1、第2章 网络系统结构 2.1 引言引言 2.2 物理层物理层 2.3 数据链路层数据链路层 2.4 网络层网络层 2.5 传输层传输层 2.6 应用层应用层 第第 2 章章 网络体系结构网络体系结构返回主目录返回主目录第2章 网络系统结构第第 2 章章 网络体系结构网络体系结构2.1引言引言 一个计算机网络系统是由各个节点相互连接而成的，目的是实现各个节点之间的相互通信和信息交换，这里的节点是指具有通信功能的计算机系统。那么，怎样构造计算机系统上的通信功能才能实现计算机系统之间，尤其是异构计算机系统之间的相互通信呢?这个问题必须通过网络体系结构来解决。网络体系结构通常采用层次化结构定义了计算机
2、网络系统的组成方法和系统功能，它将一个网络系统分成若干层次，规定了每个层次应实现的功能和向上层提供的服务，以及两个系统各个层次实体之间进行通信应遵守的协议.第2章 网络系统结构 由于不同系统之间的相互通信是建立在各个层次实体之间互通的基础上，因此一个系统的通信协议是各个层次通信协议的集合。网络体系结构应当是开放的，任何两个系统只要按照一种被公认的网络体系结构来构造其系统通信功能，并采用标准化的通信协议，它们之间就能够实现互通。一种被广泛公认的网络体系结构是国际标准化组织(ISO)的开放系统互连(OSI)参考模型，它采用了层次化的网络体系结构，将一个网络系统分成七层定义：物理层、数据链路层、网络
3、层、传输层、会话层、表示层和应用层，并定义了每层实体应提供的功能和服务。OSI是一种理论模型，给出了构造网络系统的框架结构，但它不是一种国际标准，实际的网络系统很少使用完整的七层结构来构造。OSI参考模型的意义在于为研究和开发网络协议体系提供了一个参照基准，规范了网络协议的功能和服务。第2章 网络系统结构2.2 物理层物理层 关于物理层的功能,ISO的OSI参考模型和ITU的X.25建议书都给出相类似的定义。ISO/OSI参考模型对物理层的定义是:物理层在数据链路实体之间合理地通过中间系统,为位传输所需的物理连接的激活、保持和取消提供机械的、电气的、功能的和规程的手段。ITU在X.25建议书中
4、对物理层的功能作如下定义:利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在DTE和DCE之间实现对物理链路的建立、保持和拆除功能。第2章 网络系统结构 这里的DTE(Data Terminal Equipment)为数据终端设备,是指数据输入/输出设备、终端设备或计算机等终端装置;DCE(Data Circuitterminal Equipment)为数据电路端接设备,是指自动呼叫应答设备、交换机以及其它一些中间装置的集合。由此可见,物理层接口协议定义了网络的物理接口,并规定了物理接口的机械连接特性、电气信号特性、信号的功能特性以及交换电路的规程特性。这样就保证了各个制造厂家按统一的物理层接口标准生产
5、出来的通信设备能够完全兼容。第2章 网络系统结构 2.2.1 物理层接口标准物理层接口标准 1.机械特性机械特性 机械特性详细说明了物理接口连接器的尺寸、插针的数目、排列方式以及插头与插座的尺寸,电缆长度以及电缆所含导线的数目等。下面是几种已被ISO标准化的机械接口。ISO-2110。数据通信用25针的DTE/DCE接口连接器与插针分配。EIARS-232C和EIARS-366A等均是与ISO-2110相兼容的标准,可用于音频调制解调器、公用数据网络的接口中。ISO-2593。数据通信用34针的DTE/DCE接口连接器与插针分配。可用于ITU V.35建议的宽带调制解调器中。第2章 网络系统结
6、构 ISO-4902。数据通信用37针和9针DTE/DCE接口连接器。可用于音频和宽带调制解调器中,与EIA RS-449相兼容。ISO-4903。数据通信用15针DTE/DCE接口连接器。可用于由ITU X.20、X.21及X.22建议中所指定的公用数据网络的接口中。RJ-45。数据通信用8针DTE/DCE接口连接器。可用于由IEEE 802局域网中的10/100 BASE-T网络接口中。2.电气特性电气特性 电气特性说明了数据交换信号以及有关电路的特性。这些特性主要包括最大数据传输率的说明、信号状态(逻辑电平,通/断,传号/空号)表示电压或电平的说明,以及接收器和发送器电路特性的说明,并给
7、出了与连接电缆相关的规则等。第2章 网络系统结构 图2.1给出几种ITU定义的物理接口电路的电气特性，它们是：V.10/X.26。新型非平衡式电气性能。与之相兼容的标准有EIA RS-423A等。V.11/X.26。新型平衡式电气特性。与之相兼容的标准有EIA RS-422A等。V.28。非平衡式电气特性。与之相兼容的标准有EIA RS-232C。第2章 网络系统结构第2章 网络系统结构 3.功能特性功能特性 功能特性是指接口的信号根据其来源、作用以及与其它信号之间的关系而各自所具有的特性功能。下面是ITU对两个交换电路的功能特性的定义。V.24。通过电话交换网进行数据通信的DTE/DCE和D
8、TE/ACE(Automatic Calling Equipment,自动呼叫设备)之间的交换电路。X.24。公共数据网中的DTE/DCE交换电路，它是在X.20、X.21和X.22的基础上发展而成的。第2章 网络系统结构 4.规程特性规程特性 规程特性说明了交换电路进行数据交换的一组操作序列,由这些规程来完成位传输功能。ITU建议在物理层使用的规程有V.24、V.54、V.25、V.22等V系列标准和X.20、X.21、X.20 bis和X.21 bis等X系列标准。两个系列的不同标准分别适用于各种不同的交换电路中。第2章 网络系统结构 2.2.2 物理层接口标准举例物理层接口标准举例 1.
