第3章計算機網路體系結構
本章學習目標
3.1 網路體系結構概述
3.2 物理層
3.3 資料鏈路層
3.4 網路層
3.5 傳輸層
3.6 高層
3.7 思考題
本章學習目標
本章主要介紹計算機網路體系結構。通過本章的學習，讀者應能夠：
了解開放系統互聯參考模型中的若干重要概念
熟悉和掌握osi/rm各層協議的功能及基本原理
3.7 思考題
1．網路中分層體系結構模型的含義是什麼？
2．說明協議和服務的區別及聯絡。
3．根據控制欄位的不同，hdlc資料幀可分為幾類？各類幀的作用是什麼？
4．比較虛電路服務與資料報服務的異同。
5．流量控制與路由選擇有何異同？
6．簡述防止擁塞的幾種方法。
7．簡述計算機通訊中非同步傳輸和同步傳輸的區別。
3.1 網路體系結構概述
計算機網路的體系結構（architecture）是指這個計算機網路及其部件所應完成功能的一組抽象定義，是描述計算機網路通訊方法的抽象模型結構，一般是指計算機網路的各層及其協議的集合。
1．osi基本參考模型
2．osi層次結構模型中的資料流動過程
1．osi基本參考模型
2023年3月，國際標準化組織iso的技術委員會tc97成立了乙個新的技術分委會sc16專門研究「開放系統互聯」，並於2023年提出了開放系統互聯參考模型，即著名的iso 7498國際標準（我國相應的國家標準是gb 9387），記為osi/rm。
1．osi基本參考模型
在osi中採用了**抽象：參考模型（即體系結構）、服務定義和協議規範（即協議規格說明），自上而下逐步求精。
1．osi基本參考模型
2．osi層次結構模型中
的資料流動過程
osi層次結構模型中資料的實際傳送過程如圖3-2所示。圖中傳送程序送給接收程序的資料，實際上是經過傳送方各層從上到下傳遞到物理**；通過物理**傳輸到接收方後，再經過從下到上各層的傳遞，最後到達接收程序。
2．osi層次結構模型中
的資料流動過程
3.2 物理層
3.2.1 物理層的功能
3.2.2 dte和dce
3.2.3 物理層介面標準
3.2.1 物理層的功能
物理層協議是各種網路裝置進行互聯時的最低層協議。它的目的是在兩個網路物理裝置之間提供透明的二進位制位流傳輸，盡可能遮蔽掉具體傳輸介質和物理裝置的差異。
需要注意的是，物理層並不是指連線計算機的具體物理裝置或傳輸介質，如雙絞線、同軸電纜、光纖等。
3.2.2 dte和dce
dte（data terminal equipment，資料終端裝置），是具有一定資料處理能力及傳送和接收資料能力的裝置。dte可以是一台計算機或終端，也可以是各種i/o裝置。
大多數資料處理終端裝置的資料傳輸能力有限，如果將相距很遠的兩個dte裝置直接連線起來，往往不能進行通訊，必須在dte和傳輸線路之間加上乙個稱為資料電路端接裝置（dce，data circuit-terminating equipment）的中間裝置。
3.2.2 dte和dce
dce的作用就是在dte和傳輸線路之間提供訊號變換和編碼的功能，並且負責建立、保持和釋放資料鏈路的連線。典型的dce是與模擬**線路相連線的數據機。如圖3-1所示為dte通過dce相連的典型情況。
3.2.2 dte和dce
圖3-1 dte通過dce與通訊傳輸線路相連
3.2.3 物理層介面標準
1．eia-232-e/v.24介面標準
eia-232-e是美國電子工業協會制定的著名的dte和dce之間的物理層介面標準，它的前身是2023年eia制定的rs-232-c標準介面。2023年1月，rs-232-c經修改後，正式改名為eia-232-d，1991又修訂為eia-232-e。eia-232-e介面標準的資料傳輸速率最高為20kbps，連線電纜的最大長度不超過15m。
3.2.3 物理層介面標準
物理層標準eia-232-e的一些主要特點。
（1）機械特性。eia-232-e遵循iso 2110關於插頭座的標準，使用25根引腳的db-25插頭座。
3.2.3 物理層介面標準
（2）電氣特性。eia-232-e與ccitt的v.28建議書一致，採用負邏輯，此時邏輯0相當於對訊號地線有+5～+15v的電壓，而邏輯1相當於對訊號地線有-5～-15v的電壓。
邏輯「0」相當於資料「0」（空號）或控制線的「接通」狀態；邏輯「1」相當於資料「1」（傳號）或控制線的「斷開」狀態。當連線電纜線的長度不超過15m時，允許資料傳輸速率不超過20kbps。
3.2.3 物理層介面標準
（3）功能特性。eia-232-e的功能特性與ccitt的v.24建議書一致。它規定了什麼電路應當連線到25根引腳中的哪一根以及該引腳訊號線的作用。
3.2.3 物理層介面標準
（4）規程特性。eia-232-e的規程特性主要規定了控制訊號在不同情況下有效（接通狀態）和無效（斷開狀態）的順序和相互的關係。
3.2.3 物理層介面標準
2．eia rs-449介面標準
由於eia-232-e標準訊號電平過高、採用非平衡傳送和接收方式，所以存在傳輸速率低、傳輸距離短、串擾訊號較大等缺點。2023年底，eia頒布了乙個新標準rs-449，這些標準在保持與eia-232-e相容的前提下重新定義了訊號電平，並改進了電路方式，以達到較高的傳輸速率和較大的傳輸距離。
