网络体系结构协议设计浅析(2)

c.控制字段(C)：控制字段用于构成各种命令和响应，以便对链路进行监视和控制。发送方主站或组合站利用控制字段来通知被寻址的从站或组合站执行约定的操作；相反，从站用该字段作为对命令的响应，报告已完成的操作或状态的变化。

d.信息字段(I)：信息字段可以是任意的二进制比特串。比特串长度未做严格限定，其上限由FCS字段或站点的缓冲器容量来确定，目前用得最较多的是1000～2000比特;而下限可以为0 ,即无信息字段。但是，监控帧(S帧)中规定不可有信息字段。

e.帧校验序列字段(FCS)：帧校验序列字段可以使用16位CRC，对两个标志字段之间的整个帧的内容进行校验。

（六）PPP协议

1、 PPP协议的工作原理

家庭用户通过拨号上网的过程为例作以简要介绍：

a．建立物理连接：用户拨号接入ISP时，路由器一侧的MODEM对拨号进行应答，激活物理连接；

b．建立数据链路层连接：PC机向路由器发送一系列的LCP分组(封装成PPP帧)，这些分组及其响应选择协商要使用的PPP协议参数，并进行身份鉴别；

c．建立网络层连接：路由器的NCP给接入的PC机分配临时IP地址； d．通信过程

e．拆除连接：通信结束时，NCP释放网络层连接，收回PC机的临时IP地址；接着，LCP释放数据链路层连接；

f.最后释放物理连接。 2、PPP协议的组成

（1）Data Link Layer Protocol ：一种封装多协议数据报的方法，帧格式支持错误检测。

（2）Link Control Protocol：启动线路、测试线路、协商参数、关闭线路等。支持同步和异步线路，也支持面向字节和面向位的编码方法。

（3）Network Control Protocol：扩展链路控制协议，用于建立、配臵、测试和管理数据链路连接。

3、PPP协议帧格式

PPP帧格式类似稍作修改的HDLC，允许传输多种网络层协议的信息流。

帧校验

标志 F 01111110 地址 A 8位 控制 C 8位 信息

序列

I N位 FCS 16位 标志 F 01111110

(1) F字段和DA字段与HDLC协议帧格式一样，F字段的位模式是01111110(0x7E)。

(2) DA字段和C字段的值是固定不变的，分别是0xFF和0x03。 (3) 当协议字段=0x0021时，数据域就是IP数据报； 当协议字段=0xC021时，数据域就是链路控制数据； 当协议字段=0x8021时，数据域就是网络控制数据。 (4) 面向字符的协议——特殊的填充方法

0x7E转换为：0x7D和0x5E； 0x7D转换为：0x7D和0x5D；

小于0x20的ASCII控制字符：在其前加入一个0x7D，以避免被理解为控制字符(实际不是)。

(5) 不可靠的传输(不使用帧序号和确认) （七）CSMA/CD协议

具有冲突检测的载波监听多路访问 CSMA/CD采用随机访问和竞争技术，这种技术只用于总线拓扑结构网络。站点以帧的形式发送数据，帧的头部含有目的和源点的地址。帧在信道上以广播方式传输，所有连接在信道上的设备随时都能检测到该帧。当目的地站点检测到目的地址为本站地址的帧时，就接收帧中所携带的数据，并按规定的链路协议给源站点返回一个响应。

1、基本原理

（1）多点接入：表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 （2）载波监听：是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，根据二元指数随机退避算法推迟发送时间，以免发生碰撞。

（3）碰撞检测：就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。 （4）争用期：最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2? （两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。以太网的端到端往返时延 2? 称为争用期，或碰撞窗口。经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。

（5）强化碰撞：当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。

（6）总结：先听后发、边听边发、冲突则停止并强化、退避随机。 2、应用举例：在环路上内侧车道行驶的车辆欲离开环路，向外侧车辆并道，一边向前开一边打开右转向灯，欲向外侧行驶，当发现近距离内没有车辆时，向右侧并道离开环路。但也有一种情况，在近距离内没有发现车辆，欲并道时，突然后方行驶来一辆快速车辆，双方来不及避让，发生碰撞，导致该道路暂时不可用，根据事故解决时间方可恢复使用。

（八）CSMA/CA协议

CSMA/CA协议是对CSMA/CD协议的改进，在CSMA/CD边发边听、检测冲突的基础上，通过先听后发的方式实现了尽量避免冲突，对信道的使用进行预约。

1、基本原理：

（1）源站 A 在发送数据帧之前先发送一个短的控制帧，叫做请求发送 RTS (Request To Send)，它包括源地址、目的地址和这次通信（包括相应的确认帧）所需的持续时间。

（2）若媒体空闲，则目的站 B 就发送一个响应控制帧，叫做允许发送 CTS (Clear To Send)，它包括这次通信所需的持续时间（从 RTS 帧中将此持续时间

复制到 CTS 帧中）。

（3）A 收到 CTS 帧后就可发送其数据帧。

2、应用举例：地铁在运行的时候，大部分是按照规定时间入站、出站，但在上下班高峰的时候，时间可能有提前或延误，需要向控制中心发出信号，标识即将进入的站台、进入时间、停靠的时间和离开时间，对站点进行预约，在前后站点的地铁收到信号后，根据情况调节运行速度入站、出站，避免发生碰撞。

二、网络层协议

在大型计算机网络中，由于连接的计算机数量极为庞大，网络拓扑结构较为复杂。对于网络层而言，最主要的任务就是编址，即定义统一的全局编制方案标识主机；路由选择，即在复杂的网络中寻找最短路径；拥塞控制，确保网络在任务繁重、出现拥塞的时候也能为传输层提供数据。

（一）IP协议

1、IP数据包格式（以IPv4为例） （1）版本号：占4位，指IP协议的版本。

（2）首部长度：占4位，可表示的最大十进制数值是15。 （3）区分服务：占8位，服务类型。

（4）总长度：总长度指首部和数据之和的长度，单位为字节。总长度字段为16位，因此数据报的最大长度为216-1=65535字节。

（5）标识：占16位。IP软件在存储器中维持一个计数器，每产生一个数据报，计数器就加1，并将此值赋给标识字段。

（6）标志：占3位。

（7）片偏移：占13位，较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位臵。 （8）生存时间：占8位，表明是数据报在网络中的寿命。由发出数据报的源点设臵这个字段。

（9）协议：占8位，协议字段指出此数据报携带的数据是使用何种协议。 （10）首部检验和：占16位。 （11）源地址：占32位。

（12）目的地址：占32位。

2、编址方式：每个IP地址由32位二进制数组成，包括网络标识和主机标识组成，作为网络中的唯一标识。分为A、B、C、D、E五类地址。

（二）ARP协议

1、基本原理：在以太网中，一个主机要和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。目标MAC地址是通过地址解析协议获得的。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。当发送站知道要映射的目标IP地址后，就产生一个ARP查询报文，每个在网络上的主机或路由器都接收和处理 …… 此处隐藏：2203字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……