9、EIA RS-232C EIA RS-232C是美国电子工业协会(Electronic Industry Association,EIA)制订的物理接口标准。RS(Recommended Standard)的意思是推荐标准,232是一个标识号码,C表示该标准已被修改过的次数。RS-232C标准是为促进利用公共电话网络进行数据通信而制定的,最初只提供一个利用公共电话网作为媒介,通过调制解调器进行远距离数据传输的技术规范,参见图2.2。第2章 网络系统结构第2章 网络系统结构 当使用RS-232C接口直接连接两台计算机时,引入了一种空调制解调器(Null Modem)的电缆,以解决在不使用调制解调
10、器的情况下,RS-232C接口需要DTE/DCE成对使用的问题。RS-232C标准适用于DTE/DCE之间的串行二进制通信,数据传输速率为020 kb/s,电缆长度限制在30米内。现在,RS-232C接口不仅被广泛用于利用电话交换网进行的远程数据通信中,而且还被广泛用于计算机与计算机之间、计算机与终端之间以及计算机与输入/输出设备的近程数据通信中。机械特性：RS-232C的机械特性与ISO-2110相兼容,即规定使用25针的连接器。第2章 网络系统结构 电气特性：RS-232C的电气特性规定,逻辑“1”或有信号状态的电压范围为-15 V到-5 V;逻辑“0”或无信号状态的电压范围为+5 V到+
11、15 V,所允许的线路电压降为2 V。功能特性：RS-232C的功能特性定义了25针连接器中的20条连接线，它们定义了两个信道：主信道和辅助信道。辅助信道可用于在连接的两个设备之间传送一些辅助的控制信息,且传输速率要比主信道低得多,一般很少使用。对于主信道,最常用的连接线有8条，参见表2.1。图2.3给出RS-232C接口的连接图。第2章 网络系统结构第2章 网络系统结构第2章 网络系统结构 规程特性：RS-232C的规程特性主要规定了控制信号在不同情况下有效(接通状态)和无效(断开状态)的顺序和相互的关系。例如,只有当CC和CD信号都处于有效状态时,才能在DTE和DCE之间进行操作。如果DT
12、E要发送数据,则先要将CA置成有效状态;当等到DCE将CB置成有效状态后,DTE方能在BA线上发送串行数据。这种握手信号对于半双工通信是十分有用的。还有一些规程特性,这里就不一一介绍了。2.EIA RS-449 随着数据通信业务的发展,对物理接口的传输速率和传输距离提出了更高的要求。RS-232C接口只能提供20 kb/s的传输速率和30 m的传输距离。第2章 网络系统结构 因此,EIA在1977年又颁布了一个标准：RS-449,它的电气标准可以是RS-422A或RS-423A。RS-422A标准是平衡方式的,采用的是平衡发送器和差分接收器,使用双线来传输信号,增强了抗共模干扰能力。在距离为1
13、0 m时,速率可达10 Mb/s;在距离增加到1000 m时,速率仍可达100 kb/s。ITU V.11建议中所规定的电气特性与RS-422A电气特性相类似。RS-423A标准是非平衡方式的,采用的是单端发送器和差动接收器。由于采用了差分接收,可以获得比RS-232C更好的传输特性。在距离为10 m时,速率可达300 kb/s;在距离增加到1 000 m时,速率为3 kb/s。第2章 网络系统结构 由于在传输同样数量的信号时,RS-422A和RS-423A需要用到更多的连接线,因此RS-449的机械特性规定使用37针的标准连接器。它和ISO-4902中所规定的连接器相兼容。RS-449标准的
14、一个重要目标是保持与RS-232C接口的兼容性,使得在采用新的接口标准时不必变更基于RS-232C接口的设备接口。这一方面是通过RS-449标准的电气特性和功能特性实现的。第2章 网络系统结构 2.2.3 调制解调器调制解调器 利用现有的模拟信道进行远程数据通信或网络连接时,必须使用调制解调器(Modem)。这是因为现有的模拟信道(如载波信道)是针对话音通话而设计的,从性能上侧重于幅度频率特性,而对相位频率特性考虑得较少。在数据通信时,由于信道存在着频带限制及线路上噪声和干扰影响,将导致“色散”现象而使误码上升。因此,在利用模拟信道传输数字数据时,预先要进行数/模转换,把脉冲序列转换成适应模拟
