网不能正常工作。

5）混合形拓扑结构

优点：1）故障诊断和隔离方便；2）易于扩展；3）安装方便；

缺点：1）需用带智能的集中器；2）集中器到各站点的电缆长度会增加。

6）网形拓扑结构

优点：1）应用广泛；2）可靠性高，不受瓶颈问题和失效问题的影响。

缺点：1）结构较复杂,网络协议也复杂，建设成本高。

3」传输媒用分有线和无线两大类。

1）双绞线（TP）一分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）。计算机网络中最常用的是三类

（10BASE-T）和五类（100BASE-T）非屏蔽双绞线。

2）同轴电缆一基带同轴电缆仅用于数字传输，阻抗为50。，并使用曼彻斯特编码，数据传输速率

最高可达10Mbps。宽带同轴电缆可用于模拟信号和数字信号传输，阻抗为75C,对于模拟信号，带宽

可达300-450MHz«

5

3）光纤一有宽带、数据传输率高、抗干扰能力强、传输距离远等优点.分为单模（用注入型激光二

极管ILD发光，效率更高）和多模光纤（用发光二极管LED）。

4）微波通信：载波频率为2GHz至40GHZ。最大优点是频率高，可同时传送大量信息。

5）卫星通信：

6）红外通信和激光通信：要把传输的信号分别转换为红外光信号和激光信号后才能直接在空间沿

直线传播。

五、差错控制方法

2.5.1|差错的产生原因及其控制方法

噪声有两大类，随机热噪声（随机差错）和冲击噪声（突发错）。

差错控制编码可分为检错码和纠错码。差错控制方法分两类，自动请求重发ARQ和前向纠错FE法

ARQ方式只使?检错码。FEC日式必须使用纠错码。

编码效率R=k/n=k/（k+r）

奇］禺校验码

1）编码规则：偶校验：n=Li+%+…+Ia（i=l,2q）

=

奇校验:n=Li+Li+...+IPi+1（il,2,...,q）

水平奇偶校验漏检率要比垂直奇偶校验方法低，但实现水平奇偶校验时，•定要使用数据缓冲器。

水平垂直奇偶校验能检测出所有3位或3位以下的错误、奇数个错、大部分偶数个错以及突发长度<=p+l

的突发错。可使误码率降至原区码率的百分之一到万分之一。适用于中、低速传输系统和反馈重传系统。

2.5.3循环冗余码（CRC）

1.CRC的工作方法

例：已知：信息码：110011信息多项式:K（X）=XS+X'+X+1

生成码:11001生成多项式:G（X）=X"+X、1（r=4）

解：积/G（X）（按模二算法）。

由计算结果知冗余码是1001,码字就是1100111001。

可检测出所有奇数位错、双比特的错、小于、等于校验位长度的突发错。

2.5.4-明码

1.海明码的概念

海明码是一种可以纠正一位差错的编码。它是利用在信息位为k位，增加r位冗余位，构成一个

n=k+r位的码字，然后用r个监督关系式产生的r个校正因子来区分无错和在码字中的n个不同位置的

一位错。它必需满足以下关系式：

2r>=n+l或2r>=k+r+l

1）海明码的生成。

例1.已知：信息码为：“0010”。海明码的监督关系式为：

S2=a2+a4+a5+a6S|=ai+a3+a5+a6So=ao+a3+a4+a6

解：1）a2=a4+a5+a6=lai=a3+a5+a6=080=33+34+36=1

2）由监督关系式可构造出下面错码位置关系表：

S2S1S0000001010100on101110111

错码位置无错a0aia2a33.1a5a6

由SNS。的值查表可得错码位置。

第三章计算机网络体系结构及协议

一、网络体系结构及0SI基本参考模型

1.网络协议（Protocol）为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。三个要

素：语义、语法、定时

2.网络的体系结构：计算机网络各层次及其协议的集合。一般垂直分层。

6

划分原则：1)每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。2)层间接口必须清晰，跨越接口的信息

量应尽可能少。3)层数应适中。

OSI包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。从下到上为物理层PH)、数据链路层(DL)、

网络层(N)、传输层(T)、会话层(S)、表示层⑻和应用层(A)。

各层功能：(1)物理层一一提供为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规

程的特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输。

(2)数据链路层一一通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路改造成对网络层来说

无差错的数据链路，并进行流量控制。

(3)网络层一一为传输层实体提供端到端的交换网络数据传送功能，并进行路由选择、拥挤控制和

网际互连。

(4)运输层一一第一个端一端的层次，为会话层提供透明的、可靠的数据传输服务，并处理端到端

的差错控制和流量控制问题。

(5)会话层一一组织和同步不同的主机上各种进程间的通信。负责在两个会话层实体之间进行对话

