网络体系结构专项

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1、第二讲 网络体系结构(2),三、网络层,（1）基本概念,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。,网络各层的功能,（2）网络层的服务,网络层向传输层提供服务 两种服务方式： 面向连接和无连接 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 面向连接的服务虚电路 无连接的服务数据报,网络各层的功能,1）数据报服务,把报文分成包后，各个包可

2、以分别寻找不同的路由，通过不同的链路到达目的端 。,网络各层的功能,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 。,网络各层的功能,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

3、虚电路VC1和VC2。当然还可以有多条，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。,网络各层的功能,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 。,网络各层的功能,虚电路和数据报的比较：,网络各层的功能,（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

4、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,网络各层的功能,（4）拥塞控制,信道带宽、结点发送与接收缓冲区、处理机速度等称为网络资源。 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 。 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

5、吞吐量，因有下图：,网络各层的功能,四、传输层,（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 。,传输层的地位如图所示：,网络各层的功能,（2）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

6、。 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 。,网络各层的功能,（3）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 。 根据不同类型的子网服务质量，OSI将传输协议分为5类： 0类协议：简单类，是面向A型网络服务的。其功能只是建立一个简单的端到端的传输连接和在数据传输阶段具有将长数据报文分段传输的功能。该类协议没有差错恢复和将多条传输连接复用到一条网络连接上的功能。 1类协议：基于错误恢复类，面向B类子网。 2类协议：多路复

7、用类，面向A类子网。 3类协议：错误恢复类和多路复用类，面向B类子网。 4类协议：错误检测和恢复类，面向C类子网。,网络各层的功能,五、高层协议,（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 。,网络各层的功能,（3）应用层,应用层直接为各种应用服务。应用层是应用进程中与通信有关的那部分环境空间。在这个空间内，对等的应用实体使

8、用OSI各层提供的服务交换有意义的信息。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，用于不同等系统间能够在网络上传输文件； 报文处理系统MHS用于对网络上使用非常普遍的电子邮件系统进行标准化。,网络各层的功能,几个重要的协议,下面介绍的几个协议在网络中是经常使用的，包括物理层、链路层的、网络层的核传输层的。有些协议是一个多层协议的接口描述。学习这几个协议的目的一是为在今后实际应用中奠定一个基础；二是作为学习网络协议的例子，有助于读者更好地学习

9、和理解网络协议的知识。,（1） RS-232-C （2） HDLC协议 （3） X.25协议 （4） PPP协议 （5） TCP/IP协议 （6） NetBIOS协议,一、RS-232-C,EIA 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 。 1）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,几个重要

10、的协议,2）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 3）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。4）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

11、 ，一般只使用其中 9 根线 。,几个重要的协议,5）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-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

12、）准备接收数据。,几个重要的协议,6）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 20 线为低电平后，将 6 线变为低电平，同意拆线 。两台微型机直接连接 ：,只要3根线在两台微机间连接，其它线都是在内部连接,几个重要的协议,二、 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，

13、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，名为SDLC。ISO 对其进行扩充，改名为 HDLC 作为 OSI 标准,几个重要的协议,（1）HDLC 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 。,1）信息帧 HDLC 的帧具有六个字段 ：F、A、C、I、FCS、F,几个重要的协议,零比

14、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 。 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,几个重要的协议,地址字段A（Address）：A字段由8位码组成，用以指明从站的地址。对于命令帧，它指接收端（从站）的地址；对于响应帧，它指发送该响应帧的站点地址。即主站把从站的地址填入A字段中发送命令帧，从站则把

15、本站的地址填在A字段中以返回响应帧。 控制字段C（Control）：C字段由8位组成，用以进行链路繁荣监视和控制。它是HDLC协议的关键部分。该字段由种不同的格式，将在下面介绍。 信息字段I（Information）：I字段用来填充要传输的数据、报表等信息。HDLC协议对其长度无限制，但实际上受各方面条件（如纠错能力、误码率、接口缓冲空间大小等）限制。在我国，一般取为12KB。 帧校验序列FCS（Frame Check Sequence）：FCS是采用16位的CRC校验，以进行差错控制。它对两个标志字段之间的A字段、C字段和I字段的内容进行校验。CRC校验的生成多项式为,几个重要的协议,2）控

16、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 。 控制字段本身有三种编码格式 ：,几个重要的协议,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(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,几个重要的协议,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