15、信道传输要求的模拟信号,这一过程称为调制;在接收端再把模拟信号转换成脉冲序列,称为解调。将调制和解调功能结合在一起,就构成了调制解调器。调制解调器是利用模拟信道进行数据传输必不可少的设备之一。数据通信系统中,调制解调器与差错控制以及呼叫自动应答设备等共同构成了数据电路终端设备(DCE)。第2章 网络系统结构 调制解调器的作用主要有如下几个方面:在发送端,调制解调器将来自信源的脉冲信号序列变换成与信道频带相匹配的模拟信号,以适应模拟信道传输的要求。在接收端,则完成与发送端相反的变换,并对带有畸变和干扰噪声的混合波形进行处理,以恢复原来的脉冲信号序列。在同步传输系统中,调制解调器发送的数据流中携带
16、有同步信息,在接收端则将发送来的同步信息进行同步提取并锁相,以产生与发送端同步、同相的载波,供接收端产生定时和取样使用,以确保发送与接收两端的同步。补偿某些可能对传输质量有害的因素,提高数据在传输过程中的抗干扰能力。第2章 网络系统结构 因为信道传输的有效性和抗干扰性能是相互制约的,在背景噪声十分严重的信道中,可采取牺牲有效性来换取抗干扰性能的提高;而提高抗干扰性能也可通过选择不同的调制方式来达到。例如,调频信号的传输频带比调幅信号的宽,但其抗干扰性能却得以提高;其次,在短波信道中,为提高数字通信的质量,通常使用扩频技术,以对抗短波信道中存在的衰落和多径效应问题。实现信道的复用。传输信号的参数
17、小于信道允许的范围,是实现信道复用可能性的前提条件,而调制技术则是信道复用的基本途径。其理论基础是多路信号复用所利用的信号正交性。在实际使用中,采取不同的编码和调制技术可实现多路复用。第2章 网络系统结构 调制解调器是一种传统的数据通信设备。进入90年代以来,调制解调器技术朝着小型化和智能化的方向发展。现在,一个话路的数据速率已达到56 kb/s。ITU陆续公布了关于调制解调器的V系列建议,有力地推动了调制解调器的标准化工作。1.常用的调制方式常用的调制方式 来自信源的基带信号对载波波形有关参量进行控制,使受控参量随基带信号的变化而改变,这样就可实现信号的调制。由于正弦信号形式简单,便于产生和
18、接收,所以大多数通信系统都选用正弦信号作为载波。而正弦信号的幅度、频率和相位三个参量均可携带信息,从而能够构成调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)三种基本调制方式,进而还可派生出其它调制方式。第2章 网络系统结构 调制可分为模拟调制和数字调制,在原理上两者基本相同。模拟调制是对载波信号的参量进行连续地估值;而数字调制则是使用载波信号的某些离散状态来表征所传输的信息,在接收端对载波信号的离散调制参量进行检测。因此数字调制信号也称键控信号,并形成幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)三种基本调制方式。为了克服绝对相移键控可能出现的相位模糊,在实际使用中均采用差分相移键控(D
19、PSK),即以信号前后相邻的相对相位,而不用某一固定的相位作为参考来判别相位的变化。第2章 网络系统结构 数字调制还可根据已调信号的不同频谱结构而分为线性调制和非线性调制两大类。线性调制的已调信号频谱结构和基带信号的频谱结构相同,不出现新的频率成分,仅仅在频率轴上搬移了一个位置;而非线性调制的已调信号频谱结构和基带信号的频谱结构不同,出现了新的频率成分,并非简单的频率搬移。幅移键控属于线性调制,而频移键控和相移键控属于非线性调制。ITU的V系列建议的调制解调器大体上可分成如下几种调制方式。频移键控调制：频移键控多用于低速、异步传输调制解调器，如V.21建议为300 b/s调制解调器，V.23建
20、议为600/1 200 b/s调制解调器等。第2章 网络系统结构 差分相移键控调制：差分相移键控调制多用于中速调制解调器，如V.22建议为差分相移四相调制,调制速率为600波特,数据速率为1 200 b/s；V.27建议为八相差分调制，调制速率为1 600波特,数据速率为4 800 b/s。调相调频相结合的调制：V.29建议的调制解调器采用调相调频相结合(8相4幅)的调制方式,它属于正交双带边调制,调制速率为2 400波特,数据速率为9 600 b/s。网格编码调制：网格编码调制是把纠错编码和调制技术相结合的一种新型调制方式。通常,纠错编码有卷积码和分组码等,由于卷积码易于实现,故在实际应用中
