网络互连技术教程第 3章 网络接入技术网络互连技术教程
3.1 LAN与 WAN
3.2 网络接入层的功能
3.3 数据链路协议
3.4 接入层通信规程网络互连技术教程
3.1 LAN与 WAN
LAN（ Local Area Network） 是在相对较小的地域范围内使用的计算机网络,这种网络由于工作范围较小而被叫做局域网 。 而 WAN (Wide Area Network)是广域网,用于连接在距离上相距较远的计算机 。 在提到局域网和广域网这两个术语时,我们所关注的是网络中所使用的下层技术,
也就是 TCP/IP体系中的网络接入层或 OSI/RM中的物理层和数据链路层中所采用的近距离网络连接技术和远程连接技术,如图 3-1所示 。 这些技术又分为数据链路控制技术和信号传输技术,我们主要关注数据链路控制技术 。
网络互连技术教程
OSI/RM
应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层
E the rn e t,FDDI
SL IP,PPP
应用层传输层网络层网络接入层网络接入层
TCP /IP
广域网协议 局域网协议图 3-1 局域网协议和远程网协议对应于网络接入层网络互连技术教程
3.1.1 LAN技术
Ethernet是最常见的局域网技术,目前我们所使用的大多数局域网都采用了 Ethernet技术 。 IEEE 802 是由 IEEE
定义的一组局域网标准,其中的 IEEE 802.3是基于 Ethernet技术的总线型局域网络协议 。 虽然 Ethernet和 IEEE 802.3在技术上有一定差别,但是在进行一般性讨论时经常被用来表示采用 CSMA/CD技术的总线型网络 。
在广播型网络中,两台或两台以上设备同时进行数据发送时,数据编码的信号会在传输媒体上产生碰撞 。 发生碰撞时,数据信号由于相互干扰而无法被识别,并由此导致数据的丢弃和重发 。 在总线型网络中,各个设备发送数据时采用竞争的方式,按照 CSMA/CD算法对网络进行监听,并在网络空闲时发送数据 。 如图 3-2所示 。
网络互连技术教程
×××
发生碰撞监听到网络空闲的两台机器同时向网络中发送数据同时发送到网络中的数据信号在媒体中发生碰撞图 3-2 总线网 (广播型网络 )中的设备连接形式和数据碰撞网络互连技术教程在数据链路层中,实际上包含两个子层：媒体访问控制子层和逻辑链路控制子层 。 媒体访问控制子层一般被称为
MAC层 （ Media Access Control）,MAC描述在共享介质环境中对数据的发送和接收,信息的可靠传输和传输中的同步,
错误识别和数据流向的控制等 。 为了能够标识每一台设备
（ 确切说是设备的网络接口 ）,在 MAC层中使用一个 48位的二进制整数,称为物理地址 。 物理地址也叫 MAC地址,任何一个网络接口卡的 MAC地址都是惟一的,不会与其他网卡的
MAC地址相同 。 在每一个数据帧中,都携带有两个 MAC地址,
一个是标识发送方的源地址,另一个是标识接收方的目的地址 。 图 3-3中给出了 IEEE802.3的数据帧格式 。
网络互连技术教程图 3-3 IEEE 802.3的数据封装网络互连技术教程逻辑链路控制子层简称 LLC（ Logic Link Control）,LLC
负责与上层进行数据的交换,保证数据链路层能够对网络层提供统一的接口模式和接口数据单元 。 由图 3-4中可以看出,
LLC向上层提供了统一的接口,MAC层则分别对应于不同的媒体技术 。
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80 2,1 0
可互操作的局域网的安全
802,2 逻辑链路控制 L L C
8 0 2,3
C S M A /C D
MAC
物理层
8 0 2,4
令牌总线
M A C
物理层
8 0 2,5
令牌环网
M A C
物理层
8 0 2,6
局域网 MAN
M A C
物理层
8 0 2,1 1
无线局域网物理层链路层物理层
802,1 体系结构、网络互连图 3-4 局域网标准 802体系网络互连技术教程
