数据通信原理第5章

数据通信原理第5章通信协议第5章通信协议5.1协议参考模型5.1.1开放系统互联参考模型（OSI-RM）5.1.2TCP/IP分层模型5.1.3原理体系结构5.2物理层协议5.2.1物理层协议基本概念5.2.2物理接口标准的基本特性5.2.3几种常见的物理接口协议5.3数据链路层协议5.3.1数据链路传输控制规程第5章通信协议（续）5.3.2点对点协议5.4网络层协议5.4.1X.25分组级协议5.4.2IP协议（IPv4）5.4.3下一代网际协议IPv65.5运输层协议5.5.1OSI参考模型的运输层协议5.5.2TCP/IP模型的运输层协议第5章通信协议（续）5.6应用层协议5.6.1文件传送协议5.6.2远程终端协议5.6.3电子邮件5.6.4动态主机配置协议5.1协议参考模型5.1.1开放系统互连参考模型(OSI-RM)1977年，国际标准化组织（ISO）提出了开放系统互连参考模型(OSI-RM)，并于1983年春定为正式国际标准，同时也得到了国际电报电话咨询委员会CCITT的支持。开放系统互连基本概念开放系统开放系统是指能遵循OSI参考模型实现互连通信的计算机系统。实体OSI模型的每一层都是若干功能的集合，可以看成它由许多功能块组成，每一个功能块执行协议规定的一部分功能，具有相对的独立性，称之为实体。开放系统互连基本概念服务访问点SAP在同一系统中，一个第（N）层实体和一个第（N+1）层实体相互作用时，信息必须穿越上下两层之间的边界。（N）服务OSI中的服务是指某一层及其以下各层通过接口提供给上层的一种能力。开放系统互连体系结构包含一系列的服务，而每个服务则是通过某一个或某几个协议来实现。OSI-RM的分层结构OSI参考模型涉及的是为完成一个公共(分布的)任务而相互配合的系统能力及开放式系统之间的信息交换，但它不涉及系统的内部功能和与系统互连无关的其他方面，也就是说系统的外部特性必须符合OSI的网络体系结构，而其内部功能不受此限制。采用分层结构的开放系统互连大大降低了系统间信息传递的复杂性。应当理解OSI参考模型仅仅是一个概念性和功能性结构，它并不涉及任何特定系统互连的具体实现、技术或方法。OSI参考模型共分7层。这7个功能层自下而上分别是：①物理层；②数据链路层；③网络层；④运输层；⑤会话层；⑥表示层；⑦应用层。OSI参考模型是将计算机之间进行数据通信全过程的所有功能逻辑上分成若干层，每层对应有一些功能，完成每一层功能时应遵照相应的协议，所以OSI参考模型是功能模型，也是协议模型。OSI-RM各层功能及协议概述物理层物理层传送数据的基本单位是比特。物理层典型的协议有RS232C，RS449/422/423，V．24，V．28，X．20和X．21等。数据链路层数据链路层的一个功能就是负责数据链路的建立、维持和拆除。数据链路层传送数据的基本单位一般是帧。数据链路层常用的协议有基本型传输控制规程和高级数据链路控制规程(HDLC)。网络层网络层传送数据的基本单位是分组。网络层的协议是X.25分组级协议。运输层其功能包括端到端的顺序控制、流量控制、差错控制及监督服务质量。运输层传送数据的基本单位是报文。会话层为了两个进程之间的协作，必须在两个进程之间建立一个逻辑上的连接，这种逻辑上的连接称之为会话。会话层作为用户进入运输层的接口，负责进程间建立会话和终止会话，并且控制会话期间的对话。提供诸如会话建立时会话双方资格的核实和验证，由哪一方支付通信费用，及对话方向的交替管理、故障点定位和恢复等各种服务。会话层及以上各层中，数据的传送单位一般都称为报文，但与运输层的报文有本质的不同。表示层表示层提供数据的表示方法，其主要功能有：代码转换、数据格式转换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等。应用层应用层是OSI参考模型的最高层，它直接面向用户以满足用户的不同需求，是利用网络资源唯一向应用进程直接提供服务的一层。