21、大多使用卷积码。调制技术采用正交调幅调制法调制载波信号。正交调幅信号与四相相移键控信号形式相同,具有同样的抗干扰性,但频谱利用率却提高了一倍,而且容易实现,设备也比较简单。第2章 网络系统结构 2.差错控制与数据压缩差错控制与数据压缩 在高档调制解调器中,一般都标有MNP及V.42/V.42 bis的差错控制与数据压缩功能。下面简单介绍一下通信系统中的差错控制与数据压缩功能。MNP(Minimicro Network Protocol)是Minimicro公司开发的一种网络协议,自70年代提出后曾风靡一时,各个生产厂商争相采用。MNP共分七级(MNP 17),MNP13已不再使用,目前使用的主
22、要是MNP 4和MNP5。MNP4为差错控制约定(Convention),它采用了两个新的概念:自适应(Adaptive)数据包组装和数据阶段优化。在传送数据时,MNP能监视传输介质的可靠性。当数据信道出现较少的差错时,MNP会组装较大的数据包来发送,以增加吞吐量;而当数据信道出现较多的差错时,MNP会组装较小的数据包来发送,提高数据一次性传输的成功率,减少了重发次数,但协议开销要加大。第2章 网络系统结构 MNP5数据压缩采用了自适应算法,可对实时性交互终端数据和文件进行压缩,早期的压缩算法的压缩比为2 1,平均约为1.6 1,后来的版本压缩比有所提高。V.42 bis建议中也提供了数据压缩
23、功能,理论压缩比为4 1,平均大约为3.5 1左右。在调制解调器产品标定的压缩比,如2 1或4 1是理论值,实际获得的压缩比与所传输的文本序列有关;对于不同的文本序列,其压缩效果也不尽相同。例如,在传输中文文本时,由于中文的随机性较大,重复性小,其压缩比将会降低,最终的压缩效果不明显。第2章 网络系统结构 3.智能调制解调器智能调制解调器 智能化(Intelligent或Smarter)调制解调器是采用微处理器和大规模集成电路实现的,具有体积小、重量轻、功能强及操作简便等特点。它除了具备普通调制解调器所具有的同步/异步操作、二线拨号或二/四专线操作、自动拨号/应答和人工发起/应答、音频/脉冲拨
24、号、外部AT命令设置以及V.25 bis同步/异步命令设置外,还包含安全呼叫返回、呼叫者ID检测、MNP 4/5级差错纠正/数据压缩、模拟/数字环路、流量控制、非易失性存储器、发送和接收G3FAX能力(速率为14.4 kb/s可变)、数据自动检测或FAX呼叫、语音压缩、自动降速、自动恢复所设定的速率、诊断及线路状态监视等新功能。第2章 网络系统结构 这里的自动降速是指自适应速率。也有人将自适应速率、自动速率协商及自动波特率统称为自动降速；实际上,自适应速率、自动速率协商及自动波特率的概念是完全不同的。自适应速率是指当信道质量变坏时,调制解调器的速率可自动降低;变好时,能自动恢复所设定的速率。一
25、般的调制解调器是通过检测矢量图的分散程度来控制的,对同步和异步都适用。也有的调制解调器是根据差错控制时某段时间内的反馈重发次数的多少来实现的,只适用于异步带差错控制的调制解调器。总之,自适应速率是针对信道质量而言的。第2章 网络系统结构 自动速率协商是指两个不同传输速率的调制解调器通过电话交换网建立连接时,较高速率的调制解调器能够自动调低自己的速率,以适应对方调制解调器的速率,这样双方就能够相互通信了。自动波特率是指当DTE(数据终端设备,即指连接到调制解调器上的计算机或终端)发出AT命令后,调制解调器的端口速率、数据格式等将根据对AT命令的检测而自动跟踪设置,进而和DTE相匹配。V.34、V
26、.32 bis/V.32、V.22 bis/V.22调制解调器均具备自动速率协商和自动波特率功能,而V.34、V.32 bis调制解调器还具有自适应速率功能。第2章 网络系统结构2.3 数数 据据 链链 路路 层层 数据链路层提供了数据链路的流控和差错校验功能，将不可靠的物理链路变成可靠的数据链路，为网络层提供传送数据的功能和过程。数据链路层的通信规程主要有两类:面向字符的通信规程和面向比特的通信规程。典型的面向字符的通信规程有IBM公司的二进制同步通信规程(Binary Synchronous Communication,BISYNC或BSC)和ISO的基本型控制规程(即ISO-1745标准
