6第六章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信.ppt

1、第六章 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信,一、緒論,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)利用通信電纜將分散在各地的自治的計算機(jī)系統(tǒng)連接在一起，在通信協(xié)議的支持下，實現(xiàn)資源共享。,1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景 是 20 世紀(jì) 60 年代美蘇冷戰(zhàn)時期的產(chǎn)物； 60 年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局提出要研制一種生存性很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)； 傳統(tǒng)的電路交換的電信網(wǎng)有一個缺點：正在通信的電路中有一個交換機(jī)或有一條鏈路被炸毀，則整個通信電路就要中斷； 如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴柦⑦B接，延時較長。,新型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點 網(wǎng)絡(luò)用于計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送； 網(wǎng)絡(luò)能夠連接不同類型的計算機(jī)，不局限于單一類型的計算機(jī)； 所有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點都同等重要，因而大大提高

2、網(wǎng)絡(luò)的生存性； 計算機(jī)在進(jìn)行通信時，必須有冗余的路由； 網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡可能地簡單，同時還能夠非?？煽康貍魉蛿?shù)據(jù)。,2、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 （1）電路交換：把一條信號線轉(zhuǎn)接到另一條信號線，使它們連通起來，動態(tài)分配傳輸線路資源。,結(jié)點增多時,優(yōu)點： 通信線路為通信雙方專用，傳輸數(shù)據(jù)的時延?。?通信雙方之間的物理通路建立后可以隨時通信，實時性強(qiáng)； 雙方通信時按發(fā)送順序傳送數(shù)據(jù)，不存在失序問題； 電路交換既適用于傳輸模擬信號，也適用于傳輸數(shù)字信號； 電路交換的交換的交換設(shè)備（交換機(jī)等）及控制均較簡單。,缺點： 電路交換的平均連接建立時間對計算機(jī)通信來說嫌長； 電路交換連接建立后，物理通路被通信雙方獨占

3、，即使線路空閑，也不能供其他用戶使用，信道利用低； 電路交換時，數(shù)據(jù)直達(dá)，不同類型、不同規(guī)格、不同速率的終端很難相互進(jìn)行通信，也難以在通信過程中進(jìn)行差錯控制。,（2）報文交換： 20 世紀(jì) 40 年代，電報通信采用了報文交換，以報文為數(shù)據(jù)交換的單位，報文攜帶有目標(biāo)地址、源地址等信息，在結(jié)點交換機(jī)采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式。 優(yōu)點： 報文交換不需要預(yù)先建立專用通信線路，不存在連接建立時延； 由于采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式，使之具有下列優(yōu)點：,便于設(shè)置代碼檢驗和數(shù)據(jù)重發(fā)設(shè)施，交換結(jié)點還具有路徑選擇，某條傳輸線路故障時，可重新選擇其它線路傳輸數(shù)據(jù)，提高了傳輸?shù)目煽啃裕?在存儲轉(zhuǎn)發(fā)中容易實現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)換和速率匹配

4、，便于類型、規(guī)格和速度不同的計算機(jī)之間進(jìn)行通信； 提供多目標(biāo)服務(wù)，一個報文可同時發(fā)送到多個目的地址； 允許建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級，優(yōu)先級高的報文優(yōu)先轉(zhuǎn)換。 通信雙方不是固定占有一條通信線路，而是在不同的時間段、部分占有物理線路，提高了通信線路的利用率。,缺點： 數(shù)據(jù)進(jìn)入交換結(jié)點后要經(jīng)歷存儲、轉(zhuǎn)發(fā)過程，從而引起轉(zhuǎn)發(fā)時延（包括接收報文、檢驗正確性、排隊、發(fā)送時間等），網(wǎng)絡(luò)的通信量愈大，造成的時延就愈大，因此報文交換的實時性差，不適合傳送實時或交互式業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)； 報文交換只適用于數(shù)字信號； 報文長度沒有限制，而每個中間結(jié)點都要完整地接收整個報文，當(dāng)輸出線路不空閑時，還可能要存儲幾個完整報文等待轉(zhuǎn)發(fā)，要

5、求網(wǎng)絡(luò)中每個結(jié)點有較大的緩沖區(qū)。為了降低成本，減少結(jié)點的緩沖存儲器的容量，有時要把等待轉(zhuǎn)發(fā)的報文存在磁盤上，進(jìn)一步增加了傳送時延。,（3）分組交換： 分組交換也采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)傳輸方式，但將報文先分割為若干個較短的分組，然后逐個發(fā)送分組（攜帶源、目的地址和編號信息）。 分組交換除了具有報文交換的優(yōu)點外，還具有以下優(yōu)點： 加速了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。分組是逐個傳輸，可以使后一個分組的存儲操作與前一個分組的轉(zhuǎn)發(fā)操作并行，減少了報文的傳輸時間。此外，傳輸分組所需的緩沖區(qū)比報文小得多；,簡化了存儲管理。分組的長度固定，緩沖區(qū)的大小也固定，交換結(jié)點中存儲器的管理比較容易； 減少了出錯機(jī)率和重發(fā)數(shù)據(jù)量。分組較短

6、，出錯機(jī)率減少，每次重發(fā)的數(shù)據(jù)量大大減少，提高了可靠性，減少了傳輸時延； 分組短小，更適用于采用優(yōu)先級策略，及時傳送一些緊急數(shù)據(jù)，對于計算機(jī)間的突發(fā)式數(shù)據(jù)通信，分組交換更合適,缺點： 盡管分組交換比報文交換的傳輸時延少，但仍存在存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延，而且其結(jié)點交換機(jī)必須具有更強(qiáng)的處理能力； 分組交換與報文交換一樣，每個分組都要加上源、目的地址和分組編號等信息，使傳送的信息量大約增大5%10%，一定程度上降低了通信效率，增加了處理的時間，使控制復(fù)雜，時延增加； 當(dāng)分組交換采用數(shù)據(jù)報服務(wù)時，可能出現(xiàn)失序、丟失或重復(fù)分組，分組到達(dá)目的結(jié)點時，要對分組按編號進(jìn)行排序等工作,三種交換方式的比較,A B C D,

7、A B C D,報文交換,分組交換,t,（4） 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展的三個階段： 第一階段： ARPA 研究多種網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)，產(chǎn)生第一個分組交換網(wǎng) ARPANET； 1983 年 TCP/IP 協(xié)議成為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議； 19831984 年，形成了因特網(wǎng) Internet。 第二階段： 1986 年，NSF 建立了國家科學(xué)基金網(wǎng) NSFNET，它是一個三級計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)、校園網(wǎng) 1991 年，美國政府決定將因特網(wǎng)的主干網(wǎng)轉(zhuǎn)交給私人公司來經(jīng)營，并開始對接入因特網(wǎng)的單位收費。,1993 年因特網(wǎng)主干網(wǎng)的速率提高到 45 Mb/s（T3 速率） 第三階段： 從1993年開始，NSFNET逐漸被若