3.1.2 WAN技术在广域网中,SLIP和 PPP是两个常用的协议 。 SLIP
（ Serial Line IP） 是串行 IP协议,是一种在串行传输方式中采用的简单协议,它只支持 IP协议 。 PPP(Point to Point
Protocol)是点对点协议,可以支持多种上层协议 。 SLIP和
PPP能够工作在多种线路传输方式上,PSTN,ISDN,xDSL
和其他远程传输技术都可以作为 SLIP和 PPP的底层支持 。
网络互连技术教程
SLIP是一个简单协议,它是为在串行通信线路上传送 IP
数据报设计的 。 这个协议不提供对于安全和错误检测的支持,
只是简单地对 IP数据报进行封装,然后送到线路上传送 。
SLIP的数据封装只使用了两个特殊的字符,END和 ESC。
END字符的值是十六进制的 C0,ESC字符的值是十六进制的
DB。 IP数据报在线路上直接传送,并且以 END字符作为结束 。
原始数据 43E 054 69 ………,936 C 201 4
发送的数据帧 43E 054 69 ………,936 C 201 4 C0
S L IP 的数据帧网络互连技术教程在 PPP的数据传输单元中,含有一个协议字段,它的作用是标识数据报所采用的协议,标明由 PPP所传送的数据属于哪个协议 （ 见图 3-6） 。
图 3-6 HDLC方式下的 PPP
由于 PPP数据单元中可以包含指明协议的单元,所以 PPP
可以在单一的物理线路上提供对多种协议的支持 。
H D LC 帧头 PPP 数据包 F CS
01 1 1 1 1 10 11111111 00 00 00 1 1
协议 数据 填充网络互连技术教程
3.1.3 中继与桥接中继是一种物理手段,用来扩大网络的覆盖范围 。 完成中继工作的设备叫中继器,它只对网络物理层的物理信号进行整形和放大,不涉及任何逻辑处理 。 中继器不检查通过数据帧中的数据是否正常,也不检查数据帧的流向 。 在逻辑上,
可以把中继器看成是透明的,简单地认为中继器两端的网络是直接连接在一起的 。
中继器是处于 OSI/RM中第一层的设备,即物理层设备 。
由中继器的两端连接的网络,应当是同类网络 。 这些设备应当具有同样的数据编码方法和同样的数据传送速度 。 一般情况下,中继器所连接的两段网络应当采用相同的媒体技术 。
网络互连技术教程图 3-7 不同层次中使用的网络互连设备网络互连技术教程网络的桥接指的是使用网桥把两个网段连接在一起 。 网桥至少连接两个网段,它监听每个网段上的数据帧,检查其中的 MAC地址并且把目的地址在另一个网段上的数据帧转发到相应的网段上 。
中央处理器 局域网控制器
M A C 表 局域网控制器图 3-8 网桥使用 MAC地址表记录与每个端口连接的 MAC地址网络互连技术教程网桥在内部使用一张表记录每个端口所连接的计算机的
MAC地址,并根据这张表决定是否应当把接收到的数据帧转发到某个端口 （ 见图 3-8） 。 使用网桥有两个明显的用途,第一是可以将一个网络分割成若干网段,减少每个网段上的计算机数量和数据流量,减少冲突的机会,使用网桥可以改善网络的性能,在网络负载较重时可以简单地把这些负载分配到各个网段上；第二个用途是可以把采用不同媒体技术的网段连接在一起 。 网桥可以连接数据速率不同或者 MAC层协议不同的网段,例如使用网桥可以连接一个令牌环网段和一个以太网段,
如图 3-9所示 。
网桥是对应于 OSI/RM第二层的设备,由它所连接的各个部分被称为网段,由网桥所连接的网段同属于一个逻辑网络 。
从网络层的角度看,网桥是透明的,由它所连接的各个网段处于同一个网络 。
网络互连技术教程网桥 A
网桥 B
802,3
802,3
802,5
图 3-9 用网桥把采用不同媒体技术的网络连接在一起网络互连技术教程
3.2 网络接入层的功能
3.2.1 基本数据链路
3.2.2 差错控制
3.2.3 流量控制
3.2.4 链路管理网络互连技术教程
3.3 数据链路协议
3.3.1 停等协议停等协议是最简单也是最基本的数据链路层协议 。 这个协议规定发送方每发一个帧后就要停下来,等收到对方对这个帧的确认之后才能继续发送下一帧 。 发送方和接收方的流程示意图如图 3-10所示 。
