第 3章网络体系结构与协议本章主要内容
计算机网络层次结构的基本概念,OSI
参考模型,各层次中的数据传输单元及重要概念,各层的基本任务,主要功能,主要协议,服务类型,工作原理及典型标准协议 。
本章要求
了解网络层次结构的基本概念,协议,
体系结构的组成；
理解 OSI参考模型中七个层次的关系和工作原理；
了解低三层中的基本概念,主要功能,
典型协议及其应用 。
本章分为六小节：
3,1 层次结构和 OSI参考模型
3,2 物理层
3,3 数据链路层
3,4 网络层
3,5 传输层
3,6 高层
3,1 层次结构和 OSI参考模型本节包括以下四个问题：
1,网络体系结构
2,网络层次结构的基本概念
3,OSI参考模型
4,OSI模型中数据的流动
1,网络体系结构
为了简化对复杂的计算机网络的研究、
设计和分析工作；同时也为能使网络中的不同的计算机系统、不同的通信系统和不同的应用能够互连、互通和互操作，
提出了网络体系结构的概念。
网络体系结构是针对计算机网络所执行的各种功能而设计出的一种 层次结构模型 ；
同时也为不同的计算机系统之间的互连、
互通和互操作提供相应的规范和标准 (即协议 )。
网络体系结构 是计算机网络的 分层结构,
各层协议 和 功能 的集合：
网络体系结构 ={层，协议，功能 }
(1) 层次结构
层次结构,就是指把一个复杂的系统设计问题分解成多个层次分明的局部问题，并规定每一层次所必须完成的功能。它提供了一种按层次来观察网络的方法，描述了网络中任意两个节点间的信息传输。
2,网络层次结构的基本概念
―――― 第 N＋１层协议 ――――
――――― 第 N层协议 ―――――
―――― 第 N－１层协议 ――――
N+1层 N+1层
N 层 N 层
N-1层 N-1层系统 A 系统 B
网络层次结构
层次结构,就是指把一个复杂的系统设计问题分解成多个层次分明的局部问题，并规定每一层次所必须完成的功能。它提供了一种按层次来观察网络的方法，描述了网络中任意两个节点间的信息传输。
实体,指客观存在的、与某一应用有关的事物，如程序、进程或作业之类的成分。实体既可以是软件实体，也可以是硬件实体。
服务,层次结构中各层都支持其上一层进行工作，这种 支持 就是服务。
各层次间的关系,在同一网络体系的层次结构中,下层为上层提供服务，上层利用下层提供的服务完成自己的功能，
同时再向更上一层提供服务。 因此，上层可看成是下层的用户，下层是上层的服务提供者。
同等层,不同系统的相同层次。
同等层实体,不同系统同等层上的两个正通信的实体。
同等层通信,不同系统同等层实体之间存在的通信。
同等层协议,同等层实体之间通信所遵守的规则。各层的协议只对所属层的操作有约束力，而不涉及到其他层。
接口,同一系统相邻层之间都存在一种接口
接口协议,相邻层实体之间交换信息所遵守的规则。任何两相邻层间都存在接口问题。
服务访问点 (SAP),接口上相邻两层实体交换信息的地方。是相邻两层实体的逻辑接口。
如 N层 SAP就是 N+1层可以访问 N层的地方。
N+1
N
N-1
.
.
系统 A
…
…
(N+1)/N层接口实体
SAP
N+1
N
N-1
.
.
系统 B
…
…
层次结构模型物 理 介 质
采用层次结构的优点：
功能简单，明确。 整个复杂的系统被分解为若干个小范围的部分，使得每一部分的功能比较单一。
独立性强。 各层具有相对独立的功能，
各层彼此不需知道各自的实现细节，而只要了解下层能提供什么服务、上层要求提供什么服务就可以了。
设计灵活。 当某层发生变更时，只要接口关系保持不变，就不会对上下层产生影响，而仅仅是本层内部的变化。
易于实现和维护。 分层结构使得实现一个大的复杂的网络系统变得简单和容易。
易于标准化。 每一层的功能和所提供的服务均已有明确的说明。
(2) 网络协议
网络协议,网络中各方相互通信所遵守的规则；从层次角度说，网络协议是网络中所有同等层协议和接口协议的集合。
网络协议组成的 三要素,语义、语法和同步。
语义 规定了通信双方要发出的控制信息,
执行的动作和返回的应答等；
语法 规定通信双方彼此应该如何操作,
即确定协议元素的格式；
时序 （ 也称定时,同步 ） 是对 事件实现顺序的详细说明,指出事件的顺序和速率匹配等 。
网络体系结构,不同的计算机网络具有不同的体系结构，其层的数量、层次的名称、
内容和功能以及各相邻层之间的接口都不一样。但在不同的网络体系结构中，每一层都是为了向邻接上层提供一定的服务而设置的，且每一层都对上层屏蔽如何实现协议的具体细节。
网络体系结构是一个抽象的概念，因为它不涉及具体的实现细节。网络体系结构仅告诉网络工作者应,做什么,，而网络实现则说明应该,怎样做,。
(3) 服务形式
从通信角度看，各层所提供的的服务有两种形式,面向连接的服务 和 无连接的服务
面向连接的服务,所谓“连接”，是指在同等层的两个同等实体间所设定的逻辑通路。
利用建立的连接进行数据传输的方式就是面向连接的服务。面向连接的服务过程可分为三部分：建立连接、传输数据和撤消连接。
无连接服务,该类服务的过程类似于邮政系统的信件通信。无论何时，计算机都可以向网络发送想要发送的数据。通信前，无须在两个同等层实体之间事先建立连接，通信链路资源完全在数据传输过程中动态地进行分配。
在网络体系结构中,“服务”、“功能”
和“协议” 是完全不同的概念。
服务,是某层次对上一层的支持，属于外观的表象；
功能,是本层内部的活动，是为了实现对外服务应从事的工作；
协议,相当于一种工具，层次“内部”
的 功能 和“对外”的 服务 都是在本层
,协议,的支持下完成的。
网络中低层通过服务访问点向相邻高层提供服务，而高层则通过原语或过程调用低层的服务。
(4) 服务原语
服务原语,服务用户和服务提供者之间所交互的信息。相邻层间的服务在形式上是由这种原语 (或操作 )描述的。
进程,是程序的一次执行活动，具有动态性和并发性特征。几个进程可以同时存在于一个系统中，
各进程按照各自的情况运行。
3,OSI 参考模型
1974年继 IBM公司提出第一个网络体系结构 SNA(系统网络体系结构 )之后，几年中各公司推出了十几个网络体系结构方案。
这些网络体系结构所构成的网络之间无法互通信和互操作。为了在更大范围内共享网络资源和相互通信，人们迫切需要一个共同的可以参照的标准，使得不同厂家的软硬件资源和设备能够互通信和互操作。
国际标准化组织 ISO于 1977年成立了信息技术委员会 TC97专门进行网络体系结构标准化的工作。在综合了已有的计算机网络体系结构的基础上，经过多次讨论研究，最后公布了网络体系结构的七层参考模型 RM，简写为 OSI/RM。
参照 OSI／ RM进行网络标准化的结果，
就能使得各个系统之间都是“开放”的，
而不是封闭的。凡是遵守这一标准化的系统之间都可以互相连接，并能解决不同系统之间信息交换和互相访问问题，
使不同系统之间也能交互工作。
(1) OSI参考模型表示层协议应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层物 理 媒 体网络层数据链路层物理层应用层协议会话层协议传输层协议系统 A 系统 B
(2) 国际著名的组织
ISO,国际标准化组织
IEEE,电子与电气工程师学会
CCITT,原国际电报电话咨询委员会
ITU-T,国际电信联盟电信技术分会
EIA,(美国 )电子工业协会
ANSI,美国国家标准学会
4,OSI中的数据流动
(1) OSI中的数据传输单元
协议数据单元 PDU,某层协议所操作的数据单元。
第 N 层 PDU 由第 N 层用户数据信息 UD和 N 层协议控制信息 PCI 两部分组成。为了将 (N)PDU传输到同等实体,(N)PDU必须经过 N-1层的 SAP，将整个 (N)PDU交给 N-1层实体。 N-1层实体就把整个
(N) PDU作为 N-1层的用户数据，再加上 (N-1)PCI
后就组成了 (N-1)PDU。
H 用户数据
PCI UDI
（ a） （ N） PDU
H 用户数据
（ N） PDU（ N-1） PCI
（ b） （ N-1） PDU
OSI模型中的数据单元
―― 用户间约定 ―――寄信人 收信人
―― 邮政局间约定 ――邮政局 邮政局
―― 运输部门间约定 ――运输部门 运输部门上海 北京邮政系统分层模型用户 /邮政局间约定邮政局 /运输部门间约定用户子系统运输子系统邮政子系统
下面以两大城市间民间邮寄信件的工作过程为例来说明有关概念及信息流动过程
(2) OSI中的数据流动过程
应用进程 PA 将用户数据先送到应用层；在应用层加上若干比特的 PCI后，作为该层
PDU传输到表示层；表示层将收到的数据再加上该层的 PCI构成该层 PDU。再向下层传输,… 依此类推。数据链路层 PDU传输到物理层时即为一串比特流。
当该比特流经物理介质传输到交换节点后，
还要经过剥去控制信息和加上控制信息等过程依次下传。在接收端，每层都根据控制信息进行必要的操作，然后将控制信息剥去，把剩下的数据单元送交上一层，最后把应用进程 PA发送的数据交给目的应用进程 PB。
OSI中的数据流动过程应用层协议会话层协议传输层协议层
7
6
1
2
3
4
5
应用层表示层传输层会话层链路层物理层网络层应用层表示层传输层会话层链路层物理层网络层物 理 媒 体
PA PB
数据数据AH
数据PH
数据数据报文数据分组数据帧比特
SH
TH
NH
DH DT
网络层协议表示层协议
3,2 物理层
1,物理层概述
物理层 是 OSI参考模型中的最低层，也是最重要、最基础的一层。 物理层 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，而是指物理介质上为上一层 (数据链路层 )提供传输比特流的一个 物理连接 。
物理层屏蔽掉了具体的通信介质、通信设备和通信方式的差异，为数据链路层提供服务。
物理层的主要任务 是为通信双方的数据传输提供物理连接，并在物理连接上透明地传输比特流。
物理层的数据传输单位是 位 (比特 )。
2,物理层主要功能和协议
ITU-T对物理层的 定义,利用机械的、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、维持和拆除功能。
建立、维持和拆除物理连接,为两个数据链路层实体之间进行数据传输建立、维持和拆除相应的物理连接
位同步传输,在物理连接上，数据一般是串行传输。物理层要保证信息按比特传输的正确性 (即比特同步，可以是同步传输，
也可以是异步传输 ) 。
物理层管理,物理层内的一切活动管理
实现四大特性的匹配,物理层要实现其机械特性、电气特性、功能特性和规程特性的匹配。
3,物理层接口特性
DCE DCEDTE DTE
DTE/DCE模型通 信 子 网物理链路
机械特性,也称物理特性，它规定了
DTE和 DCE之间连接器的几何参数，包括形状、几何尺寸、引线数目和排列方式等。
机械特性典型的 ISO标准有：
ISO 2110 (25针 ),ISO 2593 (34针 ),
ISO 4902 (37针或 9针 ),ISO 4903（ 15针）。
电气特性,规定了 DTE与 DCE之间多条信号线的电气参数及有关电路的特征，如电气接口连接方式、信号源输入 /输出阻抗、
信号电压范围、传输速率和距离的限制等。
接口连接有单端驱动单端接收、单端驱动差分接收和双端驱动差分接收三种方式，
可分别称为非平衡型、半平衡型和平衡型连接。
发送器 接收器
（ a） 非平衡型发送器 接收器
（ b） 半平衡型发送器 接收器
（ c） 平衡型常见的电气特性
功能特性,对接口各信号线的含义、功能及各信号之间的对应关系给出了确切的定义，说明某些连线上出现的某一电平的电压所表示的意义。
按功能区分，接口信号线有地线、数据线、
控制线和定时线 四种类型,有时还有备用信号线 (次信道或辅信道线 )。
信号线的命名：
十进制数字名称：如 102,103等英文字母名称：如 BA,BB等英文缩写名称：如 T,R等
规程特性,规定了 DTE和 DCE之间各接口信号线实现数据传输时的控制过程，
也就是在物理连接的建立、维持和拆除时，各信号线的动作规则和步骤等。
物理层协议 主要任务是实现 DTE与 DCE
之间数据比特的透明传输。
物理层协议很多，也比较成熟，如 ISO、
ITU-T,EIA等机构制定的协议。
ITU-T制定的 DTE与 DCE之间的物理层接口标准（协议）有 V系列,X系列和 I系列等建议。
V系列建议,是以字母 V开头编号的一系列协议的集合。 V系列建议是为解决在以电话网为基础的 模拟信道上传输数据 而由
ITU-T提出的，是一类比较复杂的接口标准。
V系列建议中著名的电气特性建议是 V.28
和 V.35；功能特性建议是 V.24；过程特性建议是 V.24等。 V.24功能特性建议包括
100和 200系列标准。此外还有 100系列接口标准和 200系列接口标准（接口线名字第 1位为,1”和,2”的物理接口。
X系列建议,是以字母 X开头编号的一系列协议的集合。 X系列建议是为解决以公共数据网为基础的 数字通信 问题而由 ITU-
T制定的，是一类比较简单的接口标准。
X系列建议中著名的电气、功能和规程特性分别有 X.26,X 27,X.24,X.20,X.21。
I 系列建议,是以字母 I开头编号的一系列协议的集合。 I系列建议是针对综合业务数字网应用而由 ITU-T制定的。
I 系列建议有接口结构建议和接口特性建议，分别定义了 N-ISDN和 B-ISDN与 UNI
的结构配置和速率规范。
4,典型的物理层标准
RS 232协议,是由美国电子工业协会 EIA
发布的物理层标准。
RS 449,RS422-A和 RS423-A协议,是
EIA于 1977年推出的对 RS 232协议改进的标准。
X.21协议,是 ITU-T于 1976年推出的一种数字接口标准。
EIA RS 232协议 是 1962年由 EIA 颁布。 RS
意为推荐标准,232为标准序号。 EIA分别对该标准进行了四次修改，并分别用 A,B、
C和 D标识其版本。
RS 232协议 用于电话网实现两 DTE之间的数据传输，因此它与 V系列建议相似。
(1) EIA RS 232协议
接口位置,作为物理层接口标准,EIA
RS 232可以用于 DTE(计算机或终端 )与
DCE (调制解调器 )之间的连接；也可以直接用于 DTE(计算机 )与 DTE(计算机或终端 )之间的连接，该情况称为空调制解调器状态。
公用电话交换网
RS-232接口 RS-232接口
(a) 利用公共电话网实现远程连接
RS-232接口
(b) DTE与 DTE的直接连接
RS-232接口界面调制解调器 调制解调器 DTEDTE
DTE DTE
机械特性,RS 232采用 ISO2110标准的 25
针连接器 (DB-25接口 )，并对该连接器的尺寸及针脚排列位置等都做了确切的规定；
在 DTE一侧采用孔式结构插头，在 DCE一侧采用针式结构插座。
0.054英寸 113
13
1.85英寸
1425
2.09英寸
ISO 2110 连接器的机械特性
0.5英寸
电气特性,使用非平衡型电路，其逻辑
,1”电平为－ 5~－ 15V，逻辑,0”电平为
