第2章 計算機網(wǎng)絡(luò)低層協(xié)議

第2章計算機網(wǎng)絡(luò)低層協(xié)議

2.1物理層

2.2數(shù)據(jù)鏈路層

2.3面向比特的鏈路控制規(guī)程（HDLC）

2.4網(wǎng)絡(luò)層

2.5擁塞控制

本章主要內(nèi)容2.1物理層本節(jié)主要內(nèi)容

2.1.1物理層的基本概念

2.1.2物理層下的傳輸媒體

2.1.3物理層協(xié)議舉例【任務(wù)描述】在計算機網(wǎng)絡(luò)組建、管理和維護工作中，需要直接與物理層打交道，例如：雙絞線網(wǎng)絡(luò)線纜的制作與測試，連接頭、連接插座、轉(zhuǎn)換器等組件的使用，中繼器、集線器等物理層設(shè)備的使用。為此，有必要理解物理層的功能、常見傳輸介質(zhì)以及接口規(guī)范。2.1.1物理層的基本概念物理層研究的是怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)的比特流，而不是指連接計算機的具體物理設(shè)備或負責(zé)信號傳輸?shù)木唧w傳輸媒體。物理層協(xié)議主要解決的是主機、工作站等數(shù)據(jù)終端設(shè)備與通信線路上的通信設(shè)備之間的接口問題。

物理層直接與物理信道相連，數(shù)據(jù)傳輸單位稱為比特。物理層的主要功能是為物理上相互關(guān)聯(lián)的通信雙方提供物理連接（物理信道），并在物理連接上透明地傳輸比特流。

提示：透明是指經(jīng)實際電路傳送后的比特流沒有發(fā)生變化。物理層定義了管理（建立、維護和拆除）物理鏈路的規(guī)范和協(xié)議；同時定義了物理層接口通信的標(biāo)準，包括機械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性。物理層要實現(xiàn)4種特性的匹配。物理層的4個特性：

機械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引腳數(shù)目和排列方式，定義接插及鎖緊方式等。

電氣特性：指明在接口電纜的線路上出現(xiàn)的電壓、電流等范圍。

功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓信號表示何種意義，通信過程中完成何種功能。

規(guī)程特性：指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序，是功能事件時序的描述。2.1.2物理層下的傳輸媒體1、

雙絞線（TwistedPair）雙絞線是由兩根具有絕緣保護層的銅導(dǎo)線按一定密度相互絞纏在一起形成的線對組成。把一對或多對雙絞線放在一條導(dǎo)管中便成了雙絞線電纜。雙絞線在傳輸距離、信道寬度和數(shù)據(jù)傳輸速率等方面均受到一定限制，但價格較為低廉。（1）雙絞線電纜的分類按照線纜是否屏蔽分為:①屏蔽雙絞線（ShieldedTwistedPair）②非屏蔽雙絞線（UTP，UnshieldedTwistedPair）按照電氣特性分類分為3類、4類、5類、超5類、6類、7類等類型，數(shù)字越大，技術(shù)越先進，帶寬越寬，價格越高。目前在計算機網(wǎng)絡(luò)中常用的是超5類或6類非屏蔽雙絞線。不同類別的雙絞線價格相差較大，應(yīng)用范圍也大不相同。（2）連接器件雙絞線電纜的連接器件包括電纜配線架、信息插座和接插軟線等，用于端接或直接連接電纜，使電纜和連接器件組成一個完整的信息傳輸通道。常用的連接器件有RJ-45插頭（俗稱水晶頭）和信息插座RJ-45信息模塊

屏蔽RJ-45信息模塊

TIA/EIA568A與568B標(biāo)準雙絞線與RJ-45接口線序2、

同軸電纜同軸電纜的類型規(guī)格類型阻抗信號描述RG-58/U細纜50

基帶固體實芯銅線RG-58/AU細纜50

基帶絞合線RG-59CATV75

頻帶用于有線電視網(wǎng)RG-11粗纜50

基帶一般用于網(wǎng)絡(luò)主干RG-6290

基帶用于ARCNET和IBM3270終端（1）同軸電纜的分類①電纜中心導(dǎo)體的芯越粗，信號傳輸距離越遠。根據(jù)中心導(dǎo)體的直徑大小不同，分為：●粗纜：直徑為1.27cm最，大傳輸距離500m（10Base-5），阻抗是75Ω?！窦毨|：直徑為0.26cm，最大傳輸距離185m（10Base-2），阻抗是50Ω。②同軸電纜的兩種基本類型●基帶同軸電纜：一般僅用來傳輸數(shù)據(jù)，不使用Modem，與寬帶同軸電纜相比要經(jīng)濟，適合距離較短、速率要求較低的局域網(wǎng)。外導(dǎo)體用銅做成網(wǎng)狀，特性阻抗為50