3.3 資料鏈路層
3.3.1 資料鏈路層的功能
3.3.2 差錯控制
3.3.3 流量控制
3.3.4 高階資料鏈路控制hdlc
3.3.1 資料鏈路層的功能
資料鏈路層的主要作用是：通過一些資料鏈路層協議和鏈路控制規程，在不太可靠的物理鏈路上實現可靠的資料傳輸。「線路」、「鏈路」和「資料鏈路」是不同的概念。
線路中間沒有任何交換節點，而鏈路是一條無源的端到端的物理線路段，在進行資料通訊時，兩台計算機之間的通訊鏈路往往是由許多線路串接而成。把實現控制資料傳輸的一些規程的硬體和軟體加到鏈路上就構成了像資料管道一樣的資料鏈路。
3.3.2 差錯控制
在資料鏈路層，差錯控制主要指錯誤檢測和重傳方法。傳送幀時可能出現的差錯有：位出錯，幀丟失，幀重複，幀順序錯。
位出錯的分布規律及出錯位的數量很難限制在預定的簡單模式中，一般採用漏檢率及其微小的crc檢錯碼再加上反饋重傳的方法來解決。通常採用反饋檢測和自動重發請求（arq）兩種基本方法來實現。
1．反饋檢測法
2．自動重發請求法（arq法）
1．反饋檢測法
反饋檢測法也稱回送校檢法或「回聲」法，主要用於面向字元的非同步傳輸中，如終端與遠端計算機間的通訊。這是一種無須使用任何特殊**的差錯檢測法。雙方進行資料傳輸時，接收方將接收到的資料（可以是乙個字元，也可以是一幀）重新發回傳送方，由傳送方檢查是否與原始資料完全相符。
若不相符，則傳送方傳送乙個控制字元（如 del）通知接收方刪去出錯的資料，並重新傳送該資料；若相符，則傳送下乙個資料。
2．自動重發請求法（arq法）
實用的差錯控制方法應該是既要求傳輸可靠性高，又要求通道利用率高。為此可使傳送方將要傳送的資料幀附加一定的冗餘檢錯碼一併傳送，接收方則根據檢錯碼對資料幀進行差錯檢測，若發現錯誤，就返回請求重發的應答，傳送方收到請求重發的應答後，便重新傳送該資料幀。這種差錯控制方法就稱為自動重發請求法，簡稱arq法。
arq法有幾種實現方案，停止等待協議和連續arq協議是其中最基本的兩種方案。
（1）停止等待協議
該方案規定傳送方每傳送一幀後就要停下來等待接收方的確認返回，僅當接收方確認已正確接收後，傳送方再繼續傳送下一幀 。當發生幀出錯或幀丟失時，接收方不會向傳送方傳送任何確認幀。為防止傳送方無限等待接收方的確認幀，該協議設定了計時器，若到了計時器所設定的重傳時間時還未收到接收方的確認幀，傳送方就重傳前面所傳送的這一資料幀。
同時採用對傳送的幀編號的方法，即賦予每幀乙個序號，從而使接收方能從該序號來區分是新傳送來的幀還是已經接收但又重發來的幀。
（1）停止等待協議
停止等待協議方案的實現過程如下：
①傳送方每次僅將當前資訊幀作為待確認幀保留在緩衝儲存器中；
②當傳送方開始傳送資訊幀時，隨即啟動計時器；
③當接收方收到無差錯資訊幀後，即向傳送方返回乙個確認幀；
④當接收方檢測到乙個含有差錯的資訊幀時，便捨棄該幀；
⑤若傳送方在規定時間內收到確認幀，即將計時器清零，繼而開始下一幀的傳送；
⑥若傳送方在規定時間內未收到確認幀（即計時器超時），則應重發存於緩衝器中的待確認資訊幀。
（2）連續arq協議
連續arq協議方案是指傳送方可以連續傳送一系列資訊幀，即不用等前一幀被確認便可傳送下一幀。這就需要在傳送方設定乙個較大的緩衝儲存空間（稱做重發表），用以存放若干待確認的資訊幀。當傳送方收到對某資訊幀的確認幀後便可從重發表中將該資訊幀刪除。
所以，連續arq方案的鏈路傳輸效率大大提高，但相應地需要更大的緩衝儲存空間。
（2）連續arq協議
連續arq方案的實現過程描述如下：
① 傳送方連續傳送資訊幀而不必等待確認幀的返回；
② 傳送方在重發表中儲存所傳送的每個幀的備份；
③ 重發表按先進先出（fifo）佇列規則操作；
④ 接收方對每乙個正確收到的資訊幀返回乙個確認幀；
⑤ 每乙個確認幀包含乙個惟一的序號，隨相應的確認幀返回；
⑥ 接收方儲存乙個接收次序表，它包含最後正確收到的資訊幀的序號；
⑦ 當傳送方收到相應資訊幀的確認後，從重發表中刪除該資訊幀的備份；
⑧ 當傳送方檢測出失序的確認幀後，便重發未被確認的資訊幀。
（2）連續arq協議
上面連續arq過程是假定在不發生傳輸差錯的情況下描述的，如果差錯出現，如何進一步處理還可以有兩種策略，即go-dack-n策略和選擇重發策略。
3.3.3 流量控制
1．停止—等待協議
2．滑動視窗協議
1．停止—等待協議
為了使收方的接收緩衝區在任何情況下都不會溢位，最簡單的方法是發方從主機每取乙個資料塊，就將其送到資料鏈路層的傳送緩衝區中傳送出去，然後等待；收方收到資料幀後，將其放入資料鏈路層的接收緩衝區並交付給主機，同時回應一資訊給傳送節點，表示資料幀已經上交給主機，接收任務已經完成；發方收到由接收站點發過來的雙方事先商定好的資訊，則從主機取下乙個新的資料幀再傳送。這就是最簡單最基本的停止—等待協議。
第三章網路計畫技術
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第三章計畫
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禮儀第三章
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