网络互连技术教程发送方 接收方从主机取报文等待装配帧
（ seq= 发送帧号）
发送，并置计时器等待
A ck= 发送序号发送帧号 +1 - > 发送帧号收 到 的 帧
Seq = 期待帧号恢复报文送主机检验和检查期待帧号 +1 - > 期待帧号确认帧号 A ck=S eq 返回
0 - > 发送帧号 0 - > 发送帧号计时器超时不对发送数据帧不对不对数据帧到达对对返回 Ac k 帧到达图 3-10 停等协议的流程图网络互连技术教程图 3-10中的 seq表示帧的序号 。 而发送帧号和期待帧号代表两个状态寄存器,分别寄存了已发送出去等待确认的数据帧序号和等待接收的下一个数据帧序号 。 在停等协议中,帧序号只取 0和 1,实际上就是两个状态标志位 。 在连续正常的发送和接收过程中,0和 1交替变换,
初始状态为 0。 停等协议的最大缺点是：发送方要停下来等待 Ack返回后再继续发送而造成信道浪费 。
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3.3.2,回退 N”协议停等协议发送一帧后即要等待正确接收该帧的确认信息的返回 。 显然,在这段时间里信道是空闲的,造成了信道的浪费 。 为了提高信道的有效利用率,就要允许发送方不等确认帧的返回,就可以连续发送若干帧 。 发送的过程就像一条连续的流水线,故又称管道技术 。 由于允许连续发出多个未被确认的帧,帧号就不能仅采用一位,而要采用多位帧号才能区分 。
网络互连技术教程凡是被发送出去的尚未被确认的帧，都可能因出错或丢失而要求重发，因而都要保留下来。这就要求发送方有较大的发送缓冲区保留准备重发的帧。接收方应当以正确的顺序将报文送交主机。在发送方可以不等确认就连续发送许多帧的情况下，有可能发送了 N帧后，才发现尚未收到前面帧的确认信息，而这一帧可能已经出错了。接收因这一帧出错，不能正确接收该帧并送主机，对后面再发送来的 N帧也可能因为无法接收而丢弃。换句话说，接收方只允许顺序接收。当发送方发现前面帧未收到确认信息，
计时器已经超时后，不得不又重发后 N帧，这种方法有人称为“回退 N”协议，其工作情况如图 3-11所示。
网络互连技术教程发送方发送帧 4 5 10 7 6 8 9 4 3 2 1 0 2 3 5 7 6 8
5 7 6 8 4 3 2 1 0 D D D D E D D
计时器超时 重传接收方接收帧
Ack0
Ack1
Ack2
Ack3
Ack4
Ack5
Ack6
出错丢失图 3-11,回退 N”协议的数据传输示例网络互连技术教程
3.3.3 选择重传协议
,回退 N”协议将已正确传送到目的地的帧又重传一遍,
这显然是一种浪费 。 另一种更好的方法是：若某一帧出错,
后面送来的正确的帧虽然不能立即送主机,但接收方仍可收下来,放在一个缓冲区中,同时要求发送方重新发送出错的那一帧,一旦收到重传的帧后,就可以与先前已收到但暂存在缓冲区中的其余帧一起按正确的顺序送交上层实体,这种方法称为选择重传 。 其工作过程如图 3-12所示 。
网络互连技术教程发送方发送帧 16
选择重传
10 5 15 2 6 7 13 4 3 2 1 0 8 9 12 11
13 14 7 E
接收方接收帧
A
ck
0
A
ck
1
A
c
k
6
A
c
k
8
A
c
k
1
0
A
c
k
1
1
5 6 4 3 2 8 9 10 11 12 1 0
出错
14
A
c
k
7
A
c
k
9
A
c
k
1
2
暂存不送主机将 2 - 6 依次送主机
N
A
K
2
图 3-12 选择重传协议
Ac
k
网络互连技术教程在图 3-12中,发送方发送的第 2号帧出错,接收方以
NAK2表示不确认 2号帧,即要求发送方选择重传 2号帧 。 发送方得此信息后不用等待计时器超时就可以重发 2号帧了 。
显然,选择重传协议在某帧出错时减少了后面所有帧都要重传的浪费,但对接收方提出了更高的要求,要有一个足够大的缓冲区来暂存未按顺序正确接收的帧 。 凡是在一定范围内到达的帧,即便未按顺序到达,也要接收下来 。 若把这个范围看成接收窗口,那么接收窗口的大小是大于 1的 。
