第3章计算机网络体系结构及协议.pdf

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1、第3章 计 算 机 网 络 体 系 结 构 及 协 议3.1 网络体系结构及O S I 基本参考模型3.1.1 协议及体系结构通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的计算机系统，要使其能协同工作实现信息交换和资源共享，它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流，都必须遵循某种互相都能接受的规则。1 .网络协议（P r o t o co l）为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协议总是指某一层协议，准确地说，它是对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定的集合。网络协议的三个要素：1）语 义（S e m an t i cs）o涉及用于协调与差错处理的控

2、制信息。2）语 法（S y n t ax）。涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平笺 v T o3）定 时（T i m i n g）。涉及速度匹配和排序等。2 .网络的体系结构及其划分所遵循的原则计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然 后“分而治之”，这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。分层就是系统分解的最好方法之一。在（图 3.1）所示的一般分层结构中，n层是n-1 层的用户，又是n+1层的服务提供者。n+1 层虽然只直接使用了 n 层提供的服务，实际上它通过n 层还间接地使用了 n-1 层以及以下所有各层的服务。层次结构的好处在于使每一层

3、实现一种相对独立的功能。分层结构还有利于交流、理解和标准化。所谓网络的体系结构（A r ch i t e ct u r e）就是计算机网络各层次及其协议的集合。层次结构一般以垂直分层模型来表示（图 3.2）。图3.2计算机网络的层次模型层次结构的要点：1）除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。2）对等层的虚通信必须遵循该层的协议。3）n层的虚通信是通过n/n-1层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信（通常也是虚通信）来实现的。层次结构划分的原则：1）每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。当某一层的具体实现方法更新时，只要保持上、下层的接口不变，便不会对

4、邻居产生影响。2）层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。3）层数应适中。若层数太少，则造成每一层的协议太复杂；若层数太多，则体系结构过于复杂，使描述和实现各层功能变得困难。网络的体系结构的特点是:1)以功能作为划分层次的基础。2)第 n 层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1 层提供的服务。3)第 n 层在向第n+1 层提供的服务时，此服务不仅包含第n 层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。4)仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。3.1.2 O S I 基本参考模型1 .开放系统互连(O p e n S ys t e m I n t e r c

5、 o n n e c t i o n)基本参考模型是由国际标准化组织(I S O)制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型，又称I S O s O S I 参考模型。“开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型利有关标准的系统进行互连。0 S I 包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。0 S I 的体系结构定义了一个七层模型，用以进行进程间的通信，并作为一个框架来协调各层标准的制定；0 S I 的服务定义描述了各层所提供的服务，以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语；0 S I 各层的协议规范，精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。需要强调的是，0 S I 参考模

6、型并非具体实现的描述，它只是一个为制定标准机而提供的概念性框架。在 0 S I 中，只有各种协议是可以实现的，网络中的设备只有与0 S I 和有关协议相一致时才能互连。如 图 形3.3所示,O S I七层模型从下到上分别为物理层(P hys i c a lLa ye r,P H)数据链路层(D a t a Li n k La ye r,D L)、网络层(Ne t wo r kLa ye r,N)、运输层(T r a n s p o r t La ye r,T)会话层(S e s s i o n La ye r,S)表示层(P r e s e n t a t i o n La ye r,P)和应

7、用层(Ap p l i c a t i o n La ye r,A)o端开放系统应用层表示层会话层返 蚂端开放系统运输层 中继 开 放 系 统 通信广网网络层链路层物理层D 1.PHDL1)1.主机|_ IMPT中轲型系统应用层表示层会话层PS中 赖 迎 系4运输层N-4-N网络以DL1DL链路层PH*-d-_ _HI物理层IMPIMP j 主机STI+图3.3 ISOs OSI参考模型从图中可见，整个开放系统环境由作为信源和信宿的端开放系统及若干中继开放系统通过物理媒体连接构成。这里的端开放系统和中继开放系统，都是国际标准0 S I7 4 9 8中使用的术语。通俗地说，它们变相当于资源子网中

8、的主机和通信子网中的节点机(IMP)o只有在主机中才可能需要包含所有七层的功能，而在通信子网中的IMP一般只需要最低三层甚至只要最低两层的功能就可以了。2.层次结构模型中数据的实际传送过程如图3.4所示。图中发送进程送给接收进程和数据，实际上是经过发送方各层从上到下传递到物理媒体；通过物理媒体传输到接收方后，再经过从下到上各层的传递，最后到达接收进程。在发送方从上到下逐层传递的过程中，每层都要加上适当的控制信息，即图中和H7、H6.H1,统称为报头。到最底层成为由“0”或“1”组成和数据比特流，然后再转换为电信号在物理媒体上传输至接收方。接收方在向上传递时过程正好相反，要逐层剥去发送方相应层加