27、)。由于这种通信规程与特定的字符编码集的关系过于密切,兼容性较差,并且在实现上也比较复杂,故在现代的数据通信系统已很少使用。第2章 网络系统结构 面向比特的通信规程是由IBM公司于70年代初率先提出的,并将它称为同步数据链路控制SDLC(Synchronous Data Link Control)规程。美国国家标准化学会ANSI和国际标准化组织ISO在此基础上进行了规范和发展,分别形成各自的标准,即ANSI的先进数据通信控制规程ADCCP(Advanced Data Communication Control Procedure),ISO的高级数据链路控制HDLC(High level Dat
28、a Link Control)规程。此外,ITU X.25建议中的链路级也采用了一种HDLC的变种,称为链路访问规程LAP(Link Access Procedure)或平衡链路访问规程LAPB(Link Access Procedure Balanced),并以LAPB为主要模式。IEEE 802 LLC协议也源于HDLC。这些通信规程尽管在一些细节上存在着差异,但总的来说是大同小异的。第2章 网络系统结构 2.3.1 HDLC通信规程通信规程 由于HDLC规程具有高效率、高可靠性以及能传输任意代码等特点,故被广泛采用，如X.25和帧中继广域网以及IEEE 802局域网等。1.基本概念基本概
29、念 作为链路层协议,应能满足多种数据链路的要求,即:点到点和点到多点链路;半双工和全双工操作;主次站结构和对等站结构间的相互作用;长距离和短距离链路。第2章 网络系统结构 为此,HDLC定义了三种类型的站、两种链路结构和三种数据传送操作方式。(1)站类型 HDLC将站点分为三种类型:主站、次站和复合站。主站在通信过程中负责对数据链路实行全面的管理,包括发起传输、组织数据流、执行链路级差错控制与恢复等。次站则受控于主站,它只能按照主站的命令执行相应的操作。复合站是指具有主站和次站双重功能的站,两个复合站之间可以完全对等地进行通信。换句话说,复合站具有平衡的链路控制能力。第2章 网络系统结构 (2
30、)数据链路 所谓数据链路是指从发送端经过通信线路到接收端之间物理上的传送路径和逻辑上的传输信道的总称。两个端点设备之间可以有一条或多条数据链路。HDLC定义了两种数据链路:不平衡式链路结构和平衡式链路结构，参见图2.4。不平衡式链路结构是由一个主站和多个次站通过一条链路连接而成的。该链路可以是点到点或点到多点、双向交替或双向同时、交换或非交换的。主站负责对链路实施控制,通过发送命令帧,将次站置于某种逻辑状态和适当的操作方式。次站响应主站的命令,执行相应的操作,并向主站回送应答帧作为响应。它们之间可以相互交换数据和控制信息,并按规定执行链路级的差错控制和恢复功能。第2章 网络系统结构第2章 网络
31、系统结构 (3)操作方式 HDLC规定了三种数据传送操作方式:正常响应方式NRM(Normal Response Mode)、异步响应方式ARM(Asynchronous Response Mode)和异步平衡方式ABM(Asynchronous Balance Mode)。NRM是一种不平衡式链路结构的操作方式。在该方式下,次站只是在确切地接收到来自主站的允许传输的命令之后,方可开始响应,传送一帧或多帧数据,同时保持占线状态。次站必须明确地表示哪一帧是最后的响应帧。次站在发出最后的响应帧后,将停止发送,直到再次收到主站的确切的允许传输命令后才能重新开始传输。第2章 网络系统结构 这种异步传输
32、可以是一帧或多帧;可以用来传送数据,也可以用来传送次站的状态变化信息。ABM是一种平衡式链路结构的操作方式。在该方式下,复合站可以自动地决定数据的传输,而不必得到另一个复合站的允许。这种异步传输可以是一帧或多帧;既可以用来传送数据,也可以用来传送发送站的状态变化信息。2.HDLC帧结构帧结构 在HDLC中,不论传送数据还是传送控制或状态信息,都是以帧(Frame)为基本单位的。HDLC帧的基本格式如图2.5所示。第2章 网络系统结构第2章 网络系统结构 HDLC帧格式中各个字段的含义如下:(1)标志(F)标志F表示一个帧的开始和结束,其位模式为01111110。标志序列是用于帧同步的。在一个帧