而,回退 N”协议正是接收窗口等于 1的特例 。 我们可以用滑动窗口的观点来统一看待停等,,回退 N”和选择重传这三种协议,其差别仅在于其窗口的大小,如图 3-13所示 。
网络互连技术教程协议 发送窗口 接收窗口停等回退 N
选择重传
1 1
>1 1
>1 >1
图 3-13 不同协议的滑动窗口大小网络互连技术教程
3.4 接入层通信规程
3.4.1 接口与协议数据单元协议数据单元 （ PDU） 如图 3-14所示 。 （ N） PDU由两部分组成,（ 1） 本层的用户数据,记为 （ N） 用户数据；
（ 2） 本层的协议控制信息,记为 （ N） PCI（ Protocol
Control Information） ； （ N） PCI一般作为协议数据单元的头加在用户数据前面,但有时也可作为尾部加在用户数据的后面 。 为了将 （ N） PDU传送到对等实体,必须将 （ N）
PDU通过 （ N-1） 服务访问点交给 （ N-1） 实体,这时,（
N-1） 实体就将整个 （ N） PDU作为 （ N-1） 的用户数据,
再加上 （ N-1） 层的 PCI,就组成了 （ N-1） 层的协议数据单元,即 （ N-1） PDU。 有时,在某一层中的一个协议数据单元只做控制信息之用,这时,在该协议数据的单元中,
就只有该层的 PCI而没有用户数据这一项了 。
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(N - 1) P D U
( N ) P C I (N) 用户数据
(N - 1) 用户数据 (N - 1) P C I
( N ) P D U
图 3-14 协议数据单元网络互连技术教程用户数据应用数据 T CP 首部应用数据 T CP 首部 IP 首部应用数据 T CP 首部 IP 首部 以太网首部
T CP 段
IP 数据报以太网帧应用程序
T CP
IP
以太网驱动程序以太网图 3-15 TCP/IP体系中的协议数据单元和以太网的帧图 3-15所示的是以太网上 TCP/IP各层协议数据单元的情况 。
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3.4.2 通信规程在数据链路层中,,规程,和,协议,可通用 。 通信规程是现代用于描述数据通信和通信网的基本手段 。
在设计一个数据通信系统时,需要解决以下几个问题：
是串行通信方式还是并行通信方式,是单工通信方式还是半双工通信方式或全双工通信方式,是同步通信方式还是异步通信方式 。
网络互连技术教程在计算机中，通常是用 8位二进制代码来表示一个字符。在数据通信中（如图 3-16所示的方式），将二进制代码按低到高的顺序依次逐位发送的方式称为串行通信。
图 3-16 串行数据传输发送端 接收端 b 7 b 6 b 5 b 4 b 3 b 2 b 1 b 0
串行通信信道网络互连技术教程如图 3-17所示,可以利用多条并行的通信线路,将表示一个字符的 8位二进制代码同时通过 8条对应的通信信道发送出去,
每次发送一个字符代码,这种工作方式称为并行通信 。
发送端
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
接收端
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
并行通信信道图 3-17 并行数据传输网络互连技术教程数据通信按照信号传送方向与时间的关系,可以分为三种：单工通信,半双工通信和全双工通信 。 如图 3-18所示,
在单工通信方式中,信号只能向一个方向传输,任何时候都不能改变信号的传送方向 。 如图 3-19所示,在半双工通信方式中,信号可以双向传送,但必须是交替进行,一个时间只能向一个方向传送 。 如图 3-20所示,在全双工通信方式中,
信号可以同时双向传送 。
网络互连技术教程图 3-18 单工通信方式发送 接收 单向通道网络互连技术教程发送接收双向通道 接收发送图 3-19 半双工通信方式网络互连技术教程发送接收双向通道 接收发送图 3-20 全双工通信方式