9、上的控制信息。因接收方的某一层不会收到底下各层的控制信息，而高层的控制信息对于它来说又只是透明的数据，所以它只阅读和去除本层的控制信息，并进行相应的协议操作。发送方和接收方的对等实体看到的信息是相同的，就好像这些信息通过虚通信直接给了对方一样。各层功能简要介绍：(1)物理层-一定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输。具体涉及接插件的规格、“0”、“1”信号的电平表示、收发双方的协调等内容。(2)数据链路层一一比特流被组织成数据链路协议数据单元(通常称为帧)，并以其为单位进行传输，帧中包含地址、控制、数据及校验码等信

10、息。数据链路层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段,将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。(3)网络层一一数据以网络协议数据单元(分组)为单位进行传输。网络层关心的是通信子网的运行控制，主要解决如何使数据分组跨越通信子网从源传送到目的地的问题，这就需要在通信子网中进行路由选择。另外，为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，需要对流入的分组数量进行控制。当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。(4)运输层一一是第一个

11、端一端，也即主机一主机的层次。运输层提供的端到端的透明数据运输服务，使高层用户不必关心通信子网的存在，由此用统一的运输原语书写的高层软件便可运行于任何通信子网上。运输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。(5)会话层一一是进程一进程的层次，其主要功能是组织和同步不同的主机上各种进程间的通信(也称为对话)。会话层负责在两个会话层实体之间进行对话连接的建立和拆除。在半双工情况下，会话层提供一种数据权标来控制某一方何时有权发送数据。会话层还提供在数据流中插入同步点的机制，使得数据传输因网络故障而中断后，可以不必从头开始而仅重传最近一个同步点以后的数据。(6)表示层一一为上层用户提供共同的数据或信

12、息的语法表示变换。为了让采用不同编码方法的计算机在通信中能相互理解数据的内容，可以采用抽象的标准方法来定义数据结构，并采用标准的编码表示形式。表示层管理这些抽象的数据结构，并将计算机内部的表示形式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的表示变换功能。(7)应用层是开放系统互连环境的最高层。不同的应用层为特定类型的网络应用提供访问O S I 环境的手段。网络环境下不同主机间的文件传送访问和管理(F T A M)、传送标准电子邮件的文电处理系统(M HS)、使不同类型的终端和主机通过网络交互访问的虚拟终端(V T)协议等都属于应用层的范畴。3.2 物理层3.2.1物理层

13、接口与协议物理层位于O S I 参与模型的最低层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体(即信道)。物理层的传输单位为比特。物理层是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始比特流的物理连接。物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规和程性的特性。其作用是确保比特流能在物理信道上传输。DTE/DCE接 口 DTE/DCE接 U图3.5 D T E-D C E 接口框图iso对osi模型的物理层所做的定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。比特流传输可以采用异步传输，也可以采用

14、同步传输完成。另外，CCITT在X.25建议书第一级(物理级)中也做了类似的定义：利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。这里的DTE(Date Terminal Equipment)指的是数据终端设备，是对属于用户所有的连网设备或工作站的统称，它们是通信的信源或信宿，如计算机、终端等；DCE(I)ate Circuit Terminating Equipment或Date Communications Equipment),指的是数据电路终接设备或数据通信设备，是对为用户提供入接点的网络设备的统称，如自动呼叫应答设备、调制解调器等。DT

15、E-DCE的接口框如图3.5所示，物理层接口协议实际上是DTE和DCE或其它通信设备之间的一组约定，主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题。物理层协议规定了标准接口的机械连接特性、电气信号特性、信号功能特性以及交换电路的规程特性，这样做的主要目的，是为了便于不同的制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备。使各个厂家的产品都能够相互兼容。1.机械特性：规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式、锁定装置形式等。图3.6常用连接机械特性图形3.6 列出了各类已被I S O 标准化了的D C E 连接器的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。一般来说，D T E 的连接器常用插针

16、形式，其几何尺寸与D C E 连接器相配合，插针芯数和排列方式与 D C E 连接器成镜像对称。2.电气特性：规定了在物理连接上导线的电气连接及有关的电咱路的特性，一般包括：接收器和发送器电路特性的说明、表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大传输速率的说明、以及与互连电缆相关的规则等。物理层的电气特性还规定了 D T E-D CE接口线的信号电平、发送器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等电器参数。（a）非平衡发送器接收器（b）非 平 衡 发 送 器 差 动 接 收 器（c）平衡发送器差动接收器图3.7电器连接方式D T E与 D CE接口的各根导线（也称电路）的电气连接方式有非平衡方式、采用差动

