网络体系结构.ppt

1、第三章 网络体系结构,1.网络体系结构,网络体系结构就是确定网络的层次结构以及网络协议 为什么要协议 为什么要分层。,1.1 为什么要协议？,协议就是约定的规则，也就是标准。 工业化时代与手工业时代的最主要的区别在于标准化。,例如，一把手枪，可由一位8级钳工师付从零件加工到组装成一把手枪，该手枪称为工艺品，因为张三、李四做出的手枪，其零部件是不能互换的。 如果将手枪加以分解，对每个零件、部件都制定出严格的尺寸、性能、材料等标准（如光浩度、精度、硬度、弹性、耐磨性等），规定出严格的装配工艺及流程，并按此标准加工、测试和装配。 则不论是德国还是法国生产的同样规格的手枪的零、部件，都可以拿来组装成一

2、把手枪，这样生产出来的手枪称之为工业品 。 计算机网络是一个大的工业系统。它由计算机、网卡、打印机、通信介质等硬件产品和软件产品所组成。为了通用化，就必须制定一系列标准，对计算机网络而言称之为一系列协议。,1.2 为什么要分层？,层次化是对产品深化了解，分析综合的必然结果，即结构化、模块化过程，也是促进产品更新换代且又保持相对稳定的必要手段。 以微软公司的磁盘操作系统(MS DOS)为例，其层次结构如下图 所示。,DOS的层次结构,只要接口不变，则下层的更新不会影响对上层原有的服务：DOS的下层为上层提供服务，上层可以调用下层的服务，上下层之间有一个界面（接口）。 例如，通过Int21H进行系

3、统调用(System Call)，08H是时钟中断，键入Dir A: 则显示A驱软盘中的目录等等。 分层的另一个好处是，每一层都为应用程序提供了应用程序编程接口(API) ，既有利于不同档次应用的需求和人员培训，也有利于由浅入深地学习和理解MS DOS。 如：对于操作员而言，只需掌握命令(Command)的使用。 对于程序员而言，应掌握DOS所提供的系统调用，来简化程序的编制（一般指汇编语言编程）。 对于精通DOS BIOS的程序员而言，他可利用BIOS所提供的功能，直接与硬件打交道，以实现其应用程序所特有的要求。,2.开放系统互联参考模型,2.1 概述 通信子网的目的和任务是将数据经通信子网

4、从一处安全传送到另一处。 在设计通信系统时，为了简化设计，采用了高度结构化的方法，将系统的功能分为若干层(Layer)，每层完成确定的功能集，上层利用下层的服务功能，下层为上层提供服务。 挂在通信系统上的两台计算机对应层之间，均按相应的协议 (Protoco1)通信。 协议：就是通信双方事先约定的通信的语义和语法规则的集合。,各层功能及其通信协议构成了通信体系。 为了使通信体系标准化，国际标准化组织ISO(International Standards Organization)从1978年2月开始研究开系统互联参考模型（OSI/RM）(Open System Interconnection

5、/ Reference Model)。 1980年12月提出了第一个草案DP7498征求意见。 1982年4月形成国际标准草案1SO/DIS7498 。 这个7层模型如下图所示，它已为ISO， C C I T T(I T UT)，ANSI和许多厂商所接受，并作为发展计算机通信系统标准的参考 。 本节介绍开放系统互联参考模型,复杂问题简单化 提供不同厂商之间的标准接口 确保互操作性 易于学习和操作,层次间关系,传输介质,对等层间通信,物 理 层,数据链路层,传 输 层,网 络 层,会 话 层,应 用 层,表 示 层,RM/OSI模型的网络体系结构,V.24/RS 232-C接口连接图,OSI/R

6、M把应用进程间的通信分为7层，每层完成一个明确定义的功能集合，并按协议相互通信。层与层之间的联系如下图所示。,2.2 OSI/RM层次结构特点,说明： 每层向上层提供它所需要的服务，在完成本层协议时使用下层提供的服务。 各层的功能是独立的，层间的相互作用通过层接口来实现，只要保证层接口不变，任何一层实现技术的改变均不影响其余层次 注意： 参考模型OSI/RM的目标是使各层的功能和协议标准化，而不考虑用何种技术(软件、硬件或固件)，怎样去实现这些功能和协议。 这些工作由开系统互联的实现者去完成，以便使其在实现中有更大的灵活性。,分层的原则： 分层不要太多； 在服务的描述工作最少的地方、在穿过边界