（型號為RG-8、RG-58等）。●寬帶同軸電纜：傳輸速率較高，距離較遠，成本較高。不僅能傳輸數(shù)據(jù)，還可傳輸圖像和語音信號，特性阻抗為75

（如RG-59等）。（2）同軸電纜的連接器①粗纜連接器粗纜通過收發(fā)器（Transceiver）與計算機連接。計算機通過一根電纜連接到收發(fā)器上，這根電纜稱為連接單元接口（AUI，AttachmentUnitInterface）電纜。計算機網(wǎng)絡(luò)接口卡（網(wǎng)卡）和收發(fā)器件稱為AUI連接器。②細纜連接器細纜通過BNC連接器連接到每段電纜的兩端，用于與其他細纜或BNCT型接頭連接。BNC連接器由一根中心插針、一個外套和接頭組成。BNCT型接頭有3個接口，用于連接細纜的BNC連接器或網(wǎng)卡。T型底部的接口連接到計算機的網(wǎng)卡上，另兩邊連接細纜的BNC接頭。BNC連接器BNCT型接頭3、光纜光纜由光纖、加強芯、填充物等組成。光纖的全稱為光導(dǎo)纖維，是一種能夠傳輸光束并且細而柔軟的通信介質(zhì)，是由石英玻璃拉成細絲，由纖芯和包層構(gòu)成的雙層通信圓柱體。（1）光纖的組成與工作原理光纖由纖芯、包層和涂覆層3部分組成光纖中光的傳輸原理

光纖中光的傳輸（2）光纖的分類●多模光纖：存在一定入射角度范圍的光線在一條光纖中傳輸。多模光纖的傳輸性能較差，帶寬較窄，傳輸容量較小，常用于建筑物內(nèi)干線子系統(tǒng)、水平子系統(tǒng)或建筑物之間的布線?！駟文９饫w：光纖的直徑減小到只能傳輸一種模式的光波，光纖像一個波導(dǎo)，使光線一直向前傳播，不會有多次反射。單模光纖的傳輸頻帶寬，傳輸容量大，適用于大容量、長距離的光纖通信，常用于建筑物之間的布線。單模光纖在色散、效率及傳輸距離等方面優(yōu)于多模光纖。（3）光纖通信系統(tǒng)光纖通信是一種光電混合式的通信結(jié)構(gòu)。通信終端的電信號與光纖傳輸?shù)墓庑盘栔g要進行光電轉(zhuǎn)換。光電轉(zhuǎn)換通過光電轉(zhuǎn)換器完成。兩根光纖組成一對（收、發(fā)）信號線。

