数据通信协议.ppt

第四章数据通信协议 本章内容 第一节通信协议及协议分层结构第二节物理层协议第三节数据链路传输控制规程第四节X 25建议第五节PAD及X系列建议 本章重点难点 熟悉通信协议以及协议的分层结构掌握物理层接口的特性及相关的物理层协议掌握数据链路传输控制规程 尤其是HDLC掌握X 25建议功能及组成熟悉PAD及X系列建议功能 第一节通信协议及协议分层结构 一 通信协议的一般概念1 协议的概念协议是通信双方都要遵守的约定的集合 是网络内使用的语言 用于协调网络的运行 以达到互连互通 互换互控的目的 协议的组成要素 语法 确定数据和控制信息的结构或格式 语义 规定双方要交流哪些数据信息 定时关系 规定事件执行的顺序 2 协议的功能信号的发送与接收 差错控制 顺序控制 透明性 链路控制与管理 流量控制 路径选择 对话控制 第一节通信协议及协议分层结构 二 通信协议的分层1 通信协议分层的原则2 OSI参考模型及各层功能 第一节通信协议及协议分层结构 二 通信协议的分层2 OSI参考模型及各层功能物理层 讨论在通信线路上比特流的传输问题 此层协议描述传输媒质的电气 机械 功能和过程的特性 其典型的设计问题有 信号的发送电平 码元宽度 线路码型 物理连接器插脚的数量 插脚的功能 物理拓扑结构 物理连接的建立和终止 传输方式等 数据链路层 讨论在数据链路上帧流的传输问题 此层协议的内容包括 帧的格式 帧的类型 比特填充技术 数据链路的建立和终止信息流量控制 差错控制 向物理层报告一个不可恢复的错误等 常见的数据链路协议有两类 一是面向字符的传输控制规程 如基本型传输控制规程 BSC 另一类是面向比特的传输控制规程 如高级数据链路控制规程 HDLC 第一节通信协议及协议分层结构 二 通信协议的分层2 OSI参考模型及各层功能网络层 要处理分组在网络中的传输 这一层协议的功能是 路由选择 数据交换 网络连接的建立和终止一个给定的数据链路上网络连接的复用 根据从数据链路层来的错误报告而进行的错误检测和恢复 分组的排序 信息流的控制等 网络层的典型例子是ITU T的X 25建议的第三层标准 传输层 是第一个端到端的层次 也就是计算机 计算机的层次 OSI的前三层可组成公共网络 它可被很多设备共享 并且计算机 节点机 节点机 节点机是按照 接力 方式传送的 为了防止传送途中报文的丢失 两个计算机之间可实现端到端控制 其基本功能是实现建立 维持和拆除传送连接等 第一节通信协议及协议分层结构 二 通信协议的分层2 OSI参考模型及各层功能会话层 指用户与用户的连接 它通过在两台计算机间建立 管理和终止通信来完成对话 会话层的主要功能 在建立会活时核实双方身份是否有权参加会活 确定何方支付通信费用等 表示层 表示层主要处理应用实体间交换数据的语法 其目的是解决格式和数据表示的差别 从而为应用层提供一个一致的数据格式 从而使字符 格式等有差异的设备之间相互通信 应用层 应用层与提供网络服务相关 这些服务包括文件传送 打印服务 数据库服务 电子邮件等 应用层提供了一个应用网络通信的接口 第二节物理层协议 一 基本概念1 物理层接口协议物理层提到的连接主要是DTE和DCE之间的连接 接口 物理层并不是DTE和DCE的物理设备或物理传输介质 而是有关物理设备通过物理传输介质进行互连的描述和规定 目前我们使用的物理层协议是物理接口标准 定义了物理层和传输介质之间的边界和接口 物理层协议举例 第二节物理层协议 一 基本概念2 物理层接口特性机械特性 DTE和DCE之间的接口首先涉及从机械上分界的问题 即规定机械上分界的方法 DTE DCE作为两种分立的不同设备通常采用连接器实现机械上的互连 即一种设备的引出导线连接插头 另一种设备的引出导线连接插座 然后通过插头 插座将两种设备连接起来 为了使不同厂家生产的DTE DCE设备便于连接 物理层的机械特性对插头和插座的几何尺寸 插针或插孔芯数及其排列方式 锁定装置形式等作了详细的规定 第二节物理层协议 一 基本概念2 物理层接口特性机械特性 下图列出了各类DCE连接器的几何尺寸及插孔芯数和排列方式 一般来说 DTE的连接器常用插针形式 其几何尺寸与DCE连接器相配合 