连接的建立和拆除，并提供在数据流中插入同步点的机制。

(6)表示层一一为应用层用户提供共同的数据或信息的语法表示变换。如代码转换、格式转换、数

据压缩和加密、解密等。

(7)应用层一一为OSI应用进程提供服务。不同的应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境

的手段。

二、物理层指在物理媒体之上为数据理路层提供一个原始比特流的物理连接。物理层协议规定了

与建立、维持及断开物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规程性的特性。其作用是确保比特流

能在物理信道上!专输。传输单位为比特。

物理特性：|1.机械特性:目前主要有9针、15针、25针、34针插头。

2.电气特性：接收器和发送器电路特性的说明、表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大传输

速率的说明、以及与互连电缆相关的规则等。|电气连接方式

1)非平衡方式。采用分立元件技术设计的非平衡接口，每个电路使用一根导线，收发两个方向共

用一根信号地线，信号速率W20kbps,传输距离W15m。会产生比较大的串扰。如CCITTV.28建议和

EIARS-232c标准。

2)采用差动接收器的非平衡方式。采用集成电路技术的非平衡接口，发送器仍使用非平衡式，但

接收器使用差动接收器。每个电路使用一根导线，但每个方向都使用独立的信号地线，使串扰信号较小。

信号速率可达300kbps,传输距离为10m(300kbps时)-1000m率=3kbps时)。如CCITTV.10/X.26

建议和EAIRS-423标准。

3)平衡方式。采用集成集成电路技术设计的平衡接口，使用平衡式发送器和差动式接收器，每个电

路采用两根导线，构成各自完全独立的信号回路，使得串扰信号减至最小。这种方式的信号速率

10Mbps,传输距离为10m(10Mbps时)T000m(W100kbps时)。如CCITTV.11/X.27建议采用这种

电气连接方式，EAIRS-423标准与之兼容。

3.功能特性：接口信号线按功能一般分为数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线等四类。

4.规程特性：规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤。

物理层协议举例

l.EIARS-232c接口标准

零调制解调器(NullModem):直接连接两台近地设备时既不使用电话网也不使用调制解调器，借助

于一种采用交叉跳接信号线方法的连接电缆，使得连接在电缆两端的DTE通过电缆看对方都好象是DCE

一样，从而满足RS-232c接口需要DTE-DCE成对使用的要求。连接方式如图

7

RS-232C使用•个25芯的标准连接器。功能特性定义了25芯标准连接器中的20根信号线，其中2

根地线、4根数据线、11根控制线、3根定时信号线。可简化为9芯连接器。

RS-232c采用土15伏的负逻辑电平,±5伏之间为过渡区域不做定义。最大距离仅约15m,而且由

于电平较高、通信速率反而能受影响。

2.EIARS-449及RS-422与RS-423接口标准

RS-422电气标准是平衡方式标准，它的发送器、接收器分别采用平衡发送器和差动接收器，抗串

扰能力大大增强。信号电平定义为±6伏（±2V为过度区域）的负逻辑，信号速率WlOMbps,传输距离为

10m（10Mbps）-1000m（100kbps）。

RS-423电气标准是非平衡标准，采用单端发送器（即非平衡发送器）和差动接收器。信号电平定义

为±6伏（其中±4伏为过渡区域）的负逻辑，速率可达300kbps,传输距离为10m（100kbps）

-100m«=10kbps）。

3.100系列和200系列接口标准

CCITTV.24建议中有关DTE-DCE之间的接口标准有100系列、200系列两种。100系列接口标准作

为DTE与不带自动呼叫设备的DCE（如调制解调器）之间的接口。在调置自动呼叫设备的DCE（如网络控制

器）中，则由200系列接口标准完成DTE与自动呼叫设备的接口。

100系列接口标准的机械特性采用两种规定，当传输速率为200bps〜9600bps时，采用25芯标准

连接器，采用V.28建议；传输速率达48Kbps时，采用34芯标准连接器，除控制信号仍使用V.28建议

外，数据线与定时线均采用V.35建议。200系列接口标准则采用25芯标准连接器，采用V.28建议。

4.X.21和X.21bis建议

X.21建议是CCITT于1976年制定的•个用户计算机的DTE如何与数字化的DCE交换信号的数字接

口标准.X.21建议的接口。0SI参考模型建议采用X.21作为物理层规约的标准.其机械特性采用15芯

标准连接器，仅定义了8条接口线.其电气特性类似于EIARS-422的平衡接口，支持最大的DTE-DCE电

缆距离是300m,X.21可以按同步传输的半双工或全双工方式运行，传输速率最大可达1OMbpso欧洲网

络大多使用X.21接口.

X.21bis标准指定使用V.24/V.28接口,它们与EIARS-232D非常类似.