17、接收器的非平衡方式和平衡方式三种。1）非平衡方式。采用分立元件技术设计的非平衡接口，每个电路使用一根导线，收发两个方向共用一根信号地线，信号速率20kbps,传输距离15。由于使用共用信号地线，所以会产生比较大的串扰。CCITTV.28建议采用这种电气连接方式，EIA RS-232c标准基本与之兼容。2）采用差动接收器的非平衡方式。这类采用集成电路技术的非平衡接口，与前一种方式相比，发送器仍使用非平衡式，但接收器使用差动接收器。每个电路使用一根导线，但每个方向都使用独立的信号地线，使串扰信号较小。这种方式的信号速率可达300kbps,传输距离为10m（300kbps 时）-1000m（=3kb

18、ps 时）CCITT V.10/X.26 建议采用这种电气连接方式，EAI RS-423标准与之兼容。3）平衡方式。采用集成集成电路技术设计的平衡接口，使用平衡式发送器和差动式接收器，每个电路采用两根导线，构成各自完全独立的信号回路，使得串扰信号减至最小。这种方式的信号速率=10Mbps,传输距离为 10m（10Mbps 时）-1000m（=100kbps 时）。CCITT V.1 X.27 建议采用这种电气连接方式，EAI RS-423标准与之兼容。图3.7给出这三种电气连接方式的结构。3.功能特性：规定了接口信号的来源、作用以及其它信号之间的关系。4.规程特性：规定了使用交换电路进行数据交

19、换的控制步骤，这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成。3.2.2物理层协议举例l.EI A R S-2 3 2 c 接口标准EI A R S-2 3 2 c 是由美国电子工业协会 EI A (El e c t r o n i c I n d u s t r yA s s o c i a t i o n)在 1 9 6 9 年颁布的一种目前使用最广泛的串行物理接口R e c o m m e n d e d S t a n d a r d)的意思是 推荐标准”，2 3 2 是标识号码，而后缀“C”则表示该推荐标准已被修改过的次数。R S-2 3 2 标准提供了一个利用公用电话网络作为传输媒体，并

20、通过调制解调器将远程设备连接起来的技术规定。远程电话网相连接时，通过调制解调器将数字转换成相应的模拟信号，以使其能与电话网相容；在通信线路的另一端，另一个调制解调器将模拟信号逆转换成相应的数字数据，从而实现比特流的传输。图 3.8(a)给出了两台远程计算机通过电话网相连的结构图。从图中可看出，D T E 实际上是数据的信源或信宿，而 D C E 则完成数据由信源到信宿的传输任务。R S-2 3 2 C 标准接口只控制D T E 与 D C E 之间的通信，与连接在两个D C E 之间的电话网没有直接的关系。(a)远程连接(b)近地连接图3.8 R S-2 3 2 C 的远程连接和近地连接R S

21、-2 3 2 c 标准接口也可以如图3.8 (b)所示用于直接连接两台近地设备，此时既不使用电话网也不使用调制解调器。由于这两种设备必须分别以D T E 和 D C E 方式成对出现才符合R S-2 3 2 C 标准接口的要求，所以在这种情况下要借助于一种采用交叉跳接信号线方法的连接电缆，使得连接在电缆两端的D T E 通过电缆看对方都好象是D C E 一样，从而满足R S-2 3 2 c 接口需要D T E-D C E 成对使用的要求。这根连接电缆也称作零调制解调器(Nu l l M o de m)0R S-2 3 2 C 的机械特性规定使用一个2 5 芯的标准连接器,并对该连接器的尺寸及针

22、或孔芯的排列位置等都做了详细说明。顺便提一下，实际的用户并不一定需要用到R S-2 3 2 C 标准的全集，这在个人计算机(PC)高速普及的今天尤为突出，所以一些生产厂家为R S-2 3 2 c 标准的机械特性做了变通的简化，使用了一个9芯标准连接器将不常用的信号线舍弃。R S-2 3 2 c 的电气特性规定逻辑“1”的电平为-1 5 至-5 伏，逻辑“0”的电平为+5 至+1 5 伏,也即R S-2 3 2 c 采用+1 5 伏和-1 5 伏的负逻辑电平，+5 伏和-5 伏之间为过渡区域不做定义。R S-2 3 2 c 接口的电气特性见图3.9,其电气表示见表3.1。R S-2 3 2 C

23、电平高达+1 5 伏和-1 5 伏，较之0 5 伏的电平来说具有更强的抗干扰能力。但是，即使用这样的电平，若两设备利用R S-2 3 2 c 接口直接相连(即不使用调制解调器)，它们的最大距离也仅约15m,而且由于电平较高、通信速率反而能受影响。R S-2 3 2 c 接口的通信速率 2 0Kb p s (标准速率有 150、3 00、6 00、12 00、2 4 00、4 8 00、96 00、192 00b p s等几档)。d55逻辑7 T逻辑表3.1 R S表2 c电器信号农示负电平正电平逻辑状态10信号状态传号空号功能状态O F F(W i)U N (通)图3.9 RS-232c电得特

