计算机通信网络技术全套课件

计算机通信网络技术第一章绪论1.1.1计算机通信网络定义1.1计算机通信网络技术ComputerCommunicationNetwork第一种定义：两台或多台具有自治功能的计算机通过通信介质连在一起，实现信息交换和资源共享。另一种定义：用通信设备和线路，将处在不同地方和空间位置、操作相对独立的多台计算机连接起来，再配置一定的系统和应用软件，在原本独立的计算机之间实现软硬件资源共享和信息传递，那么这个系统就是计算机通信网络。1.1.2计算机通信网络功能1.1计算机通信网络技术数据通信计算机通信网络最基本的功能。资源共享资源：网络中所有的软件、硬件和数据等。共享：网络用户能部分或全部享受资源。分布处理由分布在不同位置的多台计算机进行处理某项任务。1.2.1组成结构1.2计算机通信网络结构通信子网主机主机主机终端终端主机资源子网1.2计算机通信网络结构计算机通信网络主要由通信子网和资源子网构成。通信子网：由传输信道及两端的数据电路终接设备所构成。负责将一台计算机的输出信息传送给另一台计算机。资源子网：包括计算机、终端、各种软件资源等。负责处理网络数据和提供网络资源及网络服务。1.2.1组成结构1.2.2体系结构1.2计算机通信网络结构计算机网络体系结构是指网络的一组设计原则。包括功能组织、数据结构和过程说明，以作为用户应用网络的设计和实现的基础。1.2计算机通信网络结构ASPTNDLPH表示层运输层物理层ASPTNPHDL运输层NPHDLNNPHDLPHDL中继开放系统中继开放系统中继开放系统端开放系统端开放系统主机主机IMPIMPIMP通信子网A层协议P层协议S层协议T层协议OSI参考模型应用层会话层网络层链路层应用层表示层会话层网络层链路层物理层ASN1.2计算机通信网络结构OSI参考模型：采用七个层次的体系结构，自下而上依次编号为1～7。它们是：物理层、数据键路层、网络层、运输层、

会话层、表示层和应用层。1～4层：低层，面向通信。5～7层：高层，面向信息处理。1.2.3硬件组成1.2计算机通信网络结构一般组成（四部分）：网络服务器网络工作站网络适配器（即网卡）传输介质如果要扩展局域网的规模，须加入如下通信连接设备：调制解调器（Modem）中继器和集线器网桥、路由器和网关1.2.3软件组成1.2计算机通信网络结构从功能上，分为三类：网络操作系统NetworkOperatingSystem（NOS）

网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统。在计算机操作系统下工作，使计算机操作系统增加了网络操作所需能力。网络协议如TCP/IP、NWLink等网络应用服务软件

网络工作站上使用的应用软件1.3计算机通信网络的发展早期：巨型机1969年：美国的ARPANET投入运行

标志着计算机通信网络的兴起20世纪80年代：各种基于PC互联的PC机局域网纷纷出台20世纪90年代：计算机技术、通信技术及建立在计算机和

网络技术基础上的计算机通信网络技术得到了迅猛的发展21世纪：计算机通信网络技术发展的鼎盛时期。目前，全球以美国为核心的高速计算机互联网络即Internet已经形成，Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。1.4计算机通信网络分类局域网（LocalAreaNetwork，LAN）一般在几百米到10km之内，属小范围连网。城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）范围可从几十公里到上百公里，属中等网络。广域网（WideAreaNetwork，WAN）范围一般在几千公里左右，属大范围连网。1.按地理范围分类1.4计算机通信网络分类传输速率单位：b/s(每秒比特数，英文缩写为bps)一般情况：低速网：传输速率在Kb/s－Mb/s范围的网络高速网：传输速率在Mb/s－Gb/s范围的网络2.按传输速率分类另一种分类标准：将Kb/s网称低速网将Mb/s网称中速网将Gb/s网称高速网1.4计算机通信网络分类有线网传输介质采用有线介质连接的网络。

常用有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光导纤维。无线网传输介质采用无线介质连接的网络。目前无线网主要采用三种技术：

微波通信

红外线通信

激光通信3.按传输介质分类1.4计算机通信网络分类连接在网络上的计算机、高速打印机等设备均可看作是网络上的一个结点。计算机通信网络中结点的物理连接形式叫做网络的物理拓扑结构。计算机通信网络中常用的拓扑结构有总线型、星型、环型、树形等4.按拓扑结构分类1.5嵌入式通信网络技术嵌入式通信网络技术是以嵌入式系统为核心的通信网络技术。它是计算机通信网络技术的一个发展方向，涉及嵌入式通信设备、信息处理设备等方面。

目前，Internet已成为重要的信息流通渠道。在通信设备中引入互联网络接入功能，可将处于不同地域的多个设备组成一个统一的整体，

实现数据共享和统一管理，大大提高通信网络系统的功能。1.5嵌入式通信网络技术1.5.1嵌入式网络通信设备组成嵌入式网络通信设备由控制部分和网络部分。控制部分：小型简单数据采集控制系统。实现通信设备的控制和数据的采集。网络部分:

实现网络通讯功能。1.5嵌入式通信网络技术1.5.2嵌入式操作系统在完成通信设备功能的基础上，为了进一步提高通信设备性能，在软件设计中引入了嵌入式操作系统，也叫做实时操作系统RTOS。它具有适应于嵌入式实时应用系统的管理功能，包括任务管理、任务之间的通信与同步等功能。嵌入式网络通信设备直接接入Internet，可以充分利用现有电话网络，大大降低信息的采集成本，用户可以随时掌握各类通信情况，发现问题，及时解决，可以实现交通不便的通信设备的远程通信控制。计算机通信网络技术第二章计算机通信网络体系结构内容提要计算机网络拓扑结构网络结构分层思想OSI参考模型有关概念（重点）TCP/IP体系结构模型OSI参考模型和TCP/IP模型的比较引言为什么要研究计算机网络体系结构？使不同位置的独立计算机组成通信网络实现资源共享的目的解决计算机通信网络系统复杂的实际问题包括信号传输、差错控制等计算机网络体系结构是为简化这些问题的研究、设计与实现而抽象出来的一种结构模型。2.1网络拓扑结构拓扑结构：由结点和连线的几何排列组成的几何图形。计算机网络拓扑结构：一个网络的通信链路和结点的几何排列或物理布局图形。按拓扑结构分类，计算机网络可分为以下五类。星形网络总线形网络网状网络树形网络环形网络2.1网络拓扑结构1.星形网络星形网络是以中央结点为中心，通过中央结点与其他各结点通过点到点的方式连接形成的网络。优点：结构简单，便于管理。控制简单，建网容易。网络延迟短，误码率较低。缺点：网络共享能力较差。通信线路利用率不高。中央结点负荷太重。2.1网络拓扑结构2.树形网络多级星形网络：由多个星形网络构成的网络。树形网络：多级星形网络按层次方式排列形成的网络。优点：结构比较简单，成本低。网络中任意两个结点不产生回路。每个链路都支持双向传输。网络中结点扩充方便灵活，寻找链路路径比较方便。缺点：除叶结点及其相连的链路外,任