X.21和X.21bis为三种类型的服务定义了物理电路：租用电路（专用线）服务、直接呼叫服务和设

备地址呼叫服务。

三、数据链路层

基本的服务是将源机网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标机网络层。

1.1帧同步功能|能从比特流中区分配帧的起始与终止

（1）字节计数法。以一个特殊字符表征一帧的起始，并以一个专门字段来标明帧内的字节数。是DEC

公司的数字数据通信报协议DDCMP«帧格式如下：

81428881616（位）

064

8

SOII-Count|-Flag|-Ack|Seg-Addr|CRC1DataCRC2

(2)使用字符填充的首尾定界符法。用一些特定的字符来定界一帧的起始与终止,如BSC规程。

链路控制协议可分为异步协议和同步协议两大类。

异步协议以字符为独立的信息传输单位，在每个字符的起始处开始对字符内的比特实现同步，但字

符与字符之间的间隔时间是不固定的(即字符之间是异步的)。“起一止”式通信规程是典型。异步协

议中由于每个传输字符都要添加诸如起始位、校验位、停止位等冗余位，故信道利用率很低，一般用于

数据速率较低的场合。

同步协议是以许多字符或许多比特组织成的数据块——帧为传输单位，在帧的起始处同步，使帧内

维持固定的时钟。同步协议能更有效地利用信道，也便于实现差错控制、流量控制等功能。

BSC协议用ASCII和EBCDIC字符集定义的传输控制字符来实现相应的功能。

SOH:序始，用于表示报文的标题信息或报头的开始。

STX:文始，标志标题信息的结束和报关文本的开始。

ETX文终，标志报文文本的结束。

EOT:送毕，用以表示一个或多个文本的结束，并拆除链路。

ENQ：询问，用以请求远程站给出响应。

ACK:确认，由接收方发出的作为对正确接收到报文的响应。

DLE:转义，在BSC中实现透明方式的数据传输，或者当10个传输控制字符不够用时提供新的转义

伟输控制字符。

NAK:否认，由接收方发出的作为对未正确接收的报文的响应。

SYN:同步字符。

ETB:块终或组终，用以表示当报文分成多个数据块的结束。

BSC协议将在链路上传输的信息分为数据和监控报文两类。监控报文又可分为正向监控和反向监控

两种。

数据报文一般由报头和文本组成。数据块有如下四种格式：

(D不带报头的单块报文或分块传输中的最后一块报文：

____SYNSYNSTX报文ETXBCC

(2)带报头的单块报文：

__SYNSYNSOH报头STX报文ETXBCC

(3)分块传输中的第一块报文：

____SYNSYNSOH报头STX报文ETBBCC

(4)分块传输中的中间报文：

__SYNSYNSTX报文ETBBCC

为避免与文内重爱，可在传输控制字符前加1个DLE；在数据前加2个DLE

