计算机网络的层次化体系结构.ppt

计算机网络体系结构,1,第三章 计算机网络体系结构,合肥工业大学管理学院,丁 勇,dy_0811126.com,计算机网络体系结构,2,本章主要内容,3.1 计算机网络体系结构 3.2 OSI/RM的基本概念 3.3 数据链路控制协议 3.4 TCP/IP分层体系结构简介,计算机网络体系结构,3,3.1 计算机网络体系结构,1. 计算机网络体系结构的定义 2. 开放系统互连参考模型的制定 3. OSI参考模型的层次结构 4. OSI参考模型的各层的主要功能,计算机网络体系结构,4,3.1 计算机网络体系结构,1.计算机网络体系结构的定义,计算机网络体系结构是指网络的层次结构和协议集合。 分层次的体系结构,分层思想：将一个难 以处理的复杂问题分 解为若干较容易处理 的小问题。,邮政通信：最高层是通信人层，双方必须对信的格式、内容达成共识；中间层为邮局层，提供不同的传递速率、保密级别的通信服务，对信件进行分拣、包装、发送、投递和差错处理；下层为运输层，负责运输管理，完成运输任务。将邮包准确、及时地交付对方邮局。,各层之间相对独立,灵活性好,结构上可以分割开，各层可以选择最合适的实现技术。,易于实现和维护,能促进标准化工作,分层结构的优点：,计算机网络体系结构,5,3.1 计算机网络体系结构1.计算机网络体系结构的定义,网络协议,在网络中，为了进行数据通信而建立的规则、标准或约 定称为网络协议。网络协议含有三个要素。,语义：构成协议的协议元素的含义，不同类型的协 议元素规定了通信双方所要表达的不同内容。,语法：数据或控制信息的数据结构形式或格式。,时序：事件的执行顺序。,网络协议实质上是计算机间通信时所使用的一种语言，它是计算机网络不可缺少的组成部分。,协议元素是指控制信 息或命令及应答。,计算机网络体系结构,6,两个计算机交换文件,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命令 是按照水平方向的虚线传送的,把文件交给下层模块 进行发送,把收到的文件交给 上层模块,划分层次的概念举例,计算机网络体系结构,7,划分层次的概念举例,再设计一个通信服务模块,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方,把文件交给下层模块 进行发送,把收到的文件交给 上层模块,通信服务模块,通信服务模块,计算机网络体系结构,8,再设计一个网络接入模块,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,通信服务模块,通信服务模块,网络接入模块,网络接入模块,通信网络,网络 接口,网络 接口,网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。,划分层次的概念举例,计算机网络体系结构,9,3.1 计算机网络体系结构,2. 开放系统互连参考模型的制定,各种体系结构的诞生 1974年，IBM制定了自己的系统网络体系结构SNA DNADigital公司 BNA宝来机器公司 DSAHoneywell公司 1979年，TCP/IP协议形成(网际协议组) 1983年，ISO 7498国际标准的诞生形成开放系统互连参考模型的正式文件，即OSI参考模型，记为OSI/RM，简称OSI。,计算机网络体系结构,10,3.1 计算机网络体系结构,3. OSI参考模型的层次结构 OSI将网络结构划分为七层，每一层均有自己的一套功能集，并与紧邻的上层和下层交互作用。 在顶层，应用层与用户使用的软件（如字处理程序或电子表格程序）进行交互。 底层（物理层）与传输媒体相连接。 总的说来，在顶端与底端之间的每一层均能确保数据以一种可读、无错、排序正确的格式被发送。,计算机网络体系结构,11,3.1 计算机网络体系结构,OSI参考模型的层次结构表,计算机网络体系结构,12,3.1 计算机网络体系结构,图3.1 开放系统互联参考模型分层示意图,计算机网络体系结构,13,3.1 计算机网络体系结构,4. OSI参考模型的各层的主要功能 物理层 物理层的作用：是在一条物理传输媒体上，实现数据链路实体间透明地传送比特流，尽量屏蔽不同媒体和设备的差异。 物理层协议产生并检测电压以便发送和接收携带数据的信号。 物理层上所传数据的单位是比特，一般都是串行传输。 介质 ？,计算机网络体系结构,14,物理层的特性 先介绍计算机网络中的两类设备 （1）DTE设备(data terminal equipment) 具有一定数据处理能力以及接收和发送数据能力的设备， DTE设备是网络数据的源和宿。