何一个结点或链路产生故障都会

影响整个网络。2.1网络拓扑结构某校园网结构示意图2.树形网络2.1网络拓扑结构3.总线形网络由一条高速公用总线连接若干个结点所形成的网络称。优点：结构简单灵活，便于扩充。信道利用率高。传输速率高，可达1～100Mbps。缺点：多个结点共用一条传输信道，

故易产生访问冲突。2.1网络拓扑结构4.环形网络环形网络是各结点通过环路接口连在一条首尾相连的

闭合环形的通信网络。优点：两个结点间仅有惟一通路，

大大简化了路径选择的控制。某个结点发生故障时，可以自

动旁路，可靠性较高。缺点：当结点过多时，使网络响应时

间变长。但当网络确定时，其

延时固定，实时性强。2.1网络拓扑结构4.环形网络校园网环形主干网示意图2.1网络拓扑结构5.网状网络在通信子网中，两节点之间存在多条链路连接时，这种网络称为网状网络。广域网中最常采用一种网络形式，是典型的点到点结构。优点：网络可靠性高可扩充性好可建成各种形状可采用多种通信信道

和传输速率缺点：需大量通信电缆和端口,费用高。每个节点须与其他节点相互连接,建立和配置线路连接比较困难。主机主机主机主机主机主机2.1网络拓扑结构中国教育科研计算机网络拓扑图2.2网络体系结构计算机通信网络系统是一个极其复杂的系统，要对其进行详细分析，须将其模型化、抽象化，使具体的、复杂的系统用简化的、抽象的结构来描述。我们将计算机网络系统中的协议以及接口集合称为计算机网络体系结构。网络体系结构是从体系结构的角度来研究和设计计算机网络体系，其核心是网络系统的逻辑结构和功能分配定义。2.2.1分层体系结构2.2网络体系结构分析网络体系结构的基本原则就是分层。n-1层n服务层n+1层层次结构2.2网络体系结构2.2.1分层体系结构分层结构中n层：n-1层的用户n+1层的服务提供者n+1层：直接使用n层提供的服务间接地使用了n-1层以及以下所有各层的服务。2.2网络体系结构2.2.1分层体系结构n+1层n层n-1层n-1层n层n+1层n+1层协议n+1/n层接口处n层协议n层接口服务n-1层接口服务n-1层协议虚通信实通信物理介质虚通信n/n-1层接口处计算机网络的层次模型2.2网络体系结构在层次结构中，两个通信结点分别被划分成N层。对等层:不同结点上的同一个层次。接口:同一结点相邻层次之间的信息传输点。实通信：在物理介质上进行的通信。虚通信：在对等实体间进行的通信。

网络结构按层次结构分析的好处：使每层实现一种相对独立的功能；有利于交流、理解和标准化。2.2.1分层体系结构2.2网络体系结构2.2.1分层体系结构将分层思想或方法运用于计算机网络中，就产生了计算机网络的分层模型。在实施网络分层时要依据以下原则：根据功能进行抽象分层，每个层次所要实现的功能或服务均有明确规定。每层功能的选择应有利于标准化。不同的系统分成相同的层次，对等层次具有相同功能。高层使用下层提供的服务时，下层服务的实现是不可见的。层的数目要适当，层次太少功能不明确，层次太多体系结构过于庞大。2.2.2协议

2.2网络体系结构在计算机网络中，为使各计算机之间或计算机与终端之间能正确地传递信息，必须在有关信息传输顺序、信息格式和信息内容等方面进行约定或制定规则，为了进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合叫做网络协议。协议总是指某一层协议，它是为对等实体之间的通信而制定的有关通信规则和约定的集合。在制定通信协议时，通常用一些完成特定功能或者表示特定意义的指令或者标识来描述协议，这些指令或者标识叫做协议元素。2.2网络体系结构2.2.2协议

网络协议由语义、语法和规则三个要素组成。语义：对协议元素的含义进行解释。例如SOH的语义表示所要传输报文首部开始，协议元素ETX的语义表示正文结束。语法：用于规定将若干个协议元素组合在一起以表达一个更完整的内容时所应遵循的格式。例如，在传输一份数据报文时，可用适当的协议元素和数据，可按下图格式来表达。其中HEAD表示首部，TEXT是正文。规则：规则规定事件的执行顺序。SOHHEADSTXTEXTETXBCC2.2.3OSI/RM体系结构2.2网络体系结构OpenSystemInterconnection/ReferenceMode（OSI/RM)OSI/RM是国际标准化组织(ISO)制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型，又称ISO的OSI参考模型。OSI包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。OSI的体系结构定义了一个七层结构模型，用以进行进程间的通信，并作为一个框架来协调各层标准的制定；OSI的服务定义描述了各层所提供的服务以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语；OSI各层的协议规范，精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。2.2网络体系结构ASPTNDLPH表示层运输层物理层ASPTNPHDL运输层NPHDLNNPHDLPHDL中继开放系统中继开放系统中继开放系统端开放系统端开放系统主机主机IMPIMPIMP通信子网A层协议P层协议S层协议T层协议OSI参考模型应用层会话层网络层链路层应用层表示层会话层网络层链路层物理层2.2.3OSI/RM体系结构ASN2.2网络体系结构2.2.3OSI/RM体系结构OSI七层模型从下到上分别为:物理层(PhysicalLayer，PH)数据链路层(DataLinkLayer，DL)网络层(NetworkLayer，N)运输层(TransportLayer，T)会话层(SessionLayer，S)表示层(PresentationLayer，P)应用层(ApplicationLayer，A)PH、DL、N:依赖网络的，实现通信子网功能。T:为高三层提供网络无关的信息交换服务。S、P、A:面向应用的，实现资源子网功能。2.2网络体系结构1、物理层定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械、电气、功能和规程的特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理介质上传输。具体涉及接插件的规格、“0”和“1”信号的电平表示、收发双方的协调等内容。2.2网络体系结构2、数据链路层数据链路层的主要作用：增加数据链路可靠性

通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。流量控制协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。2.2网络体系结构3、网络层网络层关心的是通信子网的运行控制。网络层的主要作用：路由选择

