网络体系结构专项介绍(ppt 41页).ppt

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。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,EIARS-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EIARS-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,几个重要的协议,2）机械特性在机械特性方面，EIARS-232使用ISO2110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CCITTV2.8的建议书，采用负逻辑。4）功能特性在功能特性方面，EIARS-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，一般只使用其中9根线。,几个重要的协议,5）规程特性,EIARS-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）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，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（FrameCheckSequence）：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。另两个的C字段的编码格式中P/F位的含义与之类似。S帧的C字段编码S帧主要用作响应帧，对主站的命令予以响应，并给出状态表示回答N(R)的作用也是一个接收帧的计数器，不同的S帧其含义是不同的，但一般是对以前接收到的帧的确认或否认的回答，S是S帧的编码，共有四种S帧。U帧的C字段编码U帧因没有计数器而得名为无编号帧，既可用作控制帧，又可用作响应帧，主要用于建立和拆除链路、置工作方式等。,几个重要的协议,（2）HDLC的数据传输过程,1）建立链路确定发收关系，主站向从站发送命令帧（SNRM），请求建立正常响应链路。若从站同意，则发Ua响应帧，并置接收端计数器V（R）=0，准备接收信息；若从站不同意，不发Ua响应帧。主站接到Ua响应后同样置发送计数器V（S）=0，准备发送信息帧。2）数据传输如图所示，主站发送信息帧，把发送计数器V（S）装入信息帧的N（S）段中，每发完一帧，V（S）就增1。图2-15（a）所示为主站连续发送4个信息帧，从站连续发2个响应帧，均无差错，传输结束。图2-15（b）、（c）所示为主站连续发送4帧，从站发2帧，通信中出现差错的情况；（b）是拒绝接收REJ，从错误帧始均要重发；（c）是选择拒绝接收SREJ，只选择重发错误帧。,几个重要的协议,图数据传输过程,3）拆除链路主站向从站发拆除命令帧（DISC），从站接收。若同意拆除链路，则向主站发Ua响应帧；否则无响应。主站收到从站的Ua后，将数据链路拆除。若在规定时间内未收到Ua响应帧，则重发DISC帧。当超过规定的重发次数后仍未收到Ua响应，则开始系统恢复操作。,几个重要的协议,三、X.25协议,目前国际上起源最早，使用最普遍的通信网主要有两种：一种是采用电路交换的公用电话网，一种是采用分组交换的公用数据网X.25建议书，讨论一个DTE如何连接到一个公用分组交换网上X.25建议书是一个公用分组交换网DTE与DCE间接口的规格说明，X.25只提供虚电路服务,几个重要的协议,1）体系结构公用分组交换网是一个通信子网，包括OSI的下三层X.25在本地DTE和远程DTE之间提供一个全双工、同步的透明信道，并定义了3个相互独立的控制层：物理层、链路层和分组层（参见图），它们分别对应于ISO/OSI的物理层、链路层和网络层。其中：,几个重要的协议,2）X.25虚电路服务,X.25提供虚电路服务整个通信过程分为三个阶段即呼叫建立阶段数据传输阶段虚电路释放阶段,几个重要的协议,四、PPP协议,PPP（PointtoPointProtocol）是1992年开发的链路层远程访问通信协议，来自于另一个串行通信协议SLIP（SerialLineIP），SLIP是面向字符的协议，没有差错控制功能，当传输出现错误时交由高层处理，对高层协议支持也不好。PPP协议对SLIP协议进行了改进，对高层支持多种协议，具有差错控制功能，而且既支持面向字符，又支持面向比特传输。,几个重要的协议,（1）PPP的帧格式,将多种网络层分组包括IP数据报封装成帧的方法，定界帧的开始和结束。PPP既支持面向字符的异步链路（无奇偶检验的8比特字符），也支持面向比特的同步链路。建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议（linkcontrolprotocol,LCP）。通信的双方可通过LCP协商一些选项。网络控制协议（networkcontrolprotocol,NCP）。它包含多个协议，其中的每一个RFC1662定义了与HDLC近似的PPP帧格式（HDLC-likeframing），它非常简单，如图所示。各字段含义如：,可见：与HDLC基本相似多了一个协议字段，F是一样的，地址和控制暂时未用,几个重要的协议,（2）PPP协议的重要性,在PPP协议的基础上，把PPP协议与以太网协议相结合，又开发了宽带的远程拨号协议，如PPPoE协议，用在ADSL等宽带的远程访问方面，PPP协议在IP宽带传输网（以后介绍）中也得到了应用。在IPoverSDH宽带传输网中，可以先把IP分组封装在PPP数据字段，然后，把PPP的帧再封装在SDH帧中，传输速度至少可以达到2Gb/sPPPoE协议，用在ADSL等宽带的远程访问方面。,几个重要的协议,TCP/IP协议最早由美国斯坦福大学的两名研究人员提出。TCP/IP协议其实是一个协议集合，它不仅包括了TCP协议（TransmissincontrolProtocol,传输控制协议）、IP协议（InternetProtocol,Internet协议），而且还包括其他一些协议。按照TCP/IP网络体系结构，网络划分成四个层次，分别是网络接口层、网络层、传输层和应用层,几个重要的协议,五、TCP/IP协议（一）,五、TCP/IP协议（二）,（1）网络接口层：严格来说它不是一个层次，而仅仅是一个接口，用以提供与网络层下面的物理网络（包括数据链路层和物理层）的接口。（2）网络层：也称为IP层，主要协议有网际互连协议IP、地址解析协议ARP（addressResolutionProtocol）反向地址解析协议RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）和网际控制报文协议ICMP(InternetControlControlMessageProtocol).（3）传输层：也称为TCP层，主要协议有传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP（UserDatagramProtocol）.（4）应用层：常用的协议有超文本传输协议HTTP、文件传输协议FTP、远程终端协议Telent、简单邮件