但其所发出的信号不能直接送到网络的传输介质上。 （2）DCE设备(data circuit-terminating equipment ) DCE设备在DTE与传输网络之间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放数据链路。如调制解调器、通信处理机等。,4. OSI参考模型的各层的主要功能 物理层,计算机网络体系结构,15,图 DTE通过DCE与传输网络相连,采用电话网络传输，DCE为调制解调器 对分组交换网，DCE是通信处理机,4. OSI参考模型的各层的主要功能物理层,计算机网络体系结构,16,物理层的四个特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性 用于描述DTE、DCE以及DCE与传输介质之间接口的一系列标准。,4. OSI参考模型的各层的主要功能 物理层,计算机网络体系结构,17,（1）机械特性 规定接口所用连接器的形状、几何尺寸、引线数量、排列方式、固定和锁定装置等。如ISO2110标准定义了25引脚的DB25插头座，包括它的尺寸和固定方式。 （2）电气特性 在DTE与DCE之间有多条引线，电气特性定义了引线的电气连接方式、发送器和接收器的电气参数，包括信号源的输出阻抗、负载的输入阻抗、信号“1”和“0”的电压范围、传输速率和距离的限制等。,4. OSI参考模型的各层的主要功能 物理层,计算机网络体系结构,18,（3）功能特性 对接口连线的功能给出确切的定义，说明某条线路上出现的某一电平的电压所表示的意义。与功能特性有关的国际标准有CCITT V.24和X.21。计算机异步通信时DTE/DCE间的连接就是采用前者。 （4）规程特性 定义了在物理连接的建立、维护和释放时， DCE/ DTE 双方在各电路上的动作序列。,4. OSI参考模型的各层的主要功能 物理层,计算机网络体系结构,19,4. OSI参考模型的各层的主要功能 物理层,计算机网络体系结构,20,物理层标准实例-RS-232-C RS-232-C规范了计算机与调制解调器间的一个串行物理接口标准。 是电子工业协会EIA(Electronic Industries Association) 1969年制定的标准。 在该标准中，计算机被称为数据终端设备DTE ，调制解调器被称为数据电路端接设备DCE。,4. OSI参考模型的各层的主要功能 物理层,计算机网络体系结构,21,RS-232-C的机械特性 25芯或9芯D型连接器，DTE侧为插针，DCE侧为插孔。 具体排列、尺寸、拴锁等。,25芯的RS-232-C,9芯的RS-232-C,4. OSI参考模型的各层的主要功能 物理层,计算机网络体系结构,22,RS-232-C的功能特性 常用的几个信号说明,4. OSI参考模型的各层的主要功能 物理层,计算机网络体系结构,23,数据链路层 负责建立、维护和释放数据链路的连接，在两个相邻结点间，实现无差错地传送以帧为单位的数据。 帧是用来移动数据的结构包，它不仅包括原始（未加工）数据，或称“有效荷载”，还包括发送方和接收方的地址以及同步、差错、流量等控制信息。,3.1 计算机网络体系结构OSI各层的主要功能,计算机网络体系结构,24,网络层 选择合适的路由和交换结点，将分组正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。 所传数据的单位是分组或数据包。 路由选择、差错检测、顺序和流量控制。 提供数据报和虚电路两种分组传输服务 通信子网最多包括：物理层、数据链路层和网络层。,3.1 计算机网络体系结构OSI各层的主要功能,计算机网络体系结构,25,运输层 根据通信子网的特性最佳地利用网络资源，并以可靠和经济的方式，为两个端系统的会话层之间，建立一条运输连接，以透明地传送报文。 运输层的任务就是为两个主机的会话层之间建立一条运输连接，可靠、透明地传送报文，执行端-端或进程-进程的差错控制、顺序和流量控制、管理多路复用等。 运输层位于高低层之间，起桥梁或承上启下作用，即弥补、加强网络层所提供的服务。,3.1 计算机网络体系结构OSI各层的主要功能,计算机网络体系结构,26,3.1 计算机网络体系结构OSI各层的主要功能,计算机网络体系结构,27,会话层：对数据传输的同步进行管理。它在两个不同系统的互相通信的应用进程之间建立、组织和协调交互。所传数据的单位是报文。 表示层：向应用进程提供信息的语法表示，对不同语法表示进行转换管理等，使采用不同语法表示的系统之间能进行通信。信息加密(和解密)、正文压缩(和还原)。 应用层：应用层是开放系统与用户应用进程的接口，提供OSI用户服务、管理和分配网络资源。