+5~+ 15V，－ 5~+5V内为过渡区。规定数据传输速率最高为 19.2kbps ；两连接器间最长连线为 15m。实际的数据传输速率应根据传输距离和信道质量加以选择，一般距离远、信道误码率高的信道，应选择低速率；反之，则选择高速率。
功能特性,规定了接口中 20个针及其信号线的功能。但最常用的信号线有 10根。
若有两台 DTE(计算机 )设备距离很近，可将其直接连接而不使用调制解调器，此时
RS 232接口直接连接两个 DTE，这就是空调制解调器状态。
R S 2 3 2 C ／ V,24 接口信号线功能分配表接口线类型针脚号
R S 2 3 2 C
线号
V,2 4
线号信号线功能说明信号方向地线
1
7
AA
BB
101
102
保护地信号地数据线
2
3
BA
BB
103
104
发送数据接收数据
D C E
D T E
4
5
6
20
CA
CB
CC
CD
105
106
107
108
请求发送（ D T E 已准备好）
允许发送（ D C E 已准备好）
数据设备（ D C E ）准备好数据 终端（ D T E ）准备好
D C E
D T E
D T E
D C E
控制线
22
8
21
23
25
CE
CF
CG
CH
CI
125
109
1 1 0
111
1 1 2
振铃指示 D C E 收到呼叫信号载波检测 D C E 收到载波信号信号质量检测数据信号速率选择（ D T E ）
数据信号速率选择（ D C E ）
D T E
D T E
D T E
D C E
D T E
定时线
24
15
17
DA
DB
DC
1 1 3
1 1 4
1 1 5
发送信号定时（ D T E ）
发送信号定时（ D C E ）
接收信号定时（ D C E ）
D C E
D T E
DT E
辅信道线
14
16
19
13
12
S B A
S B B
SCA
SCB
SCF
1 1 8
1 1 9
120
121
122
辅信道发送数据辅信道接收数据辅信道请求发送辅信道允许发送辅信道载波检测
D C E
D T E
D C E
D T E
D T E
规程特性,定义了 DTE和 DCE通过 RS 232
接口连接时，各信号线在建立、维持和拆除物理连接及传输比特信号时的控制时序。
RS 232的工作过程是在各条控制信号线有序的,on” 和,off” 状态的配合下进行的。
现以发送数据为例，说明 RS 232接口的工作过程 (规程特性 )。
建立阶段,当 DTE有数据要发送时，
置 20号 (CD)线为,on”(“通”状态 )，
通知本地 Modem,DTE处于通信就绪状态 (DTE准备好 ) 。本地 Modem若响应此信号，则置 6号 (CC)线为,on”，
回答 DTE,Modem准备好；
DTE再置 4号 (CA)线为,on”，通知 Modem
要发送数据 (请求发送 )。本地 Modem检测到
4号线为,通”状态后，置 5号 (CB)线为
,on”,通知 DTE允许发送 ；同时通过长途线发一载波信号给远端 Modem，通知它准备接收数据。远程 Modem检测到载波后置 8
号 (CF)线和 22号 (CE)线为,on”，通知远程
DTE准备接收数据；
数传阶段,DTE检测到 5号线为高电平后，即由 2号 (BA)线发送数据，并用 3号 (BB)线接收远程 DTE发回的数据；
拆除阶段,DTE数据发送完后，置 4号线为,off” (“断”状态 )，通知本地
Modem数据发送已结束。本地 Modem
收到“通知”后置 5号线为,off”，并停止向长途线发载波信号。远程 Modem
检测不到载波后置 8号线和 22号线为
,off”，恢复到原始状态；
DTE置 20号线为,off”，通知本地 Modem
拆线。本地 Modem接到“通知”后置 6号线为,off”，同意拆线。至此，一次通信结束，一切恢复到初始状态。
DTE1 DTE2
1
2
3
4
5
6
7
8
20
1
2
3
4
5
6
7
8
20
（ a） （ b）
空调制解调器方式的 RS-232连接方法
DTE1 DTE2
1
2
3
4
5
6
7
8
20
1
2
3
4
5
6
7
8
20
DB-25与 DB-9：
在实际使用中，由于并非要用到 RS 232标准的全集 (即各条信号线的功能 )，所以也可采用针孔较少的标准连接器，如 ISO
4902规定的 9针连接器 (DB-9接口 )。 DB-9接口针的排列顺序类似于 DB-25接口 (ISO
2110)两种接口线也有一定的对应关系。
DB-9接口和 DB-25接口针孔的对应关系表
DB-9 DB-25 插针功能说明 标记
1 8 信号检测 DCD
2 3 接收数据 RD
3 2 发送数据 SD
4 20 DTE就绪 DTR
5 7 信号地 SG
6 6 DCE就绪 DSR
7 4 请求发送 RTS
8 5 允许发送 CTS
9 22 振铃指示 RI
(2) RS 449,RS422-A和 RS423-A
RS 232建议被广泛应用于串行通信中,但它有以下不足：
传输速率和距离受限制,20kbps和 15m;
非平衡型电气特性使得电气性能佳；
信号线间易产生干扰 。
为了解决这些不足,EIA在 1977年推出了
RS 449标准 。
RS 449标准包括了两个子集,RS 422A和
RS 423A。 RS 449的机械,功能,规程特性由 RS 449定义,其电气特性由 RS 422-
A和 RS 423-A定义 。
RS 449标准的机械特性采用 ISO 4902标准的 37针和 9针连接器两种接口 。
RS 422A采用双线平衡型接口电路 (差分驱动,差分接收 ),其抗串扰能力大大加强 。 可在较远距离内明显地提高传输速率 。 在传输距离为 10m时,数据传输速率可达 10Mbps；传输距离为 1000m时,
数据传输速率可达 100 Kbps。
发送器 接收器
（ a） 半平衡型发送器 接收器
（ a） 平衡型
RS449 的电气特性
RS 423A采用单端驱动,差分接收的半平衡型接口电路,其电气特性得到较大改善 。 在传输距离为 10m时,数据传输速率可达 100Kbps；传输距离为 100m时,
数据传输速率为 10Kbps。
RS 422A 和 RS 423A一个共同的优点是允许传输线路连接多个接收器 。
RS 449 标准的功能特性：每个接口线具有一个功能,除保护地线外,保留了 RS
232所有的接口线,并增加了 10条新接口线 。
RS 449标准的规程特性与 RS 232标准基本一样 。
(3) ITU-T X.21协议
X.21协议 是 ITU-T于 1976年推荐的一种数字接口标准。作为 X.25协议的第一级，
它规定了 DCE如何与 DTE通过交换信号来建立和拆除连接。
发送 (T)
控制 (C)
接收 (R)
指示 (I)
位定时信号 (S)
字节定时信号 (B)
DTE公用回线保护地 (G)
DCEDTE
X.21 的 DTE与 DCE接口
X.21采用由 ISO 4903标准所规定的 15针连接器,它只 定义了 8根信号线 。
X.21的电气性能较为灵活，在 DCE一侧使用新的平衡电气特性 X.27，而在 DTE
一侧用 X.27或 X.26非平衡电气特性。
X.21的目的之一在于减少接口线数目。
3,3 数据链路层
1,数据链路层概述
2,数据链路层功能
3,差错控制
3,流量控制
4,典型数据链路层协议简介
1,数据链路层概述
(1) 数据链路层的概念
链路,就是数据传输中任何两个相邻节点间承载信息的物理线路段。链路间没有任何其他节点存在。
物理链路,两节点间的实际传输介质。
逻辑链路,加有逻辑控制功能的物理链路。
帧,就是数据链路层的数据传输单位，也是分组在数据链路层的具体体现。
数据链路,在网络中，从一方到另一方的数据通信通常是由许多链路串接而成的，
这就是数据链路，也叫数据通路。
(2) 数据链路层主要任务
检测并校正物理层传输介质上产生的传输差错。该层负责数据链路信息从源点传输到目的点的数据传输与控制，如连接的建立、维护与拆除、异常情况处理、差错控制与恢复、信息格式等，检测和校正物理层可能出现的差错，使两系统之间构成一条无差错的链路。
(3) 数据链路控制规程
数据链路层协议 要对链路和传输操作进行控制和管理，完成这种控制和管理功能的规则和约定即为数据链路协议。
数据链路层协议 (也叫数据链路控制规程 )
是网络两个相邻节点之间的通信所遵守的规则。它是建立在物理层基础上的。
数据链路控制规程 中涉及到数据编码、同步方式、传输控制字符、报文格式、差错控制、应答方式、通信方式和传输速率等，
它是计算机网络软件编制的基础。
数据链路控制规程 有两大类：面向字符型的数据链路控制规程和面向比特型的数据链路控制规程。
① 面向字符型的数据链路控制规程：
面向字符型的数据链路控制规程以字符为传输信息的基本单位，利用控制字符进行传输控制。控制字符不允许在用户信息中出现，以避免用户信息与控制信息相混淆。
面向字符型的数据链路控制规程的典型代表是 IBM公司的二进制同步通信 (BSC)规程。由于该规程与特定的 ASCII编码集联系密切，兼容性差，且在实现上也比较复杂。在早期的面向终端的网络中应用广泛，
而现代数据通信系统中已很少使用。
② 面向比特型的数据链路控制规程：
面向比特型的数据链路控制规程先将数据分成块，再在这些块上加相应的起始和终止标志构成帧。数据帧和控制帧均采用统一的格式。
2,数据链路层功能
数据链路的建立、维持和拆除,链路两端的节点在进行通信前要先建立数据链路，在传输过程中还要维持这种链路，
传输完毕后要拆除该数据链路。
帧同步传输,帧是数据链路层传输的数据单位。每个帧包括帧头、帧尾、帧检验码和帧序号。帧头和帧尾以表示帧的开始和结束，接收方要能够明确地从物理层收到的比特流中区分出帧的起始与终止，以便进行帧同步。实现帧头部的方式有子节计数法、字符填充法、比特填充法和违法编码法。
差错控制,帧信息在传输过程中存在出现差错的情况。在计算机通信中采用差错控制技术可保证数据传输的正确性。通常采用检错重发方式，即接收方每收到一帧便检查帧中是否有错，一旦有错，就让发送方重发该帧，直至接收方正确接收为止。
流量控制,流量控制是指采用一定措施使通信网络中部分或全部链路和节点上的信息流量不超过某一限制值，来保证信息流动顺利通畅。
数据链路层采用简单的流量控制方式，
它控制的是相邻两节点间数据链路上的信息流量。
在数据链路层常用的差错控制方式有检错重发法 ARQ和反馈检测法 。
ARQ差错控制使用检错码，接收端放弃有差错的信息块或帧，并通过反馈通道请求重传，重传一直进行到该帧被成功地接收为止。由于该过程比较简单，且使传输系统增加了可靠性，
因此在计算机网络中得到了广泛应用。
3,差错控制
由于重传增加了往返行程的时延，使系统的实时性变差。
链路层的差错控制是保证相邻节点之间的传输差错被控制在所允许的范围内。
数据链路层的流量控制就是要控制相邻两节点之间的数据链路上的信息流量,
使发送端发送数据的能力不大于接收端接收数据的能力,以使接收端在接收前有足够的缓冲存储空间来接收每一个字符或帧
4,流量控制
5,HDLC协议
典型的面向比特型的数据链路控制规程是高级数据链路控制协议 HDLC。它是在 IBM公司于 70年代提出同步数据链路控制规程 SDLC基础上，经 ISO修改后得到的，已作为国际标准，得到广泛应用。
(1) 数据链路配置和传输模式
① 三种类型的站点：
主站,负责整个链路的控制，主站发出命令帧，接收响应帧。
从站,为受控站，配合主站参与链路控制。发出响应帧，接收主站的命令帧。
复合站,具有主站和从站的双重功能，
既能发送、又能接收命令帧和响应帧。
② 两种连接结构：
点 --点连接,一条数据链路把两个 DTE
连接起来构成的连接方式。
点 --多点连接,一个 DTE通过数据链路与多个 DTE连接方式。
命令 （ A）
复合站
A
点到点式链路配置复合站
B
响应 （ B）
命令 （ B）
响应 （ A）
响应 （ B）
命令 （ B）
主站
A
次站
B
响应 （ B） 响应 （ B） 响应 （ B）
主站
A
次站 B 次站 C 次站 D
命令 （ B或 C或 D）
点对多点式链路配置
③ 两种链路配置：
非平衡配置,使用于点 --点或点 --多点链路，这种配置是由一个主站和一个或多个从站组成，支持半双工或全双工通信。
平衡配置,只适用于点 --点链路，由两个复合站组成，支持半双工或全双工通信。
④ 三种数据传输模式：
正常响应模式 (NRM)：这是一种不平衡配置的传输模式 。 主站启动数据传输,从站当收到主站的询问命令后才能发送数据 。
在这种模式中,主站负责管理整个链路,
负责对超时,重发和各类恢复操作的控制,
并有查询从站和查询从站向从站发送信息的权利 。
异步响应模式 (ARM),这也是一种不平衡配置的传输模式，但 NRM的不同之处在于：从站不必确切地接收到来自主站的允许传输的命令就可开始传输。
异步平衡模式 (ABM)：这是一种平衡配置的传输模式。它传输的可以是一帧或多帧，传输是在复合站之间进行的。在传输过程中，一个复合站不必接收到另一个复合站的允许就可以开始发送。
(2) HDLC的帧格式：
信息以帧为单位传输，有固定的帧格式，
由 F,A,C,I,FCS,F六个字段组成。
F A C I FCS F
8位 8位 8/16位 不定长 16/32位 8位
HDLC帧格式
① 标志字段 F：
F 字段是由 8 位固定编码,01111110”组成，放在一个帧的开头和结尾处，起同步、填充、定界作用。
采用,0”比特插入、删除技术，保证 F
字段的唯一性。
,0”比特插入和删除,发送时发送端监测两
F字段间的比特序列，当发现有 5个连续的
,1”时，就在第 5个,1”后自动插入一个
,0”比特。这样可保证除 F字段外帧内不出现多于连续 5个,1”的序列，因此也就不能出现与 F字段相混淆的情况。接收接收端检查比特序列，当发现有连续 5个,1”时，就将其后的,0” 删除，使之恢复原信息。
② 地址字段 A：
A字段由 8位码组成，用以指明从站的地址，即主站命令帧中该字段为从站地址；
从站响应帧中该字段为本站地址。
③ 控制字段 C：
C字段由 8或 16位组成，用以标识帧的类型和功能。
④ 信息字段 I：
I 字段用来填充要传输的数据、报表等信息。
⑤ 帧校验序列 FCS：
FCS是采用 16或 32位的 CRC校验码进行差错控制的。 FCS的校验范围是除 F字段外的内容。
(3) HDLC的帧类型：
HDLC定义了三种类型的帧，它们具有不同的控制字段。信息帧 ( I 帧 )、监控帧 ( S
帧 )和无编号帧 ( U 帧 )。
每一类型的帧都是由控制字段前 1位或 2
位的不同取值定义的。
C字段的第 1位为,0”时表示该帧为信息帧，第 1~2位为,10”时表示该帧为监控帧，第 1~2位为,11”时表示该帧为无编号帧。
1 2 3 4 5 6 7 8
0 N(S) P/F N(R)
1 0 S1 S2 P/F N(R)
1 1 M M P/F M M M
① 信息帧 ( I 帧 ),信息帧中包括信息 (I)字段，
用来传输用户数据。
N (S)存放发送帧的序号,N (R)存放希望接收帧的序号，均由三位二进制码组成。
P／ F位为轮询／结束位：对于主站，