主要解决如何使数据分组跨越通信子网从源传送到目的地的问题，这就需要在通信子网中进行路由选择。分组数量控制

为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，需要对流入的分组数量进行控制。网际互连

当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。2.2网络体系结构4、运输层运输层是一个端—端，即主机—主机的层次。运输层的作用：提供数据运输服务运输层提供端到端的透明数据运输服务，可使高层用户不必关心通信子网的存在，由此用统一的运输原语书写的高层软件便可运行于任何通信子网上。处理端到端的差错控制和流量控制问题2.2网络体系结构5、会话层会话层是进程—进程的层次。其主要功能：组织和同步不同的主机上各种进程间的通信。会话层负责在两个会话层实体之间进行对话连接的建立和拆除。在半双工情况下，会话层提供一种数据权标来控制某一方何时有权发送数据。会话层还提供在数据流中插入同步点的机制，使得数据传输因网络故障而中断后，可以不必从头开始而仅重传最近一个同步点以后的数据。2.2网络体系结构6、表示层表示层为上层用户提供共同的数据或信息的语法表示方式。为了让采用不同编码方法的计算机在通信中能相互理解数据的内容，可以采用抽象的标准方法来定义数据结构，并采用标准的编码表示形式。表示层管理这些抽象的数据结构，并将计算机内部的表示形式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的表示变换功能。2.2网络体系结构7、应用层应用层是开放系统互连环境的最高层。不同的应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。网络环境下不同主机间的传送标准电子邮件的文电处理系统(MHS)、使不同类型的终端和主机通过网络交互访问的虚拟终端(VT)协议等都属于应用层的范畴。2.2网络体系结构2.2.3OSI/RM体系结构7654321发送进程接收进程数据实际传送通路物理介质H7H6H5H4H3H2H1数据7654321数据传递过程2.2网络体系结构2.2.3OSI/RM体系结构数据传递过程：经过发送方各层从上到下传递到物理介质。通过物理介质传输到接收方后，再经过从下到上各层的传递，最后到达接收进程。发送方：在发送方从上到下逐层传递的过程中，每层都要加上适当的控制信息，即H7、H6、...、H1，统称为首部。到最底层成为由“0”或“1”组成的数据比特流，然后再转换为电信号在物理介质上传输至接收方。接受方：接收方在向上传递时过程与发送方正好相反，要逐层剥去发送方相应层加上的控制信息。2.2网络体系结构2.2.4TCP/IP体系结构TCP/IP模型是由美国国防部在ARPANET网络中创建的网络体系结构，是至今为止发展最成功的通信模型，它被用于构筑目前最大的、开放的互联网络系统Internet。TCP/IP模型分为不同的层次，每一层负责不同的通信功能。但TCP/IP简化了层次设备（只有4层），由下而上分别为网络接口层、网络层、运输层、应用层。2.2网络体系结构2.2.4TCP/IP体系结构应用层运输层网络层网络接口层TCP/IP模型2.2网络体系结构2.2.4TCP/IP体系结构应用层：为用户提供网络应用，并为这些应用提供网络支撑服务，把用户的数据发送到低层，为应用程序提供网络接口。运输层：在源结点和目的结点的两个对等实体间提供可靠的端到端的数据通信。网络接口层：负责接收从网络层交付的IP数据包，并将IP数据包通过底层物理网络发送出去，或者从底层物理网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给网络层。网络层：负责独立地将分组从源主机送往目的主机，为分组提供最佳路径选择和交换功能，并使这一过程与它们所经过的路径和网络无关。TCP/IP模型每一层都提供了一组协议，各层协议的集合构成了TCP/IP模型的协议簇。2.2网络体系结构2.2.4TCP/IP体系结构1、网络接口层协议TCP/IP的网络接口层中包括各种物理网络协议。例如Ethernet、令牌环、ISDN和分组交换网X.25等。当各种物理网络被用做传输IP数据包的通道时，这种传输过程就可以认为是属于这一层的内容。2.2网络体系结构2.2.4TCP/IP体系结构2、网络层协议网络层包括多个重要协议，主要协议有4个。InternetProtocol(IP）核心协议，IP协议规定网络层数据分组的格式。AddressResolutionProtocol（ARP）

用来将逻辑地址解析成物理地址。ReverseAddressResolutionProtocol（RARP）通过RARP广播，将物理地址解析成逻辑地址。InternetControlMessageProtocol（ICMP）提供网络控制和消息传递功能。2.2网络体系结构2.2.4TCP/IP体系结构3、运输层协议运输层协议主要包含TCP和UDP两个协议。传输控制协议（TransportControlProtocol，TCP）

面向连接的协议，用三次握手和滑动窗口机制来保证传输的可靠性和进行流量控制。用户数据报协议（UserDatagramProtocol，UDP）

面向无连接的不可靠运输层协议。2.2网络体系结构2.2.4TCP/IP体系结构4、应用层协议应用层包括了众多的应用与应用支撑协议。常见的应用层协议有：文件传输协议（FTP）超文本传输协议（HTTP）简单邮件传输协议（SMTP）常见的应用支撑协议有：域名服务（DNS）远程登录（Telnet）简单网络管理协议（SNMP）等。2.2网络体系结构2.2.4TCP/IP体系结构TCP/IP网络模型处理数据的过程：1.生成数据。当用户发送一个电子邮件信息时，它的字母或数字字符被转换成可以通过互联网传输的数据。2.为端到端的传输将数据打包。通过对数据打包来实现互联网的传输。通过使用端传输功能确保在两端的信息主机系统之间进行可靠的通信。TCP/IP网络模型处理数据的过程：3.在首部上附加目的网络地址。数据被放置在一个分组或者数据报中，其中包含了带有源和目的逻辑地址的网络首部，这些地址有助于网络设备在动态选定的路径上发送这些分组。4.附加目的数据链路层地址MAC到数据链路首部。每一个网络设备必须将分组放置在帧中，该帧的首部包括在路径中下一台直接相连设备的物理地址。2.2网络体系结构2.2.4TCP/IP体系结构TCP/IP网络模型处理数据的过程：5.传输比特。帧必须被转换成“1”和“0”的信息模式，才能在介质上进行传输。时钟功能（ClockingFunction）使得设备可以区分这些在介质上传输的比特，物理互联网络上的介质可能随着使用的不同路径而有所不同。例如，电子邮件信息可以起源于一个局域网LAN，通过校园骨干网，然后到达广域网WAN链路，直到到达另一个远端局域网LAN上的目的主机为止。2.2网络体系结构2.2.4TCP/IP体系结构2.2网络体系结构2.2.5原理体系结构在分析网络结构原理和进行网络程序设计时，使用OSI七层结构过于太复杂。会话层可并入运输层会话层主要功能是组织和同步不同的主机上各种进程间的通信，负责在两个会话层实体之间进行对话连接的建立和拆除，这个功能可以合并到运输层来表述，因为运输层提供的端到端的透明数据运输服务。表示层可并入应用层表示层为上层用户提供共同的数据或信息的语法表示变换，这个功能可以合并到应用层来表述，因为应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。2.2网络体系结构2.2.5原理体系结构网络体系结构就可以简化为五层结构，通常叫做原理体系结构模型或混合模型。应用层运输层网络层数据链层物理层原理体系结构模型2.2网络体系结构2.2.5原理体系结构物理层：透明传输比特流。数据链层：无差错地传输以帧为单位的数据。网络层：选择路由，网络寻址（包或分组）。运输层：进程间提供可靠的端到端的服务。应用层：为用户的应用进程提供服务。原理体系结构模型各层功能简单描述如下：2.3数据单元在网络环境中，层间传送的信息基本单位称为数据单元。在OSI环境中，对等实体按协议进行通信，相邻层实体按服务进行通信，都是以数据单元作为信息传递单位来进行的。在OSI模型中，规定下述三种类型的数据单元。服务数据单元SDU（ServiceDataUnit）相邻层实体间传送信息的数据单元称为服务数据单元。协议数据单元PDU（ProtocolDataUnit）对等实体间传送信息的数据单元称为协议数据单元。接口数据单元IDU（InterfaceDataUnit）相邻层实体通过层间服务访问点一次交互信息的数据单元称为接口数据单元。

