计算机网络：计算机网络(2004)c

计算机通信网 教材： <<计算机通信与计算机网络>> 杨心强等清华出版社 教学参考书： 1.Data and Computer Communications (5th edition) William Stallings 清华出版社 2.<<计算机网络>> 谢希仁等电子出版社 计算机通信网 第一章数据通信技术基础 第二章计算机通信网及其交换方式 第三章网络体系结构 第四章通信协议 第五章局域网 第六章网络互连技术 第一章数据通信技术基础 第一节数据通信系统 第二节数据通信基本知识 第三节传输信道 第四节数据通信系统的质量指标 第五节同步技术 第六节　差错控制技术 第七节多路复用技术 第一章数据通信技术基础 第一节数据通信系统 一、通信系统 通信系统的组成：终端设备交换设备传输设备 电话通信系统：电话机交换机传输线路 计算机通信系统：计算机交换机传输线路

二、数据通信系统 1系统的组成
数据终端设备DTE（data terminal equipment）：数据输入、输出和处理。 通信控制器CCP（communication control processor）：对通信过程进行控制 数据电路端接设备DCE（data circuit terminating equipment）：对数据信号进行变换，使之适合线路的传输特性。 2．有关术语 1）数据传输：沿发送和接收间的传输介质传送数据。 涉及的内容：数据信号和传输介质。 (信号的编码和调制技术，信道的传输特性。 是计算机通信的基础） 两DCE间的数据传送称为数据传输。 该部分构成数据电路。（两DCE及其之间的部分）
2）数据通信：数据终端间的数据交换。 涉及的内容：通信双方的高度协调和通信规程（协议）。（何时建立连接，收发间的同步，差错控制，故障恢复，等等）由通信控制部件完成这一功能。增加了通信控制功能的数据电路称为数据链路。（两 CCP及其之间的部分） 3）计算机网络 互连的、独立自主的计算机集合。 通过通信设备和线路连接，具有功能完善的网络软件，实现网络中资源共享的计算机通信系统。 包括通信子网和资源子网。 4）数据通信系统 一般指计算机网络中的通信子网。 5）计算机网络体系结构（architecture） 计算机进行通信时，通信双方必须保持高度的协调，按照统一的通信规程和协议进行动作，方能完成通信任务。 通信的协调是一个复杂的过程，不可能用单一的进程或模块处理，也不是一个单一的协议，而是包括实现通信功能的各个协议的结构化的集合。 计算机网络体系结构：实现通信功能的各个协议的结构化的集合。是计算机网络的重要组成部分。 第二节数据通信基本知识 一、数据传输方式 三种基本数据传输方式 1．基带传输 不经调制（但进行码形变换）直接将数据信号送线路传送。 适于短距离传输 2．频带传输 将数据信号调制到某一频带后，进行传输。 其目的是为了适应传输信道的频率特性。 例如：话带传输。将数据信号调制到话音频带，利用电 话线进行数据传输。 3．数字数据传输 利用数字传输线路进行数据传输。 目前多利用PCM传输线路进行数据传输。 二、传输代码 信息（数字、字母、符号等）的二进制表示。 1．国际5号代码（NO.5 ，ASCII码） 7单位码（7位二进制码表示一个字母、数字或符号） 此代码由美国标准化协会提出，称为：美国信息交换用标准代码（ASCII） ISO和ITU-T采纳发展成为国际通用标准代码简称为国际NO.5代码。 NO.5与ASCII码的区别：货币符号不同， ASCII码的货币符号是“$”，NO.5采用国际通用货币符号。 2．我国通用代码 我国根据ISO2022标准“7单位编码字符集扩充编码方法”的有关规定，结合我国国情制定了数据交换用标准代码GB1988-80。它与NO.5等效，但货币符号为人民币符号“￥”。 汉字编码的标准为GB2312-80“汉字信息交换用代码”。每一汉字用2字节表示，每一字节采用GB1988-80的7单位编码。 三、并行传输与串行传输 1．并行传输 构成一个字符的二进制代码在并行信道上同时传输的方式。 2．串行传输 构成一个字符的二进制代码序列在一条信道上按位依次传输的方式。 四、同步方式 在数据传输中为了正确接收，收发信机必须保持同步。（收端准确识别每一位的开始和结束，每一字符的开始和结束，每一数据块的开始和结束）。 异步传输与同步传输是两种不同的实现同步的方式。 1.异步传输（字符同步） 以字符为单位进行传送，每字符前加一“起始”信号，字符后加一“停止”信号。 起始信号-----“0”，等于码元长度。 停止信号-----“1”，等于1，1.5，或2个码元长度。
这一方式适于低速数据传输。 2.特殊码序列同步法 （1）收发双方必须建立准确的位定时信号，以正确区分每一位数据信号； （2）以帧为单位传送，以特殊码序列作为同步标志；将同步标志加在每一帧的开始和结尾位置，表示一帧的开始和结束。此方式适于高速数据传输。 五、数据通信的工作方式 两点间的通信按信息传送的方向和时间分为： 1.单工通信 任何情况下，信号只能沿单一方向传送。 2.半双工通信 信号可双向传送，但同一时间只能有一方传送。 3. 全双工 可同时进行双向传送。 第三节 传输信道 数据通信与一般通信系统相同，都是由收信系统和传输信道三部分组成。 传输介质 1）分类 制导（有线）介质和非制导（无线）介质 光介质和电介质 2）信道的传输特性 不同的传输介质具有不同的传输特性，直接影响传输质量。 决定传输质量的主要特性： 可用频带宽度,中继距离,抗干扰性 2．传输损害 传输损耗，时延和噪声 群时延和脉冲噪声对数据信号传输危害最大。 3.信道标准 信道的种类繁多，按不同的分类方法可分为： 有线信道和无线信道 数字信道和模拟信道 时分复用信道和频分复用信道 不同种类的信道特性差异很大，且不同程度的受到各种噪声的干扰，为保证可靠传输对信道特性应有一定要求。国际电信联盟ITU-T针对模拟信道的数据传输制定了信道标准。为M系列标准。 具体内容：总衰耗，幅度失真，群时延失真，噪声，等。 第四节数据通信系统的质量指标 通信质量：有效性和可靠性。 数据通信系统的质量指标也是围绕着有效性和可靠性 来制定的。 一、传输速率 有效性指标。系统传输能力的主要指标 1．码元速率（RB） 单位时间内传输的码元（符号）个数，又称符号速率。 单位：波特（Baud ），符号/s。故又称波特率。 RB=I/T（Baud）T：单位符号的时间长度。 RB又称调制速率：单位时间内（秒）调制信号波的变换次数（调制符号的个数）。 2．数据信号速率（Rb） 单位时间内传送的数据信息的位数（二进制位bit）。称信息传输速率。 单位：比特/秒，bps ，bit/s。简称比特率。注意：波特率与比特率不同，但有联系，关系：Rb= RBlog2M M：调制信号的状态数。 3．数据传输速率 单位时间内传送的数据量。 数据单位：比特，字符，码组 时间单位：秒，分，小时 通常采用：字符/分 与Rb的关系：换算为Rb时应考虑（1）每一字符用多少比特表示， (2）附加的起止码位。 二、频带利用率 有效性指标。 单位频带内的码元速率：波特/赫兹，Baud/Hz 单位频带内的信息速率：比特/秒.赫兹，bit/s.Hz 三、差错率 可靠性指标。通常有三种表示 1．误码率 比特或码元差错率。 Pe=Ne/NN→∞ N：发送的总码元数 Ne：收端错误码元数 二进制传输系统中：Pe=Peb Peb ：比特差错率 M进制传输系统中：Pe=Peb2（M-1）/M M足够大时：Pe≈2Peb 2．误字率 字符错误的概率。这是电报通信中使用的指标。 误字率= 收端差错字符数/总发送字符数 3．误组率 码组错误概率。有时称误帧率，帧是数据传送单位。 误组率= 收端误组数/总发送组数 误码率用于评价系统的传输质量； 误字率与误帧率用于根据接收端设备的输出，比较差错控制的效果。 CCITT（ITU-T）专门提出了关于数据传输误码率的维护建议。 例如：电话线路上的数据传输，当传输速率为1200bps时， 交换线路的误码率维护极限值是10-8 专用线路的误码率维护极限值是5*10-5 超过此值，则认为是发生故障。 除以上三种指标外，还有： 可靠度，适应性，使用维护性，经济性，标准性，通信建立时间，等质量指标。 第五节同步技术 一、同步的概念 同步：发送与接收保持步调一致,通常，数据按比特经线路传输。数据是以一定的传输速率、一定的信号持续时间、一定的间隔在传输介质上传送。要求收、发设备对比特的计时（数据速率、持续时间、间隔）必须相同。 二、同步的任务 1．位（码元）同步 准确地识别每一位（码元）的起止时刻，在适当的时刻取样判决。 2．载波同步 采用相干解调时，除了位同步，还要求接收端提供一个与发送端同频同相的参考载波（相干载波），即载波同步。 3．群同步（码组同步，帧同步） 数据传送的基本单元为字符、码组或帧时，接收端要正确识别每一字符、码组和帧的起止时刻。 三、同步的实现方法 1．位同步载波同步 （1）插入导频法 （2）直接提取法 2．群同步 1）起止同步（异步传输）以字符位单位传送数据。 2）特定码组同步法（同步传输）用特殊码组作为同步标志。 第六节　差错控制技术 一、差错控制的概念 实际通信系统中存在着各种不利因素的影响，导致无论如何设计总会出现误码。不同业务对误码率的要求： 电话（数字）10-3~10-4 数据10-8以下 一般条件下（中速传输），信道误码率： 有线（电介质）：10-4~10-6 无线：10-2~10-4 通常，传输速率越高，误码率越高。 降低误码的方法： （1）改善信道的特性，减少信道产生的误码。 如：选择合适的传输线路，增加发送功率，选用抗干扰能力强的调制方案，等。 （2）在传输控制设备中增加差错控制机制，对误码进行纠正。 差错控制：出现误码时，发现误码，纠正误码。 差错控制的核心是信道编码。 二、信道编码 1．信道编码的基本思想 通过对传输的数据信息进行编码，在信息序列中引入一定的相关性，利用相关性发现误码、纠正误码。例如：奇偶校验码 1）信道编码的一般原理 将数据信息码序列划分成为码组，每组k位。