插针芯数和排列方式与DCE连接器成镜象对称 第二节物理层协议 一 基本概念2 物理层接口特性电气特性 DTE与DCE之间有多根导线相连 这组导线中除了地线是无方向性的以外 其它信号线均有方向性 电气特性规定了这组导线的电气连接及有关电路的特性 一般包括 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 最大数据传输的说明 以及与互连电缆相关的规则等 DTE与DCE接口的各根导线 也称电路 的电气连接方式 有非平衡方式 采用差动接收器的非平衡方式和平衡方式三种 第二节物理层协议 一 基本概念2 物理层接口特性电气特性 第二节物理层协议 一 基本概念2 物理层接口特性功能特性 指接口的信号根据其来源 作用以及与其它信号之间的关系而各自具有的特定功能 接口信号线按功能一般可分为数据信号线 控制信号线 定时信号线和接地线等类 CCITTV 24建议采用每根接口信号线定义一个功能的方法 而CCITTX 24则建议采用每根接口信号线可定义多个功能的方法 可以减少接口信号线的数量 EIARS 232和EIARS 499标准采用 24建议 CCITTX 21接口则采用X 24建议 第二节物理层协议 一 基本概念2 物理层接口特性规程特性 规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤 这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成 在物理层使用的规程有V 24 V 25 V 54等V系列标准 以及X 20 X 20bis X 21 X 21bis等X系列标准 它们分别适用于各种不同的交换电路中 物理层中较重要的新规程是EIARS 499及X 21 然而经典的EIARS 232C仍是目前最常用的计算机异步通信接口 第二节物理层协议 二 CCITTV 24 RS 232CEIA1969年提出RS 232 C 用于DTE DCE之间的接口 CCITTV 24是CCITT建议定义的V系列接口电路和名称功能 机械特性V 24采用ISO2110规定的25芯DTE DCE接口连接器和引线分配或规定的37芯的DTE DCE接口连接器和引线分配 RS 232 C接口规范并没有对机械接口作出严格规定 一般有9针 15针和25针3种类型 电气特性RS 232 C接口使用负逻辑 即逻辑 1 用负电平 范围为 5 15V 表示 逻辑 0 用正电平 范围为 5 15V 表示 3 3V为过渡区 逻辑状态不确定 CCITTV 24接口的电气特性由CCITTV 28给出 V 24的电气特性和RS 232 C的相同 第二节物理层协议 二 CCITTV 24 RS 232CEIA1969年提出RS 232 C 用于DTE DCE之间的接口 CCITTV 24是CCITT建议定义的V系列接口电路和名称功能 功能特性V 24接口功能特性定义了100系列和200系列接口电路 本质上与RS 232C相同 只是信号引线的命名有些差别 RS 232C与V 24接口电路略 规程特性 第二节物理层协议 三 X系列建议X系列建议是作为公用数据网中DCE DTE间的接口 机械特性采用ISO4903中15芯连接器 电气特性采用CCITT的V 10 X 26或V 11 X 27建议 V 10 X 26用于集成电路设备非平衡双流接口电路 详细接口电路及描述见书 V 11 X 27建议是用于集成电路设备的平衡双流接口电路 功能特性 以X 21为例说明 X 21功能特性定义了8条接口电路 利用一线多功能 功能复用和用多条电路组合来决定工作状态以减少接口线路数 第二节物理层协议 三 X系列建议功能特性规程通信将DTE与DCE接口的工作过程分为四个阶段 空闲 呼叫控制 数据传送和清除 平衡电路的X 21接口标准 第二节物理层协议 四 G 703建议G 703建议是数字传输系统 PDH和SDH 所用接口 G 703建议定义了分级数字接口的物理 电气特性 G 703给出了数字比特率分级规定 其中64kbit s和2 048Mbit s是我国数字数据用户使用的接口速率 第三节数据链路传输控制规程 一 概述1 数据链路的概念 