07年4月“計算機網絡技術”串講資料三 -自考串講筆記

　　第三章　計算機網絡體系結構及協議

　　1、網絡協議：為進行計算機網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定的集合，協議總是指某一層的協議。準確地說，它是對同等層實體之間的通信制定的有關通信規則或約定的結合。

　　2、網絡協議包括三個要素：語義：涉及用于協調與差錯處理的控制信息；語法：涉及數據及可控制信息格式、編碼及信號電平等、定時：涉及速度匹配及排序等。

　　3、網絡的體系結構的劃分所用的方法是分層劃分，要遵循以下原則：每層的功能要明確并且相互獨立、層間接口必須要清晰，跨越的信息量盡可能地少、層數適中。層次結構一般以垂直分層模型表示。

　　4、網絡的體系結構的特點是：1、以功能作為劃分層次的基礎、2、第N層實體在實現自身定義的功能時，只能使用第N-1層提供的服務；3、N層向N-1層提供服務時，此服務不僅包含N層本身的功能，還包含由下層服務提供的功能；4、僅在相鄰層之間有接口，而且所提供的服務的具體實現細節對上層完全屏蔽。

　　5、OSI模型（開放系統互連模型）包括了體系結構、服務定義和協議規范三級抽象。

　　6、OSI模型的七個模型：①物理層：作用是使原始數據比特流能在物理媒體上傳輸；②數據鏈路層：通過校驗、確認和反饋重發等手段，將不可靠的物理鏈路改造成對網絡層來說無差錯的數據鏈路，并進行流量控制；③網絡層：為運輸層實體提供端到端的交換網絡數據傳輸功能，并進行路由選擇、擁擠控制和網際互連等；④運輸層：第一個端-端的層次，為會話層提供透明的、可靠的數據傳輸服務，并處理端到端的差錯控制和流量控制問題；⑤會話層：組織和同步不同主機上的各種進程間的通信。；⑥表示層：為應用層用戶提供共同的數據或信息的語法表示變換，如代碼轉換、格式轉換、數據壓縮和加密解密等；⑦應用層：開放系統互連環境的最高層，為OSI應用進程提供服務，不同的應用層為特定類型的網絡的應用提供訪問OSI環境的手段。

　　7、發送進程發送給接收進程中的數據，實際上是經過發送方各層從上到下傳送到物理媒體，通過物理媒體傳輸到接收方后，再經過從下到上各層的傳遞，最后到達接收進程。

　　8、物理層的傳輸單位是比特，它是指在物理媒體之上為數據鏈路層提供一個原始比特流的物理連接，它不是指具體的物理設備，也不是指信號傳輸的物理媒體，物理層的作用是確保比特流能在物理信道上傳輸。

　　9、物理層協議規定了與建立、維持及斷開物理信道所需的機械的、電氣的、功能的和規程的特性。它直接面向實際承擔數據傳輸的物理介質，物理層的傳輸單位是比特。比特流傳輸可以采用異步傳輸，也可采用同步傳輸。

　　10、DTE（數據終端設備）和DCE（數據通信設備）接口的各根導線的電氣連接方式有非平衡方式、采用差動接收器的非平衡方式和平衡方式三種。

　　11、接口信號線按功能可分為：數據信號線、控制信號線、定時信號線、接地信號線。

　　12、EIA RS-232C是由美國電子工業協會EIA在1969年頒布的一種目前使用最廣泛的串行物理接口標準，它利用公用電話網作為傳輸媒體，并通過調制解調器將遠程設備連接起來。以下為四種特性：機械特性：25芯的標準連接器；電氣特性：規定“1”的電平為-15至-5伏，“0”為+5至+15；功能特性：定義了25芯標準連接中的20根信號線；規程特性：規定工作過程是在各個控制信號線有序的ON和OFF狀態的配合下進行的。

　　13、RS-449、RS-422、RS-423是保持與RS-232C的兼容性的前提下的改進。RS-449：使用了37芯和9芯的連接器，9芯用于輔信道的信號；RS-422：完全采用獨立的雙線平衡傳輸，信號電平的定義為±6伏（±2伏為過渡區域，平衡方式的電氣標準）；RS-423：是非平衡電氣標準，它采用單端發送器和差動接收器，電平為±6伏（±4伏為過渡區域）。

　　14、100系列接口標準：傳輸速率為200bps-9600bps時，采用25芯標準連接器，采用V.28建議；傳輸速率為48Kbps時，采用34芯連接器，控制信號使用V.28建議，數據線與定時線采用V.35建議。200系列接口標準：采用25芯標準連接器，電氣特性采用V.28建議。

　　15、X.21建議是于1976年制定的DTE如何與數字化的DCE交換信號的數字接口標準。機械特性：采用15芯標準連接器，定義了八條接口線；電氣特性：類似于RS-422的平衡接口；功能特性：按同步傳輸的全雙工或半雙工方式運行。

　　16、數據鏈路層最基本的服務是將源機網絡層來的數據可靠地傳輸到相鄰節點的目標機網絡層。數據鏈路層以幀為傳送單位。

　　1）幀同步問題就是能從比特流中區分出幀的起始和終止。

　　常用的幀同步方法是：字節計數法、字符填充法（使用字符填充的首尾定界符法）、比特填充法（使用比特填充的首尾標志法）和違法編碼法。①字節計數法：以一個特殊字符表征幀的開始，并一個專門的字段標明幀內的字節數；②比特填充法：以一組比特模式（如011111110）來定界幀的起始于終止；③字符填充法：用一些特定的字符來定界；④違法編碼法：例如曼徹斯特碼，“高-高”“低-低”是違法的，借用其序列來定界幀的起始和終止，它只適用于采用冗余編碼的特殊編碼環境。目前較普遍使用的幀同步方法是比特填充法和違法編碼法。