正、反向监控报文有如下四种：

(1)肯定确认和选择响应：(2)否定确认和选择响应

SYXSYXACKSYNSYNXAK

(3)轮询/选择请求：(4)拆链：

SYNSYNP/S站地址ENQSYNSYNEOT

9

CK和NAK监控报文的作用，首先是作为对先前所发数据块是否正确接收的响应，因而包含识别符(序

号)；其次，用做对选择监控信息的响应，以ACK表示所选站能接收数据块，而NAK不能接收。ENQ用

作轮询和选择监控报文，在多站结构中，轮询或选择的地址在ENQ字符前。EOT监控报文用以标志报文

交换的结束，并在两站点间拆除逻辑链路。

由于BSC协议与特定的字符编码集关系过于密切，故兼容性较差，实现起来比较麻烦，山于BSC

是一个半双工协议，链路伟传输效率很低。需要的缓冲存储空间较小，因而在面向终端的网络系统中仍

然广泛使用。

(3)使用比特填充的首尾定界符法。以一组特定的比特模式(如01111110)来标志一帧的起始与终

止，如IIDLC规程。很容易由硬件来实现，性能优于字符填充。

HDLC规程特点：①协议不依赖于任何一种字符编码集；②数据报文可透明传输，用于实现透明传

输的“0比特插入法”易于硬件实现；③全双工通信；④所有帧均采用CRC校验，传输可靠性高；⑤传

输控制功能与处理功能分离，具有较大的灵活性。由于以上特点，目前网络设计普遍使用HDLC数据链

路控制协议。

HDLC中常有的操作方式有：

①正常响应方式NRM。这是一种非平衡数据链路方式。适用于面向终端的点一点或一点与多点的链

路。传输过程由主站启动，从站只有收到主站某个命令帧后，才能作出响应向主站传输信息。主站负责

整个链路，且具有轮询、选择从站及向从站发送命令的权利，同时也负责对超时、重发及各类恢复操作

的控制。

②异步响应方式ARM。也是一种非平衡数据链路操作方式，传输过程由从站启动。由从站来控制超

时和重发。适合采用轮询方式的多站链路。

③异步平衡方式ABM.这是一种允许任何节点来启动传输的操作方式。任何时候任何站点都能启动

传输操作，每个站都是组合站。

HDLC的帧格式

志地址控制信息帧校验序列标志

FACIFCSF

011111108位8位N位16位01111110

②地址字段(A):命令帧中的地址字段携带的地址是对方站的地址，而响应帧中的地址字段所携带

的地址是本站的地址。

③控制字段(C)：HDLC有信息帧(I帧)、监控帧(S帧)和无编号帧(U帧)三种不同类型的帧，各类帧

中控制字段的格式及比特定义如下表3.4:

控制字段位12315678

I格式0N(S)PN(R)

S格式10SIS2P/FN(R)

U格式11MlM2P/FM3M4M5

控制字段中的第1位或第1、第2位表示传送帧的类型.第五位是P/F位,即轮询/终止(Poll/Final)