每组引入n-k位冗余位（称为监督位），编为n位码。n-k位监督码决定于码组中的k位信息位（相关性），接收端根据码组中码位间的相关性检错纠错。码的检错和纠错能力与监督位数有关。 2)编码效率 r=k/n（在一定的纠错能力下，n尽量短，r尽量高，且方案简单， 易实现。） 3）检错编码和纠错编码 检错编码：能发现错误的编码。 纠错编码：能纠正错误的编码。 2．常用的检错纠错码 1）检错码 奇偶校验码 行列校验码 等比码 循环冗余校验码 2）纠错码 分组码 卷积码 三、差错控制的基本方式 1．自动请求重发（ARQ）,又称：反馈重发 发送端对发送数据信息进行检错编码，接收端译码，发现错误后，通过反馈信号送回出错信息，发送端重发，直至无差错为止。 2．前向纠错（FEC） 发送端对发送数据信息进行纠错编码，接收端在译码过程中自动纠错。 3．混合纠错（HEC） ARQ与FEC的结合。发送端发送既有检错能力又有纠错能力的混合检错纠错码， 接收端译码，若误码的位数在纠错能力以内，自动纠错，否则，请求重发。 除以上三种方式外，也可以采用非编码技术实现差错控制，如回程校验法和重发多判法。 习题：4-30，4-31 第七节多路复用技术（第五章第三节） 当信道的可用带宽（容量）大于信道中传输的信号带宽时，采用多路复用技术，提高信道的利用率。 一、多路复用的基本概念 1．多路复用 将若干路彼此无关的信号合并成一路复合信号，在一条公用线路上传输，到达接收端后，再将各路信号分离，从而使通信系统中多个信息源共享一条传输线路。 2．多路复用的基本原理 多路复用功能包括：信号复接，传输，分路。复接：在发送端（信道输入端）将各路信号组合为多路复用信号。 包括信号正交化处理和信号复合。 正交化处理：将各路信号变换为互相正交的信号，避免多路信号在信道中重叠。不同的复用方式采用不同的正交化处理技术。 传输：通过一条传输线路传送多路复用信号。 分路：接收端将复接的多路复用信号分解为多路信号流。 分路是通过正交分离技术实现的。 通信系统中，多路复用功能由多路复用器完成。
实际应用中，在线路两端对称设置多路复用器，发送接收数据。. 多路复用器：实现多路复用功能的设备。 传统通信系统中常用的复用方式：频分复用,时分复用。 二、频分复用（FDM） 按频率划分信道的复用方式。 复用条件：传输线路的可用带宽大于各路传输信号的总带宽。 复用方式：将每一路信号调制到不同的载频，每一载频分配足 以传输信号的带宽。（频率搬移，横向分割）为防止各路信号 之间的干扰，相邻频带之间需留有一定的保护带宽。 复用原理：
三、时分多路复用（TDM） 以时间划分信道的多路复用方式。 复用方法：将公用信道的传输时间划分成若干时隙，每路信号分配 一个时隙（纵向分割），各路信号分时共享同一公共信道。
根据时隙的分配方法不同，有两种不同的时分复用方式： 同步时分复用 统计时分复用。 （一）同步时分复用 以相同的周期，周期性的向每一路信号分配相等的时隙。 (均分)
1．同步时分复用的实现 整个时分复用系统和与之相连的数据终端按同一时钟工作。（复用器、分路器、终端） 速率适配器：将数据终端的非同步数据信号转换为具有同一脉冲宽度与系统时钟同步的数据信号的设备。 2．同步时分复用的特点 公共信道中的时隙数固定； 每一路信号对应于每一帧中固定的时隙； 每一时隙固定地预先分配给每一路信号； 每一路信号速率v与公共信道速率V的关系： V > nv （v：速率适配后的速率） 3．交织（交错） 在同步时分复用方式中各路信号交错占用信道进行传输，交错的单位可以是比特，也可以是字符。 比特交织：每一时隙传送一比特。 字符交织：每一时隙传送一字符。 为保证同步接收，交织后的数据以一定格式构成帧，每帧内加入同步序列。例如PCM帧 （二）统计时分复用 动态地、按需要向各路信号分配时隙。 特点： ﹡信号对线路的占用（时隙的分配）不固定周期； ﹡线路上的时隙数不等于复用输入端的信号路数； ﹡信号与时隙不一一对应； ﹡终端设备的数据速率总和可大于复用线的容量。 相对于同步时分复用方式，统计时分复用控制复杂。 习题： 2-14，2-16，2-18（1）（2），2-22,3-2,4-13，4-14，4-15，4-18 第二章计算机通信网及其交换方式 第一节计算机通信网的基本概念 第二节数据通信网的交换方式 第二章计算机通信网及其交换方式 第一节计算机通信网的基本概念 一、计算机网通信网的定义和组成（第六章第一节） 一）定义 互连的、独立自主的计算机集合，是通过通信设备和线路连接，具有功能完善的网络软件，实现网络中资源共享的系统。 二）组成 （1）向用户提供服务的若干主机； （2）由专用的通信处理机（网络节点）和连接这些节点的通信链路构成的通信子网； （3）主机与主机、主机与通信子网和通信子网中各节点之间通信遵循的通信协议。 二、计算机网络的分类 1．按分布距离划分 局域网（LAN：Local Area Network）1km左右。 城域网（MAN：Metropolitan Area Network）5~50km。 广域网（WAN：Wide Area Network）几十~几千公里。 2．按信号传输方式划分 交换网：点（信源）到点（信宿）传输。通信子网由相互连接的交换节点构成。数据从信源（源 站）经交换节点传送到信宿（终点站）。 广播网：点到多点传输。通信网络中无交换节点。任一站发出的数据可以被其它各站接收。 一般LAN多采用广播网，WAN采用交换网。 3．按服务对象划分 公用（public）网：向全社会提供服务。 专用（private）网：专为某一行业或部门服务。
第二节数据通信网的交换方式（第四章第五节） 一、数据通信网的基本概念 1．数据通信网 计算机网络中的通信子网。 2．构成 网络节点（node）交换设备 链路（link）传输设备 站（station）终端设备
3．通信子网所涉及的内容 1）网络内部 网络结构，交换方式，控制协议等。 2）接入方式 站（终端设备）接入网络的方式。 二、交换方式 网络交换节点的作用： 作为用户站入网的接口（网络边界节点）；.完成数据交换功能。 数据交换功能：通过节点到节点的转接，将用户数据由源站送到终点站。 交换节点的交换方式：电路交换，报文交换，分组交换。 一）电路交换（circuit switching） 根据用户的通信要求，通过交换节点在两站之间建立一条专用的通信线路。
（一）数据通信过程 1．建立电路数据通信之前，首先建立站之间的物理连接； 2．数据传输按照传输规程，进行数据传输； 3．拆除电路传输结束，拆除物理连接。 通信过程与电话交换相似。
电路交换传输过程示意图 （二）电路交换的特点 .数据传输之前，必须建立物理连接； .两站必须同时空闲可用； .建立连接的时延长，传输时延可忽略； .电路一旦建立，在拆线之前为通信双方所独占； .网络过载时会产生呼损； .数据的编码、格式和传输控制与网络节点无关。 优点和缺点： 优点：传输时延小，传输效率高，网络对数据的格式和编码的类型没有限制。 缺点：电路建立时延较长，电路利用率低，可能产生呼损，要求通信双方同时空闲可用，要求通信双方的信息格式、 编码类型、传输速率、同步方式通信规程应完全兼容。 数据通信网早期使用的一种方式。 二）报文交换（message switching） （一）交换方式 基本思想：存储转发 方法： .数据发送前，不必建立站与站之间的连接； .发送站将要发送的数据（报文）附上接收站地址，送往与之连接的节点交换机； .节点机接收并暂存报文，按地址选择通往目的站的下一节点，然后发出。按照此方法，由节点到节点，一直送到终点站。报文必须按照一定的格式进行组织。
电路交换传输过程示意图
报文交换传输过程示意图 （二）特点 .线路利用率高； .不必建立站与站之间的连接； .不要求收发站同时可用； .不会产生呼损，但可能产生较大传输时延； .交换网内可执行速率和码制的转换 .可实现同报通信； .交换机存储容量要求大。 三）分组交换（packet switching） 综合电路交换和报文交换的优点，将其缺陷减少到最小，产生了分组交换。 （一）基本思想 .采用存储-转发的交换方式； .对入网的数据单位长度加以限制，超出限定长度的报文分解为较小的数据单位后逐次发送； .分解后的数据单位称为分组（packet），是网络传输、交换、流量控制及差错控制的基本单位。
数据分组示意图 （二）传输过程 发送站：将数据分组，在每一分组附加所需的控制信息后，发往交换节点。 交换节点：对分组进行存储，转发（处理方式依不同的分组交换方式而不同）。 接收站：依次从交换节点接收分组，去掉控制信息，按序号进行装配，恢复报文。 两种不同的分组交换方式：数据报和虚电路。 1．数据报（datagram） 网络节点处理分组的方式与报文交换相似： .传输前不需建立连接，发送站依次将附有接收站地址的分组送往发送节点； .分组是节点传输、交换、控制的独立数据单位，节点根据各链路的忙闲程度分别进行处理，同一报文的分组可沿不同路径到终点站，因此到达的时延不同，且不按序。
数据报分组交换示意图（a）
数据报分组交换示意图（b）
报文交换传输过程示意图 数据报分组交换传输过程示意图 2．虚电路（virtual circuit） .传输前，需在两站之间建立电路，该电路建立后，并不为收发站所独占，故称虚电路； .网络节点对分组进行存储转发，转发路径是已经建立的虚电路； .传输结束后，拆除虚电路。 通信过程分为三各阶段： （1）建立虚电路； （2）数据传输；（发送站，节点，接收站） （3）拆除虚电路。
虚电路分组交换示意图（a）
虚电路分组交换示意图（b）
虚电路分组交换传输过程示意图 数据报分组交换传输过程示意图 （三）特点 .传输速度快（与报文交换相比） .传输质量高（与电路交换相比） .可靠性高（数据报迂回） .信道利用率高 （四）三种交换方式的比较