7、相互作用次数最少的地方建立边界，对每一层只建立它与上、下层的边界； 对技术上或处理上有明显不同的功能，应建立不同的层来处理 ； 对功能界线明显的功能集单设一层，以便在整体重新设计时，不改变该层与邻层的关系 。 设计时，为了标识每个层次，应该提供以下内容: 概述建立该层的目的； 描述该层的功能和要用到的下层服务； 描述该层给上层提供的服务。 分层原则对发展开放系统互联标准起着指导、决策的作用 。,2.3 OSI/RM的各层内容简介,通信 子网,面向通信,面向 服务,面向应用,应用程序：FTP、E-mail、Telnet,数据结构表示、数据转换、加密、压缩,进程管理、双工、半双工、单工、断点续发，

8、薄层,为上层提供可靠的数据传输,数据分组、路由选择、流量控制,数据组成可发送、接收的帧;差错控制、流量控制,传输物理信号、接口、信号形式、速率,下面从高到低逐层来介绍 重点是低层次的数据链路层和物理层，对他们的实现用具体的协议来说明,3.各层功能介绍,应用层,对软件提供接口和网络服务（例如，E-mail,文件传输）,提供应用程序间通信,应用层是OSI的最高层，是网络与用户应用软件之间的接口。它直接通过给用户和管理者提供各类信息来为用户终端服务，如虚拟终端、文件传送、远程用户登录和电子数据交换及电子邮件等。 应用层在其它六层的基础上，负责完成网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，建立与结束使用

9、者之间联系，并完成网络用户提出的各种网络服务及应用程序所需要的监督、管理和服务等各种协议。 应用层负责协调各个应用程序间的工作,表示层,处理数据格式,提供应用程序间通信,格式化数据 数据压缩 数据加密,表示层：为上层提供共同需要的数据表示和转换数据服务。不同的机器需要不同的信息编码服务，表示层向应用层提供信息的语法表示，对不同的语法进行转换管理，使采用不同语法表示的系统之间能够进行通信。 数据格式处理：协商和建立数据交换格式，解决各应用程序之间在数据格式表示上的差异。 数据的编码：处理字符集和数字的转换。 压缩和解压缩：为减少数据的传输量，这一层还负责数据压缩与恢复。 数据的加密和解密：为提高

10、网络的安全性，这一层还负责网络中数据的加密和解密。,表示层数据格式的转换,视频,音频,会话层,提供双工协商 会话同步,处理数据格式,提供应用程序间通信,建立，维护和管理会话,会话层允许不同的主机在各种进程之间进行会话，（建立源和目的双方应用进程之间的连接，叫做进行一次会话连接(Session Connection)）。 传输层是主机到主机的层次，而会话层是进程到进程之间的层次。会话层组织和管理进程间的对话，即平时所说的双工或半双工通信。在后一种场合下，会话层提供一种数据令牌来控制哪一方有权发送数据。 会话管理： 如提供单方会话或双向同时会话，并管理会话中的发送顺序及会话所占用时间的长短。 会话

11、流量控制：如提供会话流量控制和交叉会话控制。 寻址：使用远程地址建立会话连接。 出错控制：会话层的实际工作是接收来自传输层的数据，并负责纠正错误。,传输层,提供可靠的端到端通信 提供流量控制 提供差错校正,处理数据格式,提供应用程序间通信,建立，维护和管理会话,端到端的连接,传输层为上层用户提供端对端的透明优化的数据传输服务，通常互联网所采用的TCP协议就属于传输层，而登录Novell报务器必须使用的SPX（顺序包交换协议）协议也属于传输层。 传输层是第一个端对端、也是主机对主机的层次，高层用户可以通过传输层的服务直接进行端对端的数据传输，而不必知道通信子网的存在，通信子网的更替和交换技术通过