（4）光纖通信的主要特點：優(yōu)點：1）傳輸頻帶寬，通信容量大2）傳輸衰減小，中繼距離長3）抗電磁干擾，傳輸質(zhì)量好4）體積小、重量輕、便于施工5）原材料豐富，節(jié)約有色金屬，有利于環(huán)保缺點：光纖質(zhì)地脆，機械強度低；光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具設(shè)備和技術(shù)，光纜的彎曲半徑不能過小等等。4、無線傳輸介質(zhì)利用無線傳輸介質(zhì)可以在自由空間中利用電磁波進行通信。常用無線通信方式有：紅外傳輸：是以紅外線的方式傳遞數(shù)據(jù)，可以很方便地在辦公室環(huán)境下實現(xiàn)無線方式連接，傳輸速度快，筆記本新機型所配的紅外傳輸口的傳輸速度已加快到了4Mbps。工作頻率范圍：1012～1014Hz，局域網(wǎng)使用直接傳輸或間接傳輸兩種類型出紅外傳輸。存在傳輸距離短，只能直線傳輸?shù)娜秉c。激光通信：利用激光傳輸信息的通信方式。工作頻率范圍：1014～1015Hz。按傳輸媒介的不同，可分為大氣激光通信和光纖通信。微波通信：利用電磁波進行通信。工作頻率范圍：108～1012Hz。包括地面微波接力通信、衛(wèi)星通信、對流層散射通信、空間通信及工作于微波頻段的移動通信。只能直線傳播。衛(wèi)星通信：利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電信號，在兩個或多個地面站之間進行通信。其特點是：通信距離遠；傳播延遲較大；通信容量大；不受大氣層騷動的影響，通信可靠。2.1.3物理層協(xié)議舉例（1）EIARS-232C/V.24接口標(biāo)準EIARS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（ElectronicIndustryAssociation)在1969年頒布的一種串行物理接口標(biāo)準，其中，RS（RecommendedStandard）的意思是推薦標(biāo)準；232是標(biāo)識號；后綴C是版本號，表示該推薦標(biāo)準已被修改過的次數(shù)。RS-232C與ITU-T的V.24標(biāo)準兼容，是一種非常實用的異步串行通信接口。RS-232C標(biāo)準提供了一個利用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)并通過Modem將遠程設(shè)備連接起來的技術(shù)規(guī)定。它定義了DTE和DCE之間的接口標(biāo)準。（1）機械特性機械特性又稱物理特性，規(guī)定DTE和DCE之間的連接器形式，包括連接器的形狀、幾何尺寸、引線數(shù)目和排列方式、固定和鎖定裝置等。DTE連接的DCE設(shè)備多種多樣，因而連接器的標(biāo)準有多種。主要有DB-25和DB-9兩種針式插座現(xiàn)在所說的232通訊均默認為9針的接口。（2）電氣特性電氣特性規(guī)定了DTE與DCE之間多條信號線的連接方式，發(fā)送器和接收器的電氣參數(shù)及其他有關(guān)電路的特征，包括信號源的輸出阻抗、負載的輸入阻抗、信號“1”和“0”的電壓范圍、傳輸速率、平衡特性和距離的限制等。電氣特性決定了傳輸速率和傳輸距離。232信號的有效通訊距離是15m。負邏輯電平：用正負電壓表示邏輯狀態(tài)邏輯“0”的電平+5V～+15V邏輯“1”的電平-15V～-5V（3）功能特性功能特性規(guī)定接口信號具有的特定功能，即DTE和DCE之間各信號的信號含義。通常信號線可分4類：數(shù)據(jù)線、控制線、同步線和地線。引腳號信號名稱縮寫方向功能說明1保護地線PG機殼地2發(fā)送數(shù)據(jù)TXD→DCE終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)3接收數(shù)據(jù)RXD→DTE終端接收串行數(shù)據(jù)4請求發(fā)送RTS→DCEDTE請求DCE切換到發(fā)送狀態(tài)5清除發(fā)送CTS→DTEDCE已經(jīng)切換到發(fā)送狀態(tài)6數(shù)據(jù)設(shè)備就緒DSR→DTEDCE已經(jīng)準備好接收數(shù)據(jù)7信號地線GND信號地線8載波檢測DCD→DTEDCE已檢測到遠程載波20數(shù)據(jù)終端就緒DTR→DCEDTE已準備好，可以接收22振鈴指示RI→DTEDCE通知DTE線路已接通FG：FrameGround連到機器的接地線TXD：TransmittedData數(shù)據(jù)輸出線RXD：ReceivedData數(shù)據(jù)輸入線RTS：RequesttoSend要求發(fā)送數(shù)據(jù)CTS：CleartoSend回應(yīng)對方發(fā)送的RTS的發(fā)送許可，告訴對方可以發(fā)送DSR：DataSetReady告知本機在待命狀態(tài)DTR：DataTerminalReady告知數(shù)據(jù)終端處于待命狀態(tài)CD：CarrierDetect載波檢出，用以確認是否收到Modem的載波SG：SignalGround信號線的接地線（嚴格的說是信號線的零標(biāo)準線）

RS-232C信號功能與連接圖

9針RS-232針腳排列

（4）規(guī)程特性規(guī)程特性規(guī)定DTE和ECE之間各接口信號線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟僮鬟^程，即在物理連接的建立、維持和拆除時，DTE和DCE雙方在各電路上的動作順序以及維護測試操作等。只有符合相同特性標(biāo)準的設(shè)備之間才能有效地進行物理連接的建立、維持和拆除。RS-232零調(diào)制解調(diào)器連接示意圖實際應(yīng)用中，電子工程師在設(shè)計計算機與外圍設(shè)備的通信時，通常在9針的基礎(chǔ)再進行簡化，只用其中的2、3、5三個管腳進行通信。這三個管腳分別是接收線、發(fā)送線和地線，在一般情況下即可滿足通訊的要求，計算機和外部通訊的接線方法：2、3兩腳交叉互聯(lián)，一個設(shè)備的發(fā)送線必須聯(lián)接到另外一臺設(shè)備的接收線上，5腳地線直連。DTE-A向DTE-B發(fā)送數(shù)據(jù)的過程:

當(dāng)DTE-A要和DTE-B進行通信時，DTE-A將DTR置有效，同時通過TXD向DCE-A發(fā)送電話號碼信號。DCE-B將RI置為有效，通知DTE-B有呼叫信號到達。DTE-B將DTR置為有效。DCE-B接著產(chǎn)生載波信號，并將CTS置為有效，表示已準備好接收數(shù)據(jù)。DCE-A檢測到載波信號，將DCD及CTS置為有效，通知DTE-A通信電路已連接好；同時，DCE-A向DCE-B發(fā)送載波信號；DCE-B將CTS置為有效。DTE-A若有發(fā)送的數(shù)據(jù)，將DSR（RTS）置為有效。DCE-A作為回應(yīng)信號，將RTS（CTS）信號置為有效。DTE-A通過TXD發(fā)送串行數(shù)據(jù)，DCE-A將數(shù)據(jù)通過通信線路發(fā)向DCE-B。DCE-B將收到的數(shù)據(jù)通過RXD傳送給DTE-B。

RS-232標(biāo)準的所有線路共用一根地線，是一種非平衡結(jié)構(gòu)，可能在設(shè)備之間產(chǎn)生較多的干擾。2．RS-499接口標(biāo)準：實際上由3個接口標(biāo)準組成。相當(dāng)于V.35。

(1)RS-449

規(guī)定了接口的機械特性、功能特性和過程特性，采用37根引腳的插頭座。

(2)RS-423A

采用非平衡傳輸方式（所有電路共用一個公共地），采用單端輸出和差分輸入電路

(3)RS-422A

采用平衡傳輸方式（所有電路沒有公共地），即雙端差分發(fā)送，雙端差分接收，抗干擾能力大大加強。拓展：物理層設(shè)備與組件1．物理層組件常見的物理層組件包括物理線纜、連接頭、連接插座、轉(zhuǎn)換器等。連接頭和連接插座是配對使用的組件，作用是為網(wǎng)絡(luò)線纜連接提供良好的端接。轉(zhuǎn)換器用于不同接口或介質(zhì)之間進行信號轉(zhuǎn)換，例如DB-25到DB-9的轉(zhuǎn)換器，光纖到非屏蔽雙絞線的轉(zhuǎn)換器等。2．常見物理層設(shè)備①中繼器的功能中繼器主要負責(zé)在兩個節(jié)點的物理層上按位傳遞信息，同時負責(zé)放大或再生局域網(wǎng)的信號，擴展網(wǎng)絡(luò)連接距離，擴充工作站數(shù)目。②中繼器的使用原則●用中繼器連接的以太網(wǎng)不能形成環(huán)形網(wǎng)；●必須遵守MAC（介質(zhì)訪問控制）協(xié)議的定時特性。用中繼器連接電纜的段數(shù)是有限的。雙絞線（10Base-T）以太網(wǎng)技術(shù)可歸結(jié)為5-4-3-2-1規(guī)則：