P=“1”时，表示主站不再发送信息，请求从站响应，从站可传输响应帧；对于从站,F=“1”时，表示这是从站的最后响应帧。
② 监控帧 ( S 帧 ),监控帧中没有 I 字段，
用于完成链路的监控功能，监视链路上的常规操作。主站和从站均可能发送此类帧。
S 帧中无 N(S)位。
S 帧中第 6-8位的 N(R) 的含义与 I 帧同。
S 帧中第 3-4位 S1S2可有四种不同的组合，
其意义为：
S1S2=00：意为接收准备好 RR，该站准备接收序号为 N(R)的帧，并表示 N(R)以前各帧均已正确接收；
S1S2=10：意为接收未准备好 RNR(本站忙 )，
该站不准备接收序号为 N(R)的帧，但表示
N(R)以前各帧均已正确接收；
S1S2=01：意为拒绝接收 REJ，表示原发送的第 N(R)帧有错，该站希望重发 N(R)帧及其以后各帧，并表示 N(R)以前各帧均已正确接收；
S1S2=11：意为选择拒绝接收 SREJ，表示原发送的第 N(R)帧有错，该站希望只重发该帧，并表示原连续发送的其它各帧均已正确接收。
以上四种 S帧，前三种可用于连续 ARQ协议，后一种用于选择重发 ARQ协议。
S 帧中第 5位 P/F的含义与 I 帧基本相同，
只是在 ARM和 ABM操作方式下有所区别：
当从站收到 P=1的命令帧后即可发送 F=1
的响应帧，但随后从站仍可继续发送响应帧，直至再无响应帧发送。
③ 无编号帧 ( U 帧 ),U 帧本身不带编号，
即无 N (S)和 N (R),U 帧用于链路的建立和拆除阶段。
U 帧控制字段的第 3-4和第 6-8位 5个 M位仅定义了 15种 U帧。主要有置 NRM帧、置
ARM帧、置 ABM帧、拆除链路、无编号确认和命令拒绝等。
(4) HDLC通信过程：
HDLC规程中规定，两站间的通信过程分为链路建立、数据传输、链路拆除三个阶段。这三个过程中分别使用不同的帧。
下图就是 HDLC的通信过程。
帧的表示顺序是：帧类型,N(s),N(R),P/F，
如用 I,2,0,P表示第 2号信息帧，希望接收第 0号响应帧。
A站 A站 B站 A站 B站释放链路数据传输建立链路
UA,F
DISC,P
I,3,0,P
I,2,0
I,1,0
I,0,0
UA,F
SNRM,P
UA,F
DISC,P
I,1,4,F
I,0,4
I,3,0,P
I,2,0
I,1,0
REJ,1,F
UA,F
DISC,P
I,1,4,F
I,0,4
I,1,0,P
SREJ,1,F
I,1,0未通过 CRC校验
I,3,0,P
I,2,0
I,1,0
I,0,0
UA,F
SNRM,P
HDLC的数据传输过程
（ b）（ a）
I,1,0未通过 CRC校验
I,3,0,P
I,2,0
I,1,0
I,0,0
UA,F
SNRM,P
I,1,4,F
（ c）
B站
I,0,4
3,4 网络层
1,网络层概述；
2,网络层功能；
3,数据报服务和虚电路服务 ;
4,路由选择；
5,流量控制；
6,ITU-T X.25协议
1,网络层概述
(1) 网络层的概念：
网络层 是通信子网的最高层，它用于控制和管理通信子网的操作。它体现了网络应用环境中资源子网访问通信子网的方式
网络层的数据传输单位为数据 分组 (包 )
(2) 网络层的主要任务：
在数据链路服务的基础上，实现整个通信子网内的连接，向传输层提供端到端的数据传输通路，为报文分组以最佳路径通过通信子网到达目的主机提供服务。如果两实体跨越多个网络，网络层还可提供正确的路由选择和数据传输服务等。
(3) 网络层的服务
网络层所提供的服务有两大类,面向连接的网络服务和面向无连接的网络服务。
面向连接的网络服务,是在数据交换前先建立连接，当数据交换结束后，再拆除这个连接。
面向无连接的网络服务,是两个实体之间分组的传输不需要先建立连接，通信所需的资源无需事先预定保留，而是在数据传输时动态地进行分配的。
在网络层中，面向连接的网络服务与面向无连接的网络服务的具体实现分别是 虚电路服务 和 数据报服务 。
2,网络层的功能：
建立、维持和拆除网络连接,在网络层，
要为传输层实体之间通信提供网络连接的建立、维持和拆除。
路由选择,根据一定的原则和算法，在多节点的通信子网中，选择一条从源节点到目的节点的合适逻辑通路的控制过程。
流量控制,网络层的流量控制是对进入整个通信子网内的数据流量及其分布进行控制和管理，以避免发生网络阻塞和死锁，提高网络传输效率和吞吐量。
网络传输控制,网络层要对在通信子网中传输的数据进行控制：组包、拆包、
包的按序重装，包信息的传输同步，差错控制和速率控制等。
3,数据报服务和虚电路服务
在网络层中，面向连接的网络服务与面向无连接的网络服务的具体实现分别是 虚电路服务 和 数据报服务 。
(1) 数据报分组交换
数据报传输类似于邮政系统的信件投递。
每个分组都携带完整的源、目的节点的地址信息，独立地传输。每经过一个中间节点时，都要根据目标地址、网络流量及故障等网络当时的状态，按一定路由选择算法选择一条最佳的输出线，直至传输到目的节点。
通信子网的每一个节点都保存一张根据路由选择算法编制的路由表。该表显示进入该节点的分组要到某个目的节点时，它应从该节点的哪根输出线输出。当分组到达该节点后，网络软件便以分组上的目标地址为关键字，查找路由表，决定分组转发的输出线，并将分组从该输出线转发到下一个节点。
报文 B
A
C
D
E
H2
H1 2
1
数据报交换原理
4 3 2 1
4 3 2 1
数据报服务不需要建立连接,目的节点在收到分组后也不需要发送确认信息,是一种开销较小的通信方式 。 由于每个分组都携带源,目的节点地址,降低了通信效率 。 而分组独立传输的结果,可能各自通过不同的路径到达目标,
不能保证按发送顺序交付,也不能保证不丢失,
不重复,这就需要在目的节点开辟一个缓冲区,
缓存所收到的分组,然后按发送顺序重装后交付给目的主机,由主机承担端到端的差错控制 。
但数据报传输具有较好的灵活性和均衡性 。
在传输过程中,若某个节点或链路发生故障,数据报分组可以绕开故障,另选择其他路径传输；当网络中发生拥挤时,数据报传输可以为单个分组选择流量较小的路径,这样既平衡了网络中的流量,又可以使分组得以迅速传输 。
(2) 虚电路分组交换
虚电路传输是一种面向连接的交换服务。它将电路交换和数据报交换结合起来。在发送分组前，要先建立逻辑连接 —虚电路。但与电路交换不同处：一是虚电路交换建立的不是专用线路而是一个逻辑通路，其他分组仍可使用该通路上的各段链路；二是分组在各节点仍要存储转发，但不必做路由选择。
虚电路的建立,首先由源端节点将报文划分为分组,并给每个分组一个分组序号 。
然后源端节点向目的端节点发送一个特殊分组 --呼叫分组 。 呼叫分组中有源节点地址和目的节点地址信息 。 该呼叫分组到中间交换节点后,就象数据报分组交换中的分组一样,被一站一站地传输向目的节点 。
不同的是该分组每经过一个中间节点，除了要查找到达目的端节点的路由外，还要向该中间节点申请一些资源，如预留分组缓冲区。更重要的是要在中间节点的虚电路表中记下自己来自哪个节点，下一站是哪个节点。这样，当呼叫分组最后到达目的节点时，就在它经过的路由上每个中间节点的虚电路表中记录下一条到达目的节点的路由。
当目的端节点收到呼叫分组后，如果它已经做好了通信准备，就向源端节点发出一个响应分组。该响应分组沿呼叫分组传送的路由被传送的源端节点。源端节点收到响应分组后，即得知目的节点已经做好接收准备，可以与自己通信了。这样，源端节点和目的节点之间的连接 (虚电路 )即建立起来了。
需要强调的是,每个节点到其他节点可能有若干条虚电路，以支持不同的端系统间的数据传输；两个端系统间也可以有多条虚电路为不同的进程服务，这些虚电路的实际路径可能相同，也可能不同。即每个节点都可以和其他多个节点建立虚电路。
这些虚电路是靠虚电路序号区分的。
若有两个虚电路经过某节点,当某分组到达时,节点可利用分组所携带的虚电路号判断该分组属于哪条虚电路 。 虚电路号是动态的,同一条虚电路在不同节点的虚电路序号可能相同,也可能不同 。 虚电路序号是在虚电路呼叫建立时确定的 。 该序号的赋予是遵循 最小序号原则 的 。 当虚电路建立后,各节点的虚电路号也确定了 。
数据传输,虚电路一旦建立,所有待发的数据分组均可沿着事先建立好的这条虚电路一个一个地被传输到目的端节点 。 当然,目的端节点也可以沿着该虚电路将自己的分组传送到源端节点 。 这样,当一个分组沿一条虚电路传输时,分组不需要加上目的点全称地址,只要带虚电路号就可以 。 可见,沿虚电路传输数据分组的额外开销小 。
虚电路的拆除,当数据分组传输结束后,
源端节点或目的端节点都可发出拆除连接的分组给对方,对方送回一个拆除确认分组 。 至此,该虚电路就被拆除了,即从节点路由表中删除了有关信息,占用的节点资源同时被释放 。
例：由 5个中间节点组成的分组交换网如图,
如果网中有 4条虚电路在工作,4条虚电路建立的顺序和经过的节点如下：
第 1条 H1→A→B→D→H 4 经由节点 A,B,D
第 2条 H1→A→C→D→H 4 经由节点 A,C,D
第 3条 H2→B→C→D→H 4 经由节点 B,C,D
第 4条 H1→A→B→C→D→H 4 经由节点 A,B,C,D
B
A
C
DE
H1
H2
H3
H4H
5
有五个节点的交换网第 3条第 1条第 4条 第 2条
根据以上条件和要求，可在网络的各节点内分别建立一张路由表。传输是从每个虚电路的头出发，
沿箭头方向前进，如图 下 所示。
入 出 入 出入 出
B
A
入 出
H1 0 B 0
H1 1 C 0
H1 2 B 1
A 0 D 0
H2 0 C 0
A 1 C 1
B 0 H4 0
C 0 H4 1
C 1 H4 2
C 2 H4 3
A 0 D 0
B 0 D 1
B 1 D 2
C
D
虚电路的建立第 3条第 1条第 2条第 4条数据报和虚电路的比较
虚电路服务是面向连接的，网络能够保证数据分组按序交付给收端，且不丢失、不重复，因此，虚电路提供的是面向连接的、
可靠的端到端数据传输。此时，相应的差错控制和流量控制功能由通信子网实现。
数据报服务是面向无连接的，分组不能按序交付，传输中分组可能丢失和重复，因此，数据报提供的是面向无连接的、不可靠的数据传输。此时，通信子网无法实现相应的差错控制和流量控制功能，这些功能要由端系统实现
因此，虚电路能够提供比数据报更高质量的服务。
虚电路服务适用于通信信息量大、速率要求高、传输可靠性要求高的场合；数据报服务的灵活性好，适用于传输可靠性要求不高、通信子网负载不均衡、需要选择最佳路径的场合。
4,路由选择
采用数据报服务时，每个分组独立传输，
在一对端系统之间可能有多条通路可选择。
因此，各分组经过各个节点时都要进行路由选择。而当采用虚电路服务时，仅需在每次建立连接时作一次路由选择。
路由选择要求：
符合最小费用和最佳路径准则；
算法简单、正确；
能适应网络状态、参数和结构的变化；
具有稳定性
路由选择算法,可分为静态路由算法和动态路由算法两大类。
(1) 静态路由算法,基于一定的网络性能要求、
拓扑结构和信息分布情况，按固定规划设计好路由选择方案。此算法一旦确定，可保持一段时间不变，不再对网络的流量和拓扑变化做出反应，故也叫非自适应路由算法。
常用的静态路由算法有最短路由算法、扩散式算法和基于流量的路由算法。
① 最短路由法,最短路由选择算法是一种简单的且使用较多的算法。该算法在每个网络节点中都存储一张表格，表格中记录着对应某个目的节点的下一节点和链路。
当一个分组到达节点时，该节点只要根据分组的地址信息，就可从固定的路由表中查出对应的目的节点及所应选择的下一节点。网络中一般都有一个网络控制中心，
由它按照最短路由算法求出每对源 --目节点的最佳路由，然后为每一节点构造一个固定路由表，并发给每个节点。
② 扩 散法,当某节点接到分组并要转发时，
就将其多个拷贝转发到除该分组的来源链路外与该节点相连的所有链路上，这样，
该分组的多个拷贝可经过多个通路到达目的点，目的点接收最先到达的分组，删除后到的分组。
显然，该算法会产生大量的重复分组，如果不采取一定措施来抑制这样的过程，将会象雪崩似地产生无穷个分组。
一种比较实际的措施是采用选择扩散式方法。即在收到信息分组的节点后并不是将每个分组都从每条线上发出，而是只将分组送到那些与正确目的方向接近的那些输出线路上。
③ 基于流量的路由算法,该算法既考虑拓扑结构又考虑了网络负载的算法。一些网络的负载和流量相对稳定且可以预测，如校园网中实验网络的用户和操作都是事前可知的，
因此其流量也可预测。如果对这些网络的流量进行分析，就可以优化路由选择。
(2) 动态路由算法,该类算法主要是根据网络状态 (拓扑结构和流量等 )的变化而决定各节点的路由选择。网络状态变化，算法也随之变化，以适应网络流量及各种参数的变化，因此，又叫自适应路由算法。
动态路由选择有孤立式、集中式和分布式三种：
① 孤立式路由算法,该算法主要依据节点本身当前的状态信息，而不考虑其他节点的情况而进行的选择。七基本原理是当节点要发送一个分组时，仅考虑本节点当前各输出链路的队列长度，将分组放在长度最短的队列中排队，各节点均以最小时延将分组发送出去。
② 集中式路由算法,在网络中设定一节点为路由控制中心 RCC，各节点定期地将其有关状态信息报告给 RCC,RCC即可使用某种算法确定一条源目的端间的最佳路径，并将信息告知各节点。此算法中,RCC负责网络路由信息收集、路由计算和路由选择。
③ 分布式路由算法,这是一种各节点与相邻节点定期交换网络状态信息，并据此生成新路由表的算法。在该算法中，节点存放一张时延表和一张路由表。时延表存储本节点由各输出链路到达目的点的传输时延；路由表存储到达目的点的具体路由。
在动态路由选择算法中，分布式路由选择算法是最优秀的，得到了广泛的应用。在该类算法中，最常用的是距离向量路由选择 DVR算法和链路状态路由选择 LSR算法。
前者经过改进，成为目前广泛应用的路由信息协议 RIP(Routing Information Protocol)，
后者则发展成为开放式最短路径优先
OSPF(Open Shortest Path First)协议。
路由选择算法静态路由算法动态路由算法最短路由法扩散法基于流量的算法孤立式路由算法集中式路由算法分布式路由算法路由选择算法类型
5,流量控制
(1) 流量控制的概念
拥塞是指到达通信子网的信息量过大，超出了网络所能承受的能力，导致网络性能下降的现象。
当端用户注入的信息量继续增大，由于通信子网资源的限制，网络的信息吞吐量将随输入分组的增加而下降，中间节点可能会丢掉一些分组，使网络性能变差；严重时会出现信息的拥塞。
通信子网内某处发生拥塞，会丢失分组，
从而导致发送端重发这些分组，这又引起因节点缓冲区不能得到正常释放而使分组再次丢失，这种连锁反应很快波及到网络中各节点，引起全局性拥塞。严重的拥塞会使网络瘫痪，不能工作。
流量控制的作用就是保证通信子网提供能使信息在节点之间畅通无阻的通路。它的主要功能是：防止网络过载而引起的网络数据吞吐量下降和延迟增加；避免死锁；
在用户之间公平地分配资源。
(2) 流量控制的层次
通过流量控制，在网中动态地分配网络资源，使网络资源得到公平、有效地利用。实际上对一条从源端主机到目的端主机的数据链路进行信息流量控制，可以在不同的级别、不同的协议层次上分别予以实现。
