計算機網絡第三章課件詳解考研必看

1、三.計算機網絡通信協(xié)議知識1計算機網絡發(fā)展中所遇到的問題連線對端的信號標準不一致；接入網絡的操作系統(tǒng)所使用的網絡數(shù)據(jù)傳輸控制方法不一致；網絡匯接、交換控制方法隨不同廠商的產品而不同；上述問題使得眾多網絡產品制造商迫切希望不同的計算機和網絡產品都能按照相同的信號、交換控制標準進行設計和生產。1978年，國際標準化組織（ISO）設立了T（9）（即ISO的9）技術委員會專門研究網絡通信的體系結構并提出了開放系統(tǒng)互連OSI（OpenSystemInterconnectior）的標準參考模型。2.OSI標準參考模型與計算機網絡通信協(xié)議 OSI的標準參考模型的層次結構OSI的標準參考模型將網絡通信系統(tǒng)結構

2、分為七個相互獨立的層面，故又被稱為七層模型（如下圖所示）。結點A結點B1應用層應用層協(xié)議表示層協(xié)議耳rranir-會話層協(xié)議亠傳輸層協(xié)議_網絡層協(xié)議J_"".鏈路層協(xié)議_+物理層協(xié)議應用層j表示層表示層會話層會話層傳輸層傳輸層網絡層網絡層鏈路層鏈路層物理層物理層<物理信道丿 OSI的標準參考模型的工作原理設想：將信號、數(shù)據(jù)按一定的長度分為若干個數(shù)據(jù)單位一數(shù)據(jù)包（Packet）對數(shù)據(jù)包再按不同的應用功能分層組裝，經過物理信道傳送到目的站后再逐層分解、還原（如下圖）。進行同層或相鄰層間n+1層n層的用戶對等的n層的用戶數(shù)據(jù)劃分、組裝、分解和還原的操作規(guī)則及其標準的總和就是

3、網絡通信協(xié)議（簡稱網絡協(xié)議）。為了使不同計算機的同層間能相互識別對方，每臺計算機的網絡各層都要定義一個唯一的表示本層的網絡地結點A發(fā)送用戶結點Bf妾收應用層表示層會話層傳輸層網絡層鏈路層物理層自從上述OSI模型推出之后，許多與計算機網絡服務相關的國際組織和許多國家的專門技術管理部門針對不同層的網絡通信陸續(xù)推出了多種相關層面的網絡協(xié)議。網絡協(xié)議由語義、語法和變換規(guī)則三個部分組成。語義是關于該層功能所涉及的內容的定義。語法是為實現(xiàn)該層功能所涉及的數(shù)據(jù)格式的定義。變換規(guī)則是關于實現(xiàn)該層功能所必須進行的操作步驟的定義。 OSI的標準參考模型分層功能的劃分（一）物理層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)模、模數(shù)轉換（既前述的數(shù)

4、據(jù)通信內容）和傳送。目前使用較多的物理層協(xié)議有電子工業(yè)聯(lián)盟（ElectronicIndustriesAllianeeEIA）的RS-232C協(xié)議（RS意為RecommendedStandard232為標準序號、C為版本號）、國際電報電話咨詢委員會（ConsultativeCommitteeonInternationalTelephoneandTelegraphCCITT）的V.24協(xié)議（V意為Volume、24為標準序號）等（參見下表）EIA標準CCITT建議主要特性RS-232CV.24、V.28基本標準，25芯接口，最高傳輸速率為20kbps,最大傳輸距離為15m。RS-449RS-422

5、ARS-423AV.11/X.27V.10/X.26在上述基礎上接口改為37（9）芯，最咼傳輸速率為10Mbps，最大傳輸距離為1km。RS-530使用25芯接口的RS-449協(xié)議。最高傳輸速率為2Mbps,最大傳輸距離為60m。V.35使用34芯接口，最高傳輸速率為48kbps,最大傳輸距離為100m。X.21使用15芯接口的RS-232C協(xié)議。最高傳輸速率為10Mbps,最大傳輸距離為300m。物理層的網絡地址由置于計算機內的網卡來確定。每一塊網卡（包括各種型號的內、外置調制解調器）都有一個6字節(jié)長的全世界唯一的物理地址，又稱為MAC（MediaAccessControl）地址。生產網卡的

6、廠商經過合法的渠道可獲得其一定范圍的MAC域值。（二）（數(shù)據(jù)）鏈路層為網絡層提供數(shù)據(jù)鏈路的控制服務（包括鏈路的搜尋、建立、維護和拆除等）、數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e檢測服務（包括錯誤識別、順序控制和流量控制等）。目前使用較多的鏈路層協(xié)議列于下表。協(xié)議推出的機構協(xié)議名稱美國國家標準化協(xié)會(AmericaNationalStandardInstituteANSI)高級數(shù)據(jù)通信控制規(guī)程(AdvaneedDataCommunicationControlProcedureADCCP)國際標準化組織（ISO）高級鏈路控制規(guī)程(High-levelDataLinkControlHDLC)國際電報電話咨詢委員會（CCIT