例如，文件传送、电子邮件和网络管理。,3.1 计算机网络体系结构OSI各层的主要功能,计算机网络体系结构,28,各层的最主要的功能归纳如下： 应用层：与用户应用进程的接口，即相当于：做什么？ 表示层：数据格式的转换，即相当于：对方看起来象什么？ 会话层：管理与数据传输的同步，即相当于：轮到谁讲话和从何处讲？ 运输层：从端到端经网络透明地传送报文，即相当于：对方在何处？ 网络层：分组传送、路由选择和流量控制，即相当于：走哪条路可到达该处？ 数据链路层：在链路上无差错地传送帧，即相当于：每一步该怎样走？ 物理层：将比特流送到物理媒体上传送，即相当于：对上一层的每一步应怎样利用物理媒体？,3.1 计算机网络体系结构OSI各层的主要功能,计算机网络体系结构,29,3.1 计算机网络体系结构,1.计算机网络体系结构的定义 2. 开放系统互连参考模型的制定 3. OSI参考模型的层次结构 4. OSI参考模型的各层的主要功能,计算机网络体系结构,30,本章主要内容,3.1 计算机网络体系结构 3.2 OSI/RM的基本概念 3.3 数据链路控制协议 3.4 TCP/IP分层体系结构简介,计算机网络体系结构,31,3.2 OSI/RM的基本概念,1. 开放系统互联中的数据流动过程 2. 协议、服务、服务原语、服务访问点 3. 连接服务的类型,计算机网络体系结构,32,3.2 OSI/RM的基本概念,1. 开放系统互联中的数据流动过程,计算机网络体系结构,33,3.2 OSI/RM的基本概念,发送端层层加控制信息，接收端层层剥去控制信息 的作用： 在数据的传送过程中，一旦出现差错，可以及时发现并及时纠正，从而保证数据传送的可靠性。 高一层数据不含低层协议控制信息，可以使得相邻层之间保持相对独立性。这样，低层实现方法的变化不致影响高一层功能的执行。,（N）层协议数据单元 （N）PDU,N层PDU的组成,计算机网络体系结构,34,2. 协议、服务、服务原语、服务访问点,实体：能够实现对等层之间发送和接收信息的硬件 或软件进程。 对等实体：不同开放系统的同一层相互交互的实体。 (N)协议：两个对等(N)实体进行通信的规则的集合。 (N)服务：在(N)协议控制下两个对等(N)实体间的通 信，使(N)层能够向上一层(即(N+1)层)提供的服务。 (N)服务用户：接受(N)服务的(N+1)实体。 N层对等实体之间通信的结果 （N）的服务 服务原语 在同一开放系统中，(N+1)实体向(N)实体请求服务时， 服务用户和服务提供者之间要进行交互，交互的信息。,3.2 OSI/RM的基本概念,计算机网络体系结构,35,ISO/OSI 的4类服务原语,服务原语指出需要本地或远端的对等实体做哪些事情。 上层使用下层服务的方式是上、下层交换服务原语 。,2. 协议、服务、服务原语、服务访问点,3.2 OSI/RM的基本概念,计算机网络体系结构,36,4种服务原语的关系简图,2. 协议、服务、服务原语、服务访问点,3.2 OSI/RM的基本概念,计算机网络体系结构,37,服务访问点(service access point，SAP ) SAP是同一系统中相邻两层实体的逻辑接口，或者说(N)层SAP就是(N+1)层可以访问N层的地方。在一个系统的两层之间可以允许有多个服务访问点，每个SAP都有惟一的一个地址码，供服务用户间建立连接之用。 一般情况下，两个服务用户之间有一条(N)连接。但在多点连接和广播通信的情况下，一条连接可以超过两个服务用户。在这种情况下，信息从一个源点出发可到达多个终点。,2. 协议、服务、服务原语、服务访问点,3.2 OSI/RM的基本概念,计算机网络体系结构,38,连接端点(connection end point，CEP) 。一个服务访问点中可以有多个连接端点，以便每条连接的两端使用不同的连接端点。,图3.2 连接与连接端点,2. 协议、服务、服务原语、服务访问点,计算机网络体系结构,39,连接复用：一个(N)实体可以支撑多个(N+1)实体。 连接分裂：一个(N+1)实体也可同时连接到n个(N)SAP上。,图3.3 SAP与上、下层实体的关系,2. 协议、服务、服务原语、服务访问点,计算机网络体系结构,40,3.2 OSI/RM的基本概念,3. 连接服务的类型 面向连接的服务（Connection-Oriented Service）两个（N）对等实体在执行（N）协议进行通信、交换之前，首先建立（N）连接，在交换数据期间（N）实体为这个连接保留资源，数据交换完毕拆除连接，释放所保留的资源。 