进网级目的节点主机主机源节点 交换节点 交换节点
A D
链路级链路级源 --目级进网级端 --端级多级流量控制示意图
链路级流控,在相邻两节点间的一条链路上实现流控。该级流控是由数据链路层协议完成的。
进网级流控,在用户主机进入通信子网的第一个交换节点的线路上实现流控。该级流控也主要是由数据链路层协议完成的。
源 --目级流控,在源交换节点和目的交换节点间的通信子网中实现流控。该级流控主要由网络层协议完成。
端 --端级流控,在源、宿端主机的两个进程之间实现流控。该级流控主要由传输层协议完成。
(3) 拥塞控制方法
常用的拥塞控制方法有以下四种：
滑动窗口法,规定发送端最多可连续发送的、未经接收端确认的数据包数目，
在接收端对接收的数据包确认后，发送端才可再发送其他包，但总发送包数受窗口宽度限制。
预约缓冲区法：
在使用虚电路传输方式时，发送端在建立虚电路时通过呼叫分组要求沿途的各节点为虚电路预先分配一 个或多个缓冲区。在拆除虚电路时再释放缓冲区。
许可证法：
先为网中各节点分配若干张许可证。主机向网内发送分组时，必须使每一分组都能得到一张许可证。每向网络中发送一个分组，网内的许可证总数就减 1。一旦许可证用完，
就不允许新的分组进入网络。当分组送交目的主机后，便可释放此证以供新的分组用。
当网络中的许可证总数是节点数的 3倍时，
可获得最佳的流量控制效果。
丢弃分组法：
在缓冲区已被占满的情况下，又有分组到达，此时只好将到达的分组丢弃。在数据报方式下，被丢弃的报文分组可以重发，
它对整个报文的传输影响不大；但若是虚电路方式，则必须在丢弃分组前，先将其副本保存在某处，待阻塞解除后重发此分组。
6,ITU-T X.25 协议
X.25协议,是 ITU-T 1976年公布的国际标准 。 以此协议构成的网络被称为 X.25
网或公用报文分组交换网 。
X.25协议描述的是 DTE与分组交换网 PSN
之间的接口规范 。 该协议是用于虚电路服务的网络中 。
X.25协议中包括三个级别的内容：
① 物理级,物理级协议规定机械、电气、
功能和规程四方面的特性，其接口使用
X.21协议。 X.21协议的一个补充协议是
X.21bis，在 X.25网中涉及模拟信道时要用到 X.21bis协议，它将 V系列建议支持的模拟设备附接到 X.25网上。
② 链路级,链路级协议 LAPB定义了帧格式，规定以帧的形式传输报文分组。在该级实现点到点的信息帧的可靠传输。链路级 LAPB标准是 HDLC协议的一个子集。
③ 分组级,进入网络层的用户数据形成报文分组，分组在源节点和目的节点之间建立起的网络连接上传输。分组级协议是 X.25
协议的核心，主要功能是建立虚电路和对虚电路的管理，为主机提供多信道的虚电路服务。
在 X.25分组结构中，第一至第三级数据传输的单位分别是比特、帧和分组。
3,5 传输层
1,传输层的地位和作用
OSI中 1--3层面向数据通信，是由通信子网所完成的通信功能的集合，通信子网就是基于低三层通信协议构成的网络； 5--7层是由端主机进程所完成的面向应用功能的集合。
传输层是 OSI中高层与低层之间的接口层。
对于网络中通信的两个主机，其端到端的可靠通信最后要靠传输层来完成。传输层是 OSI中负责通信的最高层,是唯一总体负责数据传输和控制的层次。 传输层还是
OSI中用户功能的最低层。
传输层及以上各层的数据传输单位均为 报文 。
传输层的任务,在网络层提供的网络连接 (服务 )基础上，补充和完善通信子网的服务，为源主机和目的主机进程之间提供可靠的、端到端数据的透明传输。
通信子网提供的服务越多，传输层协议就可越简单，反之亦然。
网络层数据链路层物理层面向信息处理面向通信用户功能网络功能传输层应用层表示层会话层传输层在 OSI七层模型中的地位
弥补和加强网络层提供的服务弥补,① 传输层提供了屏蔽掉不同通信网络性能差异 (面向连接的、可靠的虚电路服务或无连接的、不可靠的数据报服务 )的手段，向上层提供了一个标准、完善的服务界面，使用户完全无需了解通信网络传输的细节，用户所能看到的只是两个传输层实体之间存在着一条端到端的可靠的通信链路。
② 通信子网 没有程序或进程概念，无法满足多任务多系统的需要。当子网把数据传输到信宿机时，这就要由传输层来接收和处理涉及众多的进程的数据。
加强,提高服务质量，增强服务功能。增加的服务功能包括数据的分与组、进程间的差控、复用等。
2,传输层的功能
传输层连接管理,传输连接的建立、维持和拆除；
向会话层提供独立于通信子网的、可靠的、
透明的数据传输服务,传输层向高层用户屏蔽掉下面各通信子网的具体细节，使其看不见子网及其互连情况，就好象在两传输实体之间有一条可靠的通路一样。
多路复用,传输层支持向上复用和向下复用。向上复用是一个传输层协议可同时支持多个进程连接，即将多个进程连接绑定在一个网络连接（虚电路）上；
向下复用是一个传输层使用多个网络连接。这是在网络速度很慢时，可在网络层使用多个虚电路来提高传输效率。
寻址,传输层可实现提供上下层的地址映射、端到端的流量控制、差错控制与恢复等。
差错控制,传输层协议的复杂程度取决于网络提供的服务。对于不可靠的网络服务，传输层协议要很复杂，仅差错控制就要考虑重传策略、重复检测和故障恢复等工作。
3,传输层协议
(1) 网络服务类型,根据提供的服务质量的不同，网络服务可分为 A,B 和 C 类网络服务
① C类网络服务,网络传输不可靠，可能会丢失分组或出现重复分组；网络故障率也高。
② B型网络服务,具有较好的数据服务 (误码率低 )和较差的连接服务 (故障多 )。对该型网络，传输层协议必须提供故障恢复功能。大多数 X.25网为 B型网络。
③ A型网络服务,是一个完整的、理想的、
可靠的服务，所需传输层协议非常简单。
在该类网络服务下，网络中传输的分组不会丢失和失序，因此传输层不需要提供故障恢复和重新排序服务。多数局域网可提供 A型网络服务，广域网几乎没有。
(2) 传输层协议类型,传输层定义了五类协议，都是面向连接的。
① 0类协议,最简单的协议，是面向 A型网络服务的。该类协议没有差错恢复和复用功能。
② 1类协议,提供基本的传输连接，是面向 B型网络服务的。它在 0类协议的基础上增加了基本差错恢复功能。
③ 2类协议,面向 A型网络服务。该类协议具有流量控制、复用功能而没有网络连接和故障恢复功能。
④ 3类协议,面向 B型网络服务，既具有差错恢复功能，又有复用功能。
⑤ 4类协议,是面向 C型网络服务，具有差错检测、差错恢复、复用等功能。该类协议是最复杂、最全面的协议 。
4,传输层服务和控制协议
传输控制协议是实现端到端计算机之间的通信、实现网络系统资源共享所必不可少和非常重要的协议。传输控制协议所实现的功能不仅是保证相同计算机系统之间、
相同计算机网络系统之间信息的 可靠传输,
还可实现不同计算机系统之间、不同计算机网络系统之间信息的 可靠传输 。
(1) 数据连接服务：
数据传输服务可提供面向连接和无连接的数据传输，为了实现这些数据传输，必须在两个传输用户之间建立传输连接。这种两个传输用户之间的关系和它们之间的数据传输，都具有从端点到端点的含义。
(2) 数据传输服务：
网络层的服务有虚电路服务和数据报服务。若网络层提供的是虚电路服务，则传输层能保证对报文的正确接收，传输层协议同通信子网能够构成可靠的计算机网络。若网络层提供的是数据报服务，传输层协议则必须包括差错检测和差错恢复，因为此时网络层提供的服务没有进行差错控制和分组丢失、报文重复等处理工作的服务，可靠性较差。
(3) 数据传输协议
两个使用传输控制协议进行通信的对等实体间的一次通信一般都要经历建立连接、数据传输和终止连接阶段。传输控制协议内部通过一套完整 传输控制机制 来保证各个阶段的正确执行,
为上层应用程序提供双向、可靠、顺序及无重复的数据流传输服务。
在 TCP协议中，建立连接要通过,三次握手,机制来完成。这种,三次握手,
的机制既可以由一方 TCP发起同步握手过程而由另一方 TCP响应该同步过程，
也可以由通信双方同时发起连接的同步握手。
发 SYN序号,
向 B请求连接接收 SYN,发回
SYN序号和 ACK
接收 SYN
和 ACK
发送 ACK
实体 A 实体 B
接收 ACK
TCP建立连接的三次握手
3,6 高层
1,会话层
会话层的主要任务,为用户提供特定应用进程的连接服务，并控制、管理和同步会话层实体之间的对话。
会话层功能,会话连接管理、会话活动管理和数据交换管理。
会话连接管理,会话连接的建立、维持和拆除。
①会话连接是建立在传输连接的基础上的。
两种连接之间可有一对一、一对多和多对一三种连接关系。
②会话连接的拆除包括正常有序拆除、用户异常拆除和服务者异常拆除三种方式。
会话活动管理,一次独立的数据传输就是一次会话活动，一个会话连接可包含几个会话活动，每个会话活动又包括几个会话单元。
会话同步,在一次会话连接中设置一些同步点 (有主同步点和次同步点 )，在会话双方进展不一致时，让会话实体返回到前一个同步点进行恢复，而不是从头恢复会话。
主同步点用于每个会话单元，次同步点用于单元内的同步控制。
数据交互管理,会话连接从原理上讲应该是全双工的，但实际上有很多困难，
多数时还是采用半双工或单工方式。因此会话层要进行会话交互管理。
实现交互管理的方法是使用权标 (token)。权标是会话连接上的一种属性，表示使用会话服务的权利。
若选用半双工方式，则初始获得权标的一方就允许使用某种会话服务，未获权标的一方想得到权标，可用服务原语提出申请。
权标有四种类型：数据权标、释放权标、
次同步权标和主同步权标。
持有数据权标的用户有发送数据的权利，
持有释放权标的用户有拆除会话连接的权利，持有次同步权标的用户可在会话单元插入次同步点，主同步权标用户可控制会话活动的开始和结束及插入主同步点。
2,表示层
表示层任务,为在应用进程之间传输信息提供表示服务。表示服务就是处理与数据表示
(语法 )有关的问题，即语法转换和上下文控制服务。
表示层功能,表示连接管理，语法转换和表示上下文控制。
表示服务 即表示转换，包括数据格式转换，
数据类型转换，数据压缩、数据加密等内容。
表示连接管理,在会话连接基础上建立表示连接及正常或异常终止表示连接的管理。
语法转换,抽象语法与传送语法的转换，
可由通信任一方实现或双方协作实现。
① 抽象语法,是对一般数据结构的描述，
与具体的编码格式无关，是一种标准的数据描述方法。
② 传送语法,是同等表示实体之间交换信息时，对用户信息所作的描述。
应用实体抽象语法抽象语法表示层实体传送语法应用实体抽象语法抽象语法表示层实体传送语法会话层及以下各层表示层应用层语法选择语法转换透明数据传输表示层的语法转换
表示上下文控制,上下文是指两种语法的对应关系；上下文控制是由表示实体提供给应用实体的各种控制过程，如表示上下文的定义、选择和删除。
3,应用层
应用层,是 OSI模型的最高层，是用户与网络的界面。在实际系统环境中，应用进程借助于应用实体、应用协议与表示层交换信息，因此它是应用进程利用 OSI的惟一窗口，它向应用进程提供了 OSI 7个层次的综合服务。
应用层任务,为用户的应用进程访问 OSI
环境提供服务。因为用户的实际应用多种多样，这就要求应用层采用不同的应用协议来解决不同类型的应用要求，因此应用层是最复杂的一层，使用的协议也最多。
应用层模型：
应用实体 AE,应用层与应用进程交互并提供服务而创建的进程。
应用层模型,就是用户应用进程与
OSI应用层交互的逻辑结构，即 AE的逻辑结构。
应用层元素,一个应用实体有多个元素组成，包括一个用户元素 UE和一组应用服务元素 ASE。
用户元素 UE是与用户有关的元素，而 ASE
是应用层中与实际应用有关的元素。
ASE又可分为公共应用服务元素 (CASE)
和特定应用服务元素 (SASE)两类。
CASE为各类 AE提供通用的服务，是应用层公用的基本功能。如联系控制服务元素，可靠传输服务元素，远程操作服务元素，委托、并发与恢复元素等。
SASE提供满足特定应用和特殊需求的服务。它包括多个协议元素，如电子邮件协议 EMS，文件传送、访问和控制协议
FTAM，作业传送与操作协议 JTM，虚拟终端协议 VTP，报文处理系统 MHS等。
计算机网络层次结构的基本概念,OSI
参考模型,各层次中的数据传输单元及重要概念,各层的基本任务,主要功能,主要协议,服务类型,工作原理及典型标准协议 。
本章要求
了解网络层次结构的基本概念,协议,
体系结构的组成；
理解 OSI参考模型中七个层次的关系和工作原理；
了解低三层中的基本概念,主要功能,
典型协议及其应用 。
本章分为六小节：
3,1 层次结构和 OSI参考模型
3,2 物理层
3,3 数据链路层
3,4 网络层
3,5 传输层
3,6 高层
3,1 层次结构和 OSI参考模型本节包括以下四个问题：
1,网络体系结构
2,网络层次结构的基本概念
3,OSI参考模型
4,OSI模型中数据的流动
1,网络体系结构
为了简化对复杂的计算机网络的研究、
设计和分析工作；同时也为能使网络中的不同的计算机系统、不同的通信系统和不同的应用能够互连、互通和互操作，
提出了网络体系结构的概念。
网络体系结构是针对计算机网络所执行的各种功能而设计出的一种 层次结构模型 ；
同时也为不同的计算机系统之间的互连、
互通和互操作提供相应的规范和标准 (即协议 )。
网络体系结构 是计算机网络的 分层结构,
各层协议 和 功能 的集合：
网络体系结构 ={层，协议，功能 }
(1) 层次结构
层次结构,就是指把一个复杂的系统设计问题分解成多个层次分明的局部问题，并规定每一层次所必须完成的功能。它提供了一种按层次来观察网络的方法，描述了网络中任意两个节点间的信息传输。
2,网络层次结构的基本概念
―――― 第 N＋１层协议 ――――
――――― 第 N层协议 ―――――
―――― 第 N－１层协议 ――――
N+1层 N+1层
N 层 N 层
N-1层 N-1层系统 A 系统 B
网络层次结构
层次结构,就是指把一个复杂的系统设计问题分解成多个层次分明的局部问题，并规定每一层次所必须完成的功能。它提供了一种按层次来观察网络的方法，描述了网络中任意两个节点间的信息传输。
实体,指客观存在的、与某一应用有关的事物，如程序、进程或作业之类的成分。实体既可以是软件实体，也可以是硬件实体。
服务,层次结构中各层都支持其上一层进行工作，这种 支持 就是服务。
各层次间的关系,在同一网络体系的层次结构中,下层为上层提供服务，上层利用下层提供的服务完成自己的功能，
同时再向更上一层提供服务。 因此，上层可看成是下层的用户，下层是上层的服务提供者。
同等层,不同系统的相同层次。
同等层实体,不同系统同等层上的两个正通信的实体。
同等层通信,不同系统同等层实体之间存在的通信。
同等层协议,同等层实体之间通信所遵守的规则。各层的协议只对所属层的操作有约束力，而不涉及到其他层。
接口,同一系统相邻层之间都存在一种接口
接口协议,相邻层实体之间交换信息所遵守的规则。任何两相邻层间都存在接口问题。
服务访问点 (SAP),接口上相邻两层实体交换信息的地方。是相邻两层实体的逻辑接口。
如 N层 SAP就是 N+1层可以访问 N层的地方。
N+1
N
N-1
.