3.1 LAN与 WAN
3.2 网络接入层的功能
3.3 数据链路协议
3.4 接入层通信规程网络互连技术教程
3.1 LAN与 WAN
LAN（ Local Area Network） 是在相对较小的地域范围内使用的计算机网络,这种网络由于工作范围较小而被叫做局域网 。 而 WAN (Wide Area Network)是广域网,用于连接在距离上相距较远的计算机 。 在提到局域网和广域网这两个术语时,我们所关注的是网络中所使用的下层技术,
也就是 TCP/IP体系中的网络接入层或 OSI/RM中的物理层和数据链路层中所采用的近距离网络连接技术和远程连接技术,如图 3-1所示 。 这些技术又分为数据链路控制技术和信号传输技术,我们主要关注数据链路控制技术 。
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TCP /IP
广域网协议 局域网协议图 3-1 局域网协议和远程网协议对应于网络接入层网络互连技术教程
3.1.1 LAN技术
Ethernet是最常见的局域网技术,目前我们所使用的大多数局域网都采用了 Ethernet技术 。 IEEE 802 是由 IEEE
定义的一组局域网标准,其中的 IEEE 802.3是基于 Ethernet技术的总线型局域网络协议 。 虽然 Ethernet和 IEEE 802.3在技术上有一定差别,但是在进行一般性讨论时经常被用来表示采用 CSMA/CD技术的总线型网络 。
在广播型网络中,两台或两台以上设备同时进行数据发送时,数据编码的信号会在传输媒体上产生碰撞 。 发生碰撞时,数据信号由于相互干扰而无法被识别,并由此导致数据的丢弃和重发 。 在总线型网络中,各个设备发送数据时采用竞争的方式,按照 CSMA/CD算法对网络进行监听,并在网络空闲时发送数据 。 如图 3-2所示 。
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发生碰撞监听到网络空闲的两台机器同时向网络中发送数据同时发送到网络中的数据信号在媒体中发生碰撞图 3-2 总线网 (广播型网络 )中的设备连接形式和数据碰撞网络互连技术教程在数据链路层中,实际上包含两个子层：媒体访问控制子层和逻辑链路控制子层 。 媒体访问控制子层一般被称为
MAC层 （ Media Access Control）,MAC描述在共享介质环境中对数据的发送和接收,信息的可靠传输和传输中的同步,
错误识别和数据流向的控制等 。 为了能够标识每一台设备
（ 确切说是设备的网络接口 ）,在 MAC层中使用一个 48位的二进制整数,称为物理地址 。 物理地址也叫 MAC地址,任何一个网络接口卡的 MAC地址都是惟一的,不会与其他网卡的
MAC地址相同 。 在每一个数据帧中,都携带有两个 MAC地址,
一个是标识发送方的源地址,另一个是标识接收方的目的地址 。 图 3-3中给出了 IEEE802.3的数据帧格式 。
网络互连技术教程图 3-3 IEEE 802.3的数据封装网络互连技术教程逻辑链路控制子层简称 LLC（ Logic Link Control）,LLC
负责与上层进行数据的交换,保证数据链路层能够对网络层提供统一的接口模式和接口数据单元 。 由图 3-4中可以看出,
LLC向上层提供了统一的接口,MAC层则分别对应于不同的媒体技术 。
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802,2 逻辑链路控制 L L C
8 0 2,3
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MAC
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8 0 2,4
令牌总线
M A C
物理层
8 0 2,5
令牌环网
M A C
物理层
8 0 2,6
局域网 MAN
M A C
物理层
8 0 2,1 1
无线局域网物理层链路层物理层