5：允許5個網(wǎng)段，每網(wǎng)段最大長度100米。

4：在同一信道上允許連接4個中繼器或集線器。

3：在其中的三個網(wǎng)段上可以增加節(jié)點。

2：在另外兩個網(wǎng)段上，除做中繼器鏈路外，不能接任何節(jié)點。

1：上述將組建一個大型的沖突域，最大站點數(shù)1024，網(wǎng)絡(luò)直徑達2500米。（2）集線器（Hub）①集線器的功能●集線器在OSI7層模型中位于物理層，實質(zhì)是一個中繼器，同樣必須遵守MAC（介質(zhì)訪問控制）協(xié)議的定時特性，主要功能是對接收到的信號進行再生放大，以擴大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離?！窦€器是一個多端口的信號放大設(shè)備，可將接收到的數(shù)據(jù)信號進行整形放大，使衰減的信號再生到發(fā)送時的強度，轉(zhuǎn)發(fā)到其他處于工作狀態(tài)的端口上（廣播）。以太網(wǎng)的每個時間片內(nèi)只允許有一個節(jié)點占用公用通信信道發(fā)送數(shù)據(jù)，所有端口共享帶寬?！窦€器只與它的上連設(shè)備（如上層集線器、交換機、路由器或服務(wù)器等）進行通信，同層的各端口之間不直接進行通信，而是通過上連設(shè)備再返回集線器將信息廣播到所有端口。②集線器的分類●按集線器端口數(shù)分類：8口、12口、16口、24口、48口等?！癜醇€器提供帶寬分類：10Mbit/s、10/100Mbit/s、100Mbit/s、10/100/1000Mbit/s。●按集線器適用的網(wǎng)絡(luò)類型分類：以太網(wǎng)集線器、令牌環(huán)網(wǎng)集線器、FDDI集線器、ATM集線器?！癜醇€器是否支持網(wǎng)絡(luò)管理分類：非網(wǎng)管型集線器和網(wǎng)管型集線器。●按集線器擴展方式分類：可堆疊集線器、不可堆疊集線器?！癜醇€器的配置分類：獨立型集線器、模塊化集線器和堆疊式集線器。●按集線器供電方式分類：無源集線器和有源集線器。③集線器的端口集線器通常提供3種類型的端口：RJ-45端口、BNC端口、AUI端口，以便連接不同類型電纜所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)?！馬J-45端口可以直接連接計算機、網(wǎng)絡(luò)打印機等終端設(shè)備，也可以與其他交換機、集線器或路由器等設(shè)備進行連接?！馚NC端口是與細同軸電纜連接的端口，一般通過BNC-T型接頭進行連接?！馎UI端口是與粗同軸電纜連接的端口。

應(yīng)用與實踐：雙絞線網(wǎng)線的制作與測試1．雙絞線網(wǎng)線制作材料與工具（1）RJ-45接頭（2）壓線鉗（3）打線鉗（4）打線保護工具RJ-45接頭普通RJ-45壓線鉗AMP專用壓線鉗110型單線打線工具打線保護裝置110型4對打線工具2．雙絞線制作標(biāo)準與網(wǎng)線類型（1）T568-A與T568-B標(biāo)準①T568-A標(biāo)準水晶頭的8針（或稱插針）與線對的分配。線序從左到右依次為：1-白綠（W-G）、2-綠（G）、3-白橙（W-O）、4-藍（BL）、5-白藍（W-BL）、6-橙（O）、7-白棕（W-BR）、8-棕（BR）。4對雙絞線對稱電纜中，線對2接信息插座的3、6針，線對3接信息插座的1、2針。②T568-B標(biāo)準水晶頭的8針（或稱插針）與線對的分配。線序從左到右依次為：1-白橙（W-O）、2-橙（O）、3-白綠（W-G）、4-藍（BL）、5-白藍（W-BL）、6-綠（G）、7-白棕（W-BR）、8-棕（BR）。4對雙絞線對稱電纜中，線對2插入水晶頭1、2針，線對3插入水晶頭3、6針。T568-B標(biāo)準接線