数据链路定义数据链路是具有传输控制功能的数据电路 包括有发送装置到接收装置的物理传输设备和物理传输路径的总和 数据链路不仅包括屋里链路还包括使数据能正确传送的链路控制功能 它是一条收发双方证实可靠传输数据的路由 数据链路的功能在已经形成物理电路的基础上把易出错的物理电路变成相对无差错的逻辑电路 以便通信各方能可靠有效地传输数据 第三节数据链路传输控制规程 一 概述1 数据链路的概念 数据链路的结构点到点结构点到多点结构 第三节数据链路传输控制规程 一 概述2 数据链路控制规程的功能3 数据传输控制功能的过程 建立物理连接 物理层若干数据电路的互连 数据电路有交换型和专用型线路 建立数据链路 在建立了物理连接后就要建立数据链路 建立数据链路有争用方式和探询 选择方式 数据传送 释放数据链路 拆除物理连接注 上面完成数据传输控制功能的五个过程中间三个阶段属于数据链路控制规程的范围 第三节数据链路传输控制规程 二 面向比特型的传输控制规程 HDLC1 概述高级数据链路控制是一个在同步网上传输数据 面向比特的数据链路层协议 基本特点协议不依赖于任何一种字符编码集 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 全双工通信 不必等待确认便可连续发送数据 有较高的数据链路传输效率 所有帧均采用CRC校验 对信息帧进行顺序编号 传输可靠性高 传输控制功能与处理功能分离 具有较大灵活性 第三节数据链路传输控制规程 二 面向比特型的传输控制规程 HDLC1 概述 站点链路上用于控制目的的站称为主站 其它的受主站控制的站称为从站 主站负责对数据流进行组织 并且对链路上的差错实施恢复 由主站发往从站的帧称为命令帧 而由从站返回主站的帧称响应帧 连有多个站点的链路通常使用轮询技术 轮询其它站的站称为主站 而在点到点链路中每个站均可为主站 主站需要比从站有更多的逻辑功能 所以当终端与主机相连时 主机一般总是主站 第三节数据链路传输控制规程 二 面向比特型的传输控制规程 HDLC1 概述 站点在一个站连接多条链路的情况下 该站对于一些链路而言可能是主站 而对另外一些链路而言又可能是从站 有些站可兼备主站和从站的功能 这种站称为组合站 用于组合站之间信息传输的协议是对称的 即在链路上主 从站具有同样的传输控制功能 这又被称做平衡操作 相对的 那种操作时有主站 从站之分的 且各自功能不同的操作 称为非平衡操作 第三节数据链路传输控制规程 二 面向比特型的传输控制规程 HDLC2 操作方式HDLC在开始建立数据链路时允许选用特定的操作方式 操作方式即是某站点是以主站方式操作还是以从站方式操作 或者是二者兼备 HDLC常用的操作方式有以下三种 正常响应方式NRM 是一种非平衡数据链路操作方式 又称非平衡正常响应方式 适用于面向终端的点到点或点到多点的链路 传输过程由主站启动 从站只有收到主站某个命令帧后 才能作为响应向主站传输信息 异步响应方式ARM 也是一种非平衡数据链路操作方式 与NRM不同的是 ARM下的传输过程由从站启动 在这种操作方式下 由从站来控制超时和重发 该方式对采用轮询方式的多站链路来说是必不可少的 第三节数据链路传输控制规程 二 面向比特型的传输控制规程 HDLC2 操作方式HDLC常用的操作方式有以下三种 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 为了提高链路传输效率 节点之间在两个方向上都需要有较高的信息传输量 在这种操作方式下 任何时候任何站点都能启动传输操作 每个站点既可作为主站又可作为从站 即每个站都是组合站 各站都有相同的一组协议 任何站点都可以发送或接收命令 也可以给出应答 并且各站对差错恢复过程都负有相同的责任 第三节数据链路传输控制规程 二 面向比特型的传输控制规程 HDLC3 HDLC的帧格式在HDLC中 数据和控制报文均以帧的标准格式传送 完整格式如下图 第三节数据链路传输控制规程 二 面向比特型的传输控制规程 HDLC3 HDLC的帧格式 标志字段 F 标志字段为01111110的比特模式 用以标志帧的起始和前一帧的终止 在不进行帧传送的时刻 信道仍处于激活状态 标志字段也可以作为帧与帧之间的填充字符 