习题：4-28,6-1～3 第三章 计算机网络体系结构 第一节协议的概念 第二节通信协议的分层结构 第三节开放系统互连参考模型 第四节TCP/IP网络体系结构 计算机通信网络体系结构 第一节通信协议的概念 一、通信协议 通信协议：通信各方必须遵守的规则和约定。 二、协议的基本内容 （1）使用共同的语言； （2）协调一致的操作步骤； （3）异常情况的处理； （4）与通信线路的连接；等等。 三、协议的组成要素 协议的三要素：语义、语法、定时。 （1）语义（semantics）：规定协议元素的类型； （有何种控制，完成何种操作，作出何种响应） （2）语法（syntax）：规定协议元素的结构或格式； （控制信息，数据信息的组成结构及格式） （3）定时（timing）：规定通信过程中事件的实现顺序（包括速率匹配）。 第二节通信协议的分层结构 一、分层的概念 通信协议是一复杂系统，不可能用单一进程或模块实现。将复杂问题分解为若干简单问题进行处理。采用分层结构，每一层实现一种相对独立的功能，用简单模块的集合构成一复杂系统。 分层结构用于数据通信带来的好处： （1）各层之间相互独立。某一层不必关心其它层如何实现，只需通过层间接口使用下层所提供的服务； （2）灵活性好。各层采用适当的技术实现，当某一层技术发生变化时，只要接口关系保持不变，就不会影响其它层；当某层的功能不需要时，可将该层取消； （3）易于实现和维护。 （4）易于标准化。分层后对每一层的功能及所提供的服务有了明确的规定。 二、分层原则 独立原则：某一层服务不变，其内部的功能结构的变化不影响 其它层。 服务原则：第N层使用第N-1层提供的服务，N层的功能以N-1层 的服务为基础。 三、网络体系结构 网络体系结构（architecture）：实现通信功能的各个协议的结构化的集合。 包括：各层和协议集合。是计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。 功能的实现是遵循体系结构的实现（implementation）的问题。 体系结构是抽象的，实现则是具体的。 第三节开放系统互连参考模型 OSI/RM：Open System Interconnection/Reference Model OSI/RM是由国际标准化组织（ISO）提出的关于计算机网络体系结构的国际标准。 参考模型：指OSI是一抽象结构。 一、开放系统互连的基本概念 一）开放系统 1．开放：其含义为只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这一标准的其它任何系统进行通信。 2．系统：在OSI/RM中称为实系统（real system）。指能进行信息处理和（或）信息传输的自治整体。 3．开放系统：遵循OSI标准的实系统。 二）OSI的三级抽象 在OSI中采用了三级抽象：体系结构，服务定义和协议规范。 1．体系结构（architecture） OSI参考模型是OSI标准中的最高一级的抽象，是网络系统在功能上和概念上的抽象模型。 ISO7498是描述OSI体系结构的文件，它定义了一个七层模型。 OSI/RM描述了一些概念，用于协调进程间通信标准的制定。是一个为制定标准而用的概念性框架（framework)。 2．服务定义（service definition） 较详细地定义了各层所提供的服务。 1）某一层的服务是该层及其以下各层的一种能力，它通过接口提供给高一层。 2）服务定义仅涉及到各层所提供的服务，而与服务的实现无关。 3）服务定义还定义了层与层之间的抽象接口，以及层与层之间的交互需要的服务原语（service primitive）。但并不涉及到接口的实现。 3．协议规范（protocol specification） 各层的协议规范精确地定义了该层应发出的控制信息以及解释这些控制信息的过程。是OSI标准中最低级的抽象。（在三级抽象中，最高级抽象的约束最弱，越到低级约束越严格，越具体。协议规范具有最严格的约束。）即使对协议规范有更多、更严格的约束，仍然允许采用 不同的方法去实现同一个协议。 二、OSI/RM及其各层的主要功能 一）OSI/RM OSI采用7层结构，自下而上编号为1~7。
二）各层的主要功能 1．物理层（physical layer） 为上一层提供物理连接，以便在物理介质上透明地传送比特流。 物理层规定了设备间的物理接口特性标准和传输介质上无结构的比特流的传输规则。在物理层传送的数据单位是比特。 2．数据链路层（data link layer） 在物理连接之上，向上一层提供点到点的数据链路连接，保证相邻节点间可靠的数据传输。具体包括：同步，差错控制，流量控制，链路管理等功能.数据链路层传输的数据单位是帧（frame）。 3．网络层（network layer） 实现对通信子网的控制，按地址选择适当的节点和路由，向上一层提供端到端的连接，将数据由发送站送到接收站。包括路由选择，建立、保持和终止中间节点的连接，流量控制、拥塞控制等功能，若通信在不同的网络之间进行时，还应提供网间互连功能。网络层传送的数据单位是分组（packet)。 4．运输层（transport layer） 为上一层提供端到端的可靠的、透明的数据传输服务。运输层是一个端到端的层次，对上层屏蔽了网络层极其以下各层的细节。在运输层数据传送的单位是报文。 5．会话层（session layer） 为应用进程间的通信提供控制结构，在两个相互通信的进程之间建立、组织和协调其交互。 6．表示层（presentation layer） 为应用进程提供应用代码和格式的转换，消除不同系统间的语义差异。对传送的信息加密，压缩等亦为该层的功能。 7．应用层（application layer） 为用户提供对OSI环境的访问（使用），是用户和OSI之间的接口。ACCESS 三、OSI/RM中的重要概念 一）开放系统互连环境 OSI环境是与系统互连有关的部分。如206页6-8 图所示。图中粗线方框内的部分OSI环境。包括：计算机中表示OSI/RM的七个层 次和中继开放系统。
该图说明了如下几个概念： 1．在一个计算机内，与互连有关的部分，才处于互连环境之内（计算机中表示OSI/RM的七个层次）。 2．数据通信网中的交换节点只包含下三层，这三层都在OSI环境之内，表示节点的这三个层次称为中继开放系统。 3．OSI环境不包括数据通信网中的传输介质。 4．网络环境包括OSI/RM中的1~4层（包括中继开放系统）和整个网络传输介质。（OSI/RM中的下四层加上物理介质）（图6-8 中虚线框中的部分） 5．在互连过程中，每个用户（或其应用进程）只能看到自身和自己的本地系统管理模块，以及通过第7层看到对方用户的映像。其它细节都被屏蔽。 6．信息传输过程 发送端应用进程发送数据，由发送端第7层传到第1层；经过网络的传输介质到达交换节点；从交换节点的第1 层送到第3层，完成路由选择后又由第三层传到第1层；经过传输介质送到接收端；从接收端的第1层传到第7层，最后送达应用进程
二）层、子系统与实体 1．层的一般表示 （N）层：表示第N层，可以用来表示除最高层和最低层 外的任何一层。 （N+1）层：（N）层的相邻上层。 （N-1）层：（N）层的相邻下层。 对等层（peer layer）：相互交互的两个系统的对应层构成对等层。 2．子系统 对每一个开放系统，按照7个层次划分，分为7个划分，每一个划分，称为一个子系统。 3．实体 实体（entity）：任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程。 在许多情况下，实体就是一个特定的软件模块。每一层都是由实体组成，实体是子系统中的活跃元素。 对等实体（peer entity）：位于不同系统中的相互交互的实体构成对等实体。 对等层通信：对等实体间的通信，亦称虚通信。两对等层间的通信借助于低层的服务实现。 层、子系统和实体的关系：
三）服务和协议 不同系统中的对等实体间的通信必须借助于低层的服务来实现。 （一）（N）服务 1.（N）服务：（N）实体向上一层的（N+1）实体提供的一种能力。 2.（N）服务用户：接受（N）服务的（N+1）实体。 3.（N）服务的组成： ﹡（N）实体自身提供的功能； ﹡由（N-1）层及其以下各层及本地系统环境提供的服务； ﹡与另一开放系统的对等（N）实体的通信而提供的服务。 注：在（N）层的所有功能中，只有（N）用户能看的见的功能，才称为（N）服务。 (二)（N）协议 （N）协议：控制两个对等（N）层实体进行通信的规则的集合。 既两个对等层实体的通信规则：语法规则规定通信双方交换信息的格式，语义规则规定通信（收发）双方所应完成的操作，定时规则规定各种操作的顺序。 协议与服务的关系： ﹡两个（N）实体间的通信是在（N）协议的控制下完成的； ﹡（N）实体通过与对等层实体进行（N）通信，向（N+1）层提供（N）服务； ﹡协议是水平的，是同层实体间的通信规则； ﹡服务是垂直的，是下层向上层通过层间接口提供的。 四）服务访问节点和服务原语 1．服务访问节点（SAP） 同一系统中，相邻两层的实体进行交互（交换信息）之处，位于（N）层和（N+1）层界面上，是（N）实体与（N+1）实体的逻辑接口（层间接口）。（N）实体通过SAP向（N+1）实体提供服务。 2．服务原语（service primitive） 服务在形式上是以一组原语（操作）来描述的，称其为服务原语。 服务原语供用户和其它实体访问服务。通过服务原语，通知服务提供者提供某种服务或报告某个对等实体的活动。 （1）原语的类型 OSI规定了每一层都可以使用的四种不同的类型的服务原语： 请求(request)原语：一个实体希望得到某种服务。 （N←N+1）指示（indication）原语：通知某实体有某事件发生。 （N→N+1）响应（response）原语：一个实体可以响应某一事件。 （N←N+1）证实（confirm）原语：所请求的服务已经完成，并予以确认。（N→N+1） （2）不同类型服务原语的关系
（3）原语的表示 一个完整的服务原语应包括：原语名原语类型原语参数。原语名和原语类型通常用英文表示，两者之间用圆点或空格隔开，原语参数用中文表示，用括号与前两部分分开。 例：一个运输连接请求原语的写法： T-CONNECT. request（被叫地址，主叫地址，...） 服务原语是一个抽象概念，不涉及具体的实现方法。