12、传输层的屏蔽不被用户看到。,通常，传输层在高层用户请求建立一条传输虚通信时，就通过网络层在通信子网中建立一条独立的网络连接。如果高层用户要求较高的吞吐量，传输层可同时建立多条网络连接来维持一条传输连接请求，这种技术叫“分流技术”。有时为了节省费用，传输层也可以将多个传输通信合用一条通信子网的网络连接，这种技术叫“多路复用技术”。 传输层从会话层接收数据报文，当所发送的报文较长时，传输层先把它分割成若干个报文分组，然后再交交给下一层网络层进行传输。,传输层功能： 分段上层数据 建立端到端连接 将数据从一端主机传送到另一端主机 保证数据按序、可靠、正确传输 传输层协议主要有： TCP/IP协议栈的

13、TCP协议和UDP协议 IPX/SPX协议栈的SPX协议等,网络层,定义网络地址 选择路由,处理数据格式,提供应用程序间通信,建立，维护和管理会话,端到端的连接,寻址和路由选择,网络层的主要任务是通过路径选择算法在通信子网中选择适当的路径。 网络层传送的数据单位是报文、分组或包。 在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能要经过多个结点和链路，也可能经过多个路由器所连接的通信子网，网络层所关心的就是通信子网的运行控制， 网络层将传输层生成的数据分段封装成数据包、分组或报文，包中有包头，其中含有源站点和目标站点的网络逻辑地址信息。根据数据包的目的网络系统地址，实现网络间的路由，确保数据及时传送。

14、当包要跨越多个通信子网才能到达目的站时，还要解决网际互连问题。 X.25分组协议和网际协议IP是网络层协议的例子。,在实现网络层功能时，需要解决以下问题： （1）寻址：数据链路层中使用的物理地址仅解决统一网络内的寻址问题。在不同子网之间通信时，为了识别和找寻到网络中的设备，网络中的设备都被分配唯一的地址，而且这个地址是逻辑地址（如IP地址）。 （2）交换方式：规定不同的信息交换方式。常见的有线路交换技术和存储转发技术，后者又包括报文交换技术和分组交换技术。 （3）路由算法：网络层根据路由算法，为数据分组通过网络选择最佳路径。 （4）连接服务：网络层对从源结点到目的结点的流量进行控制，目的在于防

15、止阻塞，并进行差错检测。,数据链路层,处理数据格式,提供应用程序间通信,建立，维护和管理会话,端到端的连接,寻址和路由选择,介质访问，链路管理等,数据链路层的任务是在两个相邻点间的线路上无差错地传送数据， 原始的物理链接，由于外界噪声干扰等因素，在传输比特流时可能发生差错。 数据链路层的一个主要功能就是通过校验、确认和反馈重发等手段将原始的物理连接改造成无差错的数据链路。 数据链路层传输数据的单位是帧，数据帧的格式中包括地址信息、控制信息、数据、校验信息。,1）数据链路层协议的任务,1. 流量控制： 协调发送结点与接收结点的工作，对链路中发送的数据帧的速率进行控制，使得接收结点来得及从发送结点

16、发来的数据。 可以采用停止等待协议等方法实现。（第3节中介绍） 2. 数据成帧： 数据链路层传送数据的单位是帧。数据链路层从网络层接收到网络层协议数据单元（NPDU)），加上地址（物理地址） 、控制、差错校验等信息，以及帧头和帧尾后形成帧 。 同时保持帧同步，帧同步是指接收结点要能够从收到的比特流中判断出一帧的开始和结束在什么地方。,3. 差错控制： 通道传输错误、数据速率限制、接收和发送处理速度不匹配、缓存区数目有限等因素，都可能引起被传送数据的损坏或丢失。所以要为高层提供无差错的帧的传输，包括重传损伤的或丢失的帧，并保证按序收、发 数据。 接收端可通过校验帧的差错编码，判断接收到的帧是否出