2.3数据单元SDUSDUPCISDUICIIDUIDUN层N-1层数据单元关系示意图2.4服务与用户将计算机网络表示成层次模型，在垂直式的层次表示方法中，第N层是第N-1层的用户，又是第N＋1层的服务提供者。而第N＋1层的用户虽然只能直接使用第N层所提供的服务，实际上它还通过第N＋1层间接地使用了第N层以及第N层以下各层的服务。在每对相邻层之间有一个接口，接口定义了较低层向较高层提供的原始操作和服务。对于层间通信，通信双方都必须遵守事先约定的规则，这些规则称为网络协议。2.4服务与用户第5层第4层第3层第2层第1层2/1层接口3/2层接口4/5层接口3/4层接口第5层第4层第3层第2层第1层2/1层接口3/2层接口4/5层接口3/4层接口主机1主机2第1层协议第2层协议第3层协议第4层协议第5层协议物理介质协议与接口示意图2.4.1服务2.4服务与用户在网络分层结构模型中，每一层为相邻的上一层所提供的功能称为服务。1.服务、协议和服务访问点在同一开放系统中，（N）实体可以通过层间边界与上邻的（N＋1）实体和下邻的（N-1）实体进行直接通信。不同开放系统中的对等实体，不能直接通信。不同开放系统对等实体之间的通信，需要（N）实体向相邻的上一层的（N＋1）实体提供一种能力，这种能力称为（N）服务。2.4服务与用户2.4.1服务一个（N）实体向上一层（N＋1）实体所提供的（N）服务是由以下三个部分组成：（N）实体自身提供的某些功能。由（N-1）层及其以下各层及本地系统环境提供的服务。与处于另一开放系统中的对等（N）实体的通信而提供的服务。确定两个对等（N）实体通信行为的规则的集合称为（N）协议。服务是同一开放系统中相邻层之间的操作。协议则是不同开放系统的对等实体之间进行虚通信所必须遵守的规定。（N）实体向（N＋1）实体提供服务的交互处，称为（N）服务访问点（ServiceAccessPoint，SAP）。在同一开放系统的相邻两层之间允许存在多个服务访问点。一般情况下，多数服务有一个服务提供者和两个服务用户，并且在这两个服务用户之间存在一条（N）连接。2.4服务与用户2.4.1服务2.4服务与用户2.4.1服务2、服务类型服务可以分为面向连接服务和无连接服务。向连接服务以电话系统为模式。无连接服务以邮政系统为模式。2.4服务与用户2.4.2服务原语相邻层之间通过一组服务原语建立相互作用，完成服务与被服务的过程。这些原语即可供用户和其他实体访问该服务，并可通知服务提供者采取某些行动或报告某个对等实体的活动。原语含义请求一个实体希望得到完成某些操作的服务指示通知一个实体，有某个事件发生响应一个实体希望响应一个事件证实返回对先前请求的响应表2.1服务原语服务原语2.4服务与用户2.4.2服务原语请求（request）由（N＋l）实体发往（N）实体，表示（N＋1）实体请求（N）实体提供指定的（N）服务。如请求建立连接、请求数据传送等。指示（indication）由（N）实体发往（N＋1）实体，用以通知（N＋1）实体发生了某些事件。

如接收到一个远地对等实体发来的数据。响应（response）由（N＋1）实体发往（N）实体，表示对（N）实体最近一次送来的指示的响应。证实（conform）由（N）实体发往（N＋1）实体，表示该（N＋1）实体所请求的服务已经完成，予以确认。以上四种类型的服务原语可用于不同的场合，如建立连接、数据传送和断开连接等。一个完整的服务原语应包含三个基本组成部分，即原语名字、原语类型和原语参数。服务原语是OSI模型中的一个抽象概念，其具体实现可以通过中断、函数调用、系统调用或者操作系统提供的进程控制机制来完成。2.4服务与用户2.4.2服务原语2.4服务与用户2.4.3对等实体在OSI模型中，表示进行发送或接收信息的硬件或软件进程称为实体。每一层都可看成是由若干个实体组成。一个子系统内可以包含一个或一个以上的实体。位于不同子系统的对等层交互实体则称为对等实体。2.5小结对计算机通信网络系统的分析，采用分层分析方法，这样就出现OSI七层模型、TCP/IP四层模型和原理体系结构的五层模型。原理体系结构的五层模型可以认为是OSI七层模型的一种简化模型。计算机通信网络技术第三章物理层内容提要物理层主要负责在物理链路上传输非结构的比特流，提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性。物理层为计算机通信网络进行信息传输提供实际传输通道，物理层协议是本章的知识要点。内容提要物理层是OSI/RM模型中的最低层，但它既不是指连接计算机的具体物理设备，也不是指负责信号传输的具体物理介质，物理层的主要功能就是为数据链路层的实体在具体的物理介质上提供发送或接收比特流的能力。可供计算机网络使用的物理设备和传输介质种类很多，特性各异，物理层的作用就在于要屏蔽这些差异。物理层的协议是面向通信的协议通常也称为通信规程，它与具体的物理设备、传输介质及通信手段有关。3.1物理层接口特性ISO对OSI模型的物理层所做的定义为：物理层定义：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。CCITT物理层所做的定义为：利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。DTE：数据终端设备(DateTerminalEquipment)DTE是对属于用户所有的连网设备或工作站的统称。