8、干個商用的 ISP 網(wǎng)絡(luò)所代替； 1994 年開始創(chuàng)建了 4 個網(wǎng)絡(luò)接入點 NAP分別由 4 個電信公司經(jīng)營。 NAP 就是用來交換因特網(wǎng)上流量的結(jié)點。在NAP 中安裝有性能很好的交換設(shè)施。 從 1994 年到現(xiàn)在，因特網(wǎng)逐漸演變成多級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),（5） 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 1）按交換功能分類 2）按作用范圍進(jìn)行分類 電路交換 廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network) 報文交換 局域網(wǎng) LAN (Local Area Network) 分組交換 城域網(wǎng) MAN (Metropolitan Area Network) 混合交換 接入網(wǎng) AN (Access Network),城域網(wǎng),城

9、域網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),廣域網(wǎng),局域網(wǎng),局域網(wǎng),校園網(wǎng),企業(yè)網(wǎng),二、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),相互通信的兩個計算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的工作；,“分層”可將龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理；,為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定即網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)，簡稱為協(xié)議，包括如下要素： （1）語法：數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 。 （2）語義：需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應(yīng)。 （3）同步：事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。,劃分層次的概念舉例,計算機(jī) 1

10、 向計算機(jī) 2 通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件，可以將要做的工作進(jìn)行如下的劃分； 第一類工作與傳送文件直接有關(guān)： 確信對方已做好接收和存儲文件的準(zhǔn)備。 雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。 兩個計算機(jī)將文件傳送模塊作為最高的一層 ，剩下的工作由下面的模塊負(fù)責(zé)。,再設(shè)計一個通信服務(wù)模塊,文件傳送模塊,計算機(jī) 1,計算機(jī) 2,文件傳送模塊,只看這兩個通信服務(wù)模塊 好像可直接把文件 可靠地傳送到對方,把文件交給下層模塊 進(jìn)行發(fā)送,把收到的文件交給 上層模塊,通信服務(wù)模塊,通信服務(wù)模塊,再設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)接入模塊,文件傳送模塊,計算機(jī) 1,計算機(jī) 2,文件傳送模塊,通信服務(wù)模塊,通信服務(wù)模塊,網(wǎng)絡(luò)接入模塊,網(wǎng)絡(luò)接入模塊,通信網(wǎng)絡(luò)

11、,網(wǎng)絡(luò) 接口,網(wǎng)絡(luò) 接口,網(wǎng)絡(luò)接入模塊負(fù)責(zé)做與網(wǎng)絡(luò)接口細(xì)節(jié)有關(guān)的工作 例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷?，幀的最大長度等。,分層的優(yōu)點： 各層之間獨立； 靈活性好； 結(jié)構(gòu)上可分割開； 易于實現(xiàn)和維護(hù)； 能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。 層數(shù)的選擇： 層數(shù)太少，會使每一層的協(xié)議太復(fù)雜； 層數(shù)太多，在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時遇到較多的困難。,1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合； 體系結(jié)構(gòu)就是這個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義； 實現(xiàn)(implementation)是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題； 體系

12、結(jié)構(gòu)是抽象的，而實現(xiàn)則是具體的，是真正在運行的計算機(jī)硬件和軟件。,（1）OSI七層參考模型,數(shù)據(jù)鏈路層,5 會話層,4 傳輸層,3 網(wǎng)絡(luò)層,2 數(shù)據(jù)鏈路層,1 物理層,6 表示層,7 應(yīng)用層,數(shù)據(jù)鏈路層,5 應(yīng)用層,4 傳輸層,3 網(wǎng)絡(luò)層,2 數(shù)據(jù)鏈路層,1 物理層,計算機(jī)1向2發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機(jī) 1,AP2,AP1,計算機(jī) 2,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機(jī) 1,AP2,AP1,計算機(jī) 2,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),應(yīng)用層 PDU 再傳送到傳輸層，加上傳輸層首部，成為傳輸層報文,5,4,3,2

13、,1,5,4,3,2,1,計算機(jī) 1,AP2,AP1,計算機(jī) 2,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),傳輸層報文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層，加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報（或分組）,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機(jī) 1,AP2,AP1,計算機(jī) 2,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),IP 數(shù)據(jù)報再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層，加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機(jī) 1,AP2,AP1,計算機(jī) 2,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層，最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體,1010011010

14、0101 比 特 流 110101110101,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機(jī) 1,AP2,AP1,計算機(jī) 2,計算機(jī) 2 的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層,10100110100101 比 特 流 110101110101,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機(jī) 1,AP2,AP1,計算機(jī) 2,數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢?把幀的數(shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機(jī) 1,AP2,AP1,計算機(jī) 2,網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給傳輸層,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機(jī) 1,AP2,AP1,計算機(jī) 2,傳輸層剝?nèi)?/p>

15、報文首部后把報文的數(shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機(jī) 1,AP2,AP1,計算機(jī) 2,應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層 PDU 首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機(jī) 1,AP2,AP1,計算機(jī) 2,AP2收到 AP1 發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！,2、實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點,實體(entity) 表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程； 協(xié)議是控制兩個對等實體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合； 在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)； 要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)； 本層的服務(wù)用戶只

16、能看見服務(wù)而無法看見下面的協(xié)議； 下面的協(xié)議對上面的服務(wù)用戶是透明的；,協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對等實體之間通信的規(guī)則； 服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過層間接口提供的； 同一系統(tǒng)相鄰兩層的實體進(jìn)行交互的地方，稱為服務(wù)訪問點 SAP (Service Access Point)。,協(xié)議必須將各種不利的條件事先都估計到，而不能假定一切情況都是很理想和很順利的。 必須非常仔細(xì)地檢查所設(shè)計協(xié)議能否應(yīng)付所有的不利情況。 應(yīng)當(dāng)注意：事實上難免有極個別的不利情況在設(shè)計協(xié)議時并沒有預(yù)計到。在出現(xiàn)這種情況時，協(xié)議就會失敗。因此實際上協(xié)議往往只能應(yīng)付絕大多數(shù)的不利情況。 協(xié)議的例子：白軍、蘭軍問