17、错 4.链路管理： 当网络中的两个结点进行通信时，发送结点必须确知接收结点是否已处在准备接收状态。为此，通信双方要先建立一条通信线路，传输数据时，维持这条数据线路，通信结束时，释放这条通信线路。 把数据链路分为：面向连接的和非面向连接的两种方式 。,2）数据链路层的具体工作是: 接收来自高层的数据，并将它加工成帧(Frame)，然后经物理通道将帧发送给接收站，如下图所示。 帧包含头、尾、控制信息、数据、校验和等部分， 一般，校验和、头、尾部分由发送设备添加的硬件实现，数据链路层不必考虑其实现方法。 当帧到达接收站时，首先检查校验和。若校验和错，则向接收计算机发出校验和错的中断信息“CKSumE

18、rr”； 若校验和正确，确认无传输错误，则向接收计算机发出帧正确到达中断信息“FrameArrival”，接收方的数据链路层检查帧中的控制信息，确认无误后，才将数据部分送往高层。,数据链路层协议工作示意图,3）流量控制,流量控制的目的 流量控制是为了防止网络拥挤及死锁的出现而采取的一种措施。当发至某一接收结点的信息速率超出该结点的处理或转换报文的能力时，就会出现拥挤现象。因此，防止拥挤的问题就简化为各结点提供一种能控制来自其他结点的信息速率的方法问题。 流量控制的另一目的是使业务量均匀地分配给个网络结点。因此，即使在网路正常工作情况下，流量控制也能减少信息的传递时延，并能防止网络的任何部分（相

19、对于其余部分来说）处于过负荷状态。,（1）停-等 (Stop-and-wait)协议的原理,停-等协议原理： 停止-等待控制方法是最简单的一种流量控制技术，它采用半双工通信方式。当发送方发送完一数据帧后，便等待接收方发回的反馈信号。若收到的是确认（ACK）信息，则接着发送下一帧。,但是会出现下面的问题： 数据帧丢失：可以采用超时重发解决。 超时重发是指时而没有收到反馈信号，则重发刚刚发过的数据帧，超时时间的设置要适当，避免造成不必要的浪费。 若收到的是否定（NAK）信号，也要重发刚刚发过的数据帧。 反馈信号丢失：会出现重复帧，对帧编号。 在基本的停止等待协议里，每次发送的是一个帧，所以只需要用

20、1bit来编号。,以下图为例，讨论停止-等待控制方法的传输过程。,初始时，发送方当前发送的帧序号N(s)=1，接收方将要接收的帧序号N(R)=1。 当发送方开始发送时，首先从缓冲区取出0号帧发送出去。 当接收方收到发送方送来的0号帧时，首先进行帧校验，如果校验正确且帧序号一致，则向发送方返回一个肯定应答信号（ACK），然后准备接受下一帧；如果帧校验有误或帧序号不一致，则向发送方返回一个否定应答信号（NAK），要求发送方重新发送该数据帧。 发送方收到应答信号后，根据接收方返回的肯定或否定信号，确定是发送下一数据还是重发原数据帧。 超时重发是指原数据帧，超时时间的设置要适当，避免造成不必要的浪费。

21、,停止-等待流量控制的优点是控制简单， 但也造成传输过程中吞吐量的降低，从而使得传输线路的是使用率不高。 因此停-等协议只适合传送少量的大的帧的情况，但如果大的数据块分成许多帧传送，此时停-等协议不适用。 原因是：本协议只允许同时只有一帧在链路上传送，链路利用率低。,（2）连续 ARQ 协议的工作原理,连续 ARQ 协议：在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。 如果这时收到了接收端发来的确认帧，那么还可以接着发送数据帧。 由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了。,连续 ARQ 协议的工作原理,ACK1 确认 DATA0,ACK2 确认 DATA1,D

22、ATA2 出错，丢弃,DATA3 不按序，丢弃，重传 ACK2,DATA4 不按序，丢弃，重传 ACK2,DATA5 不按序，丢弃，重传 ACK2,ACK3 确认 DATA2,ACK4 确认 DATA3,超 时 重 传 时 间,A,B,tout,送交主机,送交主机,?,为了提高传输效率，使用滑动窗口控制方法是一种更为有效的策略。 它采用全双工通信方式，发送方在窗口尺寸允许的情况下，可连续不断的发送数据帧，这样就大大提高了信道使用率。,（3）滑动窗口协议的工作原理,发送窗口和接收窗口 发送窗口。发送窗口是指发送方允许连续发送帧的序列表。发送方在不等待应答而连续发送的最大帧数称为发送窗口的尺寸。