它们是通信的信源或信宿，如计算机、终端等；DCE：数据电路终接设备（DateCircuitTerminatingEquipment）或数据通信设备（DateCommunicationsEquipment）DCE是对为用户提供入接点的网络设备的统称。

如调制解调器等。3.1物理层接口特性3.1物理层接口特性DTEDCEDTEDCE公用数据网DTE/DCE接口DTE/DCE接口物理层接口协议实际上是DTE和DCE或其他通信设备之间的一组约定，主要解决网络结点与物理信道如何连接的问题。物理层协议规定了标准接口的机械连接特性、电气信号特性、信号功能特性以及交换电路的规程特性。DTE-DCE接口框图3.1物理层接口特性1、机械特性机械特性规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式、锁定装置形式等。常用连接机械特性3.1物理层接口特性1、机械特性上图列出了一类已被ISO标准化了的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连接器成镜像对称。3.1物理层接口特性2、电气特性电气特性规定了在物理连接上导线的电气连接及有关的电回路的特性，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、最大传输速率的说明等。物理层的电气特性还规定了DTE/DCE接口线的信号电平、发送器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等电器参数。(a)非平衡发送器/接收器(b)非平衡发送器/差动接收器(c)平衡发送器/差动接收器DTE/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。2、电气特性3.1物理层接口特性连接方式

指标信号速率传输距离非平衡方式≤20kbps≤15m差动接收器的非平衡方式≤300kbps10m（300kbps时）～1000m(<=3kbps时）平衡方式≤10Mbps10m（10Mbps时）～1000m(≤100kbps时）3.1物理层接口特性2、电气特性非平衡方式:每个电路使用一根导线，收发两个方向共用一根信号地线，由于共用信号地线，会产生较大串扰。差动接收器的非平衡方式:发送器仍使用非平衡式，但接收器使用差动接收器。每个电路使用一根导线，但每个方向都使用独立的信号地线，使串扰信号较小。平衡方式:使用平衡式发送器和差动式接收器，每个电路采用两根导线，构成各自完全独立的信号回路，使得串扰信号减至最小。3.1物理层接口特性2、电气特性3.1物理层接口特性3、功能特性功能特性规定了接口信号的来源、作用以及其他信号之间的关系。DTE/DCE标准接口的功能特性主要是对各接口信号线作出确切的功能定义，并确定相互间的操作关系。接口信号线的定义通常采用两种方法：一线一义法，如EIARS-232-C等。一线多义法，它被CCITTX.21所采用。接口信号线按其功能一般可分为接地线、数据线、控制线、定时线等类型。对各信号线的命名通常采用数字、字母组合或英文缩写三种形式。如EIARS-232-C采用字母组合，EIARS-449采用英文缩写，而CCITTV24则以数字命名。3.1物理层接口特性4、规程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。DTE/DCE标准接口的规程特性规定了DTE/DCE接口各信号线之间的相互关系、动作顺序以及维护测试操作等内容。3.2信道容量由于物理层的主要功能是在具体的物理介质上提供发送或接收比特流的能力，该层直接与通信介质构成的信道连接，处理的信息是数字信号。信道容量：指信道能传输信息的最大能力。单位为比特/秒，简记为bps。信道容量越大，信道的传输能力就越强，实际应用中信道容量应大于传输速率，否则高的传输速率得不到充分发挥和利用。3.2信道容量3.2.1传输速率在数字通信中，一个数字脉冲称为一个码元。如字母A的ASCII码是01000001，可用7个脉冲来表示，亦可认为由7个码元组成。码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数，即通过信道传输的码元个数。若信号码元宽度为T秒，则码元速率B=1/T，单位叫波特，故码元速率也称为波特率，或称作调制速率、波形速率、符号速率。1924年奈奎斯特推导出有限带宽无噪声信道的极限波特率，称为奈氏定理。若信道带宽为W，则奈氏定理的最大码元速率为：B=2W（Baud）奈氏定理指定的信道容量也称为奈氏极限，它由信道的物理特性决定。超过奈氏极限传送脉冲信号是不可能的。因此要进一步提高波特率，就必须改善信道的带宽。3.2.1传输速率3.2信道容量数据速率指单位时间内信道上传送的信息量（比特数）。若把两比特编码为一码元，则数据速率可成倍提高，我们有公式：R=Blog2N=2Wlog2N(b/s)

R：数据速率，单位记为波特/秒，简称bps或b/s。N：一个脉冲信号所表示的有效状态。W：信道带宽，单位为波特

B：码元速率，单位为波特3.2.1传输速率3.2信道容量数据速率与码元的传输速率是两个不同的概念。两者在数量上有R=Blog2N所描述的关系。若1个码元携带1bit的信息量，则两者在数值上相等。若1个码元携带n

bit的信息量，则M

Baud的码元传输速率为M*n

bps。例如，有一个带宽为3kHz的理想低通信道，其码元传输速率为6000baud。若1个码元能携带2bit的信息量，则最高的数据速率为12000bps。这些都是不考虑噪声的理想情况下的极限值。至于有噪声影响的实际信道，实际的传输速率则远远达不到这个极限值。3.2.1传输速率3.2信道容量3.2.2香农定理3.2信道容量香农提出的有噪声信道的极限数据速率用下述公式计算：C=Wlog2(1+S/N)W:信道带宽S:信号的平均功率N:噪声平均功率S/N:信噪比,实际使用中S与N的比值太大,故常取分贝数。例如，信道带宽为3kHz，信噪比为30dB，则最大数据速率C=3000×log2(1+1000)=3000×9.97≈30000bps。这是极限值，只有理论上的意义。实际上在3000Hz带宽的电话线上，数据速率能达到9600bps就算很高了。3.2信道容量3.2.2香农定理在有噪声的信道中，数据速率的增加意味着传输中出错的概率增加，可用误码率来表示传输二进制时出现差错的概率：Pe=Ne/NPe:误码率Ne:出错位数N:传送的总位数。计算机通信网络中，要求误码率低于10-6，即平均传送一百万位才允许错1位。当误码率高于一定数值时，可用差错控制进行检查和纠正。3.3通信编码1.脉冲编码调制(PulseCodeModulation)