17、題,3、OSI 與 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的比較,應(yīng)用層,傳輸層,網(wǎng)絡(luò)層,表示層,會話層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,7 6 5 4 3 2 1,OSI 的體系結(jié)構(gòu),應(yīng)用層,網(wǎng)絡(luò)接口層,網(wǎng)際層 IP,(各種應(yīng)用層協(xié)議如 TELNET, FTP, SMTP 等),傳輸層(TCP 或 UDP),TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu),無連接分組交付服務(wù),傳輸服務(wù) (可靠或不可靠),TCP/IP 的三個服務(wù)層次,TCP/IP 四層協(xié)議網(wǎng)絡(luò),應(yīng)用層 傳輸層 網(wǎng)際層 網(wǎng)絡(luò) 接口層,主機(jī)A,主機(jī)B,路由器,網(wǎng)絡(luò) 2,網(wǎng)絡(luò) 1,應(yīng)用層 傳輸層 網(wǎng)際層 網(wǎng)絡(luò) 接口層,網(wǎng)際層 網(wǎng)絡(luò) 接口層,4 3 2 1,沙漏計時器形狀的TCP/IP

18、協(xié)議族,HTTP,SMTP,DNS,RTP,TCP,UDP,IP,網(wǎng)際層,網(wǎng)絡(luò)接口層,傳輸層,應(yīng)用層,網(wǎng)絡(luò)接口 1,網(wǎng)絡(luò)接口 2,網(wǎng)絡(luò)接口 3,Everything over IP IP 可為各式各樣的應(yīng)用程序提供服務(wù),IP over Everything IP 可應(yīng)用到各式各樣的網(wǎng)絡(luò)上,4、 TCP/IP應(yīng)用層的客戶-服務(wù)器方式,在 TCP/IP 的應(yīng)用層協(xié)議使用的是 客戶-服務(wù)器方式 客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進(jìn)程； 客戶-服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系，客戶是服務(wù)請求方，服務(wù)器是服務(wù)提供方； 計算機(jī)的進(jìn)程(process)就是

19、運行著的計算機(jī)程序，為解決具體應(yīng)用問題而彼此通信的進(jìn)程稱為“應(yīng)用進(jìn)程”； 應(yīng)用層的具體內(nèi)容就是規(guī)定應(yīng)用進(jìn)程在通信時所遵循的協(xié)議。,客戶軟件的特點 在進(jìn)行通信時臨時成為客戶，同時可在本地進(jìn)行其他計算； 被用戶調(diào)用并在用戶計算機(jī)上運行，在打算通信時主動向遠(yuǎn)地服務(wù)器發(fā)起通信； 可與多個服務(wù)器進(jìn)行通信； 不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)； 服務(wù)器軟件的特點 專門用來提供某種服務(wù)的程序，可同時處理多個遠(yuǎn)地或本地客戶的請求； 在共享計算機(jī)上運行。當(dāng)系統(tǒng)啟動時即自動調(diào)用并一直不斷地運行著； 被動等待并接受來自多個客戶的通信請求； 一般需要強(qiáng)大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持；,三、數(shù)據(jù)鏈路層,1、數(shù)據(jù)鏈路層的基

20、本概念 鏈路(link)： 一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點。是物理概念 數(shù)據(jù)鏈路(data link)： 實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議+鏈路 ，是邏輯概念 數(shù)據(jù)鏈路層類似數(shù)字管道： 在兩個對等的數(shù)據(jù)鏈路層之間的連線稱為數(shù)字管道，其上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀。,數(shù)據(jù)鏈路層的模型,主機(jī)A,主機(jī)B,結(jié)點A,結(jié)點,結(jié)點B,傳輸層協(xié)議,數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,數(shù)據(jù)虛通路,數(shù)據(jù)虛通路,數(shù)據(jù)實通路,數(shù)據(jù)實通路,數(shù)據(jù)鏈路/邏輯鏈路 = （物理）鏈路 + 通信規(guī)程,數(shù)據(jù)鏈路層提供的數(shù)字信道,物理層提供的無源點到點物理線路段,數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù), 基本服務(wù)： 將源結(jié)

21、點的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)较噜彽?目的結(jié)點的網(wǎng)絡(luò)層 三種服務(wù)： 1. 無確認(rèn)的無連接服務(wù)：目的結(jié)點不作確認(rèn)，差錯由上層負(fù)責(zé) 2. 有確認(rèn)的無連接服務(wù)：目的結(jié)點對收到的幀要作確認(rèn)，發(fā)送 結(jié)點可以知道已發(fā)出的幀是否安全到達(dá)目的結(jié)點；誤幀重傳 3. 面向連接服務(wù)：可靠地傳送數(shù)據(jù)的服務(wù)，即提供在網(wǎng)絡(luò)實體間 建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的功能 服務(wù)原語： 連接建立階段： DL-CONNECT.request, DL-CONNECT.indication, DL-CONNECT.response, DL-CONNECT.confirm 維持階段： DL-DATA.request, DL-DATA.indica

22、tion 釋放階段： DL-DISCONNECT.request, DL-DISCONNECT.indication,2、數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能 (1) 鏈路管理 (2) 幀定界 (3) 流量控制 (4) 差錯控制 (5) 將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開 (6) 透明傳輸 所謂透明傳輸就是不管所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是什么樣的比特組合，都應(yīng)當(dāng)能夠在鏈路上傳送。當(dāng)所傳數(shù)據(jù)中的比特組合恰巧出現(xiàn)了與某一個控制信息完全一樣時，必須有可靠的措施，使收方不會將這種比特組合的數(shù)據(jù)誤認(rèn)為是某種控制信息。只要能做到這點，使數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸就被稱為是透明的。 (7) 尋址,3、停止等待協(xié)議 完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸所基于的兩個假定： 假定

23、 1： 鏈路是理想的傳輸信道，所傳送的任何數(shù)據(jù)既不會出差錯也不會丟失。 假定 2： 不管發(fā)方以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，收方總是來得及收下，并及時上交主機(jī)。 這個假定就相當(dāng)于認(rèn)為：接收端向主機(jī)交付數(shù)據(jù)的速率永遠(yuǎn)不會低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。,（1）具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 保留第一個假定，即信道是無差錯的理想信道； 去掉第二個假定，由收方控制發(fā)方的數(shù)據(jù)流，這是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中流量控制的一個基本方法。 發(fā)送方： 1) 從主機(jī)取一個數(shù)據(jù)幀； 2) 將數(shù)據(jù)幀送到數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送緩存； 3) 將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去； 4) 等待； 5) 若收到由接收結(jié)點發(fā)過來的信息，則從主機(jī)取一個新的數(shù)據(jù)幀，然

24、后轉(zhuǎn)到(2)；,接收方： 1) 等待； 2) 若收到由發(fā)送結(jié)點發(fā)過來的數(shù)據(jù)幀，則將其放入數(shù)據(jù)鏈路層的接收緩存； 3) 將接收緩存中的數(shù)據(jù)幀上交主機(jī)； 4) 向發(fā)送結(jié)點發(fā)一信息，表示數(shù)據(jù)幀已經(jīng)上交給主機(jī)； 5) 轉(zhuǎn)到(1)；,（2）實現(xiàn)可靠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 發(fā)送方：超時、錯誤重傳 發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀時，就啟動一個超時計時器； 若到了超時計時器所設(shè)置的重傳時間 tout而仍收不到確認(rèn)幀，或收到否認(rèn)幀（幀CRC檢驗），則重傳前面所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。 一般重傳時間略大于“從發(fā)完數(shù)據(jù)幀到收到確認(rèn)幀所需的平均時間”。 接收方：解決重復(fù)幀問題 使每一個數(shù)據(jù)幀帶上不同的發(fā)送序號。每發(fā)送一個新的數(shù)據(jù)幀就把它的發(fā)送