无连接服务（ Connectionless Service ） 两个（N）对等实体在执行（N）协议进行通信前不建立（N）连接，在通信活动中随时发起数据单的传输，在数据传输时动态地分配下层资源。,计算机网络体系结构,41,本章主要内容,3.1 计算机网络体系结构 3.2 OSI/RM的基本概念 3.3 数据链路控制协议 3.4 TCP/IP分层体系结构简介,计算机网络体系结构,42,3.3 数据链路控制协议,1、基本概念 2、数据链路层的主要功能 3、数据链路层提供的服务 4、数据链路层的简化模型 5、数据链路层的流控技术 6、数据链路层的差错控制技术 7、面向比特的链路控制规程HDLC 8、因特网的点对点协议PPP,计算机网络体系结构,43,1. 基本概念 链路 指中间没有任何交换结点的点到点的物理线路。 数据链路 链路加上控制数据传输的规程(规程由相应的软、硬实现)构成数据链路。当采用多路复用技术时，一条链路上可以有多条数据链路。数据链路也称为逻辑链路，而链路通常称为物理链路。 数据链路控制协议的作用（在数据链路层） 在不太可靠的物理链路上，通过数据链路层协议，实现可靠的以帧为单位的数据传输。,3.3 数据链路控制协议,计算机网络体系结构,44,数据链路层像个数字管道,常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。 早期的数据通信协议曾叫作通信规程(procedure)。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。,3.3 数据链路控制协议基本概念,计算机网络体系结构,45,3.3 数据链路控制协议,2. 数据链路层的主要功能 将从网络层接收的数据分割成可被物理层传输的帧。 数据链路管理 建立、维持和释放数据链路 帧的装配与分解 帧的装配:分组 帧 ; 帧的分解: 帧 分组 帧的同步 数据以帧发送，每个帧必须有起始和结束标志，接收端要能从比特流中准确地识别一个帧的开始和结束。 流量控制与顺序控制 防止接收端缓存能力不足而造成的数据丢失。同时使帧的接收顺序与帧的发送顺序一致。,计算机网络体系结构,46,差错控制 在通信过程中通常采用检错重发，一般重传816次仍失败，便作为不可恢复的故障向上层用户报告。 使接收端能区分数据和控制信息 数据和控制信息不仅在同一信道中传送，而且在许多情况下数据和控制信息还处于同一帧中。所以要采取相应措施使收方能将它们区别开来。 透明传输 由于数据是随机组合，可能和某个控制信息完全一 样而被收方误解，必须采取措施使收方不致将这样的数据当成某种控制信息，这就是透明传输。 寻址 既要将每一个帧都正确送到目的地，又要使接收方知道是那个站发送的。,3.3 数据链路控制协议数据链路控制的主要功能,计算机网络体系结构,47,3.3 数据链路控制协议,3. 数据链路层提供的服务 数据链路层向网络层提供三种类型的服务 面向连接的服务 最复杂、最可靠的一种服务。该服务包括三个过程： （1）建立连接 （2）数据传送 （3）数据链路的释放 有确认、无连接的服务 无确认、无连接的服务,计算机网络体系结构,48,3.3 数据链路层,4. 数据链路层的简化模型,主机 H1 向 H2 发送数据,从层次上来看数据的流动,计算机网络体系结构,49,4. 数据链路层的简化模型,局域网,广域网,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,路由器 R2,路由器 R3,电话网,局域网,主机 H1 向 H2 发送数据,链路层,高三层,运输层,网络层,物理层,链路层,高三层,运输层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,R1,R2,R3,H1,H2,仅从数据链路层观察帧的流动,计算机网络体系结构,50,数据链路层,主 机 A,缓存,主 机 B,AP2,AP1,缓存,发送方,接收方,帧,高层,帧,4. 数据链路层的简化模型,比特流,计算机网络体系结构,51,链路是理想的传输信道，即传输完全可靠、不出错、不丢失； 不论发方发送速率快、慢，收方均能收下并上交主机。,因此，产生了流控技术。 常用的流控技术有两种：停等流控、滑动窗口流控。,5. 数据链路的流控技术,3.3 数据链路层,计算机网络体系结构,52,数据帧和确认帧的发送时间关系,A,B,DATA,DATA,ACK,传播时延 tp,处理时间 tpr,确认帧发送时间 ta,传播时延 tp,处理时间 tpr,时间 t,两个成功发送的 数据帧之间的 最小时间间隔,数据帧的 发送时间,tf,设置的 重传时间,tout,计算机网络体系结构,53,设接收端的缓冲器具有接收N个帧的能力，可否在 接收K个帧时(K N)，一次确认？ 