（2）判斷線序?qū)⑺ь^有塑料彈簧片的一面朝下，有金屬片針腳的一面向上，而且有金屬片針腳的一端指向遠離自己的方向，有方形孔的一端對著自己，此時，從左至右的引腳序號是1～8。（3）網(wǎng)線的類型①直通線直通線接法使雙絞線的兩端芯線一一對應(yīng)。如果按照T568-B標(biāo)準制作，則網(wǎng)線兩端線序如表3-1所示。一般情況下，連接兩個不同類型的設(shè)備時采用直通線連接，例如，計算機-集線器或計算機-交換機相連時采用直通線。端1白橙橙白綠藍白藍綠白棕棕端2白橙橙白綠藍白藍綠白棕棕②交叉線交叉線接法（又稱1362接法）采用1和3線對對接，2和6線對對接。如果按照T568-B標(biāo)準制作，則網(wǎng)線兩端線序如表所示。交叉線連接主要用于連接同種設(shè)備，例如，集線器-集線器連接、交換機-交換機連接、服務(wù)器-集線器連接、服務(wù)器-交換機連接、兩臺計算機的直接連接等。端1白橙橙白綠藍白藍綠白棕棕端2白綠綠白橙藍白藍橙白棕棕③設(shè)備間連線主機路由器交換機MDIX交換機MDI集線器主機交叉交叉直通N/A直通路由器交叉交叉直通N/A直通交換機MDIX直通直通交叉直通交叉交換機MDIN/AN/A直通交叉直通集線器直通直通交叉直通交叉3．雙絞線網(wǎng)線的制作（1）準備好5類雙絞線、RJ-45插頭（水晶頭）和一把專用的壓線鉗。（2）用壓線鉗的剝線刀口將雙絞線的外保護套管劃開（注意不要將里面雙絞線的絕緣層劃破），刀口距雙絞線的端頭至少2cm。（3）將劃開的外保護套管剝?nèi)ィㄐD(zhuǎn)、向外抽），露出雙絞線電纜中的4對雙絞線。（4）按照EIA/TIAT568-B標(biāo)準和導(dǎo)線顏色將導(dǎo)線按規(guī)定的序號排好。（5）將8根導(dǎo)線平坦整齊地平行排列，導(dǎo)線間不留空隙，準備用壓線鉗的剪線刀口將8根導(dǎo)線剪斷。（6）剪斷電纜線。注意：一定要剪得很整齊。剝開的導(dǎo)線長度不可太短，可以先留長一些。不要剝開每根導(dǎo)線的絕緣外層。（7）將剪斷的電纜線放入RJ-45插頭試試長短（要插到底），電纜線的外保護層最后應(yīng)能夠在RJ-45插頭內(nèi)的凹陷處被壓實。反復(fù)進行調(diào)整。（8）在確認一切都正確后（特別注意不要將導(dǎo)線的順序排列反），將RJ-45插頭放入壓線鉗的壓頭槽內(nèi)，準備最后的壓實。（9）雙手緊握壓線鉗的手柄，用力壓緊。（10）完成雙絞線網(wǎng)線的制作。4．網(wǎng)線的測試測試時，將雙絞線兩端的水晶頭分別插入主測試儀和遠程測試端的RJ-45端口，將開關(guān)開至“ON”（S為慢速擋），主機指示燈從1至8逐個順序閃亮。2.2數(shù)據(jù)鏈路層本節(jié)主要內(nèi)容

2.2.1停止等待協(xié)議

2.2.2連續(xù)ARQ協(xié)議

2.2.3流量控制【任務(wù)描述】數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型的第二層，在物理層提供服務(wù)的基礎(chǔ)上，向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)；在相鄰節(jié)點之間建立鏈路，傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)信息，并且對傳輸中可能出現(xiàn)的差錯進行檢錯和糾錯，向網(wǎng)絡(luò)層提供無差錯的透明傳輸，為物理鏈路提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。相對高層而言，數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議都比較成熟。數(shù)據(jù)鏈路層的有關(guān)協(xié)議是計算機網(wǎng)絡(luò)中基本的部分，在任何網(wǎng)絡(luò)中都是必不可少的層次。為此，有必要理解數(shù)據(jù)鏈路層的功能、標(biāo)準和主要協(xié)議。鏈路（Link）：是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其它的結(jié)點。數(shù)據(jù)鏈路（DataLink）：除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議（控制規(guī)程）來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程的基本功能包括以下部分。（1）把用戶（網(wǎng)絡(luò)層）的數(shù)據(jù)組成幀，幀的開頭和結(jié)尾都要有明確的標(biāo)識。（2）控制幀的傳輸，包括幀同步、差錯控制和流量控制；（3）兩個網(wǎng)絡(luò)實體間的數(shù)據(jù)鏈路的管理；（4）尋址：提供識別和尋址一個特別發(fā)送端或接收端的手段，該發(fā)送端或接收端可能是多點連接的設(shè)備中的一個。數(shù)據(jù)鏈路層的物理地址尋址如圖所示。節(jié)點1的物理地址為A，若節(jié)點1要給節(jié)點4發(fā)送數(shù)據(jù)，那么在數(shù)據(jù)幀的頭部要包含節(jié)點1和節(jié)點4的物理地址，在幀的尾部還有差錯控制信息。1．幀同步在數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)以幀為單位傳送。幀的組織結(jié)構(gòu)必須使接收端能夠明確地從物理層收到的比特流中區(qū)分幀的起始與終止位，這是幀同步要解決的問題。當(dāng)傳輸出現(xiàn)差錯時，只將有錯誤的幀進行重傳，不需要將全部數(shù)據(jù)都重傳一次。每個幀除了要傳送的數(shù)據(jù)外，還包括檢驗碼，以使接收端能發(fā)現(xiàn)傳輸中的差錯。常用的幀同步方法有如下4種。（1）字符計數(shù)法（2）帶字符填充的首尾界符法（3）帶位填充的首尾標(biāo)志法（4）物理層編碼違例法2．差錯控制功能差錯是指接收端收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端實際發(fā)出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。差錯控制最常用的方法是檢錯重發(fā)。接收端通過對差錯編碼（如奇偶校驗碼）的檢查，檢測收到的幀在傳輸過程中是否發(fā)生差錯，一旦發(fā)現(xiàn)差錯，通知對方重新發(fā)送該幀。這要求接收端收完一幀后，向發(fā)送端反饋一個接收是否正確的信息，使發(fā)送端據(jù)此做出是否需要重新發(fā)送的決定。發(fā)送端僅當(dāng)收到正確的反饋信號后，才能認為該幀已經(jīng)正確發(fā)送完畢；否則需要重發(fā)，直至正確為止。3．流量控制功能流量控制的作用是控制相鄰兩節(jié)點之間數(shù)據(jù)鏈路上的信息流量，使發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的能力不大于接收端接收數(shù)據(jù)的能力，使接收端在接收前有足夠的緩沖存儲空間接收每一個字符或幀?；瑒哟翱趨f(xié)議是一種采用滑動窗口機制進行流量控制的方法?；瑒哟翱趨f(xié)議在提供流量控制機制的同時，還可以同時實現(xiàn)幀的確認和差錯控制。4．鏈路管理功能鏈路管理功能主要用于面向連接的服務(wù)。在鏈路兩端的節(jié)點進行通信前，必須確認對方已處于就緒狀態(tài)，并交換一些必要的信息對幀的序號初始化，然后才能建立連接，在傳輸過程中還要維持該連接。如果出現(xiàn)差錯，需要重新初始化，重新自動建立連接，傳輸完畢要釋放連接。數(shù)據(jù)鏈路層連接的建立、維持和釋放稱作鏈路管理。2.2.1停止等待協(xié)議網(wǎng)絡(luò)兩個結(jié)點數(shù)據(jù)鏈路層進行通信的模型