802,1 体系结构、网络互连图 3-4 局域网标准 802体系网络互连技术教程
3.1.2 WAN技术在广域网中,SLIP和 PPP是两个常用的协议 。 SLIP
（ Serial Line IP） 是串行 IP协议,是一种在串行传输方式中采用的简单协议,它只支持 IP协议 。 PPP(Point to Point
Protocol)是点对点协议,可以支持多种上层协议 。 SLIP和
PPP能够工作在多种线路传输方式上,PSTN,ISDN,xDSL
和其他远程传输技术都可以作为 SLIP和 PPP的底层支持 。
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SLIP是一个简单协议,它是为在串行通信线路上传送 IP
数据报设计的 。 这个协议不提供对于安全和错误检测的支持,
只是简单地对 IP数据报进行封装,然后送到线路上传送 。
SLIP的数据封装只使用了两个特殊的字符,END和 ESC。
END字符的值是十六进制的 C0,ESC字符的值是十六进制的
DB。 IP数据报在线路上直接传送,并且以 END字符作为结束 。
原始数据 43E 054 69 ………,936 C 201 4
发送的数据帧 43E 054 69 ………,936 C 201 4 C0
S L IP 的数据帧网络互连技术教程在 PPP的数据传输单元中,含有一个协议字段,它的作用是标识数据报所采用的协议,标明由 PPP所传送的数据属于哪个协议 （ 见图 3-6） 。
图 3-6 HDLC方式下的 PPP
由于 PPP数据单元中可以包含指明协议的单元,所以 PPP
可以在单一的物理线路上提供对多种协议的支持 。
H D LC 帧头 PPP 数据包 F CS
01 1 1 1 1 10 11111111 00 00 00 1 1
协议 数据 填充网络互连技术教程
3.1.3 中继与桥接中继是一种物理手段,用来扩大网络的覆盖范围 。 完成中继工作的设备叫中继器,它只对网络物理层的物理信号进行整形和放大,不涉及任何逻辑处理 。 中继器不检查通过数据帧中的数据是否正常,也不检查数据帧的流向 。 在逻辑上,
可以把中继器看成是透明的,简单地认为中继器两端的网络是直接连接在一起的 。
中继器是处于 OSI/RM中第一层的设备,即物理层设备 。
由中继器的两端连接的网络,应当是同类网络 。 这些设备应当具有同样的数据编码方法和同样的数据传送速度 。 一般情况下,中继器所连接的两段网络应当采用相同的媒体技术 。
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中央处理器 局域网控制器
M A C 表 局域网控制器图 3-8 网桥使用 MAC地址表记录与每个端口连接的 MAC地址网络互连技术教程网桥在内部使用一张表记录每个端口所连接的计算机的
MAC地址,并根据这张表决定是否应当把接收到的数据帧转发到某个端口 （ 见图 3-8） 。 使用网桥有两个明显的用途,第一是可以将一个网络分割成若干网段,减少每个网段上的计算机数量和数据流量,减少冲突的机会,使用网桥可以改善网络的性能,在网络负载较重时可以简单地把这些负载分配到各个网段上；第二个用途是可以把采用不同媒体技术的网段连接在一起 。 网桥可以连接数据速率不同或者 MAC层协议不同的网段,例如使用网桥可以连接一个令牌环网段和一个以太网段,
如图 3-9所示 。
网桥是对应于 OSI/RM第二层的设备,由它所连接的各个部分被称为网段,由网桥所连接的网段同属于一个逻辑网络 。
从网络层的角度看,网桥是透明的,由它所连接的各个网段处于同一个网络 。
网络互连技术教程网桥 A
网桥 B
802,3
802,3
802,5
图 3-9 用网桥把采用不同媒体技术的网络连接在一起网络互连技术教程
3.2 网络接入层的功能
3.2.1 基本数据链路
3.2.2 差错控制
3.2.3 流量控制
3.2.4 链路管理网络互连技术教程
3.3 数据链路协议
3.3.1 停等协议停等协议是最简单也是最基本的数据链路层协议 。 这个协议规定发送方每发一个帧后就要停下来,等收到对方对这个帧的确认之后才能继续发送下一帧 。 发送方和接收方的流程示意图如图 3-10所示 。