五）信息传送单元 1．信息传送过程 OSI系统中，开放系统之间的通信过程可用下图表示。该图省略了OSI中继系统中的交换节点。
2．信息传送单元 在OSI/RM中，信息传递的单位有三种：协议数据单元,接口数据单元,服务数据单元 （1）协议数据单元（PDU：Protocol Data Unit） 不同系统的对等层实体之间为实现该层协议而传送的信息单元。 PDU由两部分组成：本层用户数据,本层协议控制信息。
（2）服务数据单元（SDU：Service Data Unit） （N）服务所要传送的逻辑数据单元，是相邻层实体间传送的数据单元。 （3）接口数据单元（IDU：Interface Data Unit） IDU：同一系统中相邻层实体通过层间接口（服务访问节点）交换的信息单元。由协议数据单元加上适当的接口控制信息构成，IDU通过层间接口后，将接口控制信息去掉。
六）面向连接的服务与无连接服务 从通信的角度看，各层提供的服务可分为两大类： 面向连接服务（connection-oriented）无连接服务（connectionless） 连接：两个对等实体为进行通信而进建立的一种逻辑关系。 1．面向连接（connection-oriented）服务 面向连接服务，是指对等实体在交换数据之前必须建立连接，数据交换结束后终止连接。在面向连接服务的情况下，两个（N+1）实体需要 通信时，必须先在（N）层利用（N）协议建立（N）连接。 面向连接服务具有：连接建立，数据传送和连接释放三个阶段。 虚电路分组交换方式提供网络层的面向连接服务，Internet的TCP协议提供传输层的面向连接服务。 2．无连接（connectionless）服务 无连接服务是指两个对等实体的通信不需事先建立连接。 数据报分组交换方式提供网络层的无连接服务，Internet的用户数据报协议（UDP）提供运输层的无连接服务。 第四节TCP/IP网络体系结构 TCP/IP是分组交换网络ARPANET在协议方面进行研究和开发所取得的成果，通常称为TCP/IP协议族。 ARPANET已经发展成为世界上最大的计算机网络 Internet。TCP/IP 协议族也由Internet体系结构委员会IAB）发布为Internet标准。 TCP/IP协议是使用最为广泛的通用结构，已成为计算机网络的事实上的国际标准,又称为行业（industrial）标准。 一、TCP/IP协议体系结构 可以将TCP/IP协议族归纳为一个5层结构： 应用层（Application layer） 传输层（Transport layer） 网络互连层（Internet layer） 网络接入层（Network access layer） 物理层（Physical layer）
应用层：为不同主机上的进程或应用提供通信。 传输层：提供端到端的数据传送服务，又称为主机到主机层。传输控制协议（TCP：Transmission Control Protocol）是目前使用最广泛的协议。 网络互连层：在通过路由器互连的网络间,为数据传送选择路由，将数据从源主机送到目的主机。使用互连网协议（IP：Internet Protocol）。 网络接入层：提供端系统接入网络及子网的逻辑接口。使用的协议取决于具体的应用网络。 物理层：定义通信设备与传输介质或网络之间的物理接口。 二、TCP/IP与OSI/RM 的对应关系
三、TCP/IP的操作 TCP/IP是互连网协议族，其通信网络通常是由多个网络互连而成，各个网络成员称为子网（subnetwork）。 网络接入协议用于计算机和子网的连接； IP在端系统和互连设备（路由器）上实现； TCP仅在端系统上实现。 数据传输过程与OSI/RM相似。 TCP/IP协议数据单元如图所示：
四、TCP/IP协议族
UDP（User Ddatagram Protocol）：传输层协议，为应用层提供无连接服务。 应用层协议中的三个协议：简单邮件传输协议（SMTP）、文件传输协议（FTP）和远程登录协议（TELNET），是传统TCP/IP协议的核心元素，与TCP和IP一起作为军用标准。 习题：6-1~6-14，6-16 第四章计算机网络通信协议 第一节物理层 第二节数据链路层 第三节网络层 第四节传输层 第一节物理层 一、概述 作用：为数据链路层提供发送或接收比特流的能力。 涉及：是设备间的物理接口和传输介质上无结构的比特流的传输规则。 现行的物理层协议的是通过规定DTE和DCE 之间物理接口特性的标准，来实现物理通路的连接和传输介质上无结构的比特流的传输。 二、物理接口的特性 物理接口有四个重要特性： 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性。 物理层协议对这四种特性进行标准化。 1．机械特性 机械特性涉及接口插接件的物理结构。 机械特性标准对连接器（插头插座）的规格、形状和尺寸，插针和插孔的数目和排列，固定和锁定装置等作出详细规定。 2．电气特性 涉及：接口线路的电路特性（信号电平，输入输出阻抗，平衡特性），负载要求，比特的码型和速率等。电气特性决定能够达到的数据速率和传输距离。电气特性标准对如上特性参数进行定义。 3．功能特性 功能特性标准定义接口线的种类（控制线，数据线，定时线等）和各线路的功能，并说明各线路之间的操作关系。 4．规程特性 规程特性标准规定了各条接口线之间的相互关系及其动作顺序。其依据是接口的功能特性。 三、V.24/EIA –232 V.24/EIA –232（RS-232）主要用于利用电话网进行数据通信的DTE与话带调制解调器的连接，也广泛用于其它许多互连应用中。 V.24 和EIA –232的对应关系如下： 机械特性：ISO2110 电气特性：V.28 功能特性：V.24 规程特性：V.24 1．机械特性 采用ISO2110定义DB25连接器：25芯，D型插头和插座。 2．电气特性 主要指标：信号速率≤20kbps 连接距离≤15m “1”（断）-3~-15v “0”（通）+3~+15v 3．功能特性 对25芯连接器中的24线进行了功能定义。其中常用到20条.分为四类： 数据线（4条） 控制线（15条） 定时线（3条） 信号地线（2条）。 接口线功能和名称的定义见222页表7-6。注：18线为本地环路，25线为测试模式（11线未定义）在实际应用中根据具体的设备类型、线路与通信方式，一般只需要连接部分必要的线路。如：异步通信时不需要定时信号；与专线连接时，不用振铃信号。 最常用的10条线： 1）公用线 名称 V.24 EIA –232 编号 方向 屏蔽 101 AA 1 信号地 102 AB 7 2）数据信号线 名称 V.24 EIA –232 编号 方向 发送数据 103 BA 2 DTE→DCE 接收数据 104 BB 3 DTE←DCE 3）控制信号线 名称 V.24 EIA –232 编号 方向 请求发送 105 CA 4 DTE→DCE 允许发送 106 CB 5 DTE←DCE DCE就绪 107 CC 6 DTE←DCE DTE就绪 108/2 CD 20 DTE→DCE 振铃指示 125 CE 22 DTE←DCE 载波检测 109 CF 8 DTE←DCE 4．规程特性 定义了在实现特定应用时各接口线的动作顺序。 进行通信时，一般需发呼叫请求，使各设备进入就绪状态，这一过程在控制线的控制下进行。根据控制作用控制线分为两类： 设备控制： 107 DCE就绪 108/2 DTE就绪 125 振铃指示 传输控制： 105 发送请求 106 允许发送 109 载波检测 各线路按一定的顺序动作，协调动作，才能完成控制。 例1：呼叫自动应答时，各接口线的时序关系：
二）应用 1．使用方法 通信方式不同，接口线的使用方法不同：呼叫方式（人工，自动），传输方式（单、双工，半双工），同步方式，通信线路（专线，交换线路）等。公用电话网，同步通信，自动应答，半双工远程通信，而且使用辅信道时，使用的线路最多。
2．直接连接 当近距离通信，DTE 类型相同时，可以不用调制解调器，两DTE直接连接。 连接时仍采用V.24/EIA –232接口电路，但需用到一种虚调制解调器（null modem）机制，既通过连接线缆进行交叉跳线，如图（a）：
第二节数据链路层 链路层的作用：在物理连接的基础上，向上一层提供点到点的数据链路连接，保证相邻节点间的可靠数据传输。 一、基本概念 一）数据链路结构及信息传输方式 1．数据链路的结构 点到点链路
2）点到多点链路