25、序號加 1； 收到序號相同的數(shù)據(jù)幀，就表明出現(xiàn)了重復(fù)幀，應(yīng)丟棄； 但此時 還必須 發(fā)送確認(rèn)幀 ACK，因為發(fā)送方?jīng)]有收到上一次發(fā)過去的確認(rèn)幀 ACK。,幀的編號問題： 任何一個編號系統(tǒng)的序號所占用的比特數(shù)一定是有限的。因此，經(jīng)過一段時間后，發(fā)送序號就會重復(fù)； 對于停止等待協(xié)議，由于每發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀就停止等待，因此用一個比特來對幀編號即可。 數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送序號 N(S) 以 0 和 1 交替的方式出現(xiàn)在數(shù)據(jù)幀中； 每發(fā)一個新的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送序號就和上次發(fā)送的不一樣。用這樣的方法就可以使收方能夠區(qū)分開新的數(shù)據(jù)幀和重傳的數(shù)據(jù)幀了。,（3）停止等待協(xié)議算法 確認(rèn)幀帶有序號n。 按照習(xí)慣的表示法，ACKn

26、 表示“第n1號幀已經(jīng)收到，現(xiàn)在期望接收第 n 號幀”。 ACK1 表示“0 號幀已收到，現(xiàn)在期望接收的下一幀是 1 號幀”； ACK0 表示“1 號幀已收到，現(xiàn)在期望接收的下一幀是 0 號幀”。,發(fā)送方： (1) 從主機(jī)取一個數(shù)據(jù)幀(2) V(S)取0 發(fā)送狀態(tài)變量初始化 (3) 令N(S)等于V(S)； 將發(fā)送狀態(tài)變量的數(shù)值寫入發(fā)送序號 將數(shù)據(jù)幀送交發(fā)送緩沖區(qū)(4) 將發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去(5) 設(shè)置超時定時器 選擇適當(dāng)?shù)某瑫r時間t (6) 等待 等待以下三個事件中最先出現(xiàn)的一個 (7) 若收到確認(rèn)幀ACK，則 從主機(jī)取一個新的數(shù)據(jù)幀；令V(S)等于1-V(S)； 更新發(fā)送狀態(tài)變量

27、,變?yōu)橄乱粋€序號 轉(zhuǎn)到（3）(8) 若接收到否認(rèn)幀NAK，則轉(zhuǎn)到（4） 重發(fā)數(shù)據(jù)幀 (9) 若超時定時器時間到，則轉(zhuǎn)到（4） 重發(fā)數(shù)據(jù)幀,接收方： (1) V(R)取0 接收狀態(tài)變量初始化，其數(shù)值等于欲接收的數(shù)據(jù)幀的發(fā)序號 (2) 等待(3) 當(dāng)收到一個數(shù)據(jù)幀，就檢查有無傳輸差錯產(chǎn)生（如用CRC）。若檢查結(jié)果正確無誤，則執(zhí)行后續(xù)算法；否則轉(zhuǎn)到(8)(4) 若N(S)等于V(R),則執(zhí)行后續(xù)算法； 否則轉(zhuǎn)到(7)(5) 將收到的數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)部分送交主機(jī)(6) 令V(R)等于1-V(R) 更新接收狀態(tài)變量，準(zhǔn)備接收下一個 數(shù)據(jù)幀 (7) 發(fā)送確認(rèn)幀ACK，并轉(zhuǎn)到（2）(8) 發(fā)送否認(rèn)幀NAK，并

28、轉(zhuǎn)到（2）,要點： 發(fā)送方只有收到序號正確的確認(rèn)幀 ACKn 后，才更新發(fā)送狀態(tài)變量 V(S)一次，并發(fā)送新的數(shù)據(jù)幀。 接收方接收到數(shù)據(jù)幀時，就要將發(fā)送序號 N(S) 與本地的接收狀態(tài)變量 V(R) 相比較。 若二者相等就表明是新的數(shù)據(jù)幀，就收下，并發(fā)送確認(rèn)； 否則為重復(fù)幀，就必須丟棄。但這時仍須向發(fā)送端發(fā)送確認(rèn)幀 ACKn，而接收狀態(tài)變量 V(R) 和確認(rèn)序號 n 都不變； 連續(xù)出現(xiàn)相同發(fā)送序號的數(shù)據(jù)幀，表明發(fā)送端進(jìn)行了超時重傳。連續(xù)出現(xiàn)相同序號的確認(rèn)幀，表明接收端收到了重復(fù)幀。 發(fā)送端在發(fā)送完數(shù)據(jù)幀時，必須在其發(fā)送緩存中暫時保留這個數(shù)據(jù)幀的副本。這樣才能在出差錯時進(jìn)行重傳。只有確認(rèn)對方已經(jīng)

29、收到這個數(shù)據(jù)幀時，才可以清除這個副本。 實用的 CRC 檢驗器由硬件完成；CRC 檢驗器能夠自動丟棄檢測到的出錯幀。因此所謂的“丟棄出錯幀”，對上層軟件或用戶來說都是透明的。 發(fā)送端對出錯的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行重傳是自動進(jìn)行的，因而這種差錯控制體制常簡稱為 ARQ (Automatic Repeat reQuest)，直譯是自動重發(fā)請求，但意思是自動請求重發(fā)。,（4）停止等待協(xié)議的定量分析 設(shè) tf 是一個數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時間，且數(shù)據(jù)幀的長度是固定不變的。顯然，數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時間 tf 是數(shù)據(jù)幀的長度 lf (bit)與數(shù)據(jù)的發(fā)送速率 C (bit/s)之比，即 tf = lf /C = lf /C (s)

30、發(fā)送時間 tf 也就是數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時延； 數(shù)據(jù)幀沿鏈路傳到結(jié)點B還要經(jīng)歷一個傳播時延 tp； 接收方 收到數(shù)據(jù)幀要花費時間進(jìn)行處理，稱為處理時間 tpr； 發(fā)送確認(rèn)幀 ACK 的發(fā)送時間為 ta。,A,B,DATA,DATA,ACK,傳播時延 tp,處理時間 tpr,確認(rèn)幀發(fā)送時間 ta,傳播時延 tp,處理時間 tpr,時間,兩個成功發(fā)送的 數(shù)據(jù)幀之間的 最小時間間隔,數(shù)據(jù)幀的 發(fā)送時間,tf,設(shè)置的 重傳時間,tout,重傳時間的設(shè)定,重傳時間的作用是：數(shù)據(jù)幀發(fā)送完畢后若經(jīng)過了這樣長的時間還沒有收到確認(rèn)幀，就重傳這個數(shù)據(jù)幀。 為方便起見，設(shè)重傳時間為 tout = tp + tpr+ ta