网络互连技术教程发送方 接收方从主机取报文等待装配帧
（ seq= 发送帧号）
发送，并置计时器等待
A ck= 发送序号发送帧号 +1 - > 发送帧号收 到 的 帧
Seq = 期待帧号恢复报文送主机检验和检查期待帧号 +1 - > 期待帧号确认帧号 A ck=S eq 返回
0 - > 发送帧号 0 - > 发送帧号计时器超时不对发送数据帧不对不对数据帧到达对对返回 Ac k 帧到达图 3-10 停等协议的流程图网络互连技术教程图 3-10中的 seq表示帧的序号 。 而发送帧号和期待帧号代表两个状态寄存器,分别寄存了已发送出去等待确认的数据帧序号和等待接收的下一个数据帧序号 。 在停等协议中,帧序号只取 0和 1,实际上就是两个状态标志位 。 在连续正常的发送和接收过程中,0和 1交替变换,
初始状态为 0。 停等协议的最大缺点是：发送方要停下来等待 Ack返回后再继续发送而造成信道浪费 。
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3.3.2,回退 N”协议停等协议发送一帧后即要等待正确接收该帧的确认信息的返回 。 显然,在这段时间里信道是空闲的,造成了信道的浪费 。 为了提高信道的有效利用率,就要允许发送方不等确认帧的返回,就可以连续发送若干帧 。 发送的过程就像一条连续的流水线,故又称管道技术 。 由于允许连续发出多个未被确认的帧,帧号就不能仅采用一位,而要采用多位帧号才能区分 。
网络互连技术教程凡是被发送出去的尚未被确认的帧，都可能因出错或丢失而要求重发，因而都要保留下来。这就要求发送方有较大的发送缓冲区保留准备重发的帧。接收方应当以正确的顺序将报文送交主机。在发送方可以不等确认就连续发送许多帧的情况下，有可能发送了 N帧后，才发现尚未收到前面帧的确认信息，而这一帧可能已经出错了。接收因这一帧出错，不能正确接收该帧并送主机，对后面再发送来的 N帧也可能因为无法接收而丢弃。换句话说，接收方只允许顺序接收。当发送方发现前面帧未收到确认信息，
计时器已经超时后，不得不又重发后 N帧，这种方法有人称为“回退 N”协议，其工作情况如图 3-11所示。
网络互连技术教程发送方发送帧 4 5 10 7 6 8 9 4 3 2 1 0 2 3 5 7 6 8
5 7 6 8 4 3 2 1 0 D D D D E D D
计时器超时 重传接收方接收帧
Ack0
Ack1
Ack2
Ack3
Ack4
Ack5
Ack6
出错丢失图 3-11,回退 N”协议的数据传输示例网络互连技术教程
3.3.3 选择重传协议
,回退 N”协议将已正确传送到目的地的帧又重传一遍,
这显然是一种浪费 。 另一种更好的方法是：若某一帧出错,
后面送来的正确的帧虽然不能立即送主机,但接收方仍可收下来,放在一个缓冲区中,同时要求发送方重新发送出错的那一帧,一旦收到重传的帧后,就可以与先前已收到但暂存在缓冲区中的其余帧一起按正确的顺序送交上层实体,这种方法称为选择重传 。 其工作过程如图 3-12所示 。
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选择重传
10 5 15 2 6 7 13 4 3 2 1 0 8 9 12 11
13 14 7 E
接收方接收帧
A
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2
图 3-12 选择重传协议
Ac
k
网络互连技术教程在图 3-12中,发送方发送的第 2号帧出错,接收方以
NAK2表示不确认 2号帧,即要求发送方选择重传 2号帧 。 发送方得此信息后不用等待计时器超时就可以重发 2号帧了 。
显然,选择重传协议在某帧出错时减少了后面所有帧都要重传的浪费,但对接收方提出了更高的要求,要有一个足够大的缓冲区来暂存未按顺序正确接收的帧 。 凡是在一定范围内到达的帧,即便未按顺序到达,也要接收下来 。 若把这个范围看成接收窗口,那么接收窗口的大小是大于 1的 。