7、T）X.25國際電子電氣工程師協(xié)會（IEEE）802.2和802.3各部（a）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)包的組裝來自網絡層的數(shù)據(jù)包再裝配特定的鏈路層首尾標志就構成了本層的數(shù)據(jù)傳輸單元一幀。例如HDLC協(xié)議幀的結構可呈現(xiàn)如下的樣式:標志01111110目的地址控制網絡層數(shù)據(jù)報幀校驗數(shù)據(jù)標志01111110校驗區(qū)間HHDLC協(xié)議規(guī)定該協(xié)議鏈路層地址字使用8個二進制數(shù)表示。其中全0為無效地址，全1為該層廣播地址。因此在一個網絡內使用本協(xié)議的鏈路層地址最多為254個。(b)數(shù)據(jù)鏈路層的差錯校驗網絡傳輸中對數(shù)據(jù)校驗的方法很多，但不同層中所使用的卻不相同。通常為了能夠識別所收到的數(shù)據(jù)是否有錯，必須在有效數(shù)據(jù)位以外插入

8、專門用于校驗的專用數(shù)據(jù)位。故統(tǒng)稱為冗余碼校驗法。在鏈路層傳送以字符型數(shù)據(jù)時多采用奇偶校驗。既由發(fā)送方在所傳送的數(shù)據(jù)中插入一位作奇校驗或偶校驗。接收方對全部收到的數(shù)據(jù)進行奇(偶)數(shù)1的判決。而當傳送比特型數(shù)據(jù)的差錯校驗則多采用循環(huán)冗余碼(CycleRedundancyCode校驗法。其原理是一個m位整數(shù)被擴大n位權值后再被n(n<m)位數(shù)整數(shù)除所得的余數(shù)一定是一個不會超過n位的整數(shù)。于是可將該(n位)余數(shù)加上被擴大n位權值后的整數(shù)形成一個m+n位的新整數(shù)。接收方在收到該數(shù)據(jù)后先將附加的n位填為0，并用相同的n位的整數(shù)去除，將得到的余數(shù)與所附加的數(shù)值相減，若差為0則傳輸正常。例：傳送十進數(shù)1

9、79，冗余因數(shù)為19,則17900寧19的余數(shù)為2,實際應傳送17902。(c)IEEE802協(xié)議標準與計算機局域網在計算機網絡中,局域網是構成整個計算機網絡的基礎。而OSI模型中的鏈路層和物理層又是構成計算機局域網絡的最基本成份。目前在計算機局域網絡中使用最為廣泛的是IEEE802協(xié)議標準。盡管該協(xié)議產生于0SI模型之后，但由于網絡制造商的廣泛采用而在1984年被ISO采納為ISO8802標準oIEEE802協(xié)議是由國際電子電氣工程師協(xié)會于1980年2月成立的計算機網絡專門委員會陸續(xù)推出的一個計算機網絡互連協(xié)議家族（見下表）。IEEE802.1A:概述及網絡體系結構IEEE802.1B：尋址

10、、網間互連和網絡管理IEEE802.2：邏輯鏈路控制LLCIEEE802.3：CSMA/CD訪問控制和物理層技術規(guī)范IEEE802.4:令牌總線介質訪問控制方法和物理層技術規(guī)范IEEE802.5:令牌環(huán)介質訪問控制方法和物理層技術規(guī)范IEEE802.6:分布式隊列雙總線協(xié)議和物理層技術規(guī)范（MAN城域網網標準）IEEE802.7：FDDI訪問介質控制方法和物理層技術規(guī)范IEEE802.8：FDDI時間片環(huán)訪問控制方法和物理層技術規(guī)范IEEE802協(xié)議與OSI模型的區(qū)別如下圖所示：802.1網間互連協(xié)議網絡邏輯鏈路802.3 MAC802.3物理802.4 MAC802.4物理802.5MAC8

11、02.5物理802.6 MAC802.6物理802.7 MAC802.7物理802.8MAC802.8物理-訪制理価物802.2邏輯鏈路控制利用OSI模型的物理層和鏈路層協(xié)議便可組成最簡單的計算機局域網絡。這種局域網絡被稱為以太（Entherne1970年由Xerox公司推出）網。而IEEE802.2和IEEE802.3是支持以太網絡的典型協(xié)議。更由于眾多的廠商所推出的商業(yè)品牌的協(xié)議都以其為基礎改進或擴充，故其知名度更高。如Novell公司推出的IPX/SPX協(xié)議、Microsoft公司推出的Netbeui協(xié)議、Ndis協(xié)議等。IEEE802的地址由標識本層網段的地址字和標識本站的地址字所組成