2. 站（station） 连接到数据链路的、具有发送和（或）接收功能的终端或计算机。 3．数据链路传输信息的方式 1）单向 2）双向交替 3）双向同时 二、数据链路的传输过程 一次完整的数据通信过程分五个阶段： 阶段1：建立物理连接。 专线（不经过电路交换，点到点的永久连接），不需要此阶段。 阶段2：建立数据链路（物理连接上的逻辑连接）。 所需操作：①呼叫对方， ②确定对方是否呼叫对象， ③确定对方是否处于正常通信状态， ④确定双方的收发状态， ⑤指定对方的I/O设备，等。 阶段3：数据传送。 按规定格式沿建立的数据链路传送数据，同时进行差错、流量等控制，保证有效、可靠、透明的数据传输。 阶段4：释放数据链路。数据传送结束，释放逻辑连接。 阶段5：拆除物理连接。 三）数据链路层的功能 1．链路管理 数据链路的建立、维持和释放； 2．帧控制 成帧、帧同步，数据信息与控制信息的分离等； 3．流量控制 使发送和接收的速率相容； 4．差错控制 检错和差错恢复（以帧为单位）； 5．透明传输 不论数据是何种比特组合，均能在数据链路上传送； 6．寻址 多点连接情况下，保证每一帧送达正确的目的站，且收站能确知发方； 7．异常状态的恢复 出现异常能自动重新启动，恢复正常工作。 二、高级数据链路控制规程（HDLC） 1974年IBM推出SNA，SNA采用的数据链路控制规程是SDLC。 ASNI将SDLC修订后称为ADCCP，作为美国标准。 ISO进行修订作为国际标准，称为HDLC（High-level Data Link Control）。 一）HDLC的基本概念 1. HDLC实现的目标 1）满足多种数据链路 点到点和多点链路，半双工和全双工操作，主从站和组合站间的相互作用； 2）编码无关性 用户可在传输的信息中使用任何编码集和比特组合； 3）适应性 其格式支持各种链路类型及变化； 4）高效性 额外开销少，高效的差错和流量控制； 5）高可靠性 强有力的差错检测和校正过程。 2. HDLC的基本特点 为满足各种链路的需要，HDLC定义了：三种类站,两种链路配置,三种数据传送操作方式 1）站的类型（三类站） 主站：负责控制链路操作。主站发出的帧称为命令。 从站：在主站的控制下操作。从站发出的帧称为响应。 组合站：兼有主站和从站的功能。组合站发出的帧可以是命令，也可以是响应。 2）链路的配置 链路是站点间的有向连接，由于站点的类型及线路连接方式不同，可分为平衡配置和非平衡配置。 非平衡配置：用于点到点或多点链路。由一个主站和一个或多个从站构成，并提供全双工和半双工传输。 平衡配置：只用于点到点链路。由两个组合站构成，提供全双工和半双工传输。 3）数据传送操作方式 三种操作方式： （1）正常响应方式（NRM）： 用于非平衡链路配置。从站只有被主站探询后，才能传送信息帧及有关帧。（从站只能响应主站的命令） （2）异步响应方式（ARM）： 用于非平衡链路配置。从站可不经主站探询而发送信息帧及有关帧。 （3）异步平衡方式（ABM）： 用于平衡链路配置。每一组合站均可在任意时刻，发送命令帧，且不需对方允许而启动传输操作。 三种非操作方式 （1）正常断开方式（NDM）： 用于非平衡链路配置。从站在逻辑上与链路断开，不能发送和接收信息，但可以接收主站的探询和命令。 （2）异步断开方式（ADM）： 用于非平衡链路配置和平衡链路配置。从站或组合站在逻辑上与链路断开，不许发送信息。从站和处于命令接收的组合站可异步响应。 （3）初始化方式（IM）： 用于非平衡链路配置和平衡链路配置。此方式下，从站或组合站的数据链路控制程序可以通过主站或另一组合站的作用初始化或重新生成。 3. HDLC的规程要素 1）数据链路的状态 2）操作方式 3）控制字段和参数 4）帧的具体功能及编码表示 5）异常情况的报告和恢复 二）数据链路的信道状态 工作状态：主站、从站或组合站正在发送一个帧、单个放弃帧、或时间填充时，数据链路处于工作状态，发送站保留继续发送权。 放弃：发送站发送放弃序列（连续7个“1”），收站收到后，放弃已收到的前一帧。 空闲状态：一个站检测出连续的15个“1”时，表示远程站放弃传输权。数据链路处于空闲状态。 三）HDLC 的帧格式 HDLC以帧为单位传送信息，数据信息和控制信息具有统一的帧格式。帧格式：
（一）标志F 编码：01111110 作用：标志一帧的开始和结束，空载时用于时间填充。连续发送时，同一F可以作为后一帧的开始和前一帧的结束标志。 为实现透明传输，信息发送时，对一帧中两个F之间的比特流进行检测，检测到连续5个“1”，在其后插入1个“0”，信息接收时，将连续5个“1”之后的1位“0”删除。 （二）地址（A）字段 作用：指明发送站或接收站的地址。 命令帧中，A为接收该帧的站地址。 响应帧中，A为发送该帧的站地址。 当站数超过28时，以字节为单位对字段进行扩充。 （三）控制（C）字段 作用：指明帧的类别及功能。 （四）信息（I）字段 作用：承载用户数据和上层的PDU。长度和结构任意。 （五）帧校验字段FCS 作用：用于差错校验。 采用循环冗余校验。通常采用16位FCS，生成多项式： g(x)=x16+x12+x5+1 误码要求较高时，采用32位FCS。 编码计算及校验范围：F与FCS之间的比特流。 四）HDLC帧的类型及其功能 HDLC定义了三种类型的帧： 信息（I：Information）帧 监控（S：Supervisory ）帧 无编号（U：Unnumbered ）帧 通过C字段的编码来区别帧的类型及其功能。 C字段的编码格式，及HDLC的帧类型如下图所示：

（一）I 帧 功能：传送用户数据（由I字段携带）。 1．C字段编码格式：
N（S）：当前发送帧的序号。 N（R）：待接收的下一帧的序号，表明序号等于和小于N（R）—1的各帧已正确接收。 P/F：询问（Poll）/终止（Final）位，置1时有效； 在命令帧中，P=1做询问用； 在响应帧中，F=1视不同情况，作用不同。
2 序号的作用 I 帧除具有数据传输功能外，还可以在数据传输过程中实现流量控制和差错控制功能。 N（S）、N（R）的作用：实现流量控制和差错控制。 1）流量控制 流量控制：保证发送实体的发送速率不超出接收实体的接收能力的技术。 HDLC采用的是滑动窗口流量控制技术。 基本思想：发送端在没有接到接收端的回应之前，可以连续发送数据帧，但是对发送帧的数量有一定的限制，限制量（W），称为窗口。 发送窗口（WT）：其大小表示在没有接到对方确认之前可以发送的帧数。 接收窗口（WR）：表示可以接收的帧的序号。 为实现滑动窗流量控制，在I 帧的控制字段中设置序号N（S）和N（R）。N(S)和N（R）通常为3比特，可扩展为7比特。
扩展的16比特I 帧控制字段 接收站为W个帧设置接收缓冲区，并通过回应N（R），对发送窗口进行控制，并据此调整接收窗口，从而实现流量控制。 工作过程：
滑动窗的工作过程 2）差错控制 检测出接收的I帧有错，通过设置N（R）的值，提出重发请求。 （二）S 帧 作用：监视控制链路状态。不携带用户信息（无信息字段） 1. C 字段编码格式
S帧不传送用户数据，C 字段中没有N（S）；因具有对I帧的响应能力，C 字段中有N（R）；P/F的作用与I 帧相同。 2. S帧的监控功能 C字段3、4位编码指明四种不同功能的S帧： 接收准备好（RR）：肯定确认帧。确认N（R）—1及之前的各帧，准备接收序号为N（R）的I帧。 接收未准备好（RNR）：肯定确认帧。确认N（R）—1及之前的各帧，不准备接收。 拒绝接收（REJ）：否定确认帧。要求重发N（R）及以后的各帧。 选择拒绝接收（SREJ）：否定确认帧，要求重发N（R）帧。 (三) U帧 作用：扩充链路控制功能，主要用于链路的管理及确定站的工作状态等。 1 . C字段编码格式
5位M位可以定义32种不同功能的无编号帧。 2 . U帧的功能 U帧按功能可以分为四类： 方式设置命令和响应：设置操作方式和非操作方式。 信息传送命令和响应：传送无编号信息。 恢复命令和响应：复位N（S）、N（R）。 其它命令和响应：交换标识、测试等。 三)HDLC操作举例


习题：第245页7-1, 7-2, 7-3, 7-4，7-8, 7-14, 7-15 第三节网络层 网络层作用：实现对通信子网的控制，按地址进行路由选择，提供端到端的连接，将数据由发送站送到接收站。 具体功能：路由选择，路由的建立、保持、终止，流量控制，拥塞控制，网间互连。 一、路由选择 通常，源节点到目的节点存在多条路由，需要按一定选择策略确定传送路由。路由选择功能的优劣直接影响网络的性能指标。
路由选择是一个复杂问题。 其一，路由选择是网络中所有节点共同协调工作的结果； 其次，路由选择的环境是变化的，不可预测的。 一）路由选择功能的特性 正确性 简单性 稳定性 稳健性（Robustness） 公平性 适应性 最佳性 高效性 二）路由选择的准则 最短路径 最小费用 最小时延 最大容量 三）路由选择的判断时间和地点 （一）判决时间 1．数据报方式 在数据传输中，网络节点对每一分组进行路由选择。 2．虚电路方式 在建立虚电路时，为建立的虚电路选择路由。 （二）判决地点 因网络的控制方式不同而异。 1．每一节点（分布式）：每一节点根据目的地址选择输出链路（下一节点）。 2．中央节点（集中控制）：由网络控制中心，确定传送路由。 3．源节点：由始发节点进行路由选择。 四）路由选择策略 1．扩散式（flooding） 每一节点接收分组，并经除输入链路外的的其他所有链路转发。 特点：可靠，但造成网络负荷增加。 2．随机式 每一节点接收分组，并随机选择一条输出链路。 特点：传输时延不可预测，所选的不一定是最小代价的。 3．固定式 按照路由选择的准则和算法，确定网络个节点间的路由，并由此建立路由表，存入各网络节点，作为路由选择的依据。除非网络拓扑结构发生变化，路由表内容将固定不变。 特点：简单、易实现，但不灵活。 以上三种在确定路由时，不考虑网络的状态变化。称为静态路由算法。 4．自适应式 在运行过程中，根据网络状态的变化，调整路由表，又称为动态方式。 根据路由选择判断地点和网络状态信息的来源不同，有以下几种实现方式： （1）孤立法：每一节点根据本地状态息进行路由选择。 （2）分布自适应法：各节点根据相邻节点的状态信息进行路由选择。 （3）集中自适应法：中央节点根据来自全网的状态信息进行路由选择。 二、流量控制和拥塞控制 一）拥塞(congestion) 计算机网络中，链路容量、交换节点中的缓冲区和处理机都是网络资源。网络资源决定网络的处理能力。在一段时间内，如果对网络中某一资源的需求超出了该资源的可用数量，即网络负载超出了网络的处理能力，网络的性能就会急剧恶化，这种情况称为拥塞。 拥塞的直接后果是网络吞吐量随负载的增大而下降，从而导致传输时延的增加、数据的丢失。若继续增加输入负载吞吐量将减小到零，造成网络死锁。
二）流量控制 流量控制往往是指对给定的发送端和接收端之间的点到点的流量的控制。 网络层流量控制的目的：通过流量控制限制入网的分组数量，避免负载超出网络的处理能力而产生拥塞。 三）拥塞控制 拥塞控制的目的：防止或减小拥塞的产生，并且在拥塞产生时，及时发现，并予以消除。适当的拥塞控制使网络不易产生拥塞，但所付出的代价是：当网络负载小时，吞吐量反而比无拥塞控制时小。