位。当P/F位用于命令帧(由主站发出)时，起轮询的作用，即当该位为“1”时，要求被轮询的从站给

出响应，所以此时P/F位可称轮询位(或P)；当P/F位用于响应帧(由从站发出)时，称为终止位(或F

位)，当其为“1”时，表示接收方确认的结束。

A信息帧(I帧)：以控制字段第1位为“0”来标志。N(S)用于存放发送帧序号，N(R)用于存放接

收方下一个预期要接收的帧的序号，均为3位二进制编码。

B临控帧(S帧)用于差错控制和流量控制，以控制字段第1、2位为“10”来标志。不带信息字段,

帧长只有6个字节。S帧的控制字段的第3、4位为S帧类型编码，共有四种不同组合，分别表示：

“00”一接收就绪(RR)，希望从站传输编号为N(R)的I帧；从站也可表示从站期望接收的下一帧

的编号是N(S)o

10

“01”一拒绝(REJ),要求发送方对从编号为N(R)开始的所有的帧重发。

“10”一接收未就绪(RNR),表示编号小于N(R)的I帧已被收到，但目前正处于忙状态，尚未准备

好接收编号为N(R)的I帧。

“11”一选择拒绝(SREJ),它要求发送方发送编号为N(R)的单个I帧。

C无编号帧(U帧)：用于提供对链路的建立、拆除以及多种控制功能，可以定义32种附加的命令或

应答功能。

(4)违法编码法。在物理层采用特定的比特编码方法时采用。借用违法编码序列来定界帧的起始与

终止，如局域网IEEE802标准，只适用采用冗余编码的特殊编码环境。

由于字节计数法中Count字段的脆弱性(其值若有差错将导致灾难性后果)以及字符填充实现上的

复杂性和不兼容性，目前较普遍使用的帧同步法是比特填充法和违法编码法。

2.|差错控制痛

用以使发送方确认接收方是否正确收到了由它发送的数据信息的方法称为反馈差错控制。通常采用

反馈检测和自动重发请求(ARQ)两种基本方法来实现。

①反馈检测法主要用于面向字符的异步传输中。每个数据均被传输两次，信道利用率很低。

②自动重:发请求法(ARQ法)

A.空闲重发请求(IdleRQ)。也称停等法，最主要的优点就是所需的缓冲存储空间最小，因此在链

路端使用简单终端的环境中被广泛采用。

B连续重发请求(ContinuousRQ)。如果差错出现，处理策略有G0-DACK-N策略和选择重发策略。

3」流量控制功能|是对发送方数据流量的控制，使其发送速率不致超过接收方的速率。

①X0N/X0FF方案使用一对控制字符来实现流量控制，其中X0N采用ASCII字符集中的控制字符

DC1,X0FF采用ASCII字符集中的控制字符DC3。过载时，向发送方发送一个X0FF字符，过载恢复后，

再向发送方发送一个X0N字符。

②窗U机制在收到一确定帧之前，对发送方可发送的帧的数目加以限制。

空闲RQ：发送窗口=1,接收窗口=1；

(连续RQ)Go-back-N：发窗口＞1,接收窗口＞1;

(连续RQ)选择重发：发送窗口＞1,接收窗口〉1。

若帧序号采用3位二进制编码，最大序号为Smax=23-1=7。对于有序接收方式，发送窗口最大尺寸

选为Smax；对于无序接收方式,发送窗口最大尺寸至多是序号范围的一半。

4」链路管理功能|数据链路层连接的建立，维持和释放。主要用于面向连接的服务。

四、网络层实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括路由选择、阻塞控制和网际互连

蜜

在分组交换方式中，通信子网向端系统提供虚电路和数据报两种网络服务，而通信子网内部的操作

也有虚电路和数据报两种方式。

1.虚电路操作方式每个节点到其它任一节点之间，可能有若干条虚电路，支持特定的两个端系统

之间的数据传输，两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务，这些虚电路的实际路径可能

相同也可能不同。

节点间的物理信道在逻辑上均可看做由多条逻辑信道组成，由节点内部的分组缓冲器来实现。各条

逻辑信道异步分时复用同•条物理信道。各节点内部必须建立一张虚电路表，用以记录该点的各条虚电

路所占用的各个逻辑信号。每个节点的虚电路表中要记录两个逻辑信道：前一个节点所选取的逻辑信道

号和本节点所选取的逻辑信道号。

由于虚电路上的数据是双向传输的，为保证两节点之间正、反两个方向的虚电路不相混淆，在一个

节点选取逻辑信道号来替换其前一节点使用的逻辑信道号时.，不仅要考虑与下一节点之间的逻辑信道号

不相同，还要考虑与下•节点作为另一个条反向虚电路的上一节点时所选取的逻辑信道号相区别。

2.数据报操作方式网络节点要为每个数据报做路山选择。

3.虚电路服务

虚电路服务是网络层向运输层提供的一种使所有分组按顺序到达目的端系统的可靠的数据传送方

式。以虚电路操作方式的网络，一般总是提供虚电路服务。0SI中面向连接的网络服务就是虚电路服务。

II

以数据报方式操作的网络,也可以提供虚电路服务，即通信子网内部节点按数据报方式交换数据,而与端

系统相连的网络节点则向端系统提供虚电路服务.