33、的中间不允许出现与标志相同的位模式,通常采用位插入的方法来实现透明性传输。(2)地址(A)对于命令帧,该字段为对方的站地址;对于响应帧,则该字段指出的是本站地址。(3)控制(C)控制C用于定义帧类型。HDLC定义了如下三种帧(参见表2.2):第2章 网络系统结构第2章 网络系统结构 信息帧(I帧):用于信息的传输。每个I帧都有一个发送序号N(S)、一个接收序号N(R)和一个探询/终止(P/F)位。发送站用N(S)来指出所发送帧的序号。接收站用N(R)给出确认,表示已正确接收到N(R)-1个帧。下一个要接收的帧序号为N(R)。P/F位随传输过程而被置“1”或置“0”。I帧的作用是提供面向连接的数
34、据传输机制，它把含有信息字段的编号帧依次传送到链路上。两个站相互传送信息帧时,其帧的编号相互独立。在控制字段不扩展的情况下,帧的序号以8为模,这意味着发送站在没有收到接收站应答确认的情况下,可连续发送I帧的数量最多为7(23-1)。第2章 网络系统结构 监控帧(S帧):用于在面向连接的数据传输过程中执行数据链路的监控功能,如确认、要求重发和请求暂停等。其中,S字段用于定义S帧的类型,共有4种S帧：接收准备好(RR)：接收站使用RR帧对接收到的I帧进行应答，表示已准备好接收第N(R)号I帧，同时表示已正确接收到N(R)-1号以前所有的I帧。接收未准备好(RNR)：接收站使用RNR帧对接收到的I帧
35、进行应答，表示暂时不能接收第N(R)号I帧，但同时表示已正确接收到N(R)-1号以前所有的I帧。发送站可以做好发送第N(R)号I帧的准备。请求重发(REJ)：接收站使用REJ帧对接收到的I帧进行应答，请求对方重发从N(R)号帧开始的各个I帧,同时表示已正确接收到N(R)-1号以前所有的I帧。第2章 网络系统结构 选择请求重发(SRE)：接收站使用SREJ帧对接收到的I帧进行应答，请求对方只重发第N(R)号帧,而其它编号的I帧已全部被正确接收。S帧不含信息字段,故不设发送序号。无编号帧(U帧):用于提供无连接数据传输和链路控制功能,如设置工作方式、拆除链路等。其中,M字段用于定义U帧的类型,共有
36、19种U帧：设置NRM方式(SNRM)：主站用来设置次站按NRM方式操作。设置ARM方式(SARM)：主站用来设置次站按ARM方式操作。设置ABM方式(SABM)：复合站用来设置另一个复合站按ABM方式操作。第2章 网络系统结构 设置扩展的NRM方式(SNRME)：扩展的NRM方式是指将帧控制字段扩展为2个字节的NRM方式。与此类似,还有SARME、SABME,它们分别与SARM和SABM相对应。断开连接(DISC)：用来终止初始时所建立的各种操作方式。无编号确认(UA)：用来对命令帧进行肯定式应答。命令帧拒收(CMDR)：次站用来向主站报告接收到一个有错误的命令帧,并在信息字段中给出命令被拒
37、收的原因。无编号信息帧(UI)：发送站用来发送无编号的信息帧，实现基于无连接数据报方式的数据通信。无编号探询(UP)：用来同时探询多个站地址。第2章 网络系统结构 置初始化方式(SIM)：主站用来初始化次站。当次站初始化操作完成后,要回送UA帧进行应答。请求初始化方式应答(RIM)：当主站使用命令设置操作方式时，如果次站未准备就绪且希望初始化时,可用RIM去应答主站的操作方式设置命令,并请求主站发送SIM命令。复位命令(RSET)：在数据传输过程中,如果链路发生故障，则发送站可使用RSET命令通知接收站复位链路,这时双方都要复位各自的帧编号。交换标识命令/应答(XID)：用于在两个站之间交换标
38、识信息。信息字段的格式和内容由HDLC规程的使用者自行定义。第2章 网络系统结构 请求断开应答(RD)：次站用来请求主站发送断开连接(DISC)的命令。断开方式应答(DM)：次站用来响应主站的操作方式设置命令,拒绝按命令要求来设置操作方式。(4)信息(I)信息I用于传送用户数据。信息字段的长度是可变的,在理论上是不限长度的,但在实际中要受到FCS校验能力、站点缓冲区大小等具体因素的限制。国际上较常用的信息字段长度是1 0002 000 bit。(5)帧校验(FCS)采用16位的CRC校验码,其生成多项式为x16+x12+x5+1。关于HDLC帧格式，需要进一步说明的是:第2章 网络系统结构 (