三、X．25协议 一）X．25协议的基本概念 1．X．25分组交换网的有关协议 X．25协议：分组型数据终端与网络节点间的接口协议。（亦可做为分组网内交换节点间的信令规程） X．28协议：非分组型数据终端与交换节点的分组拆装设备间的接口协议。 X．75协议：X．25分组交换网间的通信协议。 2．X．25协议的作用 规定公用数据网的用户—网络间的接口标准。 全称：数据终端设备（DTE）与数据电路端接设备（DCE）间的接口 DTE：用户设备。分组型数据终端，可进行分组拆装。 DCE：分组交换机。
3．X．25协议的服务类别 采用虚电路交换方式，提供面向连接的服务 二）X．25协议的基本组成及其功能 按照分层的概念，X．25协议分为三层： 物理层 数据链路层 分组层
X．25协议结构
1．物理层 X．25分组交换网采用X．21协议作为物理层协议。 X．21协议由两部分组成： （1）公用数据网中进行同步操作的DTE和DCE间的物理接口标准。（物理部分） （2）电路交换网的呼叫控制规程。（涉及链路层和网络层功能） X．25利用X．21协议的物理部分规定物理接口的特性标准。 2．数据链路层 （1）链路类型 X．25分组交换网的DTE和DCE采用全双工、点到点物理连接，为平衡配置链路。 （2）数据链路层协议 X．25的数据链路层协议是“平衡链路接入规程（LAP-B）” LAPB：Link Access Procedure –Balanced LAP-B是HDLC的子集，采用异步平衡操作方式。 （3）LAP-B的的帧结构及功能 LAP-B以HDLC的帧格式传送信息，帧结构及其功能与HDLC相同。 几点说明： （1）地址字段的编码值只有两种： 11000000 （A）DTE地址 10000000 （B）DCE地址 若非A、非B该帧作废。 命令时为对方地址，响应时为本地地址。 （2）只有I 帧携带X．25分组。 （3）不使用“选择拒绝接收（SERJ）”的监控功能。 （三）分组层 X．25协议的分组层对应于OSI/RM的网络层。 1．分组层的功能 向高层提供数据在网内透明传输的服务。 具体包括：建立、保持、终止虚电路的连接，实现分组的顺序控制、流量控制，拥塞控制。如上功能的实现涉及到几个基本概念。 1）分组：分组层处理、交换和传输的基本信息单位。（数据信息和控制信息均以X．25分组格式表示） 2）虚电路：分组交换网提供的一种服务（面向连接）。 ①数据传输前建立虚电路， ②同一报文的所有分组沿同一虚电路传送， ③传送的分组不必携带地址信息， ④虚电路是双向的、顺序的连接。 3）逻辑信道：存在于DTE和DCE的分组层之间的用于多路复用的数据通路。 ●在DTC和DCE 的分组层间存在若干逻辑信道（4095）。 ●每一逻辑信道有一逻辑信道号LCN。 ●DTC与DCE交换的分组必须通过一逻辑信道传送。 ●每一分组内有一与之相关的LCN，以供接收端判断信 息来源。 4）虚电路交换：按照统计时分复用的方式，将多个逻辑信道复接到同一数据链路，进行虚电路连接，从而允许一个或多个传输层实体同时使用网络层服务，共用一条数据链路进行数据传输. 逻辑信道是分组层进行多路复用的基本单位。 5）两种虚电路 X．25协议提供两种不同的虚电路服务： （1）虚呼叫（连接）：数据传输前经虚呼叫分组建立的虚电路，传输结束后释放，又称交换虚电路。 （2）永久虚电路：两DTE分组层间的永久连接，传输前不必建立。 2．X．25分组格式 X．25分组可分为两大类：控制分组和数据分组。 控制分组种类繁多，较为复杂，包括虚电路的建立与清除、数据传输中的流量控制和复位，中断，诊断和重新启动等。 1）分组的一般格式 X．25分组至少包括三字节的分组头：
通用格式标识：4位，作用因分组类型而异 逻辑信道号：12位，对4095条逻辑信道编码 分组类型标识：区分各种不同的分组 2）数据分组
3）控制分组

3．流量控制和差错控制 分组层也采用滑动窗方式流量控制。 通过一组流量控制分组和分组中的发送序号P（S）和接收序号P（R）对传送的分组进行流量控制。 RR分组：接收准备好;RNR分组：接收未准备好;REJ分组：拒绝接收 利用发送序号P（S）和接收序号P（R）进行对传输中的差错进行控制 4.DTE与DCE间的呼叫建立与数据传送
5.虚电路的建立与数据传送
a. 建立虚电路
b. 数据传送
c. 释放虚电路 习题：P297 9-1，9-4，9-5，9-11，9-13 第四节传输层 一、传输层的作用 在网络层的基础上提供端到端的（进程到进程的）、可靠、透明的传输。 （在端到端提供无差错的，无丢失的、无重复的，按序的数据传送。） 传输层对高层用户屏蔽了通信子网的细节，同时又是高层用户与通信设施的接口。 二、传输服务 传输层按照不同的服务类型不同的服务等级向高层用户提供传输服务。 1．服务类型 传输层可以提供两种不同类型的传输服务：面向连接的服务,无连接服务 2．服务等级（质量） 从另一角度看，传输层的功能是增强网络层提供的服务质量，按照高层用户的要求提供服务。 服务质量可以由特定的参数来描述。 典型的服务质量参数： 差错率：又称残余差错率。差错报文占报文总数的百分比。 丢失率：丢失报文占报文总数的百分比。 吞吐量：用户数据的传输速率。 平均延迟、最大延迟 优先级 （安全）保护 服务质量参数是传输用户在请求连接时设定的。 服务等级也与具体的网络设施特性有关，服务质量需靠相应的协议机制来保证，受服务成本的限制。 三、协议机制 传输层的具体功能和服务以及协议的复杂程度取决于网络层（通信子网）功能及服务。通信子网提供的服务越多，传输协议越简单。反之，通信子网提供的功能越少，传输协议越复杂。 为了向高层用户屏蔽网络层在服务上的各种差异，以便提供高质量的一致服务，传输层应采用不同的协议机制，来匹配不同的网络服务类型。 1．可靠、按序网络服务 网络传输可靠，报文长度不限，且按序传送。传输协议简单，主要功能包括：寻址，多路复用，流量控制，连接建立和终止。 1）寻址 建立连接或进行无连接传送时，指明目的用户。 2）多路复用 向上多路复用：多个传输连接复接到一个网络连接之上。 向下多路复用：一个传输连接分接到多个网络连接之上。 3）流量控制 实现端到端（两个传输实体间）的流量控制。通常采用滑动窗机制实现。 4）连接的建立和终止 提供面向连接服务时需建立传输连接。 建立连接的目的：使每一端确知对方的存在，协商选择服务质量参数， 驱动对传输实体资源的分配。 2．可靠但无序的网络服务 网络传输可靠，报文长度不限，但报文无序到达。增加重新排序功能，此外，在流量控制、连接控制中都应采取响应措施。 3．可靠但不按序且报文长度受限的网络服务 在以上功能基础上增加报文分组功能。 4．易出故障的网络服务 网络易产生故障，引起重新启动和设置，造成TPDU丢失，但能将此情况通知传输层。 传输层应增加差错恢复机制，恢复中断的连接，重新同步。 5．不可靠的网络服务 主要问题：TPDU差错和丢失，不按序到达，可变的传输延迟等。 涉及：差错检测，重发策略，信息流控制，连接建立，差错恢复等。 传输协议弥补了用户要求和通信子网的服务之间的差别。 四、ISO传输协议 1．ISO定义的三类网络服务类型 A类：网络连接具有可接受的低差错率和低故障通知率。 B类：网络连接具有可接受的低差错率和不可接受的高故障通知率； C类：网络连接具有不可接受的高差错率。 A类网络提供的是完善的、理想的、可靠的网络服务。分组在网络中传送时不会丢失、重复和错序，很少出现网络连接故障。因此，传输层不需要差错控制、差错恢复和重新排序等功能，传输协议简单。 B类网络易出现连接故障。 传输层必须提供连接恢复功能。 C类网络传输质量差，是一种不可靠的网络服务。因此，传输层应具备差错检测、差错恢复以及重新排序等功能。传输协议复杂。 3．传输协议类别 为了匹配不同的网络服务类型，ISO 定义了五种传输协议类别。而这5类传输协议都是面向连接的。 1）第0类简单类，面向A类网络服务。 具有最基本的传输层功能。（建立端到端连接，分段等） 2）第1类基本差错恢复类，面向B类网络服务。 在0类基础上增加了差错恢复功能。网络重新启动后，重新建立传输层连接，重新同步。 3）第2类多路复用类，面向A类网络服务。 在0类基础上增加了多路复用功能和流量控制功能。 4）第3类差错恢复和多路复用类，面向B类网络服务。具有1类和2类的功能。 5）第4类差错检测和恢复类，面向C类网络服务。 包括了传输协议机制的所有功能。可以在网络质量较差时，提供可靠的数据传输。 习题： P34511-1 第五章局域网 第一节局域网简介 第二节传输介质 第三节局域网的拓扑结构 第四节介质访问控制 第五节局域网协议标准 一、局域网简介 一）局域网 在小范围内将计算机互相连接，进行数据通信的计算机网。 二）局域网的特征 1短距离工作一般0.1到25km 2高数据速率一般1到100Mbps 3低误码率一般10-8到10-11 4性能好易于管理、维护和扩展，保密性强，可靠性高。 三）局域网分类 1．按介质共享性 介质共享型局域网网中各站共享同一传输介质交换型局域网网中各站经交换建立点到点传输 2．按网络拓扑结构 总线型,环型,星型 四）局域网的基本组成 传输介质 网络接口及连接设备 控制软件及相应软件 五）局域网的主要性能参数 1．吞吐量单位时间内成功传送的信息量bps 2．信道数据速率单位时间内传送的数据量bps 3．信道利用率有效传输时间/信道可用时间 4．传输延迟从源站到目的站所需的传输时间 5．稳定性 6．公平性 7．可靠性 六）影响局域网特性的主要技术 传输介质 网络拓扑结构 介质访问控制方法 二、传输介质 传输介质的特性直接影响网络的数据通信质量。 一）有线介质 1．双绞线 非屏蔽双绞线：（普通电话线）价廉，易安装使用，易受干扰。屏蔽双绞线：用金属层屏蔽，抗干扰性强，价格较ＵＴＰ贵，经专门设计短距离内可达１００～１５５５bps。 ２．同轴电缆 由于同轴性和屏蔽性，传输频带宽，传输距离长。连接的站点多，但价格双绞线昂贵。 基带同轴电缆（50Ω）：传输数字基带信号只有一个信道。 宽带同轴电缆（75Ω）：传输FDM信号，有多路信道。 3．光纤 传输特性优于双绞线和同轴电缆。 容量大 衰减低 电磁隔离抗电磁干扰，防窃听 小型轻便 （二）无线介质 1．微波 广播频率的高端1~30GHZ。 用于局域网，设计者需考虑三方面： 1）频率分配：保证使用的频率没有被其它应用预先使用。 2）干扰：微波信号可穿过墙壁，因而LAN可不被限制在同一建筑内，但若LAN 在同一建筑时，会产生干扰，故应对使用频率达成一致。 3）安全性：因微波信号可穿透障碍，应考虑保密性。 2．红外线 需要有直线和反射通道。 不能穿透障碍，保密安全性好。 无线信道存在衰落和各种干扰影响，故数据速率较低，要提高速率，必须采用复杂的调制技术。 三、局域网的拓扑结构 总线型，环型，星型 1．总线网 1）结构所有站点通过接口直接与总线相连。