12、。該二地址分別為4字節(jié)的長度。IEEE802.3協(xié)議所采用的載波監(jiān)聽、多重訪問、沖突檢測控制(CarrierSenseMultipleAccessProtocolswithCollisionDetectionCSMA/CD)方法是計算機局域網絡中典型的物理層控制方法。其基本思路是某站在發(fā)送信息前先監(jiān)聽信道內是否有數(shù)據(jù)正在傳送。當確認信道空閑時即刻占用信道并發(fā)送數(shù)據(jù)幀。監(jiān)聽的方法通常有1-堅持、非堅持和p-堅持等。但由于發(fā)站發(fā)出的數(shù)據(jù)要經過一段延遲才能到達收站，因此容易形成兩個以上的發(fā)站同時搶占信道并發(fā)送數(shù)據(jù)幀。此時，就需要采用沖突檢測手段來減少發(fā)送數(shù)據(jù)的碰撞可能。沖突檢測控制所采用的是一種被稱

13、為退避算法的控制方法來避免發(fā)送沖突的。例：假設A站在時間to開始發(fā)一幀數(shù)據(jù)給站B，當發(fā)送了to+ti時B站監(jiān)聽到網絡空閑，便即刻開始發(fā)送。幾乎在to+ti+t'時B站因收到11rAB1-t"<t沖突信號而停止發(fā)送，而A站則要到to+2（ti+t'時才能收到沖突信號。因此一個站從開始監(jiān)聽并判斷網絡是否空閑的最短時間為兩倍的信道延遲時間。上述方法解決了多站異步傳輸導致沖突問題，但仍存在同步傳輸沖突的可能。解決方法是各站自備一個隨機正整數(shù)（使該數(shù)最小為2），每次要發(fā)信時按該數(shù)倍的最大傳輸延時等待既可。由物理層和鏈路層便可構成局域網絡。構成局域網絡的主要連接設備有Hub

14、和Switch（三）網絡層網絡層的功能是實現(xiàn)網間數(shù)據(jù)的交換服務。在一個局域網絡內部的數(shù)據(jù)交換只要有物理層和鏈路層協(xié)議的支持就可實現(xiàn)。位于兩個不同的局域網絡內的計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換則必須借助網絡層協(xié)議的支持才能進行（如下圖所示）。（a）網絡層的傳輸方式虛電路方式一在進行數(shù)據(jù)通信之前，要兩個站間建立一條網絡連接數(shù)據(jù)報方式一將傳送的數(shù)據(jù)按某種規(guī)則分成若干個分組并以分組為單位進行數(shù)據(jù)通信虛電路方式數(shù)據(jù)報方式有連接無連接數(shù)據(jù)順序有保證數(shù)據(jù)順序保證較差傳輸質量可靠傳輸質量較差傳輸成本咼傳輸成本低（b）網間互連的形式網橋一利用放置在服務器內的多塊網卡實現(xiàn)的局域網間的互連（如下圖）服務器A服務器B多協(xié)議路由器一

15、利用專門設計了多種網絡層交換協(xié)議的設備充當網間互連的介質網關一利用指定網絡對外連接地址的一種強制性網間訪問(c) 路由選擇與擁塞控制一個網絡與多個網絡間可能存在多條連接通道，因而勢必造成了通過不同的連接通道的搭配則會產生不同的傳輸效果的現(xiàn)象。本層協(xié)議的重要控制規(guī)則便是為進行數(shù)據(jù)通信的兩個站點尋找到恰當?shù)囊唤M連接通道，這種通道便稱為路由(如下圖所示)。選擇路由的計算方法很多，較為常用的有：最短通路算法一從多條路由中選出傳輸時間最短的一條路由固定不變，易擁塞。靜態(tài)路由算法一在多條路由中指定一個固定的路由路由固定不變，擁塞程度由人為控制。距離矢量路由算法一每個點定時測試去往各相鄰路由的距離并將測的路由距離矢量表和鄰站發(fā)來的路由距離矢量表一起發(fā)給相鄰站點路由能動態(tài)改變，可示擁塞程度自動選擇路由，但路由距離矢量表容易發(fā)錯且網絡層開銷加大。該協(xié)議的產品名稱為RIPRouteInformationProtocol。A1B2c3DA結點的路由表D結點的路由表目的結點下一個路由器距離目的結點下一個路由器距離AA0AA1BBr1BA2CB2CA3DD1DD0若某時刻路由1出現(xiàn)故障，A結點首先告之D結點，則D結點的路由表