39、1)地址和控制字段的扩展 地址字段和控制字段可按8位位组的倍数进行扩展。地址字段的扩展。如果双方事先约定地址字段是可以扩展的,则地址字节的第1位为0时,表示它后面的字节仍为地址字节,依次类推,直到出现一个第1位为1的字节为止,该字节就是地址字段的最后一个字节。控制字段的扩展。控制字段可以扩展为两个字节，扩展后的控制字段主要增加了N(S)和N(R)的长度,即由原来的3位增加到7位,序号的模数由原来的8增加到128。控制字段的扩展是通过相应的U帧来设置的。第2章 网络系统结构 (2)无效帧无效帧是指没有用两个标志(F)作边界的帧,或者两个标志之间的位数小于32位的超短帧。(3)P/F位的作用 探询
40、位P是主站用来请求(探询)次站发送信息或作出响应的。终结位F是次站用来响应主站探询的。在NRM方式中,主站可以通过发送P位为1的S帧来请求I帧或响应。次站必须在收到P位为1的命令帧之后才能传输,当发送最后一帧时,将F位置1,表示本次传送终结。直到再次收到主站的P位为1的命令帧后,才启动下一轮的传输。第2章 网络系统结构 在ARM方式中,主站可以通过发送P位为1的帧来迫使次站对该帧作出响应。次站在收到P位为1的帧后,应回送一个F位为1的应答帧,作为对收到P位为1帧的响应。在ABM方式中,发送站可以通过发送P位为1的帧来要求接收站对该帧作出响应。接收站应回送一个F位为1的应答帧作为响应。此外,在主
41、站或发送站在发送P位为1的命令帧后,必须等到次站或接收站发来的F位为1的应答帧之后,才能发送新的P位为1的命令帧。下面通过一个例子来说明HDLC的数据传输过程,参见图2.6。第2章 网络系统结构第2章 网络系统结构 2.3.2 IEEE 802 LLC协议协议 在IEEE 802局域网标准中，由IEEE 802.2定义了逻辑链路控制(Logical Link Control,LLC)子层功能、特性和协议。LLC子层对应于ISO/OSI参考模型的数据链路层，它实现了数据链路层大部分功能，还有一些功能由MAC(Medium Access Control)子层实现。LLC 协议是根据局域网的特点，对
42、HDLC通信规程进行了适当的简化和重定义而制定的。LLC子层协议定义了对等LLC子层实体之间进行数据通信的服务规范，提供了两种服务：不确认无连接服务和面向连接的服务，并且还定义了网络层与LLC子层接口和LLC子层与MAC子层接口。第2章 网络系统结构 1.LLC帧格式帧格式 LLC协议定义了LLC子层之间通信的帧格式，参见图2.7。LLC帧格式中各个字段的含义如下:服务访问点(SAP)地址：SAP提供了一种多个高层协议进程使用一个LLC子层实体进行通信的机制。在一个网络节点，一个LLC子层实体可能同时要为多个高层协议提供服务。为此，LLC协议定义了一种逻辑地址SAP及其编码机制，允许多个高层协
43、议进程可以使用不同SAP地址来共享一个LLC子层实体进行通信，而不会发生冲突。SAP机制还允许高层协议进程可以同时使用多个SAP进行通信，但一个SAP在某一时刻只能由一个高层协议进程使用，一次通信结束释放了SAP后，它才能被其它高层协议进程使用。第2章 网络系统结构第2章 网络系统结构 SSAP和DSAP地址字段分别定义了源LLC SAP地址和目的LLC SAP地址，其中DSAP的最高位为地址类型标志(I/G)位，I/G=0表示DSAP地址是一个单地址，LLC帧由DSAP标识的惟一的目的LLC SAP接收；I/G=1表示DSAP地址是一个组地址，LLC帧由DSAP 标识的一组的目的LLCSAP
44、接收。SSAP的最高位为命令/响应标志(C/R)位,C/R=0表示LLC帧是命令帧；C/R=1表示LLC帧是响应帧。控制:用于定义LLC帧类型。LLC定义了如下三种帧:信息帧(I帧)、监控帧(S帧)和无编号帧(U帧)，其含义与HDLC帧相同，但它根据局域网特点进行了调整和简化，参见表2.3。LLC帧中的控制字段可以扩展为两个字节，扩展后的控制字段主要增加了N(S)和N(R)的长度,即由原来的3位增加到7位,序号的模数由原来的8增加到128。第2章 网络系统结构第2章 网络系统结构 信息：用于传送用户数据。信息字段的长度为 8 的整数(M)倍,M上限取决于所采用的MAC协议。LLC与HDLC相比