理想鏈路：（1）鏈路很可靠，數(shù)據(jù)不會出錯，也不會丟失；實際：有噪聲干擾，數(shù)據(jù)出差錯；解決辦法：發(fā)送方進行差錯編碼，接收方差錯校驗，采用自動重發(fā)請求差錯控制方法。（2）發(fā)送方不管以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，接收方都能準確及時接收，不需要鏈路層協(xié)議就可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。實際：收發(fā)雙方不能保證協(xié)調(diào)工作。解決辦法：采用鏈路層協(xié)議：停止等待協(xié)議停止等待協(xié)議工作原理：

2.2.2連續(xù)ARQ協(xié)議連續(xù)ARQ協(xié)議工作原理

2.2.3流量控制：滑動窗口機制2.3面向比特的鏈路控制規(guī)程（HDLC）本節(jié)主要內(nèi)容

2.3.1HDLC概述

2.3.2HDLC的幀結(jié)構(gòu)2.3.1HDLC概述面向字符的鏈路控制協(xié)議

面向字符就是說在鏈路上所傳送的數(shù)據(jù)必須是由規(guī)定字符集（例如ASCII碼）中的字符所組成的。同時在鏈路上傳送的控制信息也必須由同一個字符集中的若干規(guī)定的控制字符構(gòu)成。例如：BISYNC。面向比特的鏈路控制協(xié)議

面向比特的鏈路控制規(guī)程則采用帶填充位的首尾標(biāo)志將一組比特封裝成幀，通過定義不同類型的幀格式，實現(xiàn)鏈路層的功能。例如：HDLC。

HDLC是一種面向比特型的傳輸控制協(xié)議。HDLC支持全雙工通信，采用位填充的成幀技術(shù)，以滑動窗口協(xié)議進行流量控制。最大特點是數(shù)據(jù)不必是規(guī)定字符集，對任何一種比特流，均可以實現(xiàn)透明的傳輸。在鏈路上采用連續(xù)發(fā)送方式傳輸信息，發(fā)送一幀信息后，不用等待對方的應(yīng)答即可發(fā)送下一幀，直到接收端發(fā)出請求重發(fā)某一信息幀時，才中斷原來的發(fā)送。為滿足不同應(yīng)用場合的需要，HDLC定義了3種類型的通信站，2種鏈路結(jié)構(gòu)及3種數(shù)據(jù)響應(yīng)方式。（1）通信站類型①主站②從站③復(fù)合站（2）鏈路結(jié)構(gòu)①不平衡鏈路結(jié)構(gòu)②平衡鏈路結(jié)構(gòu)不平衡鏈路結(jié)構(gòu)平衡鏈路結(jié)構(gòu)