　　2）常見的差錯控制方法有反饋檢測法和自動重發請求。

　　反饋檢測法無須使用任何特殊代碼的差錯檢測法，數據傳輸時，接收方將收到的數據重新發回發送方，由發送包檢查是否對，優點：原理簡單、實現容易、可靠性好，缺點：信道利用率低。用于面向字符的異步傳輸；自動重發請求是指接收方根據檢錯碼對數據幀進行差錯控制，若發現錯誤，返回請求重發的應答讓發送方重新傳送該幀；空閑重發請求也稱停等法，該方案規定發送方每發送一幀就要停下來等待接收方確認返回，僅當接收方確認正確接收后再繼續發送下一幀。這種方案的收發雙方都要設置一個幀的緩沖存貯空間，可有效實現重發而且不會出現重份；連續重發請求是指發送方可以連續發送一系列的幀，既不用等前一幀被確認就可發送下一幀，這種方法傳輸效率高，但增大了緩沖存貯空間；Go-Back-N的原理有兩種含義：1、接收方檢測出失序的信息幀后，要求發送方重發最后一個正確接收的信息幀之后所有未被確認的幀；2、當發送方發送了幾個幀后，若發現該N幀的前幾幀在計時器超時后仍未返回其確認信息，則該幀及其后的幀被判定出錯，就要重發；選擇重發策略：出錯的幀之后的幀可接收下來，存放在緩沖區中，同時要求發送方重新發送出錯的那一幀，這種策略減少了浪費，但要求有足夠大的緩沖空間。

　　流量控制是對發送方數據流量的控制，使其發送速率不致超過接收方所能承受的能力，流量控制并不是數據鏈路層所特有的功能，許多高層協議中也提供流量控制的功能。

　　常見的流量控制方案有：XON/XOFF方案和窗口機制。

　　①XON/XOFF方案使用一對控制字符來實現流量控制，當接收方過載時，可向發送方發送字符XOFF（DC3）暫停，待接收方處理完數據后，再向發送方發送字符XON（DC1），使之恢復發送數據；②窗口機制：其本質是在收到一個確定幀之前，對發送方可發送幀的數目加以限制，這是由發送方調整保留在重發表中的待確認幀來實現的，如接收方來不及處理，則接收方停止發送確認信息，發送表的重發表就增長，當達到重發表的限度時，發送方就不再發送新幀直到收到確認信息為止。

　　發送窗口和接收窗口的大小可以不同，但接收窗口的尺寸不能大于發送窗口，發送方和接收方的窗口尺寸不得大于信號范圍的一半。發送窗口指發送方已發送但尚未確認的幀序號隊列的界，上下界分別稱上下沿，上沿、下沿的間距稱為窗口尺寸。發送方每發一幀，待確認幀的數目加1，收到一個確認幀時，待確認幀的數目減1.當重發表的計數值（待確認幀的數目）等于發送窗口尺寸時，停止發送新幀。

　　以滑動窗口的觀點來統一看待空閑的RQ、Go-Back-N和選擇重發，則①空閑RQ：發送窗口=1，接收窗口=1；②Go-Back-N：發送窗口>1，接收窗口=1；③選擇重發：發送窗口>1，接收窗口>1.

　　17、數據鏈路層連接的建立、維持和釋放稱為鏈路管理。

　　18、數據鏈路控制協議也稱鏈路通信規程，也就是OSI參考模型中的數據鏈路層協議，鏈路控制協議分為異步協議和同步協議兩類。

　　異步協議以字符為獨立的信息傳輸單位，一般用于數據速率較低的場合。

　　同步協議是以幀為傳輸單位，同步協議能更有效地利用信道，也便于實現差錯控制、流量控制等功能。同步協議分為三種類型：①面向字符的同步協議；②面向比特的同步協議；③面向字節的同步協議。

　　1）面向字符的同步控制協議①最早的同步協議、②典型的代表是IBM公司的BSC協議、③均由鏈路建立、數據傳輸、電路拆除三部分組成。

　　④BSC協議用ASCII或EBCDIC字符集定義的10個傳輸控制字符標識 名稱 含義SOH 序始1 表示報文的標題和報頭開始STX 文始2 標題結束或報文文本的開始ETX 文終3 報文文本的結束EOT 送畢4 一或多個文本塊結束，拆除鏈路ENQ 詢問5 詢問，用于請求遠程站給出響應ACK 確認6 接收方發出的正確接收的響應DLE 轉義10 修改緊跟其后的N個字符的意義NAK 否認15 接收方發出的未正確接收的響應SYN 同步16 實現節點之間字符同步和無數據傳輸時同步ETB 塊終17 報文分成多個數據塊時一個數據塊的結束⑤BSC協議將在鏈路上傳輸的信息分為數據報文和監控報文兩類。

　　⑥數據報文一般由報頭和文本組成，文本是要傳送的有效數據信息，而報頭有時也可不用，報文較長時，可分為多個塊來發送，每一個塊作為一個傳輸單位。發送方只有收到接收方返回的確認后，才能發送下一個數據塊。

　　⑦BSC協議的數據塊有四種形式（注解：BCC：塊校驗字符，校驗范圍：STX-ETX或STX-ETB，BSC協議中所有發送的數據均跟在至少兩個SYN字符之后）：A：不帶報頭的