在数字通信系统中，通常需要将模拟信号编码成数字信号后再进行传输。常用的一种编码方法称为脉冲编码调制(PCM)技术。PCM基于以下的采样定理：如果在规定的时间间隔内，以有效信号f(t)最高频率的两倍或两倍以上的速率对该信号进行采样，则这些采样值包含了无混叠而又便于分离的全部原始信号信息。利用低通滤波器可以不失真地从这些采样值中重新构造出f(t)。3.3通信编码采样量化编码解码逆量化平滑X(t)X(n)y(n)C(n)C1(n)y1(n)X1(n)X1(t)发送端接收端PCM原理将模拟信号进行数字化的转换过程包括采样、量化和编码三个步骤。采样：每个固定的时间间隔，取出模拟数据的瞬时值，作为本次抽样到下次抽样之间该模拟数据的代表值。X(n)就是采样处理后的脉冲调幅信号。量化：把抽样取得的电平幅值按照一定的分级标度转换成对应的数字值，并取整数，这样把连续的电平幅值转换成离散的数字y(n)。编码：它是将量化后的整数值表示为一定位数的二进制数C(n)。3.3通信编码3.3通信编码2.数字信号编码不归零编码:数字信号用两种不同的电平脉冲序列来表示,如果采用正逻辑，则高电平为“1”，低电平为“0”。不归零编码方法难以决定一位的结束和另一位的开始，需要用在发送器和接收器之间进行定时或同步，且脉冲序列含有直流分量，还不能采用变压器耦合方式来隔离数据通信设备和通信线路，这对通信设备的安全不利。因此，在数据传输时不直接采用这种不归零编码数字信号。目前，传输数字信号时广泛采用曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。曼彻斯特编码：以跳变的方向来判断这位数据是“1”还是“0”。通常从高电平跳到低电平为“1”，从低电平跳到高电平为“0”。差分曼彻斯特编码：以每位数据位的开始是否有跳变来表示这位数据是“1”还是“0”。通常无跳变表示“1”，有跳变表示“0”。这两种编码的特点是都带有数据位的同步信息，有时也称为自同步编码。另外，由于这两种方法的每位数据位都有跳变，因而整个脉冲序列的直流分量较为均衡，所以可采用变压器偶合方式进行电路隔离。3.3通信编码3.3通信编码3.模拟信号编码模拟信号传输的基础是载波，载波是频率恒定的连续信号。计算机通信的远距离线路通常为模拟传输线路，要用基带脉冲对载波进行调制。即把数字数据对应的原始电脉冲信号变换成适合于远距离传输线路传输的模拟信号。3.3通信编码一般通过以下几种不同载波特性的调制方法对数字数据进行编码：振幅、频率、相位或这些特性的某种组合。调幅方式ASK。也称为移幅键控法，它是用固定频率的正弦信号的两种不同幅度来表示二进制数的“1”和“0”。调频方式FSK。也称移频键控法，它是用载波信号的两种不同的频率来表示二进制数的“1”和“0”。调相方式PSK。也称移相键控法，它是用载波信号的不同相位来表示二进制数。3.4传输介质传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。计算机网络中采用的传输介质分有线介质、光传输介质和无线传输介质三大类。有线传输介质主要以金属材料为介质的双绞线和同轴电缆。光传输介质主要是光纤。无线传输主要以大气为传输介质。传输介质的特性对网络数据通信质量有很大影响，这些特征是：物理特性连通性抗干扰性传输特性地理范围相对价格3.4传输介质把两根互相绝缘的铜导线用规则的方法扭绞起来就构成了双绞线。互绞可以使线间及周围的电磁干扰最小。电话系统中使用双绞线较多，几乎所有的电话都用双绞线连接到电话交换机。双绞线用于模拟传输或数字传输，其通信距离一般为几千米到十几千米。双绞线主要用于点到点的连接，如星形拓扑结构的局域网中。双绞线按其是否有屏蔽，可分为屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。1.双绞线3.4传输介质2.同轴电缆同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成。这种结构中的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号，因而具有很好的抗干扰特性，被广泛用于较高速率的数据传输。按特性阻抗数值的不同可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。基带同轴电缆的特性阻抗为50