滑动窗口流控技术 （1）帧中有一个顺序号域。设接收端具有连续接收2k=N个帧的能力，则帧中的序号域为？位，帧的顺序号从0至2k 1 ，序号的模数为2k 。 （2）发送站和接收站各维护一张大小为2k的表，发送端维护的是允许发送帧的序号表，接收端维护的是准备接收帧的序号表。该表称为帧的滑动窗口。发送端设置“发送窗口”，接收端设置“接收窗口”。,3.3 数据链路控制协议数据链路的流控技术,计算机网络体系结构,54,图3.5 滑动窗口协议示意图,当接收窗口保持不动 时，发送窗口不会旋 转，只有接收窗口旋 转后，发送窗口才能 向前旋转，体现了接 收端对发送端的控制。,连续ARQ协议还可规 定接收端可以在收到几 个正确的数据帧后，只 对最后一个帧发回一个 确认帧，表示对该帧及 其以前的所有多个数据 帧的确认，减小开销。,3.3 数据链路层数据链路层的流控技术,没有接收对方确认帧， 可以发送帧的数量,哪些帧可 以接收,计算机网络体系结构,55,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,发送窗口,WT,不允许发送这些帧,允许发送 5 个帧,(a),计算机网络体系结构,56,不允许接收这些帧,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,WR,准备接收 0 号帧,(a),计算机网络体系结构,57,3.3 数据链路控制协议,6. 数据链路层的差错控制技术 出错全部重发协议（go-back-n） 选择重发协议（selective repeat） 检错、纠错技术,计算机网络体系结构,58,3.3 数据链路控制协议 差错控制技术,出错全部重发协议（go-back-n）-连续ARQ协议,tI：一个数据帧的发送时间。 tout：超时定时器设置的定时时间。,计算机网络体系结构,59,选择重传协议（selective repeat）-选择重传ARQ 为了克服ARQ协议后退N帧的缺点，进一步提高信道的利用率，可以设法只重传出现差错的数据帧或定时器超时的数据帧。,3.3 数据链路控制协议 差错控制技术,计算机网络体系结构,60,滑动窗口协议比较,3.3 数据链路控制协议 差错控制技术,计算机网络体系结构,61,检错、纠错技术 （1）检错 通常采用循环冗余校验(cyclic redundancy check， CRC)。CRC的基本思想是:先建立应发送的二进制数 之间的数量关系，即发方对数据帧的二进制数按一定 规则运算，产生二进制形式的校验码(循环冗余码)， 随后把这些二进制数一起发送出去，接收方收到后按 同样的规则检验这些二进制数之间的关系，从而可判 断出传输过程中有无差错发生。,3.3 数据链路控制协议 差错控制技术,计算机网络体系结构,62,循环冗余校验CRC,计算机网络体系结构,63,常用的G(x)有如下几种： CRC-12 = x12 + x11 + x3 + x2 + x + 1 CRC-16=x16+x15+x2+1 CRC-CCITT=x16+x12+x5+1 CRC-32=x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1,循环冗余校验CRC,计算机网络体系结构,64,循环冗余校验CRC,计算机网络体系结构,65,（2）纠错 通常的方法采用重传。 确认帧ACK：收方收到一个正确的数据帧，则立即交 付给主机，同时向发方主机发送ACK。 否认帧NAK ：当发现差错时，收方向发方发送一个NAK，要求发方重发出现差错的那个数据。 （3）帧丢失(超时丢弃机制) 死锁：如果发方发出的帧在传输中丢失,收方因没有收到帧，不会向发方发任何应答帧，若发方要等收到应答帧后再发送下一帧，出现死锁。同理，若收方发给发方的应答帧丢失，也会产生死锁。解决死锁问题的方法：启动一个超时定时器。,3.3 数据链路控制协议 差错控制技术,计算机网络体系结构,66,3.3 数据链路控制协议,图3.7 在链路上数据帧的3种传输情况,计算机网络体系结构,67,3.3 数据链路控制协议,7 . 面向比特的链路控制规程HDLC 高级数据链路控制规程(或协议)(high level data link control，HDLC)。这是ISO根据IBM公司的(synchronous data link control，SDLC)协议扩充而成。并作为国际标准ISO 3309。 CCITT 则将 HDLC 再修改后称为链路接入规程 LAP (Link Access Procedure)。 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)，是HDLC 的子集。