31、 + tp + tpr 設(shè)上式右端的處理時間 tpr 和確認(rèn)幀的發(fā)送時間 ta 都遠(yuǎn)小于傳播時延 tp，因此可將重傳時間取為兩倍的傳播時延，即 tout = 2tp,兩個發(fā)送成功的數(shù)據(jù)幀之間的最小時間間隔是 tT = tf + tout = tf + 2tp 設(shè)數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)差錯(包括幀丟失)的概率為 p，但假設(shè)確認(rèn)幀不會出現(xiàn)差錯。 設(shè)正確傳送一個數(shù)據(jù)幀所需的平均時間 tav tav = tT ( 1 + 一個幀的平均重傳次數(shù)) 一幀的平均重傳次數(shù) = 1 P重傳次數(shù)為 1 + 2 P重傳次數(shù)為 2 + 3 P重傳次數(shù)為 3 + = 1 P第 1 次發(fā)送出錯 P第 2 次發(fā)送成功 + 2 P第 1

32、, 2 次發(fā)送出錯 P第 3 次發(fā)送成功 + 3 P第 1, 2, 3 次發(fā)送出錯 P第 4 次發(fā)送成功 + = p(1 p) + 2p2(1 p) + 3p3(1 p) + 這里 PX 是出現(xiàn)事件 X 的概率。,得出正確傳送一個數(shù)據(jù)幀所需的平均時間： tav=tT+(1-p)iipitT=tT/(1-p) 當(dāng)傳輸差錯率增大時，tav 也隨之增大。當(dāng)無差錯時，p = 0, tav = tT； 每秒成功發(fā)送的最大幀數(shù)就是鏈路的最大吞吐量 max，顯然， max = 1/tav = (1 p) / tT,（5）停止等待協(xié)議的優(yōu)缺點 優(yōu)點：簡單 ； 缺點：通信信道的利用率不高，也就是說，信道還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒

33、有被數(shù)據(jù)比特填滿； 為了克服這一缺點，就產(chǎn)生了另外兩種協(xié)議，即連續(xù) ARQ 和選擇重傳 ARQ；,4、連續(xù)ARQ協(xié)議 （1） 工作原理 在發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后，不是停下來等待確認(rèn)幀，而是連續(xù)再發(fā)送若干個數(shù)據(jù)幀； 如果這時收到了接收端發(fā)來的確認(rèn)幀，那么還可以接著發(fā)送數(shù)據(jù)幀； 由于減少了等待時間，整個通信的吞吐量就提高了；,ACK1 確認(rèn) DATA0,ACK2 確認(rèn) DATA1,DATA2 出錯，丟棄,DATA3 不按序，丟棄，重傳 ACK2,DATA4 不按序，丟棄，重傳 ACK2,DATA5 不按序，丟棄，重傳 ACK2,ACK3 確認(rèn) DATA2,ACK4 確認(rèn) DATA3,超 時 重 傳 時

34、 間,A,B,tout,送交主機(jī),送交主機(jī),?,（2）要點 接收端只按序接收數(shù)據(jù)幀：如：在有差錯的 2號幀之后收到正確的 3 個數(shù)據(jù)幀，接收端也將這些幀丟棄，并重復(fù)發(fā)送已發(fā)送過的最后一個確認(rèn)幀（防止確認(rèn)幀丟失）。 ACK1 表示確認(rèn) 0 號幀 DATA0，并期望收到 1 號幀；ACK2 表示確認(rèn) 1 號幀 DATA1，并期望收到 2 號幀，等等； 結(jié)點 A 在每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀時都要設(shè)置該幀的超時計時器， 在超時時間內(nèi)收到確認(rèn)幀，將超時計時器清零； 若在超時時間內(nèi)未收到確認(rèn)幀，就要重傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀（仍需重新設(shè)置超時計時器）。 例如：在等不到 2 號幀的確認(rèn)而重傳 2 號數(shù)據(jù)幀時，雖然已經(jīng)發(fā)完了

35、 5 號幀，但仍將 2號幀及其以后的各幀全部進(jìn)行重傳。連續(xù) ARQ 又稱為Go-back-N ARQ，意思是當(dāng)出現(xiàn)差錯必須重傳時，要回走 N 個幀，然后再開始重傳。,（3）滑動窗口 發(fā)送端和接收端分別設(shè)定發(fā)送窗口和接收窗口 。 發(fā)送窗口用來對發(fā)送端進(jìn)行流量控制。 發(fā)送窗口的大小 WT 代表在還沒有收到對方確認(rèn)信息的情況下發(fā)送端最多可以發(fā)送多少個數(shù)據(jù)幀。,接收端設(shè)置接收窗口 為了控制哪些數(shù)據(jù)幀可以接收而哪些幀不可以接收，在接收端只有當(dāng)收到的數(shù)據(jù)幀的發(fā)送序號落入接收窗口內(nèi)才允許將該數(shù)據(jù)幀收下； 若接收到的數(shù)據(jù)幀落在接收窗口之外，則一律將其丟棄； 在連續(xù) ARQ 協(xié)議中，接收窗口的大小 WR = 1

36、。 只有當(dāng)收到的幀的序號與接收窗口一致時才能接收該幀。否則，就丟棄它。 每收到一個序號正確的幀，接收窗口就向前（即向右方）滑動一個幀的位置。同時發(fā)送對該幀的確認(rèn)。,不允許接收這些幀,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,WR,準(zhǔn)備接收 0 號幀,(a),滑動窗口的重要特性 只有在接收窗口向前滑動時（與此同時也發(fā)送了確認(rèn)），發(fā)送窗口才有可能向前滑動； 收發(fā)兩端的窗口按照以上規(guī)律不斷地向前滑動，因此這種協(xié)議又稱為滑動窗口協(xié)議； 當(dāng)發(fā)送窗口和接收窗口的大小都等于 1時，就是停止等待協(xié)議； 當(dāng)用 n 個比特進(jìn)行編號時，若接收窗口的大小為 1，則只有在發(fā)送窗口的大小 WT 2n 1時，連續(xù) ARQ