（3）數(shù)據(jù)響應(yīng)方式①正常響應(yīng)方式NRM：用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)。從站只有在得到主站允許后，才能向主站傳送數(shù)據(jù)。②異步響應(yīng)模式ARM：用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)。主站和從站可以隨時相互傳輸數(shù)據(jù)幀。從站不需要等待主站允許即可發(fā)送數(shù)據(jù)幀。但是，主站仍然負責(zé)控制和鏈路管理。③異步平衡方式ABM：用于平衡鏈路結(jié)構(gòu)。任何一個復(fù)合站不必事先得到對方許可，即可開始傳輸過程。

HDLC的幀結(jié)構(gòu)1．標(biāo)志字段

在一個幀的開頭和結(jié)尾各放入一個特殊的標(biāo)記，作為一個幀的邊界。這個標(biāo)志稱為標(biāo)志字段F。

零比特填充法：

2．地址字段

8個比特。在使用非平衡方式傳送數(shù)據(jù)時，地址字段總是寫入從站的地址。但在平衡方式時，地址字段總是填入應(yīng)答站的地址。全1地址是廣播方式，而全0地址是無效地址。

3．信息字段

用來填充要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息

4．幀校驗幀校驗序列（FCS）字段共占16個比特。它采用的生成多項式是CRC-CCITT。

5．控制字段：鏈路的監(jiān)視和控制（1）信息幀（2）監(jiān)督幀（3）無編號幀第3～4比特幀名功能00RR接收準備就緒準備接收下一幀確認N（R）-1及以前的幀10RNR接收未準備就緒暫停接收下一幀確認N（R）-1及以前的幀01REJ拒絕從N（R）起的所有幀都被否認確認N（R）-1及以前的幀11SREJ選擇拒絕只否認序號為N（R）的幀確認N（R）-1及以前的幀4種監(jiān)督幀的名稱和功能

無編號幀：可用于建立連接和拆除連接命令/響應(yīng)M編碼幀類型功能34678命令響應(yīng)SNRM00001√置正常響應(yīng)模式SARM/DM11000√√置異步響應(yīng)模式/拆線方式應(yīng)答SABM11100√置異步平衡模式DISC/RD00010√√拆除鏈路/請求拆除SIM/RIM10000√√初始化/請求初始化RESET11001√復(fù)位UI00000√√允許數(shù)據(jù)超過規(guī)定長度FRMR10001√√收到非定義幀UA00110√置模式與拆除鏈路命令的響應(yīng)按照HDLC協(xié)議，兩個站點使用交換線路的通信，可以分為5個階段：建立連接建立鏈路數(shù)據(jù)傳輸拆除鏈路拆除連接如果通信雙方采用專線連接，則不需建立連接和拆除連接。2.4網(wǎng)絡(luò)層本節(jié)主要內(nèi)容

2.4.1廣域網(wǎng)的概念

2.4.2網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)

2.4.3路由選擇機制

2.4.4路由選擇的一般原理1．廣域網(wǎng)的概念廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）又稱遠程網(wǎng)，通?？缃雍艽蟮奈锢矸秶采w的范圍從幾千米到幾千千米，連接多個城市甚至國家或橫跨幾個洲，并能提供遠距離通信。2.4.1廣域網(wǎng)概述OSI模型的7層結(jié)構(gòu)2.4.2網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)

1．虛電路服務(wù)對于采用虛電路服務(wù)的廣域網(wǎng)，源節(jié)點與目的節(jié)點在通信前，必須先建立一條從源節(jié)點到目的節(jié)點的虛電路（即邏輯通路），然后通過該虛電路進行數(shù)據(jù)傳送；數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時，釋放該虛電路，如圖所示。

2．?dāng)?shù)據(jù)報服務(wù)數(shù)據(jù)報服務(wù)方式中，交換機不必登記每條打開的虛電路，它們只需要用一張表來指明到達所有可能的目的端交換機的輸出線路。由于數(shù)據(jù)報服務(wù)中的每個報文都要單獨尋址，因此，要求每個數(shù)據(jù)報包含完整的目的地址，如圖所示。數(shù)據(jù)報服務(wù)的特點是