4.数据报服务一般仅由数据报交换网来提供。

3.4.2|路由选择|网络节点在收到•个分组后，要确定向下一节点传送的路径。

在数据报方式中，网络节点要为每个分组路由做出选择；而在虚电路方式中，只需在连接建立时确

定路由。确定路由选择的策略称路由算法。

设计路山算法时考虑要素：①选择最短路由还是最佳路由②通信子网采用虚电路还是数据报操作

方式③采用分布式路由算法还是集中式路由④关于网络拓朴、流量和延迟等网络信息的来源⑤采用静态

路由选择策略，还是动态路由选择策略。

静态路由选择策略按某种固定规则进行路由选择，分为泛射路由选择、固定路由选择和随机路由选

择三种算法。动态路山选择策略要依靠网络当前的状态信息来决定,分为独立路山选择、集中路山选择

和分布路由选择。

3.4.3|阻塞控制

(1)缓冲区预分配方法。该法用于虚电路分组交换网中。在建立虚电路时，让呼叫请求分组的途经

的节点为虚电路预先分配一个或多个数据缓冲区。网络资源的有效利用率不高。

(2)分组丢弃法。当缓冲区占满时，将到来的分组丢弃。有两种解决被丢弃分组重发的方法，一种

是让发送被丢弃分组的节点超时，并重新发送分组直至分组被收到；另一种是让发送被丢弃分组的节点

在一定次数后放弃发送，并迫使数据源节点超时而重新开始发送。

(3)定额控制法。在通信子网中设置适当数量的“许可证”，每发送一个分组注销一张许可证，每

收到一个分组并将其递交给目的端系统后生成一张许可证。

存储处于死锁的防止方法：①每个节点设置M+1个缓冲区，并以0到M编号，每转一个节点，递增

一次编号。②使每个分组上都携带一个全局性的惟一的“时间戳”，先进先出。

重装死锁避免方法：①允许目的节点将不完整的报文递交给目的端系统；②一个不能完整重装的报

文能被检测出来，并要求发送该报文的源端系统重新传送；③每个节点配备一个缓冲空间，用以暂存不

完整的报文.

3.4.4|X.25网描述了主机(DTE)与分机交换网(PSN)之间的接口标准，分组级相当与OSI参

考模型中的网络层，其主要功能是向主机提供多信道的虚电路服务。

X.25分组级的功能将链路层所提供的连接DTE-DCE的一条或多条物理链路复用成数条逻辑信

道，并且对每一条逻辑信道所建立的虚电路执行与链路层单链路协议类似的链路建立、数据传输、流量

控制、顺序和差错检测、链路的拆除等操作。提供虚呼叫和永久虚电路两种虚电路服务。虚电路号由逻

辑信道组号(0〜15)和逻辑信道号(0-255)组成。

2.X.25分组级分组格式:在分组级匕所有的信息都以分组为基本单位进行传输和处理，分组应嵌

入到譬幢&蛹的号息字段中，即表示成如下阴格式：_____________

标记字段F|地址字段|控制字段|(分组)|巾贞校依序列FCS标记字段F

每个分组均由分组头和数据信息两部分组成，其一般格式如图3.17所示。

87654321(位)

通用格式标识逻辑信道组号

逻辑信道号一

分组类型标识

与分组类型有关的信息(可为空)

数据(可变长、可为空)