37、 協(xié)議才能正確運行。例如，當(dāng)采用 3 bit 編碼時，發(fā)送窗口的最大值是 7 而不是 8。,信道利用率,由于每個數(shù)據(jù)幀都必須包括一定的控制信息(如幀的序號、地址、同步信息以及其他的一些控制信息)，所以即使連續(xù)不停地發(fā)送數(shù)據(jù)幀，信道利用率(即扣除全部的控制信息后的數(shù)據(jù)率與信道容量之比)也不可能達(dá)到 100 %； 當(dāng)出現(xiàn)差錯時(這是不可避免的)，數(shù)據(jù)幀的不斷重傳將進(jìn)一步使信道利用率降低； 若數(shù)據(jù)幀的幀長取得很短，那么控制信息在每一幀中所占的比例就增大，因而額外開銷增大，這就導(dǎo)致信道利用率的下降； 若幀長取得太長，則數(shù)據(jù)幀在傳輸過程中出錯的概率就增大，重傳次數(shù)將增大，也會使信道利用率下降； 由此可見

38、，存在一個最佳幀長，在此幀長下信道的利用率最高。,5、選擇重傳 ARQ 協(xié)議 為了進(jìn)一步提高信道的利用率，可以設(shè)法只重傳出現(xiàn)差錯的數(shù)據(jù)幀或者是定時器超時的數(shù)據(jù)幀。此時必須加大接收窗口，以便先收下發(fā)送序號不連續(xù)但仍處在接收窗口中的那些數(shù)據(jù)幀。等到所缺序號的數(shù)據(jù)幀收到之后再一并送交主機(jī)。這就是選擇重傳ARQ協(xié)議 選擇重傳 ARQ 協(xié)議可避免重復(fù)傳送那些本來已經(jīng)正確到達(dá)接收端的數(shù)據(jù)幀； 但我們付出的代價是在接收端要設(shè)置具有相當(dāng)容量的緩存空間； 對于選擇重傳 ARQ 協(xié)議，若用 n 比特進(jìn)行編號，則接收窗口的最大值受下式的約束 WR 2n/2,6、 面向比特的鏈路控制協(xié)議 HDLC,HDLC產(chǎn)生的背景

39、：1面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的缺點： 報文格式不一樣； 傳輸透明性不好； 等待發(fā)送方式，傳輸效率低。2面向比特型協(xié)議的設(shè)計目標(biāo)： 以比特作為傳輸控制信息的基本單元； 數(shù)據(jù)幀與控制幀格式相同； 傳輸透明性好； 連續(xù)發(fā)送，傳輸效率高。,（1）HDLC 協(xié)議概述,1974年，IBM 公司推出了面向比特的規(guī)程SDLC (Synchronous Data Link Control)。 隨后， ISO 把 SDLC 修改后稱為 HDLC (High-level Data Link Control)，譯為高級數(shù)據(jù)鏈路控制，作為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 3309。 CCITT 則將 HDLC 再修改后稱為鏈路接入規(guī)程

40、LAP (Link Access Procedure)。不久，HDLC 的新版本又把 LAP 修改為 LAPB，“B”表示平衡型(Balanced)，所以 LAPB 叫做鏈路接入規(guī)程(平衡型)。,站的類型 （1）主站（Primary Station）：指負(fù)責(zé)控制鏈路運行的站。它發(fā)出命令幀，接收響應(yīng)幀。 （2）次站（Secondary Station）：在主站控制下運行，配合主站參與控制的站。它接收主站發(fā)來的命令幀，向主站發(fā)回響應(yīng)幀。 （3）復(fù)合站（Combined Station）：兼有主站與次站的功能?？梢园l(fā)出命令幀，也可以接收命令幀；既可接收響應(yīng)幀又可以發(fā)出響應(yīng)幀，對鏈路實行控制。,鏈路的

41、結(jié)構(gòu) HDLC有三種鏈路結(jié)構(gòu)形式： （a）為非平衡配置的點-點式鏈路結(jié)構(gòu)； （b）為非平衡配置的點-多點式結(jié)構(gòu)，一個主站，多個次站； （c）為平衡配置點-點式結(jié)構(gòu)，兩端都是復(fù)合站，左右平衡。,主站,次站,命令,響應(yīng),（a）,命令,響應(yīng),（b）,復(fù)合站,命令,響應(yīng),（c）,主站,次站,次站,復(fù)合站,（2） HDLC 的幀結(jié)構(gòu),1）標(biāo)志字段 F (Flag) ： 6 個連續(xù) 1 加上兩邊各一個 0 共 8 bit。在接收端只要找到標(biāo)志字段就可確定一個幀的位置。,比特,8,8,8,可變,16,8,信息 Info,標(biāo)志 F,標(biāo)志 F,地址 A,控制 C,幀檢驗序列 FCS,透明傳輸區(qū)間,FCS 檢驗區(qū)

42、間,零比特填充法,HDLC 采用零比特填充法使一幀中兩個 F 字段之間不會出現(xiàn) 6 個連續(xù) 1。 在發(fā)送端，當(dāng)一串比特流數(shù)據(jù)中有 5 個連續(xù) 1 時，就立即填入一個 0。 在接收幀時，先找到 F 字段以確定幀的邊界。接著再對比特流進(jìn)行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn) 5 個連續(xù) 1 時，就將其后的一個 0 刪除，以還原成原來的比特流。,數(shù)據(jù)中某一段比特組合恰好 出現(xiàn)和 F 字段一樣的情況,0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0,會被誤認(rèn)為是 F 字段,透明傳輸,采用零比特填充法就可傳送任意組合的比特流，或者說，就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的透明傳輸。 當(dāng)連續(xù)傳輸兩個幀時，前一個幀的結(jié)束標(biāo)志字段

43、 F 可以兼作后一幀的起始標(biāo)志字段。 當(dāng)暫時沒有信息傳送時，可以連續(xù)發(fā)送標(biāo)志字段，使收端可以一直和發(fā)端保持同步。,2） 地址段（A） 對于命令幀，（A）段應(yīng)當(dāng)填寫接收該命令幀的次站或者復(fù)合站的地址； 對于響應(yīng)幀，（A）段應(yīng)當(dāng)填寫發(fā)送該響應(yīng)幀的次站或者復(fù)合站地址； 當(dāng)多個次站共用同一地址標(biāo)識，這同一地址被稱為組地址； 若主站發(fā)出幀的（A）段填寫了全1，則稱為廣播地址，主站用廣播地址發(fā)送的幀將被鏈路上所有的次站接收。 HDLC協(xié)議規(guī)定還可以使用擴(kuò)展地址：當(dāng)一個8位地址的最低位為1時，表示整個地址段結(jié)束，當(dāng)8位地址的最低位為0時，表示地址段未完待續(xù)。 3）控制段（C）：是各段中最復(fù)雜的一段。HDLC