45、较，有以下的不同：在IEEE 802局域网体系结构中，数据链路层功能由LLC和MAC两个子层实现，LLC帧必须封装在MAC帧中进行传输，而不能单独通过物理层传输。因此，LLC帧中没有用于帧同步的标志字段以及用于验证帧正确性的帧校验字段；这些字段由MAC协议添加在MAC帧中，而LLC帧被封装在MAC帧的信息字段中。MAC协议则与局域网类型有关，关于局域网MAC协议的详细介绍请参阅第3章。第2章 网络系统结构 LLC帧地址字段指示的是服务访问点地址，它是一种逻辑地址，而不是用于指示网络节点的物理地址的，节点的物理地址同样是由MAC帧指示的。由于IEEE 802局域网采用平衡式链路结构，LLC协议只
46、定义了一种数据传送操作方式：扩展的异步平衡方式(ABME)。因此，简化了LLC帧的种类，LLC帧只有14种，而HDLC帧有24种。2.LLC服务服务 在LLC协议中定义了两种服务方式：第2章 网络系统结构 不确认无连接服务。它是在不建立数据链路级连接的情况下提供数据传输服务的，因此不保证数据传输的正确性。数据传输模式可以是单播(点对点)方式、组播(点对多点)方式和广播方式。这是一种数据报服务。面向连接服务。它是基于数据链路层的点到点连接提供数据传输服务的,因此它必须提供建立、使用、终止以及复位数据链路层连接所需的操作手段，并且还要提供数据链路层的定序、流控和错误恢复等功能。这是一种虚电路服务。
47、第2章 网络系统结构 LLC协议通过不同的操作类型来标识这两种服务：类型操作：采用不确认无连接的服务方式，使用无编号的信息(UI)帧实现数据传输。与类型操作有关的LLC帧有UI、XID和TEST。类型操作:采用面向连接的服务方式，在建立连接时使用SABME帧；在数据传输时使用有编号的信息(I)帧；在断开连接时使用DISC帧；在数据传输过程中使用RR、RNR和REJ帧实施定序、流控和错误恢复等功能。除了UI、XID和TEST三种帧外，其余的LLC帧都是在类型操作中使用的。LLC协议的实现可采用两种方法：只支持类型操作的LLC和同时支持两种类型操作的LLC，具体取决于网络产品开发商。第2章 网络系
48、统结构 2.3.3流量控制算法流量控制算法 数据链路层的基本功能是采用流量控制(简称流控)和差错控制技术将不可靠的物理链路变成可靠的数据链路。因此，不论HDLC规程还是LLC协议，都采用了某种流量控制和差错控制技术实现数据链路的同步控制和可靠传输。流量控制是一种协调发送站的发送速率和接收站的接收速率一致性的数据传输同步技术。在数据传输过程中，发送站将数据封装成若干帧发送出去，发送速率是指生成和发送帧的速率，它是以每秒发送的帧数(f/s)为速率单位的，而一个帧内数据的传送速率则取决于物理层接口的能力，它是以每秒传送的位数(b/s)为速率单位的，两者是不同的。第2章 网络系统结构 接收站将接收到的
49、数据帧先暂时存放在接收缓冲区中，然后再进行必要的处理，如帧头有关字段处理、数据组装处理等。接收速率是指从接收缓冲区取出帧进行处理的速率，它是以每秒处理的帧数(f/s)为速率单位的。如果发送速率大于接收速率，接收站就会来不及处理接收到的数据帧而产生接收缓冲区溢出，造成数据帧丢失，这种现象称为同步失调。如果发送速率远小于接收速率，接收站就会一直处于等待状态，造成介质空闲，介质利用率过低。通过流控技术可以有效地解决同步失调和高效利用介质问题。第2章 网络系统结构 2.3.3.1停止停止等待协议等待协议 通信双方的同步失调问题主要采用应答机制来解决。所谓应答机制是指发送站发送一个帧后要停下来等待接收站
50、的应答帧，只有接收到应答帧后才发送下一个帧；接收站的接收缓冲区容量只能存放一个数据帧，在处理完一个数据帧后才发送应答帧，指示发送站发送下一个帧。基于这种应答机制的通信协议称为停止等待协议，其工作流程如图2.8所示。第2章 网络系统结构第2章 网络系统结构 2.3.3.2 滑动窗口协议滑动窗口协议 停止等待协议中的应答机制虽然解决了通信双方的同步问题，但一帧一应答的同步方法的通信效率过低，不能充分利用介质带宽。为了提高介质利用率，可以采用多帧一应答的同步方法，即接收站的接收缓冲区容量可以存放n个帧；发送站可连续发送n个帧后再停下来等待接收站的应答帧，当接收到应答帧后再发送下n个帧；接收站在处理完