应用层的功能是确定应用进程之间通信的性质，以满足用户的需要。同时应用层还要负责用户信息的语义表示，并在两个通信用户之间进行语义匹配。信息在OSI-RM各层的传递过程5.1.2TCP/IP分层模型1、TCP/IP分层模型●网络接口层——对应OSI参考模型的物理层和数据链路层；●网络层——对应OSI参考模型的网络层；●运输层——对应OSI参考模型的运输层；●应用层——对应OSI参考模型的5、6、7层。2、TCP/IP模型各层功能及协议概述应用层TCP/IP应用层的作用是为用户提供访问Internet的高层应用服务，例如文件传送、远程登录、电子邮件、服务等。为了便于传输与接收数据信息，应用层要对数据进行格式化。应用层的协议就是一组应用高层协议，即一组应用程序，主要有文件传送协议FTP、远程终端协议TELNET、简单邮件传输协议SMTP、超文本传送协议HTTP等等。TCP/IP模型各层功能运输层TCP/IP运输层的作用是提供应用程序间（端到端）的通信服务，确保源主机传送的数据正确到达目的主机。传输控制协议TCP：负责提供高可靠的、面向连接的数据传送服务，主要用于一次传送大量报文，如文件传送等。用户数据报协议UDP：负责提供高效率的、无连接的服务，用于一次传送少量的报文，如数据查询等。运输层的数据传送单位是TCP报文段或UDP报文（统称为报文段）。TCP/IP模型各层功能网络层网络层的作用是提供主机间的数据传送能力，其数据传送单位是IP数据报。网络层的核心协议是IP协议。它提供的是不可靠、无连接的IP数据报传送服务。网络层的辅助协议主要有：①地址转换协议ARP②逆向地址转换协议RARP③Internet控制报文协议ICMP④Internet组管理协议IGMPTCP/IP模型各层功能网络接口层网络接口层的数据传送单位是物理网络帧（简称物理帧或帧）。①发端负责接收来自网络层的IP数据报，将其封装成物理帧并且通过特定的网络进行传输；②收端从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，上交给网络层。网络接口层没有规定具体的协议。TCP/IP模型的网络接口层对应OSI参考模型的物理层和数据链路层，不同的物理网络对应不同的网络接口层协议。TCP/IP模型中各层协议3、原理体系结构数据通信网（或计算机通信网）的体系结构是各层功能及其协议的集合，即体系结构就是协议分层模型。由上述可知，OSI参考模型有7层（物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层），TCP/IP模型包括4层（网络接口层、网络层、运输层、应用层）。由于OSI参考模型的会话层、表示层、应用层与TCP/IP模型的应用层相对应，OSI参考模型的物理层、数据链路层与TCP/IP模型的网络接口层相对应。数据链路层5应用层4运输层3网络层2数据链路层1物理层5.2物理层协议物理接口的位置物理层是OSI参考模型中的最低层，它建立在物理媒体的基础上，实现系统与物理媒体的接口。通过物理媒体来建立、维持和断开物理连接，为数据终端链路层提供比特流的同步和全双工传输。数据通信系统中物理接口指的是数据终端设备（主要包括计算机）与物理线路的接口，其实就是第1章介绍的DTE与DCE之间的接口。物理层协议物理接口标准的概念为了使不同厂家的产品能够互换和互连，物理接口处插接方式、引线分配、电气特征和应答关系上均应符合统一的标准，称为物理接口标准（或规程或协议）。其实此标准就是物理层协议。物理接口标准的分类ISO制定的物理接口标准ISO系列物理接口标准，主要包括ISO1177、2110和ISO4902等。CCITT制定的物理接口标准CCITT制定了通过电话网进行数据传输的V系列建议、通过公用数据网进行数据传输的X系列建议及有关综合业务数字网的I系列建议。具体有V.24、V.28、X.20、X.21、I.430和I.431等。EIA制定的物理接口标准EIA提出的是RS系列物理接口标准，如RS-232C、RS449等。