.
系统 A
…
…
(N+1)/N层接口实体
SAP
N+1
N
N-1
.
.
系统 B
…
…
层次结构模型物 理 介 质
采用层次结构的优点：
功能简单，明确。 整个复杂的系统被分解为若干个小范围的部分，使得每一部分的功能比较单一。
独立性强。 各层具有相对独立的功能，
各层彼此不需知道各自的实现细节，而只要了解下层能提供什么服务、上层要求提供什么服务就可以了。
设计灵活。 当某层发生变更时，只要接口关系保持不变，就不会对上下层产生影响，而仅仅是本层内部的变化。
易于实现和维护。 分层结构使得实现一个大的复杂的网络系统变得简单和容易。
易于标准化。 每一层的功能和所提供的服务均已有明确的说明。
(2) 网络协议
网络协议,网络中各方相互通信所遵守的规则；从层次角度说，网络协议是网络中所有同等层协议和接口协议的集合。
网络协议组成的 三要素,语义、语法和同步。
语义 规定了通信双方要发出的控制信息,
执行的动作和返回的应答等；
语法 规定通信双方彼此应该如何操作,
即确定协议元素的格式；
时序 （ 也称定时,同步 ） 是对 事件实现顺序的详细说明,指出事件的顺序和速率匹配等 。
网络体系结构,不同的计算机网络具有不同的体系结构，其层的数量、层次的名称、
内容和功能以及各相邻层之间的接口都不一样。但在不同的网络体系结构中，每一层都是为了向邻接上层提供一定的服务而设置的，且每一层都对上层屏蔽如何实现协议的具体细节。
网络体系结构是一个抽象的概念，因为它不涉及具体的实现细节。网络体系结构仅告诉网络工作者应,做什么,，而网络实现则说明应该,怎样做,。
(3) 服务形式
从通信角度看，各层所提供的的服务有两种形式,面向连接的服务 和 无连接的服务
面向连接的服务,所谓“连接”，是指在同等层的两个同等实体间所设定的逻辑通路。
利用建立的连接进行数据传输的方式就是面向连接的服务。面向连接的服务过程可分为三部分：建立连接、传输数据和撤消连接。
无连接服务,该类服务的过程类似于邮政系统的信件通信。无论何时，计算机都可以向网络发送想要发送的数据。通信前，无须在两个同等层实体之间事先建立连接，通信链路资源完全在数据传输过程中动态地进行分配。
在网络体系结构中,“服务”、“功能”
和“协议” 是完全不同的概念。
服务,是某层次对上一层的支持，属于外观的表象；
功能,是本层内部的活动，是为了实现对外服务应从事的工作；
协议,相当于一种工具，层次“内部”
的 功能 和“对外”的 服务 都是在本层
,协议,的支持下完成的。
网络中低层通过服务访问点向相邻高层提供服务，而高层则通过原语或过程调用低层的服务。
(4) 服务原语
服务原语,服务用户和服务提供者之间所交互的信息。相邻层间的服务在形式上是由这种原语 (或操作 )描述的。
进程,是程序的一次执行活动，具有动态性和并发性特征。几个进程可以同时存在于一个系统中，
各进程按照各自的情况运行。
3,OSI 参考模型
1974年继 IBM公司提出第一个网络体系结构 SNA(系统网络体系结构 )之后，几年中各公司推出了十几个网络体系结构方案。
这些网络体系结构所构成的网络之间无法互通信和互操作。为了在更大范围内共享网络资源和相互通信，人们迫切需要一个共同的可以参照的标准，使得不同厂家的软硬件资源和设备能够互通信和互操作。
国际标准化组织 ISO于 1977年成立了信息技术委员会 TC97专门进行网络体系结构标准化的工作。在综合了已有的计算机网络体系结构的基础上，经过多次讨论研究，最后公布了网络体系结构的七层参考模型 RM，简写为 OSI/RM。
参照 OSI／ RM进行网络标准化的结果，
就能使得各个系统之间都是“开放”的，
而不是封闭的。凡是遵守这一标准化的系统之间都可以互相连接，并能解决不同系统之间信息交换和互相访问问题，
使不同系统之间也能交互工作。
(1) OSI参考模型表示层协议应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层物 理 媒 体网络层数据链路层物理层应用层协议会话层协议传输层协议系统 A 系统 B
(2) 国际著名的组织
ISO,国际标准化组织
IEEE,电子与电气工程师学会
CCITT,原国际电报电话咨询委员会
ITU-T,国际电信联盟电信技术分会
EIA,(美国 )电子工业协会
ANSI,美国国家标准学会
4,OSI中的数据流动
(1) OSI中的数据传输单元
协议数据单元 PDU,某层协议所操作的数据单元。
第 N 层 PDU 由第 N 层用户数据信息 UD和 N 层协议控制信息 PCI 两部分组成。为了将 (N)PDU传输到同等实体,(N)PDU必须经过 N-1层的 SAP，将整个 (N)PDU交给 N-1层实体。 N-1层实体就把整个
(N) PDU作为 N-1层的用户数据，再加上 (N-1)PCI
后就组成了 (N-1)PDU。
H 用户数据
PCI UDI
（ a） （ N） PDU
H 用户数据
（ N） PDU（ N-1） PCI
（ b） （ N-1） PDU
OSI模型中的数据单元
―― 用户间约定 ―――寄信人 收信人
―― 邮政局间约定 ――邮政局 邮政局
―― 运输部门间约定 ――运输部门 运输部门上海 北京邮政系统分层模型用户 /邮政局间约定邮政局 /运输部门间约定用户子系统运输子系统邮政子系统
下面以两大城市间民间邮寄信件的工作过程为例来说明有关概念及信息流动过程
(2) OSI中的数据流动过程
应用进程 PA 将用户数据先送到应用层；在应用层加上若干比特的 PCI后，作为该层
PDU传输到表示层；表示层将收到的数据再加上该层的 PCI构成该层 PDU。再向下层传输,… 依此类推。数据链路层 PDU传输到物理层时即为一串比特流。
当该比特流经物理介质传输到交换节点后，
还要经过剥去控制信息和加上控制信息等过程依次下传。在接收端，每层都根据控制信息进行必要的操作，然后将控制信息剥去，把剩下的数据单元送交上一层，最后把应用进程 PA发送的数据交给目的应用进程 PB。
OSI中的数据流动过程应用层协议会话层协议传输层协议层
7
6
1
2
3
4
5
应用层表示层传输层会话层链路层物理层网络层应用层表示层传输层会话层链路层物理层网络层物 理 媒 体
PA PB
数据数据AH
数据PH
数据数据报文数据分组数据帧比特
SH
TH
NH
DH DT
网络层协议表示层协议
3,2 物理层
1,物理层概述
物理层 是 OSI参考模型中的最低层，也是最重要、最基础的一层。 物理层 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，而是指物理介质上为上一层 (数据链路层 )提供传输比特流的一个 物理连接 。
物理层屏蔽掉了具体的通信介质、通信设备和通信方式的差异，为数据链路层提供服务。
物理层的主要任务 是为通信双方的数据传输提供物理连接，并在物理连接上透明地传输比特流。
物理层的数据传输单位是 位 (比特 )。
2,物理层主要功能和协议
ITU-T对物理层的 定义,利用机械的、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、维持和拆除功能。
建立、维持和拆除物理连接,为两个数据链路层实体之间进行数据传输建立、维持和拆除相应的物理连接
位同步传输,在物理连接上，数据一般是串行传输。物理层要保证信息按比特传输的正确性 (即比特同步，可以是同步传输，
也可以是异步传输 ) 。
物理层管理,物理层内的一切活动管理
实现四大特性的匹配,物理层要实现其机械特性、电气特性、功能特性和规程特性的匹配。
3,物理层接口特性
DCE DCEDTE DTE
DTE/DCE模型通 信 子 网物理链路
机械特性,也称物理特性，它规定了
DTE和 DCE之间连接器的几何参数，包括形状、几何尺寸、引线数目和排列方式等。
机械特性典型的 ISO标准有：
ISO 2110 (25针 ),ISO 2593 (34针 ),
ISO 4902 (37针或 9针 ),ISO 4903（ 15针）。
电气特性,规定了 DTE与 DCE之间多条信号线的电气参数及有关电路的特征，如电气接口连接方式、信号源输入 /输出阻抗、
信号电压范围、传输速率和距离的限制等。
接口连接有单端驱动单端接收、单端驱动差分接收和双端驱动差分接收三种方式，
可分别称为非平衡型、半平衡型和平衡型连接。
发送器 接收器
（ a） 非平衡型发送器 接收器
（ b） 半平衡型发送器 接收器
（ c） 平衡型常见的电气特性
功能特性,对接口各信号线的含义、功能及各信号之间的对应关系给出了确切的定义，说明某些连线上出现的某一电平的电压所表示的意义。
按功能区分，接口信号线有地线、数据线、
控制线和定时线 四种类型,有时还有备用信号线 (次信道或辅信道线 )。
信号线的命名：
十进制数字名称：如 102,103等英文字母名称：如 BA,BB等英文缩写名称：如 T,R等
规程特性,规定了 DTE和 DCE之间各接口信号线实现数据传输时的控制过程，
也就是在物理连接的建立、维持和拆除时，各信号线的动作规则和步骤等。
物理层协议 主要任务是实现 DTE与 DCE
之间数据比特的透明传输。
物理层协议很多，也比较成熟，如 ISO、
ITU-T,EIA等机构制定的协议。
ITU-T制定的 DTE与 DCE之间的物理层接口标准（协议）有 V系列,X系列和 I系列等建议。
V系列建议,是以字母 V开头编号的一系列协议的集合。 V系列建议是为解决在以电话网为基础的 模拟信道上传输数据 而由
ITU-T提出的，是一类比较复杂的接口标准。
V系列建议中著名的电气特性建议是 V.28
和 V.35；功能特性建议是 V.24；过程特性建议是 V.24等。 V.24功能特性建议包括
100和 200系列标准。此外还有 100系列接口标准和 200系列接口标准（接口线名字第 1位为,1”和,2”的物理接口。
X系列建议,是以字母 X开头编号的一系列协议的集合。 X系列建议是为解决以公共数据网为基础的 数字通信 问题而由 ITU-
T制定的，是一类比较简单的接口标准。
X系列建议中著名的电气、功能和规程特性分别有 X.26,X 27,X.24,X.20,X.21。
I 系列建议,是以字母 I开头编号的一系列协议的集合。 I系列建议是针对综合业务数字网应用而由 ITU-T制定的。
I 系列建议有接口结构建议和接口特性建议，分别定义了 N-ISDN和 B-ISDN与 UNI
的结构配置和速率规范。
4,典型的物理层标准
RS 232协议,是由美国电子工业协会 EIA
发布的物理层标准。
RS 449,RS422-A和 RS423-A协议,是
EIA于 1977年推出的对 RS 232协议改进的标准。
X.21协议,是 ITU-T于 1976年推出的一种数字接口标准。
EIA RS 232协议 是 1962年由 EIA 颁布。 RS
意为推荐标准,232为标准序号。 EIA分别对该标准进行了四次修改，并分别用 A,B、
C和 D标识其版本。
RS 232协议 用于电话网实现两 DTE之间的数据传输，因此它与 V系列建议相似。
(1) EIA RS 232协议
接口位置,作为物理层接口标准,EIA
RS 232可以用于 DTE(计算机或终端 )与
DCE (调制解调器 )之间的连接；也可以直接用于 DTE(计算机 )与 DTE(计算机或终端 )之间的连接，该情况称为空调制解调器状态。
公用电话交换网
RS-232接口 RS-232接口
(a) 利用公共电话网实现远程连接
RS-232接口
(b) DTE与 DTE的直接连接
RS-232接口界面调制解调器 调制解调器 DTEDTE
DTE DTE
机械特性,RS 232采用 ISO2110标准的 25
针连接器 (DB-25接口 )，并对该连接器的尺寸及针脚排列位置等都做了确切的规定；
在 DTE一侧采用孔式结构插头，在 DCE一侧采用针式结构插座。
0.054英寸 113
13
1.85英寸
1425
2.09英寸
ISO 2110 连接器的机械特性
0.5英寸
电气特性,使用非平衡型电路，其逻辑
,1”电平为－ 5~－ 15V，逻辑,0”电平为
+5~+ 15V，－ 5~+5V内为过渡区。规定数据传输速率最高为 19.2kbps ；两连接器间最长连线为 15m。实际的数据传输速率应根据传输距离和信道质量加以选择，一般距离远、信道误码率高的信道，应选择低速率；反之，则选择高速率。
功能特性,规定了接口中 20个针及其信号线的功能。但最常用的信号线有 10根。
若有两台 DTE(计算机 )设备距离很近，可将其直接连接而不使用调制解调器，此时
RS 232接口直接连接两个 DTE，这就是空调制解调器状态。
R S 2 3 2 C ／ V,24 接口信号线功能分配表接口线类型针脚号
R S 2 3 2 C
线号
V,2 4
线号信号线功能说明信号方向地线
1
7
AA
BB
101
102
保护地信号地数据线
2
3
BA
BB
103
104
发送数据接收数据
D C E
D T E
4
5
6
20
CA
CB
CC
CD
105
106
107
108
请求发送（ D T E 已准备好）
允许发送（ D C E 已准备好）
数据设备（ D C E ）准备好数据 终端（ D T E ）准备好
D C E
D T E
D T E
D C E
控制线
22
8
21
23
25
CE
CF
CG
CH
CI
125
109
1 1 0
111
1 1 2
振铃指示 D C E 收到呼叫信号载波检测 D C E 收到载波信号信号质量检测数据信号速率选择（ D T E ）
数据信号速率选择（ D C E ）
D T E
D T E
D T E
D C E
D T E
定时线
24