而,回退 N”协议正是接收窗口等于 1的特例 。 我们可以用滑动窗口的观点来统一看待停等,,回退 N”和选择重传这三种协议,其差别仅在于其窗口的大小,如图 3-13所示 。
网络互连技术教程协议 发送窗口 接收窗口停等回退 N
选择重传
1 1
>1 1
>1 >1
图 3-13 不同协议的滑动窗口大小网络互连技术教程
3.4 接入层通信规程
3.4.1 接口与协议数据单元协议数据单元 （ PDU） 如图 3-14所示 。 （ N） PDU由两部分组成,（ 1） 本层的用户数据,记为 （ N） 用户数据；
（ 2） 本层的协议控制信息,记为 （ N） PCI（ Protocol
Control Information） ； （ N） PCI一般作为协议数据单元的头加在用户数据前面,但有时也可作为尾部加在用户数据的后面 。 为了将 （ N） PDU传送到对等实体,必须将 （ N）
PDU通过 （ N-1） 服务访问点交给 （ N-1） 实体,这时,（
N-1） 实体就将整个 （ N） PDU作为 （ N-1） 的用户数据,
再加上 （ N-1） 层的 PCI,就组成了 （ N-1） 层的协议数据单元,即 （ N-1） PDU。 有时,在某一层中的一个协议数据单元只做控制信息之用,这时,在该协议数据的单元中,
就只有该层的 PCI而没有用户数据这一项了 。
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(N - 1) P D U
( N ) P C I (N) 用户数据
(N - 1) 用户数据 (N - 1) P C I
( N ) P D U
图 3-14 协议数据单元网络互连技术教程用户数据应用数据 T CP 首部应用数据 T CP 首部 IP 首部应用数据 T CP 首部 IP 首部 以太网首部
T CP 段
IP 数据报以太网帧应用程序
T CP
IP
以太网驱动程序以太网图 3-15 TCP/IP体系中的协议数据单元和以太网的帧图 3-15所示的是以太网上 TCP/IP各层协议数据单元的情况 。
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3.4.2 通信规程在数据链路层中,,规程,和,协议,可通用 。 通信规程是现代用于描述数据通信和通信网的基本手段 。
在设计一个数据通信系统时,需要解决以下几个问题：
是串行通信方式还是并行通信方式,是单工通信方式还是半双工通信方式或全双工通信方式,是同步通信方式还是异步通信方式 。
网络互连技术教程在计算机中，通常是用 8位二进制代码来表示一个字符。在数据通信中（如图 3-16所示的方式），将二进制代码按低到高的顺序依次逐位发送的方式称为串行通信。
图 3-16 串行数据传输发送端 接收端 b 7 b 6 b 5 b 4 b 3 b 2 b 1 b 0
串行通信信道网络互连技术教程如图 3-17所示,可以利用多条并行的通信线路,将表示一个字符的 8位二进制代码同时通过 8条对应的通信信道发送出去,
每次发送一个字符代码,这种工作方式称为并行通信 。
发送端
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
接收端
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
并行通信信道图 3-17 并行数据传输网络互连技术教程数据通信按照信号传送方向与时间的关系,可以分为三种：单工通信,半双工通信和全双工通信 。 如图 3-18所示,
在单工通信方式中,信号只能向一个方向传输,任何时候都不能改变信号的传送方向 。 如图 3-19所示,在半双工通信方式中,信号可以双向传送,但必须是交替进行,一个时间只能向一个方向传送 。 如图 3-20所示,在全双工通信方式中,
信号可以同时双向传送 。
网络互连技术教程图 3-18 单工通信方式发送 接收 单向通道网络互连技术教程发送接收双向通道 接收发送图 3-19 半双工通信方式网络互连技术教程发送接收双向通道 接收发送图 3-20 全双工通信方式