44、協(xié)議的命令、響應(yīng)及其它重要功能都是依靠（C）控制段實現(xiàn)的。通常（C）段為8位，在需要時可擴(kuò)展為16位。,4 ）信息段（I）：僅在信息幀及某些無編號幀出現(xiàn)。該段可包含任意長度的比特序列，HDLC協(xié)議未對長度作規(guī)定，但一般某種具體實現(xiàn)都會把長度限定在一個最大值之下。（I）段位數(shù)必須為8位的整數(shù)倍。 5 ）幀校驗序列（FCS）：為幀提供了除首尾標(biāo)志之外的全幀比特的CRC-16校驗。生成多項式為 G（x）=x16+x12+x5+1 在幀長度很長，對可靠性要求較高的場合，應(yīng)選用CRC-32檢驗碼。,（3） HDLC 的幀結(jié)構(gòu) 1）幀的分類,2）信息幀：當(dāng)控制段（C）b1位為0時，對應(yīng)的幀為信息幀 信息段

45、（I）中放著用戶數(shù)據(jù) 控制段N（S）（b2b3b4）表示該信息幀的序號 N（R）（b6b7b8）表示期待接收的下一幀的序號。控制段設(shè)置N（R），使得信息幀可兼作對所接收數(shù)據(jù)的響應(yīng)，有利于全雙工通信 信息幀控制段P/F（b5）位稱為探詢/結(jié)束位。在正常響應(yīng)方式，主站發(fā)出命令幀中若P=1，則表示主站用探詢命令要求次站發(fā)送數(shù)據(jù)，次站則用信息幀作為響應(yīng)幀，當(dāng)信息幀有好幾個時，前面幾個的F=0，而最后一個響應(yīng)幀的F=1以表示幀結(jié)束。,3）監(jiān)督幀（S幀）：當(dāng)控制段（C）b1b2=10時，其對應(yīng)的幀稱為監(jiān)督幀 監(jiān)督幀沒有信息段（I），只用來進(jìn)行流控制及差錯控制； 監(jiān)督幀共有4種，由S= b3b4位的取值決定

46、：,監(jiān)督幀也可以作為命令幀使用，這時要由P/F位配合 RR幀（REJ，SREJ）的P/F位置1，表示主站探詢次站，允許次站發(fā)送數(shù)據(jù)； 主站（復(fù)合站）可以用RNR幀令P/F=1來要求次站（復(fù)合站）處于接收狀態(tài)。如果該站可以接收信息幀，則用RR幀P/F=1作為響應(yīng)；如果該站很忙，無法接收信息幀，則用RNR幀的P/F=1響應(yīng)。,4）無編號幀（U幀）：b1b2=11，對應(yīng)的幀稱為無編號幀。無編號幀的控制段（C）中不帶N（S），N（R）這樣的編號。U幀中M=b3b4b6b7b8，不同取值可得到32種幀，其中20種已經(jīng)作了定義，可以分為以下四類： 模式設(shè)定命令與響應(yīng) 信息傳送命令與響應(yīng) 恢復(fù)命令與響應(yīng) 其

47、它命令與響應(yīng),7、 因特網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 點對點協(xié)議 PPP（1）PPP 協(xié)議的工作原理,現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點對點協(xié)議 PPP (Point-to-Point Protocol)。 用戶使用撥號電話線接入因特網(wǎng)時，一般都是使用 PPP 協(xié)議。,用戶撥號入網(wǎng)的示意圖,路由器,調(diào)制解調(diào)器,調(diào)制解調(diào)器,因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP),用戶家庭,撥號電話線,使用 TCP/IP 的 PPP 連接,路由選擇 進(jìn)程,至 因 特 網(wǎng),PC 機(jī),1992 年制訂了 PPP 協(xié)議。經(jīng)過 1993 年和 1994 年的修訂，現(xiàn)在的 PPP 協(xié)議已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)RFC 1661。 PPP協(xié)議

48、有三個組成部分 類似HDLC成幀，一個將 IP 數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法。 鏈路控制協(xié)議 LCP (Link Control Protocol)。 網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 NCP (Network Control Protocol)。,PPP 的幀格式和 HDLC 的相似。 標(biāo)志字段 F 仍為 0 x7E （符號“0 x”表示后面的字符是用十六進(jìn)制表示。十六進(jìn)制的 7E 的二進(jìn)制表示是 01111110）。 地址字段 A 只置為 0 xFF。地址字段實際上并不起作用。 控制字段 C 通常置為 0 x03。 PPP 是面向字節(jié)的，所有的 PPP 幀的長度都是整數(shù)字節(jié)。,（2）PPP 協(xié)議的幀格式,PPP

49、 協(xié)議的幀格式,PPP 有一個 2 個字節(jié)的協(xié)議字段。 當(dāng)協(xié)議字段為 0 x0021 時，PPP 幀的信息字段就是IP 數(shù)據(jù)報。 若為 0 xC021, 則信息字段是 PPP 鏈路控制數(shù)據(jù)。 若為 0 x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。,IP 數(shù)據(jù)報,1,2,1,1,字節(jié),1,2,不超過 1500 字節(jié),PPP 幀,先發(fā)送,7E,FF,03,F,A,C,FCS,F,7E,協(xié)議,信 息 部 分,首部,尾部,當(dāng) PPP 用在同步傳輸鏈路時，協(xié)議規(guī)定采用硬件來完成比特填充（和 HDLC 的做法一樣）。 當(dāng) PPP 用在異步傳輸時，就使用一種特殊的字符填充法： 將信息字段中出現(xiàn)的每一個 0 x7E

50、字節(jié)轉(zhuǎn)變成為 2 字節(jié)序列(0 x7D, 0 x5E)。 若信息字段中出現(xiàn)一個 0 x7D 的字節(jié), 則將其轉(zhuǎn)變成為 2 字節(jié)序列(0 x7D, 0 x5D)。 若信息字段中出現(xiàn) ASCII 碼的控制字符（即數(shù)值小于 0 x20 的字符），則在該字符前面要加入一個 0 x7D 字節(jié)，同時將該字符的編碼加以改變。,（3）透明傳輸問題,PPP 協(xié)議之所以不使用序號和確認(rèn)機(jī)制是出于以下的考慮： 在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯的概率不大時，使用比較簡單的 PPP 協(xié)議較為合理。 在因特網(wǎng)環(huán)境下，PPP 的信息字段放入的數(shù)據(jù)是 IP 數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸并不能夠保證網(wǎng)絡(luò)層的傳輸也是可靠的。 幀檢驗序列 F