23、接收窗口。接收窗口是指接收方允许接收帧的序号表。凡是在接收窗口内的帧，才能被接收方所接收，在窗口外的其它帧将被丢弃。 窗口滑动。发送方每发送一帧，窗口便向前滑动一个格，直到发送帧数等于最大窗口数目时便停止发送。,滑动窗口协议中，每一个要发出的帧都包含一个序列号，范围从0到最大值2n 1，使得序列号能恰好放入n位的字段中。 停-等滑动窗口协议中，n=1，限制序列号为0或1. 但复杂的协议版本包括任意值n，n同时表示缓存器的大小 滑动窗口协议的关键所在: 任何时刻，发送方都保持一个发送的帧的序列号的表格,称为发送窗口。窗口内的序列号代表已发送了的但尚未确认的帧，一旦发送一帧，窗口左边界向里收缩;每

24、收到一个确认。窗口右边界向前扩展。 类似的，接受方维持一个准备接收的序列号的表格，称为接收窗口，对应一组允许接收的帧，当接收一帧后，将它交给网络层，并等待产生一个确认后将窗口向右滑动一位。,3,0,1,2,6,7,5,4,3,0,1,2,6,7,5,4,.,.,已发送的帧帧,发送帧窗口,帧顺序号,已发送的最,后帧,发送帧后窗口,往里收缩,收到响应后窗,口向外扩展,(a) 发送器方视图,3,0,1,2,6,7,5,4,3,0,1,2,6,7,5,4,.,.,已经接收到的帧,接收帧窗口,已经响应的,最后一帧,接收到帧后窗,口往里收缩,发送响应后窗,口向外扩展,(b) 接收器方视图,下图为滑动窗口的

25、原理: 三位编码,顺序号为0-7, (a)图方框内表示发送方可以发送7帧, 序号从6开始, 每发送一帧,窗口左边界向里收缩,每收到一个确认,窗口向右滑动. 接收方每收到一帧,窗口左边向右收缩,每发送相应的确认后窗口向右扩展,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,源系统 A,目的系统 B,F2,F1,F0,RR3,F3,F4,F5,F6,RR4,滑动窗口

26、协议,假设窗口为7帧，最上面的A发送7帧，但发送后3帧未收到确认，于是A把窗口收缩到4帧，F3-F7。但此时B发送确认RR3表明已经收到0-2帧。并准备接收3-7帧。A收到确认RR3。窗口向外滑动3帧。表示A可以从F3开始发送7帧。接着发送F3-F6，若B返回确认RR4，表示已经接收F3帧，并允许A发送F7开始的窗口中的帧。,前面介绍了滑动窗口进行流量控制的基本原理，具体实现时，还有一些问题要处理，如： 窗口宽度的控制是预先固定化，还是可适当调整的问题。 窗口位置的移动控制是整体移动，还是顺次移动问题。 接收方的窗口宽度与发送方相同还是不同的问题。,2）典型的数据链路协议,典型的数据链路层协议

27、分为两大类： 面向字符的：链路上所传送的数据以及控制信息必须是由规定字符集中的字符所组成,其适应性差、传输效率低; 面向比特的：数据和控制信息完全独立且完全由比特表示；其适应性好、传输效率高。又常分为平衡配置和非平衡配置。,1.面向比特的链路控制协议 HDLC,高级数据链路控制协议HDLC(High Level DataLink Contro1)是一种基于比特的传输控制协议 1974年，IBM 公司推出了面向比特的规程SDLC (Synchronous Data Link Control)。 后来 ISO 把 SDLC 修改后称为 HDLC (High-level Data Link Cont

28、rol)，译为高级数据链路控制，作为国际标准ISO 3309。 CCITT 则将 HDLC 再修改后称为链路接入规程 LAP (Link Access Procedure)。不久，HDLC 的新版本又把 LAP 修改为 LAPB，“B”表示平衡型(Balanced)，所以 LAPB 叫做链路接入规程(平衡型)。,它是为适应数据通信系统以及计算机间通信的需要而发展起来的 这种协议应用领域较广，具有高效率、高可靠性，并能传输任意代码等特点。 HDLC正常响应模式(NRM)能用于“点一点”或多点线路 在HDLC (NRM)中，有固定的主站/次站关系 主站控制整个链路的工作，主站发出的帧叫命令，受控的