15
17
DA
DB
DC
1 1 3
1 1 4
1 1 5
发送信号定时（ D T E ）
发送信号定时（ D C E ）
接收信号定时（ D C E ）
D C E
D T E
DT E
辅信道线
14
16
19
13
12
S B A
S B B
SCA
SCB
SCF
1 1 8
1 1 9
120
121
122
辅信道发送数据辅信道接收数据辅信道请求发送辅信道允许发送辅信道载波检测
D C E
D T E
D C E
D T E
D T E
规程特性,定义了 DTE和 DCE通过 RS 232
接口连接时，各信号线在建立、维持和拆除物理连接及传输比特信号时的控制时序。
RS 232的工作过程是在各条控制信号线有序的,on” 和,off” 状态的配合下进行的。
现以发送数据为例，说明 RS 232接口的工作过程 (规程特性 )。
建立阶段,当 DTE有数据要发送时，
置 20号 (CD)线为,on”(“通”状态 )，
通知本地 Modem,DTE处于通信就绪状态 (DTE准备好 ) 。本地 Modem若响应此信号，则置 6号 (CC)线为,on”，
回答 DTE,Modem准备好；
DTE再置 4号 (CA)线为,on”，通知 Modem
要发送数据 (请求发送 )。本地 Modem检测到
4号线为,通”状态后，置 5号 (CB)线为
,on”,通知 DTE允许发送 ；同时通过长途线发一载波信号给远端 Modem，通知它准备接收数据。远程 Modem检测到载波后置 8
号 (CF)线和 22号 (CE)线为,on”，通知远程
DTE准备接收数据；
数传阶段,DTE检测到 5号线为高电平后，即由 2号 (BA)线发送数据，并用 3号 (BB)线接收远程 DTE发回的数据；
拆除阶段,DTE数据发送完后，置 4号线为,off” (“断”状态 )，通知本地
Modem数据发送已结束。本地 Modem
收到“通知”后置 5号线为,off”，并停止向长途线发载波信号。远程 Modem
检测不到载波后置 8号线和 22号线为
,off”，恢复到原始状态；
DTE置 20号线为,off”，通知本地 Modem
拆线。本地 Modem接到“通知”后置 6号线为,off”，同意拆线。至此，一次通信结束，一切恢复到初始状态。
DTE1 DTE2
1
2
3
4
5
6
7
8
20
1
2
3
4
5
6
7
8
20
（ a） （ b）
空调制解调器方式的 RS-232连接方法
DTE1 DTE2
1
2
3
4
5
6
7
8
20
1
2
3
4
5
6
7
8
20
DB-25与 DB-9：
在实际使用中，由于并非要用到 RS 232标准的全集 (即各条信号线的功能 )，所以也可采用针孔较少的标准连接器，如 ISO
4902规定的 9针连接器 (DB-9接口 )。 DB-9接口针的排列顺序类似于 DB-25接口 (ISO
2110)两种接口线也有一定的对应关系。
DB-9接口和 DB-25接口针孔的对应关系表
DB-9 DB-25 插针功能说明 标记
1 8 信号检测 DCD
2 3 接收数据 RD
3 2 发送数据 SD
4 20 DTE就绪 DTR
5 7 信号地 SG
6 6 DCE就绪 DSR
7 4 请求发送 RTS
8 5 允许发送 CTS
9 22 振铃指示 RI
(2) RS 449,RS422-A和 RS423-A
RS 232建议被广泛应用于串行通信中,但它有以下不足：
传输速率和距离受限制,20kbps和 15m;
非平衡型电气特性使得电气性能佳；
信号线间易产生干扰 。
为了解决这些不足,EIA在 1977年推出了
RS 449标准 。
RS 449标准包括了两个子集,RS 422A和
RS 423A。 RS 449的机械,功能,规程特性由 RS 449定义,其电气特性由 RS 422-
A和 RS 423-A定义 。
RS 449标准的机械特性采用 ISO 4902标准的 37针和 9针连接器两种接口 。
RS 422A采用双线平衡型接口电路 (差分驱动,差分接收 ),其抗串扰能力大大加强 。 可在较远距离内明显地提高传输速率 。 在传输距离为 10m时,数据传输速率可达 10Mbps；传输距离为 1000m时,
数据传输速率可达 100 Kbps。
发送器 接收器
（ a） 半平衡型发送器 接收器
（ a） 平衡型
RS449 的电气特性
RS 423A采用单端驱动,差分接收的半平衡型接口电路,其电气特性得到较大改善 。 在传输距离为 10m时,数据传输速率可达 100Kbps；传输距离为 100m时,
数据传输速率为 10Kbps。
RS 422A 和 RS 423A一个共同的优点是允许传输线路连接多个接收器 。
RS 449 标准的功能特性：每个接口线具有一个功能,除保护地线外,保留了 RS
232所有的接口线,并增加了 10条新接口线 。
RS 449标准的规程特性与 RS 232标准基本一样 。
(3) ITU-T X.21协议
X.21协议 是 ITU-T于 1976年推荐的一种数字接口标准。作为 X.25协议的第一级，
它规定了 DCE如何与 DTE通过交换信号来建立和拆除连接。
发送 (T)
控制 (C)
接收 (R)
指示 (I)
位定时信号 (S)
字节定时信号 (B)
DTE公用回线保护地 (G)
DCEDTE
X.21 的 DTE与 DCE接口
X.21采用由 ISO 4903标准所规定的 15针连接器,它只 定义了 8根信号线 。
X.21的电气性能较为灵活，在 DCE一侧使用新的平衡电气特性 X.27，而在 DTE
一侧用 X.27或 X.26非平衡电气特性。
X.21的目的之一在于减少接口线数目。
3,3 数据链路层
1,数据链路层概述
2,数据链路层功能
3,差错控制
3,流量控制
4,典型数据链路层协议简介
1,数据链路层概述
(1) 数据链路层的概念
链路,就是数据传输中任何两个相邻节点间承载信息的物理线路段。链路间没有任何其他节点存在。
物理链路,两节点间的实际传输介质。
逻辑链路,加有逻辑控制功能的物理链路。
帧,就是数据链路层的数据传输单位，也是分组在数据链路层的具体体现。
数据链路,在网络中，从一方到另一方的数据通信通常是由许多链路串接而成的，
这就是数据链路，也叫数据通路。
(2) 数据链路层主要任务
检测并校正物理层传输介质上产生的传输差错。该层负责数据链路信息从源点传输到目的点的数据传输与控制，如连接的建立、维护与拆除、异常情况处理、差错控制与恢复、信息格式等，检测和校正物理层可能出现的差错，使两系统之间构成一条无差错的链路。
(3) 数据链路控制规程
数据链路层协议 要对链路和传输操作进行控制和管理，完成这种控制和管理功能的规则和约定即为数据链路协议。
数据链路层协议 (也叫数据链路控制规程 )
是网络两个相邻节点之间的通信所遵守的规则。它是建立在物理层基础上的。
数据链路控制规程 中涉及到数据编码、同步方式、传输控制字符、报文格式、差错控制、应答方式、通信方式和传输速率等，
它是计算机网络软件编制的基础。
数据链路控制规程 有两大类：面向字符型的数据链路控制规程和面向比特型的数据链路控制规程。
① 面向字符型的数据链路控制规程：
面向字符型的数据链路控制规程以字符为传输信息的基本单位，利用控制字符进行传输控制。控制字符不允许在用户信息中出现，以避免用户信息与控制信息相混淆。
面向字符型的数据链路控制规程的典型代表是 IBM公司的二进制同步通信 (BSC)规程。由于该规程与特定的 ASCII编码集联系密切，兼容性差，且在实现上也比较复杂。在早期的面向终端的网络中应用广泛，
而现代数据通信系统中已很少使用。
② 面向比特型的数据链路控制规程：
面向比特型的数据链路控制规程先将数据分成块，再在这些块上加相应的起始和终止标志构成帧。数据帧和控制帧均采用统一的格式。
2,数据链路层功能
数据链路的建立、维持和拆除,链路两端的节点在进行通信前要先建立数据链路，在传输过程中还要维持这种链路，
传输完毕后要拆除该数据链路。
帧同步传输,帧是数据链路层传输的数据单位。每个帧包括帧头、帧尾、帧检验码和帧序号。帧头和帧尾以表示帧的开始和结束，接收方要能够明确地从物理层收到的比特流中区分出帧的起始与终止，以便进行帧同步。实现帧头部的方式有子节计数法、字符填充法、比特填充法和违法编码法。
差错控制,帧信息在传输过程中存在出现差错的情况。在计算机通信中采用差错控制技术可保证数据传输的正确性。通常采用检错重发方式，即接收方每收到一帧便检查帧中是否有错，一旦有错，就让发送方重发该帧，直至接收方正确接收为止。
流量控制,流量控制是指采用一定措施使通信网络中部分或全部链路和节点上的信息流量不超过某一限制值，来保证信息流动顺利通畅。
数据链路层采用简单的流量控制方式，
它控制的是相邻两节点间数据链路上的信息流量。
在数据链路层常用的差错控制方式有检错重发法 ARQ和反馈检测法 。
ARQ差错控制使用检错码，接收端放弃有差错的信息块或帧，并通过反馈通道请求重传，重传一直进行到该帧被成功地接收为止。由于该过程比较简单，且使传输系统增加了可靠性，
因此在计算机网络中得到了广泛应用。
3,差错控制
由于重传增加了往返行程的时延，使系统的实时性变差。
链路层的差错控制是保证相邻节点之间的传输差错被控制在所允许的范围内。
数据链路层的流量控制就是要控制相邻两节点之间的数据链路上的信息流量,
使发送端发送数据的能力不大于接收端接收数据的能力,以使接收端在接收前有足够的缓冲存储空间来接收每一个字符或帧
4,流量控制
5,HDLC协议
典型的面向比特型的数据链路控制规程是高级数据链路控制协议 HDLC。它是在 IBM公司于 70年代提出同步数据链路控制规程 SDLC基础上，经 ISO修改后得到的，已作为国际标准，得到广泛应用。
(1) 数据链路配置和传输模式
① 三种类型的站点：
主站,负责整个链路的控制，主站发出命令帧，接收响应帧。
从站,为受控站，配合主站参与链路控制。发出响应帧，接收主站的命令帧。
复合站,具有主站和从站的双重功能，
既能发送、又能接收命令帧和响应帧。
② 两种连接结构：
点 --点连接,一条数据链路把两个 DTE
连接起来构成的连接方式。
点 --多点连接,一个 DTE通过数据链路与多个 DTE连接方式。
命令 （ A）
复合站
A
点到点式链路配置复合站
B
响应 （ B）
命令 （ B）
响应 （ A）
响应 （ B）
命令 （ B）
主站
A
次站
B
响应 （ B） 响应 （ B） 响应 （ B）
主站
A
次站 B 次站 C 次站 D
命令 （ B或 C或 D）
点对多点式链路配置
③ 两种链路配置：
非平衡配置,使用于点 --点或点 --多点链路，这种配置是由一个主站和一个或多个从站组成，支持半双工或全双工通信。
平衡配置,只适用于点 --点链路，由两个复合站组成，支持半双工或全双工通信。
④ 三种数据传输模式：
正常响应模式 (NRM)：这是一种不平衡配置的传输模式 。 主站启动数据传输,从站当收到主站的询问命令后才能发送数据 。
在这种模式中,主站负责管理整个链路,
负责对超时,重发和各类恢复操作的控制,
并有查询从站和查询从站向从站发送信息的权利 。
异步响应模式 (ARM),这也是一种不平衡配置的传输模式，但 NRM的不同之处在于：从站不必确切地接收到来自主站的允许传输的命令就可开始传输。
异步平衡模式 (ABM)：这是一种平衡配置的传输模式。它传输的可以是一帧或多帧，传输是在复合站之间进行的。在传输过程中，一个复合站不必接收到另一个复合站的允许就可以开始发送。
(2) HDLC的帧格式：
信息以帧为单位传输，有固定的帧格式，
由 F,A,C,I,FCS,F六个字段组成。
F A C I FCS F
8位 8位 8/16位 不定长 16/32位 8位
HDLC帧格式
① 标志字段 F：
F 字段是由 8 位固定编码,01111110”组成，放在一个帧的开头和结尾处，起同步、填充、定界作用。
采用,0”比特插入、删除技术，保证 F
字段的唯一性。
,0”比特插入和删除,发送时发送端监测两
F字段间的比特序列，当发现有 5个连续的
,1”时，就在第 5个,1”后自动插入一个
,0”比特。这样可保证除 F字段外帧内不出现多于连续 5个,1”的序列，因此也就不能出现与 F字段相混淆的情况。接收接收端检查比特序列，当发现有连续 5个,1”时，就将其后的,0” 删除，使之恢复原信息。
② 地址字段 A：
A字段由 8位码组成，用以指明从站的地址，即主站命令帧中该字段为从站地址；
从站响应帧中该字段为本站地址。
③ 控制字段 C：
C字段由 8或 16位组成，用以标识帧的类型和功能。
④ 信息字段 I：
I 字段用来填充要传输的数据、报表等信息。
⑤ 帧校验序列 FCS：
FCS是采用 16或 32位的 CRC校验码进行差错控制的。 FCS的校验范围是除 F字段外的内容。
(3) HDLC的帧类型：
HDLC定义了三种类型的帧，它们具有不同的控制字段。信息帧 ( I 帧 )、监控帧 ( S
帧 )和无编号帧 ( U 帧 )。
每一类型的帧都是由控制字段前 1位或 2
位的不同取值定义的。
C字段的第 1位为,0”时表示该帧为信息帧，第 1~2位为,10”时表示该帧为监控帧，第 1~2位为,11”时表示该帧为无编号帧。
1 2 3 4 5 6 7 8
0 N(S) P/F N(R)
1 0 S1 S2 P/F N(R)
1 1 M M P/F M M M
① 信息帧 ( I 帧 ),信息帧中包括信息 (I)字段，
用来传输用户数据。
N (S)存放发送帧的序号,N (R)存放希望接收帧的序号，均由三位二进制码组成。
P／ F位为轮询／结束位：对于主站，