，仅用于传输数字信号。宽带同轴电缆的特性阻抗为75

，带宽可达300～500MHz，用于传输模拟信号。3.4传输介质3.光纤光导纤维电缆，简称光缆，是网络传输介质中性能最好、应用前途广泛的一种。以金属导体为核心的传输介质，其所能传输的数字信号或模拟信号，都是电信号。而光纤则只能用光脉冲形成的数字信号进行通信。光纤通常由极透明的石英玻璃拉成细丝作为纤芯，外面分别由包层、吸收外壳和防护层等构成。3.4传输介质光缆传输系统结构示意图3.4传输介质光纤发送端采用发光二极管或注入型激光二极管两种光源。在接收端将光信号转换成电信号时使用光电二极管PIN检波器或APD检波器，这样即构成了一个单向传输系统。光载波调制方法采用振幅键控ASK调制方法，即亮度调制。光纤传输速率可达几千Mbps，目前投入使用的光纤在几千米范围内速率可达几百Mbps。在1km范围内，能以1000Mbps的速率发送数据，大功率的激光器可以驱动100km长的光纤而不带中继器。光纤优点：体积小，重量轻。传输频带宽，在1km内的频带可达1GHz以上。通信容量大。光纤传输损耗小，通常在6～8km的距离内不使用中继器而可实现高速率数据传输，基本上没有什么衰耗。不受雷电和电磁干扰。无串音干扰，保密性好，也不容易被窃听或截取数据。误码率很低，可低于10-10。而双绞线的误码率为10-5～10-6，基带同轴电缆为10-7，宽带同轴电缆为10-9。3.4传输介质3.4传输介质微波信道是计算机网络中最早使用的无线信道，也是目前应用最多的无线信道。所用微波的频率范围为1～20GHz，既可传输模拟信号又可传输数字信号。传输信号在以模拟通信或数字通信方式进行传输前，必须首先经过调制，将其频谱搬移到合适的频谱范围内，再以微波的形式辐射出去。4.微波通信5.卫星通信3.4传输介质为了增加微波的传输距离，应提高微波收发器或中继站的高度。当将微波中继站放在人造卫星上时，便形成了卫星通信系统。通信卫星则是在太空的无人值守的微波通信的中继站。利用三个相距120°的同步卫星便可覆盖全球的全部通信区域，通过卫星地面站可以实现地球上任意两点间的通信。卫星通信属于广播式通信，通信距离远，且通信费用与通信距离无关。这是卫星通信的最大特点。6.蜂窝电话3.4传输介质模拟蜂窝移动通信中使用最普及的技术是先进移动电话系统，该系统由贝尔实验室发明，1982年首次在美国安装。第二代蜂窝电话是数字蜂窝移动通信，它是在AMPS基础上发展起来的。数字蜂窝无线电系统信道分配方案有3种：全球可移动通信系统（GSM）蜂窝数字分组数据（CDPD）码分多址访问（CDMA）3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准EIARS-232C是由美国电子工业协会（EIA）在1969年颁布的一种目前使用最广泛的串行物理接口。EIA：ElectronicIndustryAssociationRS：RecommendedStandard232：标识号码。C：表示该推荐标准已被修改过的次数。3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准1.RS-232特性RS-232标准提供了一个利用公用电话网络作为传输介质，并通过调制解调器将远程设备连接起来的技术规定。远程电话网相连接时，通过调制解调器将数字转换成相应的模拟信号，以使其能与电话网相容；在通信线路的另一端，另一个调制解调器将模拟信号逆转换成相应的数字数据，从而实现比特流的传输。3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准公用电话交换网络主机A主机B主机A主机B调制解调器RS-232C接口调制解调器RS-232C接口RS-232C接口DTEDTEDTEDTEDCEDCE远程连接近地连接RS-232C的远程连接和近地连接RS-232C标准接口只控制DTE与DCE之间的通信，与连接在两个DCE之间的电话网没有直接的关系。如图，RS-232C标准接口也可用于直接连接两台近地设备，此时既不使用电话网也不使用调制解调器。3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准RS-232C的机械特性规定使用一个25芯的标准连接器，并对该连接器的尺寸及针或孔芯的排列位置等都做了详细说明。实际的用户并不一定需要用到RS-232C标准的全集，一些生产厂家为RS-232C标准的机械特性进行简化，将不常用的信号线舍弃，使用一个9芯标准连接器。3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准逻辑”0”逻辑”1”过渡区域-15+15-5+50VRS-232C电器特性负电平正电平逻辑状态信号状态功能状态1传号OFF(断)1空号ON(通)RS-232C电器信号表示RS-232C的电气特性规定:逻辑“1”的电平为-15至-5伏。逻辑“0”的电平为+5至+15伏。±5伏之间为过渡区域不做定义。RS-232C电平高达±15伏，较之0～5伏的电平来说具有更强的抗干扰能力。但即使用这样的电平，若两设备利用RS-232C接口直接相连，最大距离也仅约15m，而且由于电平较高、通信速率反而能受影响。RS-232C接口的通信速率≤20Kbps。3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准引脚号信号线功能说明信号线型连接方向123456782022AABABBCACBBBABCFCDCE保护地线(GND)发送数据(TD)接收数据(RD)请求发送(RTS)清除发送(CTS)数据设备就绪(DSR)信号地线(GND)载波检测(CD)数据终端就绪(DTR)振铃指示(RI)地线数据线数据线控制线控制线控制线地线控制线控制线控制线→DCE→DTE→DCE→DTE→DTE→DTE→DCE→DTERS-232C常用功能特性RS-232C的功能特性：25芯中的20根信号线，其中2根地线、4根数据线、11根控制线、3根定时信号线；剩下的5根线做备用或末定义。3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准1234567820123456782012345678201234567820AABABBCACBCCABCFCDAABABBCACBCCABCFCDDTEDTEDTEDTE(a)(b)若两台DTE设备，如两台计算机在近距离直接连接，则可采用上图连接方式。图中(a)为完整型连接，(b)为简单型连接。3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准RS-232C的工作过程在各根控制信号线有序的“ON”(逻辑“0”)和“OFF”(逻辑“1”)状态的配合下进行的。在DTE/DCE连接的情况下，只有CD(数据终端就绪)和CC(数据设备就绪)均为“ON”状态时，才具备操作的基本条件。此后，若DTE要发送数据，则须先将CA(请求发送)置为“ON”状态，等待CB(清除发送)应答信号为“ON”状态后，才能在BA(发送数据)上发送数据。3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准2.RS-232通信编程PC机通常配备有两个异步通信端口，分别称作为COM1和COM2，它们都符合RS-232C标准。DOS的MODE命令可用以设置异步串行端口的参数，DOS的COPY命令允许将异步串行端口作为一个特殊的“文件”，以对其进行数据传输。MODE命令的格式为：MODE端口名：数据速率，校验方式，数据位数，停止位位数端口名：COM1或COM2。数据速率：可选150、300、600、1200、2400、4800或9600bps；校验方式：E(偶校验)、O(奇校验)或N(无校验)。数据位数：7或8位。停止位位数：1或2位。通信双方设置的参数应一致，如双方都键入如下命令MODECOM1：1200，E，7，1<Enter>则表示双方以COM1为异步通信端口、速率1200bps、偶校验、7位数据位、1位停止位的设置参数据进行通信。3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准DOS中有一个名为CON的标准控制台设备，作为输入时CON指的就是键盘，作为输出时CON指的就是显示器。准备发送的PC机执行如下命令：COPYCON：COM1：<Enter>表示将从键盘收到的信息通过COM1串行口发送出去。准备接收的PC机执行如下命令：COPYCOM1：CON：<Enter>则表示将接收来自COM1串行口的信息，并在显示器上加以显示。两台PC机分别执行完上述命令后，在发送方键盘上输入的字符便会在接收方显示器上显示出来。3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准上述是用DOS的MODE、COPY命令实现的最简单的PC通信。在MS-DOS的高版本中还提供了一条INTERLNK命令，实际上它是一个通信程序。用以键入命令的PC机叫客户机(Client)，与客户机相连的PC机叫服务器(Server)。在客户机的系统配置文件CONFIG.SYS中添加如下命令:DEVICE=C：\DOS\INTERLNK.EXE/DRIVES:5再重新启动客户机，便可装入INTERLNK。服务器上启动INTERLNK不需对其CONFIG.SYS作任何改动，只需在DOS命令提示符下键入INTERLNK即可。此时屏幕底下出现一行状态信息，显示出INTERLNK的连接状态。3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准3.调制解调器的编程命令调制解调器进行编程的命令以AT打头，故也称作AT命令集。AT是Attention(注意)的开头两个字母，意为引起调制解调器的注意。跟在AT后面的字符串用以通知调制解调器干什么。常用的AT命令拨号命令