2）工作方式 站与接口之间全双工操作站经接口将数据传送到总线，或从总线接收数据，数据一帧为单位传送。任一站发出的信号沿量两方向在总线上传输，可被其它所有站点接收，总线两段的端节器可吸收任何信号，并移出总线。 3）需解决的问题 寻址 介质访问控制 2．环型网 1）结构 环型网由一组经点到点链路连接、构成闭环的转发器构成，每一转发器与一终端或计算机连接。
2）工作方式 转发器无缓冲区，逐比特从链路接收数据，并以相同速率转发到另一链路。链路是单向的，且都沿同一方向。数据以一固定方向沿环传送。每站通过转发器以帧为单位向网上传送数据，当帧沿环经过各站时，目的站识别地址并接收数据帧，此帧继续沿环传送，直到源站被移出网络。 3）需解决的问题 寻址 介质访问控制 3．星型网 1）结构 每站直接与公共的中心节点连接。通常，每站通过两条点到点链路连接到中心节点。
2）工作方式 中心节点一般有两种操作方式 （1）中心节点以广播方式工作。 到达中心节点的帧，被转发到所有输出链路上。如同总线结构。 （2）中心节点是交换设备 到达中心节点的帧，被转发到连接到目的站的输出链路上。 4．拓扑选择 考虑因素：可靠性可扩充性性能 总线：最灵活，设备数量、数据速率等可适应较广的范围，且易布线，适宜短距离。 环型：适宜长距离。但某一链路或转发器的故障将导致全网瘫痪。 星型：可利用建筑中的自然布线，最适宜短距离网络。 拓扑选择与介质、布线、访问控制等多种选择有关，应综合考虑。 四、局域网的介质访问控制（medium access control） 一般，局域网采用广播网信道（共享信道）。因此，多个用户（站）如何有效的共享同一传输信道是局域网必需解决的关键问题。这是介质访问控制层（MAC）提供的功能。 介质访问控制（MAC）协议按照特定的方式在相互竞争传输信道的用户之间分配信道的使用权。 1．控制方式 集中式：在网络中由一个中心节点实施访问控制功能。 分布式：网络中各站共同完成访问控制功能。 2．控制方法 通常采用的三种方法： 循环(轮询）：每站按顺序轮流占用传输信道。循环控制可以是集中式的也可以是分布式的。 竞争：不事先确定占用的顺序，各站以相同的方式通过竞争占用信道。 预约：将信道传输时间划分为时隙，各站通过预约时隙获得信道占用时间。 五、局域网协议标准 一）局域网体系结构 局域网作为通信子网，只涉及OSI的下三层，由于局域网结构特殊，其体系结构与OSI/RM有着很大区别。 （一）体系结构 1．物理层 任何网络的物理连接和传输介质上按比特传输都涉及物理层。 局域网的物理层涉及接口电路的基本特性： 机械、电气、功能和规程特性 2．数据链路层 局域网数据帧的传送、控制必须通过链路层，故需要此层。 由于局域网的种类多，介质访问控制方法因网络结构不同而异，为实现方便，将LAN的数据链路层分为两个子层： 介质访问控制子层（MAC Medium Access Control）：与具体网络的结构和介质访问控制方法有关，因网络而异。 逻辑链路控制子层（LLC Logical Link Control）：独立与具体的网络结构和介质访问控制方法。 3．关于网络层 由于LAN的网络结构简单，不需要路由选择等功能，故在LAN体系结构中无网络层。将必须的有关功能（逻辑信道复用、与高层的接口等）设在数据链路层。 （二）局域网（IEEE802）参考模型
1．物理层 局域网的物理层通常包括两个子层 下子层：（物理介质相关子层）：涉及与特定的物理介质有关的特性（如：特定介质的电气和功能特性）。 上子层：（介质无关子层）：涉及与具体介质无关的物理特性（如：信号编码、传送规程等） 2．介质访问控制层（MAC） 处理与访问传输介质有关的各种问题。 主要功能：数据封装（成帧）,差错校验,寻址,介质访问控制 3．逻辑链路控制层（LLC） 主要功能： 建立和释放逻辑链路层的逻辑连接 提供与高层的接口 差错控制和流量控制 加帧序号 二）IEEE802标准 IEEE802工作委员会专门进行各种局域网标准的研究和制定。各个分会分别研究和制定相应的标准： 802.1—概要，体系结构，网络互连（桥接），网络管理 802.2—LLC协议 802.3—总线网MAC和物理层协议CSMA/CD 802.4—令牌总线网的MAC和物理层协议 802.5--令牌环网的MAC和物理层协议 802.6—城域网的MAC和物理层协议 802.7—宽带技术 802.8—光纤技术 802.9—综合业务局域网 802.10—网络安全 802.11—无线局域网的MAC和物理层协议 802.12—需求优先级高速网的MAC和物理层协议 802.14—（Cable Modem）基于有线电视网的通信。 802.15—短距离无线网络协议 802.16—宽带无线接入标准 三）IEEE802的帧格式 由于LAN的链路层协议与其它协议的第二层不同，故其帧格式有所区别： ·帧格式中包括源站和目的站两个地址。 ·向高层提供的ASP在链路层实现。 ·局域网对起始位和结束位的的组合要求不同。 ·链路层有两种帧：LLC帧和MAC帧。 1．LLC帧 IEEE802局域网具有相同的LLC帧格式。 LLC可以看作是HDLC的子集。但LLC帧因封装于MAC帧中，故无标志和校验字段。 LLCD的帧结构：
DSAP：目的访问接点 SSAP：源访问接点 LLC控制：与HDLC帧的C字段相同，指明帧类别及相应控制 Information：高层PDU 2．MAC帧 1）一般格式 不同IEEE802局域网的MAC帧格式因MAC协议的不同而异，但一般均具有如下格式：
MAC控制：包括实现特定MAC协议功能的特定信息 目的站地址：接收站地址 源站地址：发送站地址 LLCPDU：LLC帧 CRC：循环冗余校验码（或FCS：帧校验序列）
2）IEEE802局域网的MAC协议 802.3CSMA/CD总线星型 802.4令牌总线总线网 802.5 令牌环环型网 802.6DQBD总线网 802.11 CSMA/CA无线网 802.12 请求/优先级星型网 几种特定MAC 协议的帧格式

802.3MAC帧结构


802.5的MAC帧结构


FDDI的帧格式 习题：P268 8-1, 8-2, 8-3 第六章网络互连技术 第一节网络互连的基本概念 第二节互连技术 第三节TCP/IP协议 第一节网络互连的基本概念 各种不同结构的网络进行互连互通是计算机网络理论和实践必须解决的问题。 一、异构网间的主要差异 异构网的差异主要体现在协议上：协议层次结构、协议功能以及协议的细节上的不同。 主要差异： （1）提供的服务（2）寻址方式 （3）分组长度（4）网络接入控制 （5）超时控制（6）差错恢复方式 （7）路由选择技术（8）用户接入控制 （9）管理与控制方式（10）状态报告方式 二、网络互连需解决的问题 （1）在网络与网络之间提供连接通路（物理的和逻辑的）； （2）在网络之间提供路由选择和数据传送； （3）提供计费服务及状态信息的维护； （4）互连网能适应各种不同网络的差异（互连时不改变各网络的体系结构）互连的实质是协议转换。 三、互连方式 协议是分层结构，根据具体情况，互连可以在不同的层次实现。 协议的转换在异构网中具有相同协议的对等层之间进行。 前提：相同层之上的各层均相同。 互连（协议转换）发生在第N层时，N层以下各层的差异被互连系统所屏蔽，此系统称为N层互连系统。按互连的层次不同，有以下几种互连方式： 1．物理层互连 用转发器实现同类网段互连，扩大网络范围。 2．数据链路层互连 通过网桥（帧存储转发设备）实现同构网的链路层互连。 3．网络层互连 通过路由器实现异构网的网络层互连 4．高层互连 使用网关实现异构网的高层互连。（有时各种互连设备统称为网关） 第二节互连技术 互连网：通过网络互连技术采用标准化方法互相连接的计算机网。 网络互连一般指网络层的互连。 子网（subnetwork）：参与互连的网络。 中间系统（intermediate system）：网络互连设备，又称中继系统（relay system）。 一、数据链路层互连 通常，局域网采用网桥在数据链路层进行互连。局域网的数据链路层有两个子层： LLC（IEEE802.2）相同 MAC（IEEE802.x）不同 不同的局域网其差异在MAC层及其以下，LLC层以上相同。 网桥不改变LLC格式。此种互连一般不称之为网络互连。 二、网络层互连 一）互连方式 网络层互连方式：面向连接的和无连接的。 1．面向连接方式 1）一般原理 采用面向连接方式互连时，其子网均为提供面向连接服务的虚电路网络。 互连设备的作用是将各个子网的连接通路拼接起来，为两个不同子网的终端提供一条端到端的通信线路。 2）X．25网的互连 X．25网采用X．75协议进行互连。 X．75协议互连的前提是各子网均为X．25网。 X．75协议结构与X．25协议结构相同，只是在分组层增加了网间互连必须的信息。 X．75协议解决网络内部在寻址方式，数据格式，差错恢复等方面的差异问题。 协议转换如图所示：
2.无连接方式 网络互连设备在网间以数据报方式转发分组。 无连接方式，不仅要求端系统具有相同的传输层及以上各层，而且要求具有相同的互连网协议。 最早开发使用互连网协议的是ARPANET，后被IETF定为Internet标准——RFC791。其后ISO也制定了正式的国际标准——ISO8473。 两种标准有差异，但主要方面一致。 二）网络层协议和网络互连协议 网络层协议是端系统访问网络的协议。 互连网层协议是网络互连的协议（提供网络互连功能），网络层与传输层之间增加的互连网层协议。 不管互连的网络之间有多少差异，上升到互连网层时，互连后的整个网络，按同一个互连协议工作。 互连实例：