29、各站叫次站或从站。次站发出的帧叫响应。,（1）HDLC 的帧结构,HDLC以帧(Frame)作为信息传输的基本单位，无论是数据信息还是监控信息都是按照帧的格式进行传输的。 帧的格式如下图所示。下面概述各个字段(域)的内容及用途。,比特,8,8,8,可变,16,8,信息 Info,标志 F,标志 F,地址 A,控制 C,帧检验序列 FCS,透明传输区间,FCS 检验区间,（2）标志位,在基于比特的传输系统中，没有单独的字符，但可利用一个统一的比特(Bit)模式来标识帧头和帧尾，并且也可由它来起帧同步模式的作用，这个比特模式称之为“标志”， 标志字段 F (Flag) 为 6 个连续 1 加上两边

30、各一个 0 共 8 bit，即序列0111lll0(7EH) 。在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。 为了避免出现非标志字段中出现和标志字段一样的比特组合，可以使用“零比特填充法”。使一帧中两个 F 字段之间不会出现 6 个连续 1。,零比特填充法,数据中某一段比特组合恰好 出现和 F 字段一样的情况,0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0,会被误认为是 F 字段,在发送端，当一串比特流数据中有 5 个连续 1 时，就立即填入一个 0。 在接收帧时，先找到 F 字段以确定帧的边界。接着再对比特流进行扫描。每当发现 5 个连续 1 时，就将其后的一个 0 删

31、除，以还原成原来的比特流。,采用零比特填充法就可传送任意组合的比特流，或者说，就可实现数据链路层的透明传输。 当连续传输两个帧时，前一个帧的结束标志字段 F 可以兼作后一帧的起始标志字段。 当暂时没有信息传送时，可以连续发送标志字段，使收端可以一直和发端保持同步。,（3）控制宇段,控制字段 C 共 8 bit，是最复杂的字段。HDLC 的许多重要功能都靠控制字段来实现。 控制字段：控制该协议的所有功能，包括帧的类型等。 HDLC帧的类型：信息帧、监督帧、无编号帧 控制字段的通用格式为8比特，扩充格式为16比特。在下图中显示为通用控制字段格式。,若控制字段第一个比特为0，则该帧为信息帧。 N(S

32、):当前发送的信息帧的序号 N(R):所期望收到的信息帧的序号。 它带有确认N(R)-1( mod 8)的帧以及在这以前的帧都已正确接收到了（捎带） P/F:询问/终止,0,N(S),N(R),P/F,0,若控制字段第一个比特为1，该帧为监视帧（反馈帧） 监视帧用于控制链路上的数据流程。 第3、第4比特的组合 00:RR 接收就绪 10:RNR 确认并暂停接收 01:REJ 拒绝N(R)起的所有帧但确认以前的帧 11:SREJ 选择拒绝，只拒绝序号为N(R) 的帧,无编号帧（待命） 无编号帧随时发出,（4）其他字段,地址字段 A 是 8 bit。 表示次站的地址 帧检验序列 FCS 字段共 1

33、6 bit。所检验的范围是从地址字段的第一个比特起，到信息字段的最末一个比特为止。HDLC采用16位循环冗余校验码进行差错控制， 数据字段可以是任意长度(8比特的整数倍) 的字段，并且能包含任何信息。 这个字段的内容，可被当作纯粹二进制信息看待，即使是ASCII类字符，也是如此。,在计算机通信的早期人们发现，对于经常产生误码的实际链路，只要加上合适的控制规程，就可以是通信变的可靠。 基于字符的数据链路协议是以字符为单位的链路协议，在链路上所传送的数据必须是由规定字符集（如ASCII码）中的字符组成。并且在链路上传送的控制信息也必须由一个字符集中的若干指定的控制字符构成。 基于字符的数据链路协议