,计算机网络体系结构,68,3.3数据链路控制协议面向比特的链路控制规程HDLC,(1) HDLC的配置与数据传送方式 3种类型的站 主站 对整个链路功能进行控制，发出的帧是命令。 从站 是受主站控制的站，发出的帧为响应。 复（组）合站 具有主站和从站的双重功能，既可发送命令，也可作出响应。 两种链路配置 非平衡配置： 适用于点到点和多点链路，这种配置由一个主站和一个或多个从站组成，支持半双工或全双工通信。（图2-16） 平衡配置： 只适用于点到点链路，由两个复合站组成，支持半双工和全双工通信。,计算机网络体系结构,69,(1) HDLC的配置与数据传送方式,三种数据传输方式 非平衡配置的正常响应式NRM： 只有主站才能启动数据传输，从站仅当收到主站的询问命令后，才能发送数据。 非平衡配置的异步响应式ARM： 从站不必等待主站询问就可以发送信息，启动数据传输。但主站仍负责链路管理，如初始化、链路建立、释放和差错恢复等。 平衡配置的异步平衡式ABM: 任何一个复合站无需得到另一个复合站的允许便可启动数据传输。,计算机网络体系结构,70,(2) HDLC的帧结构 HDLC采用同步传输方式，其帧结构具有固定的格式,解决同步、 透明传输、寻址、流 控制、顺序控制、差错控制、数 据与控制信息的识别和链路管理 等问题。,控制信息,3.3数据链路控制协议面向比特的链路控制规程HDLC,计算机网络体系结构,71,(2) HDLC的帧结构 同步问题 物理层要解决比特同步问题，为此采用曼彻斯特编码（上跳：0），从中提取比特同步信息。 数据链路层则要解决帧的同步问题，在一个帧的开头和结尾各放入一个字节的特殊标记01111110作为一个帧的边界，这个标记称为标志字段F(Flag)，共8比特。,3.3数据链路控制协议面向比特的链路控制规程HDLC,计算机网络体系结构,72,透明传输 如果在两个标志字段之间的比特流中出现与标志字段F一样的组合，就会误认为是帧边界，破坏帧的同步。 解决方法：采用0比特填充技术。,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,7. 面向比特的链路控制规程HDLC帧结构,计算机网络体系结构,73,寻址问题 在帧中设置8比特地址字段A。 地址字段A总是填写从站(对非平衡式)或应答站(对平衡式)的地址。全1地址是广播方式，全0地址是无效地址。 一条链路上最多可以连接254个从站，这对一般的多点链路是足够的。地址字段也可以扩展。这时地址字段的第一位为扩展位，其余7位为地址位。若扩展位为1，则表示是最后的8位组； 若为0，则表示下一个地址字段的后7位也是地址。,7. 面向比特的链路控制规程HDLC帧结构,计算机网络体系结构,74,差错控制 检错 设置帧校验序列(FCS)字段，共16比特，采用循环冗余校验，生成多项式G(x)=x16+x12+x5+1，校验范围为A、C、I。 纠错 即应付差错(包括帧丢失)的办法，对收到无误的数据帧送回肯定应答信号； 若经校验发现有错误，则发否定应答并要求发方重发； 对帧丢失则超时重发。,7. 面向比特的链路控制规程HDLC帧结构,计算机网络体系结构,75,数据与控制信息的识别问题 控制字段C共8比特，根据它最前面两个比特的取值，可将HDLC帧划分为3大类，即信息帧(I帧)、监督帧(S帧)和无编号帧(U帧)。 信息帧装载着要传送的数据和捎带着流量控制、顺序控制和差错控制的信号。 监督帧用于提供实现ARQ的控制信息，当不使用捎带机制时，用监督帧控制传输过程。 无编号帧则提供链路管理功能。,7. 面向比特的链路控制规程HDLC帧结构,计算机网络体系结构,76,信息字段 只有I帧和某些无编号帧会有信息字段，这个字段可以表示用户数据的任何序列，其长度没有规定，但具体实现却限制了帧的最大长度。,7. 面向比特的链路控制规程HDLC帧结构,计算机网络体系结构,77,(3) HDLC帧类型,发送序号，与 滑动窗口对应,接收序号，捎带信 息具有确认功能,Poll/final比特 1：询问,用于链路管理,00：RR 接收准备就绪 10：RNR 接收未就绪 01：REJ 拒绝 11：SREJ 选择拒绝,7. 面向比特的链路控制规程HDLC帧结构,计算机网络体系结构,78,信息帧(I帧) 控制字段的第24比特为发送序号N(S)，第68比特为接收序号N(R)，即一个站所期望收到对方发来的帧的发送序号，同时确认序号为N(R)-1及其在这以前的各帧都已正确无误地接收到。N(S)和N(R)主要用于监视所传送信息帧的丢失和重复。 控制字段的第5比特是询问/终止(poll/final)比特。