P=“1”时，表示主站不再发送信息，请求从站响应，从站可传输响应帧；对于从站,F=“1”时，表示这是从站的最后响应帧。
② 监控帧 ( S 帧 ),监控帧中没有 I 字段，
用于完成链路的监控功能，监视链路上的常规操作。主站和从站均可能发送此类帧。
S 帧中无 N(S)位。
S 帧中第 6-8位的 N(R) 的含义与 I 帧同。
S 帧中第 3-4位 S1S2可有四种不同的组合，
其意义为：
S1S2=00：意为接收准备好 RR，该站准备接收序号为 N(R)的帧，并表示 N(R)以前各帧均已正确接收；
S1S2=10：意为接收未准备好 RNR(本站忙 )，
该站不准备接收序号为 N(R)的帧，但表示
N(R)以前各帧均已正确接收；
S1S2=01：意为拒绝接收 REJ，表示原发送的第 N(R)帧有错，该站希望重发 N(R)帧及其以后各帧，并表示 N(R)以前各帧均已正确接收；
S1S2=11：意为选择拒绝接收 SREJ，表示原发送的第 N(R)帧有错，该站希望只重发该帧，并表示原连续发送的其它各帧均已正确接收。
以上四种 S帧，前三种可用于连续 ARQ协议，后一种用于选择重发 ARQ协议。
S 帧中第 5位 P/F的含义与 I 帧基本相同，
只是在 ARM和 ABM操作方式下有所区别：
当从站收到 P=1的命令帧后即可发送 F=1
的响应帧，但随后从站仍可继续发送响应帧，直至再无响应帧发送。
③ 无编号帧 ( U 帧 ),U 帧本身不带编号，
即无 N (S)和 N (R),U 帧用于链路的建立和拆除阶段。
U 帧控制字段的第 3-4和第 6-8位 5个 M位仅定义了 15种 U帧。主要有置 NRM帧、置
ARM帧、置 ABM帧、拆除链路、无编号确认和命令拒绝等。
(4) HDLC通信过程：
HDLC规程中规定，两站间的通信过程分为链路建立、数据传输、链路拆除三个阶段。这三个过程中分别使用不同的帧。
下图就是 HDLC的通信过程。
帧的表示顺序是：帧类型,N(s),N(R),P/F，
如用 I,2,0,P表示第 2号信息帧，希望接收第 0号响应帧。
A站 A站 B站 A站 B站释放链路数据传输建立链路
UA,F
DISC,P
I,3,0,P
I,2,0
I,1,0
I,0,0
UA,F
SNRM,P
UA,F
DISC,P
I,1,4,F
I,0,4
I,3,0,P
I,2,0
I,1,0
REJ,1,F
UA,F
DISC,P
I,1,4,F
I,0,4
I,1,0,P
SREJ,1,F
I,1,0未通过 CRC校验
I,3,0,P
I,2,0
I,1,0
I,0,0
UA,F
SNRM,P
HDLC的数据传输过程
（ b）（ a）
I,1,0未通过 CRC校验
I,3,0,P
I,2,0
I,1,0
I,0,0
UA,F
SNRM,P
I,1,4,F
（ c）
B站
I,0,4
3,4 网络层
1,网络层概述；
2,网络层功能；
3,数据报服务和虚电路服务 ;
4,路由选择；
5,流量控制；
6,ITU-T X.25协议
1,网络层概述
(1) 网络层的概念：
网络层 是通信子网的最高层，它用于控制和管理通信子网的操作。它体现了网络应用环境中资源子网访问通信子网的方式
网络层的数据传输单位为数据 分组 (包 )
(2) 网络层的主要任务：
在数据链路服务的基础上，实现整个通信子网内的连接，向传输层提供端到端的数据传输通路，为报文分组以最佳路径通过通信子网到达目的主机提供服务。如果两实体跨越多个网络，网络层还可提供正确的路由选择和数据传输服务等。
(3) 网络层的服务
网络层所提供的服务有两大类,面向连接的网络服务和面向无连接的网络服务。
面向连接的网络服务,是在数据交换前先建立连接，当数据交换结束后，再拆除这个连接。
面向无连接的网络服务,是两个实体之间分组的传输不需要先建立连接，通信所需的资源无需事先预定保留，而是在数据传输时动态地进行分配的。
在网络层中，面向连接的网络服务与面向无连接的网络服务的具体实现分别是 虚电路服务 和 数据报服务 。
2,网络层的功能：
建立、维持和拆除网络连接,在网络层，
要为传输层实体之间通信提供网络连接的建立、维持和拆除。
路由选择,根据一定的原则和算法，在多节点的通信子网中，选择一条从源节点到目的节点的合适逻辑通路的控制过程。
流量控制,网络层的流量控制是对进入整个通信子网内的数据流量及其分布进行控制和管理，以避免发生网络阻塞和死锁，提高网络传输效率和吞吐量。
网络传输控制,网络层要对在通信子网中传输的数据进行控制：组包、拆包、
包的按序重装，包信息的传输同步，差错控制和速率控制等。
3,数据报服务和虚电路服务
在网络层中，面向连接的网络服务与面向无连接的网络服务的具体实现分别是 虚电路服务 和 数据报服务 。
(1) 数据报分组交换
数据报传输类似于邮政系统的信件投递。
每个分组都携带完整的源、目的节点的地址信息，独立地传输。每经过一个中间节点时，都要根据目标地址、网络流量及故障等网络当时的状态，按一定路由选择算法选择一条最佳的输出线，直至传输到目的节点。
通信子网的每一个节点都保存一张根据路由选择算法编制的路由表。该表显示进入该节点的分组要到某个目的节点时，它应从该节点的哪根输出线输出。当分组到达该节点后，网络软件便以分组上的目标地址为关键字，查找路由表，决定分组转发的输出线，并将分组从该输出线转发到下一个节点。
报文 B
A
C
D
E
H2
H1 2
1
数据报交换原理
4 3 2 1
4 3 2 1
数据报服务不需要建立连接,目的节点在收到分组后也不需要发送确认信息,是一种开销较小的通信方式 。 由于每个分组都携带源,目的节点地址,降低了通信效率 。 而分组独立传输的结果,可能各自通过不同的路径到达目标,
不能保证按发送顺序交付,也不能保证不丢失,
不重复,这就需要在目的节点开辟一个缓冲区,
缓存所收到的分组,然后按发送顺序重装后交付给目的主机,由主机承担端到端的差错控制 。
但数据报传输具有较好的灵活性和均衡性 。
在传输过程中,若某个节点或链路发生故障,数据报分组可以绕开故障,另选择其他路径传输；当网络中发生拥挤时,数据报传输可以为单个分组选择流量较小的路径,这样既平衡了网络中的流量,又可以使分组得以迅速传输 。
(2) 虚电路分组交换
虚电路传输是一种面向连接的交换服务。它将电路交换和数据报交换结合起来。在发送分组前，要先建立逻辑连接 —虚电路。但与电路交换不同处：一是虚电路交换建立的不是专用线路而是一个逻辑通路，其他分组仍可使用该通路上的各段链路；二是分组在各节点仍要存储转发，但不必做路由选择。
虚电路的建立,首先由源端节点将报文划分为分组,并给每个分组一个分组序号 。
然后源端节点向目的端节点发送一个特殊分组 --呼叫分组 。 呼叫分组中有源节点地址和目的节点地址信息 。 该呼叫分组到中间交换节点后,就象数据报分组交换中的分组一样,被一站一站地传输向目的节点 。
不同的是该分组每经过一个中间节点，除了要查找到达目的端节点的路由外，还要向该中间节点申请一些资源，如预留分组缓冲区。更重要的是要在中间节点的虚电路表中记下自己来自哪个节点，下一站是哪个节点。这样，当呼叫分组最后到达目的节点时，就在它经过的路由上每个中间节点的虚电路表中记录下一条到达目的节点的路由。
当目的端节点收到呼叫分组后，如果它已经做好了通信准备，就向源端节点发出一个响应分组。该响应分组沿呼叫分组传送的路由被传送的源端节点。源端节点收到响应分组后，即得知目的节点已经做好接收准备，可以与自己通信了。这样，源端节点和目的节点之间的连接 (虚电路 )即建立起来了。
需要强调的是,每个节点到其他节点可能有若干条虚电路，以支持不同的端系统间的数据传输；两个端系统间也可以有多条虚电路为不同的进程服务，这些虚电路的实际路径可能相同，也可能不同。即每个节点都可以和其他多个节点建立虚电路。
这些虚电路是靠虚电路序号区分的。
若有两个虚电路经过某节点,当某分组到达时,节点可利用分组所携带的虚电路号判断该分组属于哪条虚电路 。 虚电路号是动态的,同一条虚电路在不同节点的虚电路序号可能相同,也可能不同 。 虚电路序号是在虚电路呼叫建立时确定的 。 该序号的赋予是遵循 最小序号原则 的 。 当虚电路建立后,各节点的虚电路号也确定了 。
数据传输,虚电路一旦建立,所有待发的数据分组均可沿着事先建立好的这条虚电路一个一个地被传输到目的端节点 。 当然,目的端节点也可以沿着该虚电路将自己的分组传送到源端节点 。 这样,当一个分组沿一条虚电路传输时,分组不需要加上目的点全称地址,只要带虚电路号就可以 。 可见,沿虚电路传输数据分组的额外开销小 。
虚电路的拆除,当数据分组传输结束后,
源端节点或目的端节点都可发出拆除连接的分组给对方,对方送回一个拆除确认分组 。 至此,该虚电路就被拆除了,即从节点路由表中删除了有关信息,占用的节点资源同时被释放 。
例：由 5个中间节点组成的分组交换网如图,
如果网中有 4条虚电路在工作,4条虚电路建立的顺序和经过的节点如下：
第 1条 H1→A→B→D→H 4 经由节点 A,B,D
第 2条 H1→A→C→D→H 4 经由节点 A,C,D
第 3条 H2→B→C→D→H 4 经由节点 B,C,D
第 4条 H1→A→B→C→D→H 4 经由节点 A,B,C,D
B
A
C
DE
H1
H2
H3
H4H
5
有五个节点的交换网第 3条第 1条第 4条 第 2条
根据以上条件和要求，可在网络的各节点内分别建立一张路由表。传输是从每个虚电路的头出发，
沿箭头方向前进，如图 下 所示。
入 出 入 出入 出
B
A
入 出
H1 0 B 0
H1 1 C 0
H1 2 B 1
A 0 D 0
H2 0 C 0
A 1 C 1
B 0 H4 0
C 0 H4 1
C 1 H4 2
C 2 H4 3
A 0 D 0
B 0 D 1
B 1 D 2
C
D
虚电路的建立第 3条第 1条第 2条第 4条数据报和虚电路的比较
虚电路服务是面向连接的，网络能够保证数据分组按序交付给收端，且不丢失、不重复，因此，虚电路提供的是面向连接的、
可靠的端到端数据传输。此时，相应的差错控制和流量控制功能由通信子网实现。
数据报服务是面向无连接的，分组不能按序交付，传输中分组可能丢失和重复，因此，数据报提供的是面向无连接的、不可靠的数据传输。此时，通信子网无法实现相应的差错控制和流量控制功能，这些功能要由端系统实现
因此，虚电路能够提供比数据报更高质量的服务。
虚电路服务适用于通信信息量大、速率要求高、传输可靠性要求高的场合；数据报服务的灵活性好，适用于传输可靠性要求不高、通信子网负载不均衡、需要选择最佳路径的场合。
4,路由选择
采用数据报服务时，每个分组独立传输，
在一对端系统之间可能有多条通路可选择。
因此，各分组经过各个节点时都要进行路由选择。而当采用虚电路服务时，仅需在每次建立连接时作一次路由选择。
路由选择要求：
符合最小费用和最佳路径准则；
算法简单、正确；
能适应网络状态、参数和结构的变化；
具有稳定性
路由选择算法,可分为静态路由算法和动态路由算法两大类。
(1) 静态路由算法,基于一定的网络性能要求、
拓扑结构和信息分布情况，按固定规划设计好路由选择方案。此算法一旦确定，可保持一段时间不变，不再对网络的流量和拓扑变化做出反应，故也叫非自适应路由算法。
常用的静态路由算法有最短路由算法、扩散式算法和基于流量的路由算法。
① 最短路由法,最短路由选择算法是一种简单的且使用较多的算法。该算法在每个网络节点中都存储一张表格，表格中记录着对应某个目的节点的下一节点和链路。
当一个分组到达节点时，该节点只要根据分组的地址信息，就可从固定的路由表中查出对应的目的节点及所应选择的下一节点。网络中一般都有一个网络控制中心，
由它按照最短路由算法求出每对源 --目节点的最佳路由，然后为每一节点构造一个固定路由表，并发给每个节点。
② 扩 散法,当某节点接到分组并要转发时，
就将其多个拷贝转发到除该分组的来源链路外与该节点相连的所有链路上，这样，
该分组的多个拷贝可经过多个通路到达目的点，目的点接收最先到达的分组，删除后到的分组。
显然，该算法会产生大量的重复分组，如果不采取一定措施来抑制这样的过程，将会象雪崩似地产生无穷个分组。
一种比较实际的措施是采用选择扩散式方法。即在收到信息分组的节点后并不是将每个分组都从每条线上发出，而是只将分组送到那些与正确目的方向接近的那些输出线路上。
③ 基于流量的路由算法,该算法既考虑拓扑结构又考虑了网络负载的算法。一些网络的负载和流量相对稳定且可以预测，如校园网中实验网络的用户和操作都是事前可知的，
因此其流量也可预测。如果对这些网络的流量进行分析，就可以优化路由选择。
(2) 动态路由算法,该类算法主要是根据网络状态 (拓扑结构和流量等 )的变化而决定各节点的路由选择。网络状态变化，算法也随之变化，以适应网络流量及各种参数的变化，因此，又叫自适应路由算法。
动态路由选择有孤立式、集中式和分布式三种：
① 孤立式路由算法,该算法主要依据节点本身当前的状态信息，而不考虑其他节点的情况而进行的选择。七基本原理是当节点要发送一个分组时，仅考虑本节点当前各输出链路的队列长度，将分组放在长度最短的队列中排队，各节点均以最小时延将分组发送出去。
② 集中式路由算法,在网络中设定一节点为路由控制中心 RCC，各节点定期地将其有关状态信息报告给 RCC,RCC即可使用某种算法确定一条源目的端间的最佳路径，并将信息告知各节点。此算法中,RCC负责网络路由信息收集、路由计算和路由选择。
③ 分布式路由算法,这是一种各节点与相邻节点定期交换网络状态信息，并据此生成新路由表的算法。在该算法中，节点存放一张时延表和一张路由表。时延表存储本节点由各输出链路到达目的点的传输时延；路由表存储到达目的点的具体路由。