34、有： 国际标准化组织(1SO)的“基本型(BASIC)”， IBM公司的BSC(Binary Synchronous Communication)等。 局域网中的ARCNet和远程网中的PPP(Point to Point Protocol) 协议。,2.面向字节（字符）的数据链路协议,因特网的点对点（PPP）协议,1）PPP 协议的帧格式,PPP 的帧格式和 HDLC 的相似。 标志字段 F 仍为 0 x7E （符号“0 x”表示后面的字符是用十六进制表示。十六进制的 7E 的二进制表示是 01111110）。 地址字段 A 只置为 0 xFF。地址字段实际上并不起作用。 控制字段 C 通常

35、置为 0 x03。 PPP 是面向字节的，所有的 PPP 帧的长度都是整数字节。,起始标志字段：1字节，固定为01111110,即0 x7E 地址字段：1字节，固定为全1，即0 xFF（实际没用） 控制字段：1字节，固定为00000011 ，即0 x03 （也实际没用）,协议字段：2字节，值不同表示信息字段的内容不同。 信息字段：数据部分，长度可变，但不能超过1500个字节。 FCS字段：2字节。 结束标志字段：同起始标志字段。,几种协议字段设置的含义： 0 x0021信息字段是IP数据报 0 xC021信息字段是链路控制数据LCP 0 x8021信息字段是网络控制数据NCP 0 xC023信

36、息字段是安全性认证PAP 0 xC025信息字段是LQR 0 xC223信息字段是安全性认证CHAP,2）透明传输的实现：,同步传输：零比特填充法（与HDLC一样） 异步传输： 将信息字段中出现的每一个 0 x7E 字节转变成为 2 字节序列(0 x7D, 0 x5E)。 若信息字段中出现一个 0 x7D 的字节, 则将其转变成为 2 字节序列(0 x7D, 0 x5D)。 若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0 x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0 x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。,3）PPP的工作过程：,用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用

37、PPP 协议。 1992 年制订了 PPP 协议。经过 1993 年和 1994 年的修订，现在的 PPP 协议已成为因特网的正式标准RFC 1661。 PPP协议有三个组成部分 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。,当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。 PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧）。 这些分组及其响应选择一些 PPP 参数，和进行网络层配置，NCP 给新

38、接入的 PC机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机。 通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 IP 地址。 接着，LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。,*不提供使用序号和确认的可靠传输?,PPP 协议之所以不使用序号和确认机制是出于以下的考虑： 在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的 PPP 协议较为合理。 在因特网环境下，PPP 的信息字段放入的数据是 IP 数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的。 帧检验序列 FCS 字段可保证无差错接受。,物理层,处理数据格式,提供应用程序间通信,建立，维护和管

39、理会话,端到端的连接,寻址和路由选择,介质访问，链路管理,比特流传输,物理层：物理上实现互连系统的比特流 (Bit Stream) 的透明传输 。 物理层是所有网络的基础。物理层处在OSI的最低层，它建立在物理通信介质的基础上，为信息流提供物理传输通道，以便透明地传输二进制比特流。 但它不是指连接计算机的具体物理设备或具体传输媒体，而是尽可能地屏蔽这些物理设备的差异，对它的高层即数据链路层提供统一的服务。 物理层是实连接，其它各层之间都是虚连接,1） 物理层的主要任务,为屏蔽下层具体物理设备、传输介质、传输方式等的不同，而为上层提高透明的比特流传输，物理层的主要任务是确定与传输媒体接口相关的一

40、些特性，包括： 机械特性：指明接口所用连接器的形状和尺寸、引脚数目和排列方式，定义接插及锁紧方式等。 电气特性：指明在接口电缆的线路上出现的电压、电流等范围。 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压信号表示何种意义，通信过程中完成何种功能。 规程特性：指明对于不同功能的的各种可能事件的出现顺序，是功能事件时序的描述。,2）典型的物理层标准接口,一、 EIA RS-232 1962年由美国电子工业协会EIA制定，RS推荐标准；232-编号，用于DTE/DCE之间的接口定义。 机械特性 25芯连接器，DTE为插头，DCE为插座。 电气特性 采用非平衡型负逻辑电气特性，低于-3V为“1”，高于+