当主站或复合站要询问从站或复合站时，将P置1，表示询问，并要求对方回答； 当从站/复合站发送最后一帧信息帧时，将F置1，以表示终止。,7. 面向比特的链路控制规程HDLC帧结构,计算机网络体系结构,79,监督帧 监督帧共有4种，由第3、4比特的取值决定。 RR(00)：接收准备就绪 RNR(10)：接收未就绪 REJ(01)：拒绝 SREJ(11)：选择拒绝 监督帧没有信息字段，只有48比特长，也不需要有发送序号N(S)，但接收序号N(R)却非常重要。 监督帧的第5比特是P/F比特，只有P/F比特值为1时才有意义。,7. 面向比特的链路控制规程HDLC帧结构,计算机网络体系结构,80,无编号帧 无编号帧U的控制字段的第1、2比特都是1。因为它不带编号N(S)和N(R)，故称无编号帧。 用标有M的第3、4、6、7、8比特表示不同的无编号帧，共有32个不同组合，但目前只定义了15种无编号帧，主要用于链路管理(包括数据链路的建立、释放、恢复的命令和响应)。它可以在需要时随时发出，不影响信息帧的交换顺序。,7. 面向比特的链路控制规程HDLC帧结构,计算机网络体系结构,81,图2.16 非平衡配置的多点线路的链路建立与释放,7. 面向比特的链路控制规程HDLC,正常响应式命令,UA：无编号确认帧,计算机网络体系结构,82,7. 面向比特的链路控制规程HDLC,图2.17多点链路的建立和释放,DISC：断连命令,计算机网络体系结构,83,图2.18复合站的链路建立与释放,7. 面向比特的链路控制规程HDLC,SABM：异步平衡式命令,计算机网络体系结构,84,图2.19 HDLC操作的例子,DM：非连接方式帧,地址、帧名、N（S）、 N（R），P/F,计算机网络体系结构,85,3.3 数据链路控制协议,8. 因特网的点对点协议PPP 点对点协议用于高层协议在用户之间建立简单的广域 网连接。用户用拨号电话线接入因特网，使用的数据 链路层协议是非常简单的点对点协议。,计算机网络体系结构,86,3.3 数据链路控制协议因特网的点对点协议PPP,PPP协议的组成 PPP的帧格式 PPP协议的操作过程,计算机网络体系结构,87,PPP协议的组成 PPP协议制定于1992年，由3部分组成： (1) 将IP数据报封装到串行链路的方法 PPP帧的信息部分是IP数据报，其长度受物理网络的最大接收单元(MRU)限制，默认值为1500字节。 (2) 链路控制协议(LCP) 用来建立、配置、测试和释放数据链路的连接，有11种类型的LCP分组，连接建立时双方可协商一些选项。 (3) 一套网络控制协议(NCP) 对不同网络层协议（如IP）由相应的NCP支持。,3.3 数据链路控制协议因特网的点对点协议PPP,计算机网络体系结构,88,PPP的帧格式,标志字段F仍为 01111110，即 7E，常写成 Ox7E。,地址字段A通常 置为11111111 （即OxFF)。,控制字段C通常 置为00000011 （即Ox03)。,帧检验字段：一旦发现差错 就丢弃该帧。不使用序号和 确认机制，不保证帧的无差 错、不丢失和不重复。只能 保证无差错接收。,标志字段F,协议字段： 若为Ox0021时，PPP帧 的信息为IP数据报； 若为OxC021， 信息字段则为PPP链路控制数据； 若为Ox8021，表示是网络控制数据,3.3 数据链路控制协议因特网的点对点协议PPP,计算机网络体系结构,89,PPP协议的操作过程 操作过程：连接建立、数据传输和连接释放3个阶段。 (1)连接建立 建立一条物理连接，PPP进入链路的“建立状态”。这时，LCP开始协商一些配置选项，链路的一端发送LCP配置请求帧，这是个PPP帧，其协议字段置为LCP，而信息字段包含特定的配置请求。 链路的另一端可以发送以下几种响应： 配置确认帧： 接收所有的选项。 配置否认帧： 对所有选项都理解但不能接受。 配置拒绝帧： 有的选项无法识别或不能接受，需协商。,3.3 数据链路控制协议因特网的点对点协议PPP,计算机网络体系结构,90,PPP协议的操作过程,（1）连接建立（续） 协商结束后就进入“鉴别状态”，对通信双方的身份进行鉴别。若身份鉴别成功，则进入“网络状态”，进行网络层配置，即在PPP链路的两端互相交换网络层特定的网络控制分组。 如果在PPP链路上运行的是IP协议，则NCP使用IP控制协议(IPCP)来对PPP链路的每一端配置IP协议模块，给新接入的PC机分配一个临时IP地址。 和LCP分组一样，IPCP分组也封装成PPP帧在PPP链路上传送。当网络层配置完毕后，链路就进入“打开状态”，在PC机和ISP路由器之间建立了一个TCP/IP连接。