第三节TCP/IP协议 TCP/IP协议是Internet协议集的核心协议。 IP（Internet Protocol）是网络互连协议，属网络层； TCP（Transfer Control Protocol）是传输控制协议。 TCP/IP协议族


一、IP协议 IP协议从两方面对互连进行了规范： （1）与高层的接口及IP层向高层提供的服务， （2）协议格式及协议机制。 与IP协议配合使用的还有三个相关协议： ARP（Address Resolution Protocol）：地址解析协议 RARP（Reverse ARP）：反向地址解析协议 ICMP（Internet Control Message Protocol）：Internet控制报文协议。 各协议之间的关系：
IP使用ARP和PARP的功能，ICMP使用IP的功能。 1．IP服务 IP在与上一层的接口处，提供了两种服务原语： send：传输层实体用于请求传输数据单元。 deliver：IP层用来通知传输层用户有数据到达。 原语携带的相关参数指明与传输有关的具体要求。 （IP数据报进行封装时，必须将服务原语的相关参数映射为IP数据报的信头编码。） IP提供的是不可靠服务，不保证无丢失，不保证按序到达。 IP分组（数据报）格式 在TCP/IP 协议中，协议数据单元格式多以32bit（4字节）为单位描述。 IP协议数据单元由信头和数据两部分组成数据部分承载用户数据（如：传输层协议数据单元） IP 信头如下图所示：
信头字段： Version（4bit）：IP版本。目前为IPv4。通信双方使用的版本必须相同。 IHL (Internet header length )（4bit）：信头长度。单位是32bit，最小长度为5单位，20字节，最大为16单位，60字节。 Type of service（8bit）：服务类型。标识可靠性、优先权、时延、 吞吐量等服务质量要求 Total length（16 bit）：总长度。以字节为单位，最大长度：216=65535 字节。 Identifier（16 bit）：标识序号。与源地址和目的地址共同唯一地标识一个IP分组。 Flag（3 bit）：标志。目前只定义了两位。最低位MF（more fragment）指明分组是否最后一段。中间一位DF（don’t fragment）指明分组是否允许分段。 Fragment offset（13bit）：段偏移量。以8字节为单位。指明本段在初始IP数据报中的位置。 Time to live（8 bit）：生存时间。一般以路由器跳数为单位。 Protocol（8 bit）：协议。指明高层使用的协议。当传输层运行多种传输协议时，供接收端IP层确定应将数据送往哪一传输进程。 Header checksum（16 bit）：IP信头校验和。 Source address（32 bit）：源端地址。 Destination address（32 bit）：目的端地址。 Options（长度不定）：选项字段。用于支持控制、测量和安全等措施。 Padding（长度不定）：填充。保证信头为32字节的整数倍。 3．IP地址 IP地址是连接到Internet的主机的唯一标识。 IP地址是32bit，包括网络号和主机号。 1）地址结构 根据网络规模的差异，将网络划分为不同的类别，不同类别网络的主机其地址中的网络号和主机号的长度各不相同。 IP地址由三部分组成： 类别字段（class） 网络号码字段（network） 主机字段（host） 各种不同类别的网络地址结构如图所示：
三类常用网络： 最大 第一个 最后一个 最大 类别 网络数 可用网号 可用网号 主机数 A类 126 1 126 16，777，214 B类 16，382 128.1 191 .254 65,534 C类 2，097，150 192 .0 .1 223 .255 .254 254 IP地址的特点： （1）非等级地址结构，不反映地理位置信息。 （2）一个主机同时连到两个网络时，应有两个IP地址。一个计算机如果与另一网络号不同的计算机通信，必须通过路由器。 2）IP地址的转换 IP地址是IP层使用的地址。进行通信时，涉及到不同层次的地址转换： 应用层与IP层：域名—IP地址 IP层与物理层：IP地址—物理地址 （1）IP地址与物理地址的转换 该转换由地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP完成。 （2）域名与IP地址的转换 通常，较大的网络都设置域名系统DNS（Domain Name System）的域名服务器，服务器维护一个域名到IP地址的映射表。源主机中的域名转换软件自动请求DNS的域名服务器完成转换 DNS属应用软件。 3．Internet控制报文协议ICMP IP数据报的传送不保证不丢失，但是IP层具有减少丢失、保证一定可靠性的机制：ICMP。 ICMP提供了主机或路由器通报差错情况和有关异常情况报告的传递手段。 ICMP封装在IP的数据域，由IP头中的协议字段编码标识。 ICMP利用IP数据报携带报文信息，但仍属IP层协议。 ICMP报文按功能可分为三类： （1）差错报文 包括：目的站不可达，数据报超时，参数差错。 （2）控制报文 包括：源站抑制（流量或拥塞控制）；改变路由（路径控制）。 （3）询问报文 包括：echo请求/应答 （测试目的站的可达性及有关状态信息）； 时间戳请求/应答（时钟同步和时延测量）； 地址掩码请求/应答（确定网络类型）。 4．IP路由协议 路由器的作用：在互相连接的网络间转发分组。 转发前需确定转发路径——路由选择功能。 路由选择的依据：路由信息（网络拓扑结构信息和网络运行状态）。 路由选择功能的实现：路由选择信息路由选择算法 1）路由协议 路由协议：路由器之间交换有关网络拓扑和可达信息的协议。 路由协议的目标：使所有路由器具有一完整、准确的网络拓扑及状态数据库，根据此数据库确定和维护路由表。 路由协议可分为域内（Intradomain）协议和域间（Interdomain）。 域内协议又称内部网关协议（IGP），域间协议又称外部网关协议（EGP）。 2）路由算法 目前任何一种路由协议一般采用以下两种算法之一。 （1）距离向量选路 每一路由器将其所知的到达每一网络的距离等方面的信息通知相邻路由器。运行距离向量协议的路由器向与之相邻的路由器发布一个或多个距离向量。 距离向量是一个二元组：（network，cost） network：目的网络 cost：费用，该路由器到目的网络间的路由器数或链路数。路由器的路由数据库由距离向量构成。 路由器根据收到的距离更新报文更新路由数据库，并据此计算、更新路由表。 （2）链路状态选路 一个路由器把有关连接到该路由器的链路状态，费用及任何连接到这些链路上的路由器标识等信息通知网络中的所有其它路由器。运行链路状态路由协议的路由器向其它路由器发布链路状态分组（LSP）。 LSP包括：源路由器标识，相邻路由器标识，及两者间链路状态信息。 LSP被路由器接收，并以此建立或更新全网统一的网络拓扑数据库，并以此计算生成路由表。 3）自治系统（AS：Autonomous System） AS 是一个由若干路由器连接而成的互连网络，该AS内的所有网络都属于同一行政单位管辖。各AS通过边缘路由器与其它AS 互连。 Internet采用两级选路：主干选路（AS间）本地选路（AS内） 2）两类路由协议 内部网关协议（IGP）：AS内采用的选路协议，仅在一个AS内发布路由信息。 常用的IGP：RIP 和OSPF路由信息协议（RIP），是距离向量协议（通过UDP发布报文）。 开放最短路径优先协议（OSPF），是链路状态协议（通过IP发布报文）。 外部网关协议（EGB）：AS之间采用的路由协议，在AS之间发布路由信息。 目前使用最为普遍的EGP是边界网关协议（BGP）。 BGP是路径向量（path vector）协议，发布某网络可达性信息的同时，列出经过的AS列表。BGP支持基于策略的路由选择。为保证可靠性，BGP采用TCP发布报文。
四、TCP/IP协议族


二、TCP协议 Internet传输层有两个协议：传输控制协议TCP，用户数据报协议UDP。 TCP 与UDP是与IP协议配合使用的传输协议。 UDP在IP之上提供无连接的、不可靠的传输服务。 TCP在IP之上提供面向连接的、可靠的传输服务。 由于IP不提供任何可靠保正机制，可靠性完全由TCP实现。 1．TCP的主要机制 1）寻址 TCP和UDP都使用端口号（port）进行寻址，找到应用进程。 端口号是高层应用进程访问TCP的SAP地址。端口号表示为16bit的地址。 常用应用进程都有一对应的端口号： SMTP 25 FTP 21 TELNET 23 2）编号与确认 TCP提供的是面向连接的流传输，将报文作为字节流传输，对每一字节进行编号。 TCP序号：是报文段中第一字节在报文中的编号。 确认序号：是下次希望收到的第一个数据字节的编号（当前收到的数据最高字节编号+1）。 确认方式：捎带确认。 2）流量控制 TCP采用可变发送窗口的方式进行流量控制。窗口大小的单位是字节。 3）重发机制 通过定时器控制重发。 4）连接管理 包括连接建立和连接释放。 采用三次握手的方式建立连接。


2．TCP 报文格式
Data offset（4bit）：数据偏移。单位为32bit，TCP头部长度。 URG：紧急bit。为“1”时有效。报文应尽快传送（不排队）。 ACK：确认bit。为“1”时，确认序号有效。 PUH：紧急bit。为“1”时，请求远地TCP立即将本报文送给应用层实体。 RST：重建bit。为“1”时，表示严重出错，释放连接，重建建立。 SYN：同步bit，SYN=1，ACK=0时，表示连接请求。 FIN：终止bit 。为“1”时，表示请求连接释放。 习题：P325 10-1，10-2，10-5，10-6，10-17