ATD命令用于电话拨号。例：ATDT12345678表示用音频拨号呼叫12345678应答命令

ATA命令用于使用调制解调器立即应答电话。摘机和挂机命令。

ATH1使电话摘机，输入ATH0或ATH使电话挂机。调制解调器缺省设置恢复命令。输入ATZ命令可以将调制解调器内部记存器设置为缺省的参数值，以便用户重新调用其数值。3.5物理层协议介绍3.5.1EIA-232标准3.5物理层协议介绍3.5.2EIA-499标准由于RS-232C标准信号电平过高、采用非平衡发送和接收方式，所以存在传输速率低(≤20Kbpc)、传输距离短(≤15m)、串扰信号较大等缺点。1977年底，EIA颁布了一个新标准RS-449，次年这个接口标准的两个电气子标准：RS-423(采用差动接收器的非平衡方式)和RS-422(平衡方式)也相继问世。这些标准在保持与RS-232C兼容的前提下重新定义了信号电平，并改进了电路方式，以达到较高的传输速率和较大的传输距离。3.5物理层协议介绍3.5.2EIA-499标准RS-499对标准连接器做了详细的说明，由于信号线较多，分别使用37芯和9芯连接器，37芯连接器定义了与RS-449有关的所有信号。RS-449标准的电气特性有两个标准，即平衡式的RS-422标准和非平衡式的RS-423标准。RS-422电气标准是平衡方式标准，它的发送器、接收器分别采用平衡发送器和差动接收器，由于采用完全独立的双线平衡传输，抗串扰能力大大增强。RS-423电气标准是非平衡标准，它采用单端发送器(即非平衡发送器)和差动接收器。物理层是提供数据传输的物理介质。物理层协议是各种网络设备进行互连时必须遵守的最低层协议。它的目的是在两个网络物理设备之间提供透明的二进制比特流传输。物理层主要负责在物理链路上传输非结构的比特流，提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性。3.5小结计算机通信网络技术第四章数据链路层内容提要数据链路层的基本功能是为网络层提供透明的和可靠的数据传送服务，负责在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以“帧”为单位的数据。每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。数据链路层要负责数据成帧、差错控制、速率匹配以及数据链路通路的建立、维持和释放管理。数据链路层是OSI参考模型中的第二层，在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务。数据链路层最基本的服务是将源计算机的网络层传来的数据可靠地传输到相邻结点的目标计算机网络层。数据链路层功能：帧同步差错与流量控制数据链路管理内容提要4.1帧同步帧是具有一定长度和格式的信息块，是数据链路层的传输单位，一般由一些字段和标志组成。将比特流组成帧的常用的方法有：字符计数法带字符填充的首尾界符法带填充位的首尾标志法物理层编码违例法这些方法都有一个共同的目的，就是如何使接收方能够准确地从收到的比特流中识别出帧的边界，取出帧来，即帧同步。4.1帧同步1.字符计数法在帧头使用一个域（字段）来标明该帧的字符数（帧长度），当收方的数据链路层读取到这个字符数时，就知道后续字符数和帧尾的位置。使用这种方法，计数值有可能在传输过程中出现差错，当帧长度域出错时，帧同步就无法实现，而且无法确认下一帧从哪里开始，向发送方发回一帧请求重发也没有用，因为接收方不知道应该回跳多少个字符开始重发。因此，这种方法已经很少使用。4.1帧同步2.带字符填充的首尾界符法每帧以ASCII字符序列DLESTX开头，以DLEETX结束。目的机一旦丢失边界，只需查找DLESTX或DLEETX字符序列即可定位。但当传送像浮点数这样的二进制序列时，可能使DLESTX或DLEETX出现在用户数据中，从而干扰帧界的确定。一种解决办法是使发送方的数据链路层在数据中每个偶然遇到的字符前插入一个DLE的ASCII代码，而接收方的数据链路层在将数据交给网络层之前再丢弃这个DLE的ASCII符，这种技术叫字符填充。用这种方法的主要缺点兼容性较差，不利于传输任意长度的二进制比特流。4.1帧同步3.带填充位的首尾标志法这种技术允许数据帧为任意比特长，且允许每个字符的编码为任意比特长。它使用了一个特殊的位模式7EH（01111110）作为每一帧的开始和结束。当发送方的数据链路层在发送数据中遇到11111时，它自动其后插入一个0中，类似于字符填充技术。例如数据链路层要发送数据“0111101111101111110”，则经过填充后出现于物理链路中的比特流为“011110111110011111010”。当接收方看到111110则删除第1个“0”。这样两帧间的边界即可通过位模式7EH惟一地识别。4.1帧同步4.物理层编码违例法利用物理信号的冗余编码作为帧边界，这种方法仅适用于那些在物理介质的信号编码策略中采用了冗余技术的网络。例如，曼彻斯特编码，其有效编码是“低-高”电平对或“高-低”电平对，而“高-高”和“低-低”电平对属违法编码不会在数据中出现，于是可以利用“高-高”或“低-低”电平对来标识帧的边界。这种方法的优点是不需要填充位或字符。4.2数据链路通信规程数据链路通信规程是OSI参考模型中的数据链路层控制协议。链路控制协议可分为异步协议和同步协议两大类。异步协议：以字符为独立的信息传输单位，在每个字符的起始处开始对字符内的比特实现同步，字符之间是异步。同步协议：以帧为传输单位，在帧的起始处同步，使帧内维持固定的时钟。在数据链路层，主要的通信规程有停等协议、连续ARQ协议和选择重发ARQ协议。4.2数据链路通信规程4.2.1停等协议停等协议是数据链路层中最基本、最简单的控制协议。1.停等协议原理数据链路层从网络层接收一个分组后，加上数据链路层帧头和帧尾，再把它经物理层发送出，同时启动一定时计数器，等待接收方发出的确认帧的到来。接收方数据链路层收到数据帧后，须先发出一个确认帧ACK或否定性确认帧NAK给发送方数据链路层。发方如果在计时时间范围内得到的是ACK，则发下一帧；如果收到的是NAK或者计时时间已到而没有收到ACK，则将重发刚才送出去的帧。停等协议的作用：规定发送端每发送一帧数据信息后，必须停下来等待接收端返回了应答方能继续操作下去。数据传输差错具体表现在两种情况：发送方向接收方发送数据帧时，在传送中受到干扰出错或丢失数据；接收方收到数据帧后，回送出的ACK帧在传输过程中受到干扰出错或丢失数据。这两种情况都致使发送方将一直等不到ACK确认帧，从而永远无法继续发送下一个帧。解决办法是在发送方设置一个定时器T，预定时间为t0。发出数据帧后立即启动定时器T。预定时间内发送方能收到ACK，则可正常传送下一帧。若未受到，则发送方由此可判定应重发数据帧。但定时器的t0值若小于帧来回传播的时间，可能形成重复帧，可通过对每个发出的数据帧编号解决该问题。4.2数据链路通信规程4.2.1停等协议4.2数据链路通信规程4.2.1停等协议2．停等协议定量分析At1t5t6Bt2t3t