,计算机网络体系结构,91,（2）数据传输 用户通过PC机和ISP路由器之间的一个TCP/IP连接与 因特网通信。 （3）连接释放 数据传输结束后，链路的一端发出终止请求LCP分组 ，请求终止链路连接，当收到对方发来的终止确认LCP分组后就释放连接，ISP也就将临时分配给用户的IP地址收回。回到“静止状态”。,PPP协议的操作过程,计算机网络体系结构,92,本章主要内容,3.1 计算机网络体系结构 3.2 OSI/RM的基本概念 3.3 数据链路控制协议 3.4 TCP/IP分层体系结构简介,计算机网络体系结构,93,3.4 TCP/IP分层体系结构简介,TCP/IP协议的特点 层数较少（四层） 开放的协议标准，独立于特定的网络硬件,可以运行在局域网、广域网，更适用于互联网中。 统一的网络地址分配方案，使得整个TCPIP设备在网中都具有唯一的地址。 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,计算机网络体系结构,94,3.4 TCP/IP分层体系结构简介,TCP/IP分层模型 TCPIP参考模型分为4个层次： 网络接口层 网际层（IP层） 运输层 应用层,计算机网络体系结构,95,3.4 TCP/IP分层体系结构简介,图3.12 TCP/IP与OSI体系结构的对比,计算机网络体系结构,96,3.4 TCP/IP分层体系结构简介,2. TCP/IP分层模型 网络接口层 网络接口层又称主机一网络层，是 TCP IP模型的最低层。 作用：接收IP数据报并通过特定的网络进行传输，或从网络上接收物理帧，抽出IP数据报交给网间网（或互联网络） IP层。 网络接口包括两种类型：一种是为设备驱动程序,如局域网的网络接口，另一种是X25网中的网络接口，为含数据链路协议（如HDLC协议）的复杂子系统。,计算机网络体系结构,97,2. TCP/IP分层模型,网际层（IP层） IP 协议负责源宿节点之间的数据传送。三个功能： 处理来自上层的报文发送请求。将报文装入IP数据报，填充报头，选择发送路径，然后将数据报发往适当的网络接口。 处理输入数据报。首先检查数据报的合法性，然后进行路由选择，假如该数据报已到达宿主机，则去掉报头，将IP报文的数据部分交给相应的传输层协议；假如该数据报尚未到达目的节点，则转发该数据报。 处理ICMP报文，即处理网络的路由选择、流量控制和拥塞控制等问题。其他协议（如ARP）协助IP数据报的传送。,计算机网络体系结构,98,2. TCP/IP分层模型 网际层（IP层）,TCP/IP通过IP层将不同的物理网络纳入到自己的体系中，作为传输IP数据报的通道。 IP层通过网络接口层与不同技术实现的网络打交道，向下实现互联。 IP层向上提供通用的无连接数据报服务。,计算机网络体系结构,99,2. TCP/IP分层模型,运输层 作用：在源宿系统的两个进程实体之间提供可靠的端到端的数据传输。 格式化信息流； 提供可靠传输 采用接收端必须发回确认的方式 来保证数据传输的可靠性； 解决不同应用程序的识别问题 运输层给每个报文增加识别源（信源）和目（信宿）应用程序的信息。（在一般通用计算机中，经常是多个应用程序同时访问网间网。）,计算机网络体系结构,100,2. TCP/IP分层模型 运输层,TCPIP模型提供了两个传输层协议：传输控制协议 TCP和用户数据报协议 UDP。 T C P协议是一个可靠的面向连接的传输层协议，即在传送数据之前，需经“三次握手”建立端到瑞的连接后，才能传送数据。其可靠性是通过确认与重传来保证的。 用户数据报协议UDP是一个不可靠的、无连接的传输层协议，每个分组需携带IP地址并独立寻径。UDP协议将可靠性问题交给应用程序解决。UDP协议应用于那些对可靠性要求不高，但要求网络的延迟较小的场合，如话音和视频数据的传送。优点：简单和高效率。,计算机网络体系结构,101,2. TCP/IP分层模型,4）应用层 TCPIP参考模型中的最高层，包括所有的高层协议。应用层协议主要有以下几种： 远程登录协议（ Telnet）：允许用户登录到远程系统,并像远程机器的本地用户一样访问远程系统的资源。 文件传输协议（FTP）：提供互联网中两台机器之间交互式文件传送的功能。 简单邮件传输协议（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP）：最初只是文件传输的一种类型，后来慢慢发展成为一种特定的互联网中邮件传送的协议。 域名服务（ Domain Nam， Service， DNS）：用于将网络中的主机的名字地址映射成网络IP地址的服务。 超文本传输协议（Hyper Text Trans1er Protocol，HT