5.2.2物理接口标准的基本特性物理接口标准描述了物理接口的四种基本特性：机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。机械特性机械特性描述连接器即接口接插件的插头(阳连接器)、插座(阴连接器)的规格、尺寸、针的数量与排列情况等。（1）ISO2110——规定25芯DTE/DCE接口接线器及引线分配。用于串行和并行音频调制解调器、公用数据网接口、电报网接口和自动呼叫设备。（2）ISO2593——规定34芯高速数据终端设备备用接口接线器和引线分配。用于CCITTV．35的宽带调制解调器。（3）ISO4902——规定37芯和9芯DTE/DCE接线器及引线分配。用于音频调制解调器和宽带调制解调器。（4）ISO4903——规定15芯DTE/DCE接线器及引线分配。用于CCITT建议X．20，X．21和X．22所规定的公用数据网接口。电气特性接口的电气特性描述接口的电气连接方式(不平衡型、半平衡型和平衡型)和电气参数，如信号源侧和负载侧的电压(或电流)值、阻抗值和等效电路、分布电容值、信号上升时间等。相关建议有CCITTV．28，V．35，V．10/X．26，V．11/X．27。功能特性接口的功能特性描述了接口电路的名称和功能定义。主要有两个建议V．24和X．24。规程特性接口的规程特性描述了接口电路间的相互关系、动作条件，及在接口传输数据需要执行的事件顺序。相关协议有CCITTV．24，V．55，V．54。5.2.3几种常见的物理接口协议CCITTV．24/RS-232C建议（1）功能特性CCITTV．24建议定义了V系列接口电路的名称和功能。它按接口功能特性定义了100系列接口电路和200系列接口电路。100系列接口电路适用于DTE与调制解调器(DCE)之间的接口电路。200系列接口电路适用于DTE与并行自动呼叫器(ACE)之间的接口电路。200系列接口电路只用于完成自动呼叫功能，不需要自动呼叫时，可以不使用。RS-232C本质上是与V．24相同的，只是信号引线的命名有些差别。它定义了20根接口线，与V．24接口线的对应关系如下表5-1所示。（2）电气特性同一种功能的接口电路可以根据数据信号速率和电缆长度的要求采取不同的电气特性。如V．24建议中定义的数据线可以用V．28，V．35，V．10，V．11中的任何一种电气特性来实现。因此，电气特性是功能特性的基础。RS-232C的电气特性采用V．28建议。（3）机械特性V．24没有对机械特性作规定，使用ISO2110标准。连接器使用25针的D型插座和插头，称为DB—25连接器。一般阳连接器(插头)与DTE相连，阴连接器(插座)与DCE相连。RS-232C与V．24采用相同的连接器。5.3数据链路层协议5.3.1数据链路传输控制规程1、基本概念数据链路是由数据电路和两端的通信控制器(或传输控制器)构成的。数据链路是在数据电路已建立的基础上，通过两端的控制装置使发送方和接收方之间交换握手信号，双方确认后可开始传输数据。数据链路传输控制规程①数据通信的过程阶段1：建立物理连接阶段2：建立数据链路阶段3：数据传送阶段4：传送结束，拆除数据链路阶段5：拆除物理连接以上5个阶段，第2到第4阶段属于数据链路控制规程的范围，而第1和第5阶段是在公用交换网上完成的操作。②数据链路控制规程的功能帧控制透明传送差错控制流量控制链路管理异常状态的恢复数据链路传输控制规程③数据链路传输控制规程的种类传输控制规程基本上分为两大类：基本型控制规程和高级数据链路控制规程(HDLC)。基本型控制规程是面向字符型的传输控制规程，它有如下特征：以字符作为传输信息的基本单位，并规定了10个控制字符用于传输控制。差错控制方式采用检错重发（ARQ），具体重发方式是停止等待发送，即主站在送出一组信息之后要等待对方的应答，收到肯定应答后，再发送下一组信息，不然则重发刚才发送的信息。多半采用半双工通信方式，这样在双方在进行通信时往往有多次收发状态的转换，会影