51、CS 字段可保證無差錯接受。,（4）不提供使用序號和確認(rèn)的可靠傳輸機(jī)制,當(dāng)用戶撥號接入 ISP 時，路由器的調(diào)制解調(diào)器對撥號做出確認(rèn)，并建立一條物理連接。 PC 機(jī)向路由器發(fā)送一系列的 LCP 分組（封裝成多個 PPP 幀）。 這些分組及其響應(yīng)選擇一些 PPP 參數(shù)，和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層配置，NCP 給新接入的 PC機(jī)分配一個臨時的 IP 地址，使 PC 機(jī)成為因特網(wǎng)上的一個主機(jī)。 通信完畢時，NCP 釋放網(wǎng)絡(luò)層連接，收回原來分配出去的 IP 地址。接著，LCP 釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接。最后釋放的是物理層的連接。,（5）PPP 協(xié)議的工作狀態(tài),PPP 協(xié)議的狀態(tài)圖,建立,失敗,失敗,NCP 配置,鑒別成功

52、,通信 結(jié)束,載波 停止,檢測到 載波,雙方協(xié)商 一些選項,鑒別,網(wǎng)絡(luò),打開,終止,靜止,四、網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層的功能主要包括： 實現(xiàn)報文與報文分組的交換 支持不同網(wǎng)絡(luò)的互連并向傳輸層提供透明的數(shù)據(jù)傳輸 在一個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，兩個要通信的端點間有多種可能的連結(jié)，網(wǎng)絡(luò)層通過路徑選擇找到合適的網(wǎng)絡(luò)連結(jié)，并采用虛電路或數(shù)據(jù)報方式實現(xiàn)報文分組的傳送。,1、路由器在網(wǎng)際互連中的作用,（1） 路由器的構(gòu)成 當(dāng)主機(jī) A 要向另一個主機(jī) B 發(fā)送數(shù)據(jù)報時，先要檢查目的主機(jī) B 是否與源主機(jī) A 連接在同一個網(wǎng)絡(luò)上。 如果是，就將數(shù)據(jù)報直接交付給目的主機(jī) B 而不需要通過路由器。 但如果目的主機(jī)與源主機(jī) A 不是連接

53、在同一個網(wǎng)絡(luò)上，則應(yīng)將數(shù)據(jù)報發(fā)送給本網(wǎng)絡(luò)上的某個路由器，由該路由器按照轉(zhuǎn)發(fā)表指出的路由將數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)給下一個路由器。這就叫作間接交付。,直接交付和間接交付,間接交付,間接交付,間接交付,A,B,C,直接交付,直接交付,直接交付不需要使用路由器 但間接交付就必須使用路由器,典型的路由器的結(jié)構(gòu),路由 選擇,路由選擇處理機(jī),路由選擇協(xié)議,路由表,3,輸入端口,3,交換結(jié)構(gòu),輸入端口,輸出端口,分組 轉(zhuǎn)發(fā),轉(zhuǎn)發(fā)表,分組處理,輸出端口,1,1,1,3,3,1,2,2,2,2,3網(wǎng)絡(luò)層 2數(shù)據(jù)鏈路層 1物理層,“轉(zhuǎn)發(fā)”和“路由選擇”的區(qū)別,“轉(zhuǎn)發(fā)”(forwarding)就是路由器根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表將用戶的 IP

54、數(shù)據(jù)報從合適的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。 “路由選擇”(routing)則是按照分布式算法，根據(jù)從各相鄰路由器得到的關(guān)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓闆r，動態(tài)地改變所選擇的路由。 路由表是根據(jù)路由選擇算法得出的。而轉(zhuǎn)發(fā)表是從路由表得出的。 在討論路由選擇的原理時，往往不去區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)表和路由表的區(qū)別，,輸入端口對線路上收到的分組的處理,數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢臀膊亢螅瑢⒎纸M送到網(wǎng)絡(luò)層的隊列中排隊等待處理。這會產(chǎn)生一定的時延。,物理層處理,數(shù)據(jù)鏈路層 處理,網(wǎng)絡(luò)層處理 分組排隊,交 換 結(jié) 構(gòu),輸入端口的處理,從 線 路 接 收 分 組,查表和轉(zhuǎn)發(fā),輸出端口將交換結(jié)構(gòu)傳送來的分組發(fā)送到線路,把交換結(jié)構(gòu)傳送過來的分組先進(jìn)行緩存。

55、數(shù)據(jù)鏈路層處理模塊將分組加上鏈路層的首部和尾部，交給物理層后發(fā)送到外部線路。,物理層處理,數(shù)據(jù)鏈路層 處理,網(wǎng)絡(luò)層處理 分組排隊,輸出端口的處理,向 線 路 發(fā) 送 分 組,緩存管理,交 換 結(jié) 構(gòu),分組丟棄,若路由器處理分組的速率趕不上分組進(jìn)入隊列的速率，則隊列的存儲空間最終必定減少到零，這就使后面再進(jìn)入隊列的分組由于沒有存儲空間而只能被丟棄。 路由器中的輸入或輸出隊列產(chǎn)生溢出是造成分組丟失的重要原因。,（2）交換結(jié)構(gòu),I1,I3,I2,I1,I3,I2,O1,O3,(a) 通過存儲器,(c) 通過互連網(wǎng)絡(luò),(b) 通過總線,互連網(wǎng)絡(luò),（2）交換結(jié)構(gòu),互連在一起的網(wǎng)絡(luò)要進(jìn)行通信，會遇到許多問

56、題需要解決，如： 不同的尋址方案 不同的最大分組長度 不同的網(wǎng)絡(luò)接入機(jī)制 不同的超時控制 不同的差錯恢復(fù)方法 不同的狀態(tài)報告方法 不同的路由選擇技術(shù) 不同的用戶接入控制 不同的服務(wù)（面向連接服務(wù)和無連接服務(wù)） 不同的管理與控制方式,中間設(shè)備又稱為中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng)。 物理層中繼系統(tǒng)：轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)。 數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋或橋接器(bridge)。 網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)：路由器(router)。 網(wǎng)橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。 網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)(gateway)。,網(wǎng)絡(luò)互相連接起來要使用一些中間設(shè)備,當(dāng)中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋時，一般并不稱之為網(wǎng)絡(luò)互連，因為這僅僅是把一個網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了，而這仍然是一個網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)關(guān)由于比較復(fù)雜，目前使用得較少。 互聯(lián)網(wǎng)都是指用路由器進(jìn)行互連的網(wǎng)絡(luò)。 由于歷史的原因，許多有關(guān) TCP/IP 的文獻(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)層使用的路由器稱為網(wǎng)關(guān)。為區(qū)別起見，稱做IP網(wǎng)關(guān)。,網(wǎng)絡(luò)互連使用路由器,互連網(wǎng)絡(luò)與虛擬互連網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò),(a) 互連網(wǎng)絡(luò),(b) 虛擬互連網(wǎng)絡(luò),路由器,虛擬互連網(wǎng)絡(luò) （IP 網(wǎng)）,虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的意義,所謂虛擬互連網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互連網(wǎng)絡(luò)，它的意思就是互連起來的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本來是客觀存在的，但是我們利用 IP 協(xié)議就可以使