在动态路由选择算法中，分布式路由选择算法是最优秀的，得到了广泛的应用。在该类算法中，最常用的是距离向量路由选择 DVR算法和链路状态路由选择 LSR算法。
前者经过改进，成为目前广泛应用的路由信息协议 RIP(Routing Information Protocol)，
后者则发展成为开放式最短路径优先
OSPF(Open Shortest Path First)协议。
路由选择算法静态路由算法动态路由算法最短路由法扩散法基于流量的算法孤立式路由算法集中式路由算法分布式路由算法路由选择算法类型
5,流量控制
(1) 流量控制的概念
拥塞是指到达通信子网的信息量过大，超出了网络所能承受的能力，导致网络性能下降的现象。
当端用户注入的信息量继续增大，由于通信子网资源的限制，网络的信息吞吐量将随输入分组的增加而下降，中间节点可能会丢掉一些分组，使网络性能变差；严重时会出现信息的拥塞。
通信子网内某处发生拥塞，会丢失分组，
从而导致发送端重发这些分组，这又引起因节点缓冲区不能得到正常释放而使分组再次丢失，这种连锁反应很快波及到网络中各节点，引起全局性拥塞。严重的拥塞会使网络瘫痪，不能工作。
流量控制的作用就是保证通信子网提供能使信息在节点之间畅通无阻的通路。它的主要功能是：防止网络过载而引起的网络数据吞吐量下降和延迟增加；避免死锁；
在用户之间公平地分配资源。
(2) 流量控制的层次
通过流量控制，在网中动态地分配网络资源，使网络资源得到公平、有效地利用。实际上对一条从源端主机到目的端主机的数据链路进行信息流量控制，可以在不同的级别、不同的协议层次上分别予以实现。
进网级目的节点主机主机源节点 交换节点 交换节点
A D
链路级链路级源 --目级进网级端 --端级多级流量控制示意图
链路级流控,在相邻两节点间的一条链路上实现流控。该级流控是由数据链路层协议完成的。
进网级流控,在用户主机进入通信子网的第一个交换节点的线路上实现流控。该级流控也主要是由数据链路层协议完成的。
源 --目级流控,在源交换节点和目的交换节点间的通信子网中实现流控。该级流控主要由网络层协议完成。
端 --端级流控,在源、宿端主机的两个进程之间实现流控。该级流控主要由传输层协议完成。
(3) 拥塞控制方法
常用的拥塞控制方法有以下四种：
滑动窗口法,规定发送端最多可连续发送的、未经接收端确认的数据包数目，
在接收端对接收的数据包确认后，发送端才可再发送其他包，但总发送包数受窗口宽度限制。
预约缓冲区法：
在使用虚电路传输方式时，发送端在建立虚电路时通过呼叫分组要求沿途的各节点为虚电路预先分配一 个或多个缓冲区。在拆除虚电路时再释放缓冲区。
许可证法：
先为网中各节点分配若干张许可证。主机向网内发送分组时，必须使每一分组都能得到一张许可证。每向网络中发送一个分组，网内的许可证总数就减 1。一旦许可证用完，
就不允许新的分组进入网络。当分组送交目的主机后，便可释放此证以供新的分组用。
当网络中的许可证总数是节点数的 3倍时，
可获得最佳的流量控制效果。
丢弃分组法：
在缓冲区已被占满的情况下，又有分组到达，此时只好将到达的分组丢弃。在数据报方式下，被丢弃的报文分组可以重发，
它对整个报文的传输影响不大；但若是虚电路方式，则必须在丢弃分组前，先将其副本保存在某处，待阻塞解除后重发此分组。
6,ITU-T X.25 协议
X.25协议,是 ITU-T 1976年公布的国际标准 。 以此协议构成的网络被称为 X.25
网或公用报文分组交换网 。
X.25协议描述的是 DTE与分组交换网 PSN
之间的接口规范 。 该协议是用于虚电路服务的网络中 。
X.25协议中包括三个级别的内容：
① 物理级,物理级协议规定机械、电气、
功能和规程四方面的特性，其接口使用
X.21协议。 X.21协议的一个补充协议是
X.21bis，在 X.25网中涉及模拟信道时要用到 X.21bis协议，它将 V系列建议支持的模拟设备附接到 X.25网上。
② 链路级,链路级协议 LAPB定义了帧格式，规定以帧的形式传输报文分组。在该级实现点到点的信息帧的可靠传输。链路级 LAPB标准是 HDLC协议的一个子集。
③ 分组级,进入网络层的用户数据形成报文分组，分组在源节点和目的节点之间建立起的网络连接上传输。分组级协议是 X.25
协议的核心，主要功能是建立虚电路和对虚电路的管理，为主机提供多信道的虚电路服务。
在 X.25分组结构中，第一至第三级数据传输的单位分别是比特、帧和分组。
3,5 传输层
1,传输层的地位和作用
OSI中 1--3层面向数据通信，是由通信子网所完成的通信功能的集合，通信子网就是基于低三层通信协议构成的网络； 5--7层是由端主机进程所完成的面向应用功能的集合。
传输层是 OSI中高层与低层之间的接口层。
对于网络中通信的两个主机，其端到端的可靠通信最后要靠传输层来完成。传输层是 OSI中负责通信的最高层,是唯一总体负责数据传输和控制的层次。 传输层还是
OSI中用户功能的最低层。
传输层及以上各层的数据传输单位均为 报文 。
传输层的任务,在网络层提供的网络连接 (服务 )基础上，补充和完善通信子网的服务，为源主机和目的主机进程之间提供可靠的、端到端数据的透明传输。
通信子网提供的服务越多，传输层协议就可越简单，反之亦然。
网络层数据链路层物理层面向信息处理面向通信用户功能网络功能传输层应用层表示层会话层传输层在 OSI七层模型中的地位
弥补和加强网络层提供的服务弥补,① 传输层提供了屏蔽掉不同通信网络性能差异 (面向连接的、可靠的虚电路服务或无连接的、不可靠的数据报服务 )的手段，向上层提供了一个标准、完善的服务界面，使用户完全无需了解通信网络传输的细节，用户所能看到的只是两个传输层实体之间存在着一条端到端的可靠的通信链路。
② 通信子网 没有程序或进程概念，无法满足多任务多系统的需要。当子网把数据传输到信宿机时，这就要由传输层来接收和处理涉及众多的进程的数据。
加强,提高服务质量，增强服务功能。增加的服务功能包括数据的分与组、进程间的差控、复用等。
2,传输层的功能
传输层连接管理,传输连接的建立、维持和拆除；
向会话层提供独立于通信子网的、可靠的、
透明的数据传输服务,传输层向高层用户屏蔽掉下面各通信子网的具体细节，使其看不见子网及其互连情况，就好象在两传输实体之间有一条可靠的通路一样。
多路复用,传输层支持向上复用和向下复用。向上复用是一个传输层协议可同时支持多个进程连接，即将多个进程连接绑定在一个网络连接（虚电路）上；
向下复用是一个传输层使用多个网络连接。这是在网络速度很慢时，可在网络层使用多个虚电路来提高传输效率。
寻址,传输层可实现提供上下层的地址映射、端到端的流量控制、差错控制与恢复等。
差错控制,传输层协议的复杂程度取决于网络提供的服务。对于不可靠的网络服务，传输层协议要很复杂，仅差错控制就要考虑重传策略、重复检测和故障恢复等工作。
3,传输层协议
(1) 网络服务类型,根据提供的服务质量的不同，网络服务可分为 A,B 和 C 类网络服务
① C类网络服务,网络传输不可靠，可能会丢失分组或出现重复分组；网络故障率也高。
② B型网络服务,具有较好的数据服务 (误码率低 )和较差的连接服务 (故障多 )。对该型网络，传输层协议必须提供故障恢复功能。大多数 X.25网为 B型网络。
③ A型网络服务,是一个完整的、理想的、
可靠的服务，所需传输层协议非常简单。
在该类网络服务下，网络中传输的分组不会丢失和失序，因此传输层不需要提供故障恢复和重新排序服务。多数局域网可提供 A型网络服务，广域网几乎没有。
(2) 传输层协议类型,传输层定义了五类协议，都是面向连接的。
① 0类协议,最简单的协议，是面向 A型网络服务的。该类协议没有差错恢复和复用功能。
② 1类协议,提供基本的传输连接，是面向 B型网络服务的。它在 0类协议的基础上增加了基本差错恢复功能。
③ 2类协议,面向 A型网络服务。该类协议具有流量控制、复用功能而没有网络连接和故障恢复功能。
④ 3类协议,面向 B型网络服务，既具有差错恢复功能，又有复用功能。
⑤ 4类协议,是面向 C型网络服务，具有差错检测、差错恢复、复用等功能。该类协议是最复杂、最全面的协议 。
4,传输层服务和控制协议
传输控制协议是实现端到端计算机之间的通信、实现网络系统资源共享所必不可少和非常重要的协议。传输控制协议所实现的功能不仅是保证相同计算机系统之间、
相同计算机网络系统之间信息的 可靠传输,
还可实现不同计算机系统之间、不同计算机网络系统之间信息的 可靠传输 。
(1) 数据连接服务：
数据传输服务可提供面向连接和无连接的数据传输，为了实现这些数据传输，必须在两个传输用户之间建立传输连接。这种两个传输用户之间的关系和它们之间的数据传输，都具有从端点到端点的含义。
(2) 数据传输服务：
网络层的服务有虚电路服务和数据报服务。若网络层提供的是虚电路服务，则传输层能保证对报文的正确接收，传输层协议同通信子网能够构成可靠的计算机网络。若网络层提供的是数据报服务，传输层协议则必须包括差错检测和差错恢复，因为此时网络层提供的服务没有进行差错控制和分组丢失、报文重复等处理工作的服务，可靠性较差。
(3) 数据传输协议
两个使用传输控制协议进行通信的对等实体间的一次通信一般都要经历建立连接、数据传输和终止连接阶段。传输控制协议内部通过一套完整 传输控制机制 来保证各个阶段的正确执行,
为上层应用程序提供双向、可靠、顺序及无重复的数据流传输服务。
在 TCP协议中，建立连接要通过,三次握手,机制来完成。这种,三次握手,
的机制既可以由一方 TCP发起同步握手过程而由另一方 TCP响应该同步过程，
也可以由通信双方同时发起连接的同步握手。
发 SYN序号,
向 B请求连接接收 SYN,发回
SYN序号和 ACK
接收 SYN
和 ACK
发送 ACK
实体 A 实体 B
接收 ACK
TCP建立连接的三次握手
3,6 高层
1,会话层
会话层的主要任务,为用户提供特定应用进程的连接服务，并控制、管理和同步会话层实体之间的对话。
会话层功能,会话连接管理、会话活动管理和数据交换管理。
会话连接管理,会话连接的建立、维持和拆除。
①会话连接是建立在传输连接的基础上的。
两种连接之间可有一对一、一对多和多对一三种连接关系。
②会话连接的拆除包括正常有序拆除、用户异常拆除和服务者异常拆除三种方式。
会话活动管理,一次独立的数据传输就是一次会话活动，一个会话连接可包含几个会话活动，每个会话活动又包括几个会话单元。
会话同步,在一次会话连接中设置一些同步点 (有主同步点和次同步点 )，在会话双方进展不一致时，让会话实体返回到前一个同步点进行恢复，而不是从头恢复会话。
主同步点用于每个会话单元，次同步点用于单元内的同步控制。
数据交互管理,会话连接从原理上讲应该是全双工的，但实际上有很多困难，
多数时还是采用半双工或单工方式。因此会话层要进行会话交互管理。
实现交互管理的方法是使用权标 (token)。权标是会话连接上的一种属性，表示使用会话服务的权利。
若选用半双工方式，则初始获得权标的一方就允许使用某种会话服务，未获权标的一方想得到权标，可用服务原语提出申请。
权标有四种类型：数据权标、释放权标、
次同步权标和主同步权标。
持有数据权标的用户有发送数据的权利，
持有释放权标的用户有拆除会话连接的权利，持有次同步权标的用户可在会话单元插入次同步点，主同步权标用户可控制会话活动的开始和结束及插入主同步点。
2,表示层
表示层任务,为在应用进程之间传输信息提供表示服务。表示服务就是处理与数据表示
(语法 )有关的问题，即语法转换和上下文控制服务。
表示层功能,表示连接管理，语法转换和表示上下文控制。
表示服务 即表示转换，包括数据格式转换，
数据类型转换，数据压缩、数据加密等内容。
表示连接管理,在会话连接基础上建立表示连接及正常或异常终止表示连接的管理。
语法转换,抽象语法与传送语法的转换，
可由通信任一方实现或双方协作实现。
① 抽象语法,是对一般数据结构的描述，
与具体的编码格式无关，是一种标准的数据描述方法。
② 传送语法,是同等表示实体之间交换信息时，对用户信息所作的描述。
应用实体抽象语法抽象语法表示层实体传送语法应用实体抽象语法抽象语法表示层实体传送语法会话层及以下各层表示层应用层语法选择语法转换透明数据传输表示层的语法转换
表示上下文控制,上下文是指两种语法的对应关系；上下文控制是由表示实体提供给应用实体的各种控制过程，如表示上下文的定义、选择和删除。
3,应用层
应用层,是 OSI模型的最高层，是用户与网络的界面。在实际系统环境中，应用进程借助于应用实体、应用协议与表示层交换信息，因此它是应用进程利用 OSI的惟一窗口，它向应用进程提供了 OSI 7个层次的综合服务。
应用层任务,为用户的应用进程访问 OSI
环境提供服务。因为用户的实际应用多种多样，这就要求应用层采用不同的应用协议来解决不同类型的应用要求，因此应用层是最复杂的一层，使用的协议也最多。
应用层模型：
应用实体 AE,应用层与应用进程交互并提供服务而创建的进程。
应用层模型,就是用户应用进程与
OSI应用层交互的逻辑结构，即 AE的逻辑结构。
应用层元素,一个应用实体有多个元素组成，包括一个用户元素 UE和一组应用服务元素 ASE。
用户元素 UE是与用户有关的元素，而 ASE
是应用层中与实际应用有关的元素。
ASE又可分为公共应用服务元素 (CASE)
和特定应用服务元素 (SASE)两类。
CASE为各类 AE提供通用的服务，是应用层公用的基本功能。如联系控制服务元素，可靠传输服务元素，远程操作服务元素，委托、并发与恢复元素等。
SASE提供满足特定应用和特殊需求的服务。它包括多个协议元素，如电子邮件协议 EMS，文件传送、访问和控制协议
FTAM，作业传送与操作协议 JTM，虚拟终端协议 VTP，报文处理系统 MHS等。