即发方不断发标志字段 收方检测每一个收到的标志字段 一旦发现某个标志字段后面不再是一个标志字段 便可认为新的帧已经开始 采用 0比特插入法 可以实现数据的透明传输 该法在发送端检测除标志码以外的所有字段 若发现连续5个 1 出现时 便在其后添插一个 0 然后继续发送后面的比特流 在接收端同样检测除标志码以外的所有字段 若发现连续五个 1 后是 0 则将其删除以恢复比特流的原貌 第三节数据链路传输控制规程 二 面向比特型的传输控制规程 HDLC3 HDLC的帧格式 地址字段 A 其内容取决于所采用的操作方式 在操作方式中 有主站 从站 组合站之分 每一个从站和组合站都被分配一个惟一的地址 命令帧中的地址字段携带的是对方站的地址 而响应帧中的地址字段所携带的地址是本站的地址 某一地址也可分配给不止一个站 这种地址称为组地址 利用一个组地址传输的帧能被组内所有拥有该组地址的站接收 但当一个从站或组合站发送响应时 它仍应当用它惟一的地址 全 1 地址为包含所有站的地址 称为广播地址 含有广播地址的帧传送给链路上所有的站 全 0 地址为无站地址 不分配给任何站 仅做测试用 第三节数据链路传输控制规程 二 面向比特型的传输控制规程 HDLC3 HDLC的帧格式 控制字段 C 用来表明帧类型 帧编号 命令和控制信息 控制字段的格式和比特定义如下 第三节数据链路传输控制规程 二 面向比特型的传输控制规程 HDLC3 HDLC的帧格式 控制字段 C 信息帧 I 用于传送有效信息和数据 监控帧 S 用于差错控制和流量控制 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 接收就绪 RR 01 拒绝 REJ 10 接收未就绪 RNR 11 选择拒绝 SREJ 无编号帧 U 用于提供对链路的建立 拆除以及多种控制功能 第三节数据链路传输控制规程 二 面向比特型的传输控制规程 HDLC3 HDLC的帧格式 信息字段 I 信息字段可以是任意的二进制比特串 比特串长度未做严格限定 其上限由陀S字段或站点的缓冲器容量来确定 目前用得较多的是1000 2000比特 而下限可以为0 即无信息字段 监控帧中规定不可有信息字段 帧校验序列字段 FCS 帧校验序列字段可以使用16位CRC 对两个标志字段之间的整个帧的内容进行校验 第三节数据链路传输控制规程 二 面向比特型的传输控制规程 HDLC4 举例下面的例子描述了建立一个连接 交换帧和终止连接的过程 A表示主站 B表示从站 假设用后回退n帧协议 垂直箭头代表时间的进度 它们之间的斜线箭头表示帧的发送和方向 箭头源端的文字指出帧的内容 箭头结束端的文字指出当帧到达时将发生的事情 第四节X 25建议 一 概念1 什么是X 25X 25建议为公用数字网上以分组方式工作的终端规定了DTE与DCE之间的接口 它能把DTE定义的信号转换成适合在传输线路上传输的信号 但从X 25意义上讲 DCE则是与DTE连接的入口节点或节点交换机 X 25标准为用户 DTE 和分组交换网路 DCE 之间建立对话和交换数据提供一些共同的规程 这些规程包括数据传输通路的建立 保持和释放 数据传输的差错控制和流量控制 防止网路发生阻塞等 第四节X 25建议 一 概念1 什么是X 25 第四节X 25建议 一 概念2 X 25层次结构物理层为X 21规范链路层为平衡链路接入规范分组层为多重信道高层与远程用户进程连接 第四节X 25建议 二 X 25分组格式1 X 25数据分组 第四节X 25建议 二 X 25分组格式2 X 25呼叫分组 控制分组 第四节X 25建议 二 X 25分组格式3 格式说明通用格式标识 定义了一般格式指示 GFI 或某种程度上定义了分组格式 逻辑组号和逻辑信道号 它们共同为DTE建立的虚电路定义了一个12比特的标号 这样DTE可以共建立4096个虚电路 序号和确认号 分组包括了3比特或7比特的序号和确认号 分组类型标识符 用于区分分组的类型和功能 第五节PAD相关协议 一 PAD建议及其功能1 PAD建议对于非字符终端设备 无法将其直接接入分组网中进行数据交换 因此 CCITT制定了组装 拆卸标准 其中包括X 3建议 X 28建