41、4V为 “0”，最大 20Kbps，最长15m。 非平衡传输（unbalanced transmission）：所有电路共享一个公用的地线。 平衡传输（balanced transmission）：每个主要电路需要两根线，没有公用的地线。,功能特性 定义了21条线，许多子集，基本与CCITT V.24兼容。 规程特性 对不同的功能子集，有不同的规程。 RS-232 有14中不同的接口类型，适合于：单工，半双工，全双工，同步，异步 说明： 物理连接方式有9针和25针两种方式 数据传输速率20Kbps时，最长的通信距离为15米 标准的串口能够达到最高115Kbps的数据传输速度 而一些增强型串口如

42、：ESP(Enhanced Serial Port，增强型串口) 、Super ESP(Super Enhanced Serial Port，超级增强型串口)等则能达到460Kbps的数据传输速率 RS-232-C的不足： 传输性能低，距离短，速率低。,RS 232-C接口连接图,二、 EIA RS-449 1977年，EIA/TIA推出了一个新的标准EIA RS-449 作为替代RS-232-C的物理层标准接口。 主要改进 改善了性能，加长了接口电缆距离，加大了数据传输率； 增加了新的接口功能，例如，回送检查； 解决了机械接口问题。 机械特性 37芯或9芯连接器。 电气特性 与RS-232-

43、C相似，采用非平衡型电气特性 RS-423-A，20Kbps以下 其他情况，采用平衡型电气特性 RS-422-A 和RS-423-A，20Kbps 2Mbps,功能特性 定义了30条功能线。 规程特性 基本上以RS-232-C为基础。,三、 CCITT X.21,X.21：在公共数据网PDN中进行同步操作的DTE/DCE之间的通用接口。 1980年的X.21由两部分组成： “通用接口”：真正的物理层部分； 用于电路交换网络的呼叫控制规程，用于DTE之间的连接，涉及到许多数据链路层和网络层的功能。,4.OSI/RM中的数据流程和数据格式,4.1 OSI/RM的数据流程 在介绍OSI/RM的数据流

44、程之前，先介绍一个类比的例子: 设有两个体制完全相同的单位，各单位分别设有主任、班长、组长、办事员，他们的工作方法很机械，下级只向他的直接上级报告情况，上级只能要他的下级办事。两个单位的主任、班长、组长都不能直接往来，但可通过书信协商工作，且仅接收对方对应职位人员的信件，唯一能直接见面的是双方的办事员这种甲、乙两单位协商办事的方式如下图所示。,两单位之间的一种通信结构,甲主任要和乙主任协商事宜，必须通过信函，并将信封在信封内交给甲班长；甲班长拿出与乙班长通信的专用信封(否则乙班长不收)，将甲主任的信装入其中，并将它交给甲组长；甲组长将其装入给乙组长的专用信封中交给甲办事员，让他交给乙办事员。

45、乙办事员收到信后送给乙组长；乙组长检查信封，是甲组长的信封才接收，并剥去信封查看内容，若是给自己的就自行处理，若是给上级的就递给乙班长；乙班长收到信后也按相同的方法处理，直至把信送给乙主任为止 。,按OSI/RM模型设计的网络系统的通信过程与上例类似，其数据流程如下图所示。 用户数据送入应用层后，该层给它附加控制信息H7后送表示层。 表示层可能要对数据作适当变换(如代码转换、数据压缩)后附加控制信息H6再送会晤层。 会晤层加上控制信息H5送传输层。 传输层可能要把长报文分成若干段，给每段加上控制信息H4后送网络层。 网络层加上控制信息H3形成报文分组送数据链层。 数据链层给报文分组附加头H2和尾T2形成帧 (Frame)，经物理层发送到对方。 对方系统则进行上述过程的逆处理，直至将数据送给用户进程为止。,OSI/RM中用户之间通信的实际信息流动,如果从一个用户进程到另一个用户进程要经过中间转发结点，则中间结点的信息流动如下图所示，而两个数据链路层以上的信息流仍和下图所示的一样。,系统之间的逻辑通信,物 理 层,数据链路层,传