12

数据

图3.17X.25分组的一般格式

(1)通用格式标识(GFD。第一位38)称作限定位，数据分组置“1”，其它分组置“0”。第二位

(b7)称传送确认位，呼叫建立时，DTE之间可通过D位来商定虚呼叫期间是否将使用D位规程。第三、

四位(b6、b5)用以指示数据分组的序号是用3位即模8(B5置“1”)还是7位即模128(b6置“1”)。

(2)逻辑信道标识。由逻辑信道组号(LCGN)和逻辑信道号(LCN)组成。

(3)分组类型标识。由第三个字节组成，用于区分分组的类型和功能。若该字节的最后一位(B1)为

“0”，则表示分组为数据分组；若该位为“1”，则表示分组为控制分组，可以用做呼叫请求或指示分

组、释放请求或指示分组。若该字节末三位(b3、b2、bl)为全“1”，则表示该分组是某个确认或接受

分组。

①呼叫请求、呼叫指示②数据分组

0001逻辑信道组号0001逻辑信道组号

逻辑信道号____________逻辑信道号_____________

分组类型nIP(S)|0

主叫地址长度被叫地址长度数据部分

DTE地址③流量控制分组

0000

0001逻辑信道组号

00补充业务字段长度

逻辑信道号

补充业务(0〜63字节)

P(R)I分类类型I1

呼叫用户数据(0-16/128字节)

④请求、指示分组⑤复位分组

0001逻辑信道组号

逻辑信道号

分组类型I1

原因I1

X.25分组格式

数据分组中的数据类型编码部分，除了用M位代替中的P/F位外，其它内容与数据链路级的

HDLCM格式中的控制字段C非常类似，最末位的“0”是数据类型分组的特征位。M(Moredata)位置

“1”，代表还有后续的数据。P(S)、P(R)分别称为分组发送顺序号和接收顺序号，它们的作用大致与

M格式中的N(S)和N(R)相当。其目的是为了调节每个逻辑信道上的流量，以防止对分组交换网的压力

过重。

与数据链路级帧格式一样,分组级也包括RR、RNR和REJ三种分组，它们被称为流量控制分组，这

些分组中的类型字段只包括接收顺序号P(R),而无发送顺序号P(S)。分组级也包括一些无编号的分组。

3.4.51网际互连

13

要实现网际互连，必须：

(1)在网络之间至少提供一条物理上连接的链路；

(2)在不同网络的进程之间提供合适的路由实现数据交换；

(3)有一个统一的记费服务；

(4)在提供以上服务时，尽可能不对连在一起的网络体系结构做修改。

互连的网络可能在寻址方式、路由选择、最大分组长度、网络接入机制、用户接入控制、超时控制、

差错恢复方法、状态报告方法、服务(面向连接服务还是无连接服务)、管理方式等诸方面不同。

网间连接器可分为：

(1)转发器,工作于物理层，实现透明的二进制比特复制，以补偿信号衰减；

(2)网桥,工作于链路层，提供链路层间的协议转换，在局域网之间存储和转发帧；

(3)路山器,工作于网络层，用以实现不同网络间的地址翻译、协议转换和数据格式转换等功能，

一般用于广域网之间的连接或广域网与局域网之间的连接；

⑷网关,工作于传输层以上层次，用于高层协议的转换。

局域网的逻辑功能自下向上可分为物理层、媒体访问控制层(MAC)及逻辑路控制层(LLC)三层，异构

局域的差异主要体现在物理及媒体访问控制层中。

五、传输层

1.传输层在OSI中的地位和作用OSI七层模型中最重要、最关键的一层，是唯一负责总体数据传

输和控制的一层。传输层的两个主要目的是：第一，提供可靠的端到端的通信；第二，向会话层提供独

立于网络的运输服务。

2.分布式通信计算机网络最本质的活动是分布在不同地理位置的主机之间的进程通信。设置传

输层的主要目的就是要实现分布式进程通信。

TCP/IP的传输层有TCP协议和UDP协议两种。网络中一个进程的全网惟一的标识通一个三元组

来表示：|协议，本地地址，本地端口号|。一个完整的进程通信标识需一个五元组来表示：胁议本地

地址本地端口号