24、性RS-232C的功能特性定义了 25芯标准连接器中的20根信号线，其中 2 根地线、4 根数据线、11根控制线、3 根定时信号线、剩下的5 根线做备用或末定义。表 3.2 给出了其中最学用的10根信号的功能特性。表3.2 R S-2 3 2 C功能特性引脚号信号线功能说明信号线型连接方向1A A保护地线(G N D)地线2B A发送数据(T D)数据线f D C E3B B接收数据(R D)数据线-D T E4C A请求发送(R T S)控制线f D C E5C B清除发送(C T S)控制线-D T E6B B数据设备就绪(D S R)控制线-*D T E7A B信号地线(S i g.G

25、N D)地线8C F载波检测(C D)控制线f D T E2 0C D数据终端就绪(D T R)控制线f D C E2 2C E振铃指示(R D控制线-D T ERS-232C的连接见图3.10o图 3.10 R S-2 3 2 C 的 D T E-D C E 连接若两台D T E 设备，如两台计算机在近距离直接连接，则可采用图3.11的方法，图中为完整型连接，（b）为简单型连接。R S-2 3 2 C 的工作过程是在各根控制信号线有序的“O N”（逻 辑“0”）和“O F F”（逻 辑“1”）状态的配合下进行的。在 D T E D C E 连接的情况下，只有C D（数据终端就绪）和 C C（

26、数据设备就绪）均 为“O N”状态时，才具备操作的基本条件：此后，若 D T E 要发送数据，则须先将C A （请求发送）置 为“0N”状态，等待C B （清除发送）应答信号为“O N”状态后，才能在B A （发送数据）上发送数据。2.E IA R S-4 4 9 及 R S-4 2 2 与 R S-4 2 3 接 口标准由于R S-2 3 2 C 标准信号电平过高、采用非平衡发送和接收方式，所以存在传输速率低（W 2 0Kb p c）、传输距离短（U 5m）.串扰信号较大等缺点。197 7 年底，E IA 颁布了一个新标准R S-4 4 9,次年，这个接口标准的两个电气子标准：R S-4 2

27、 3 （采用差动接收器的非平衡方式）和R S-4 2 2 （平衡方式）也相继问世。这些标准在保持与R S-2 3 2 C 兼容的前提下重新定义了信号电平，并改进了电路方式，以达到较高的传输速率和较大的传输距离。R S-4 99对标准连接器做了详细的说明，由于信号线较多，使用了3 7 芯和9芯连接器，3 7 芯连接器定义了与R S-4 4 9 有关的所有信号，而辅信道利信号在9芯连接器中定义。R S-4 4 9 标准的电器特性有两个标准，即平衡式的R S-4 2 2 标准和非平衡式的R S-4 2 3 标准。R S-4 2 2 电气标准是平衡方式标准，它的发送器、接收器分别采用平衡发送器和差动接

28、收器，由于采用完全独立的双线平衡传输，抗串扰能力大大增强。又由于信号电平定义为6 伏（2 V为过度区域）的负逻辑，故当传输距离为1 0 M 时，速率可达1 0 M b ps；而距离增长至1 0 0 0 m时，速率可达到1 0 0 K b ps 时，性能远远优于R S-2 3 2 c 标准。R S-4 2 3 电气标准是非平衡标准，它采用单端发送器（即非平衡发送器）和差动接收器。虽然发送器与R S-2 3 2 c 标准相同，但由于接收器采用差动方式，所以传输距离和速度仍比R S-2 3 2 c 有较大的提高。当传输距离为1 0 M 时，速度可达成1 0 0 K B P S；距离增至1 0 0 M

29、 时，速度仍有1 0 K B P S。R S-4 2 3 的信号最平定义为6 伏（其中4 伏为过渡区域）的负逻辑。从旧技术标准向新技术标准的过渡，需要花费巨大的代价主经过漫长的过程。R S-4 2 3 电气特性标准可以认为是从R S-2 3 2 c 向R S-4 4 9 标准全面过渡过程中的一个台阶。3.1 0 0 系列和2 0 0 系列接口标准C C I T T 是原国际电报电话咨询委员会的简称，现已更名为国际电信联盟电信标准化局。该组织从事有关通信标准的研究和制定，其标准一般都称做建议。C C I T T V.2 4 建议中有关D T E-D C E 之间的接口标准有1 0 0 系列、2

30、0 0系列两种。1 0 0 系列接口标准作为D T E 与不带自动呼叫设备的D C E（如调制解调器）之间的接口。在调置自动呼叫设备的D C E（如网络控制器）中，则由2 0 0 系列接口标准完成D T E 与自动呼叫设备的接口。若系统采用人工呼叫，则无需设置2 0 0 系列接口。1 0 0 系列接口标准的机械特性采用两种规定，当传输速率为2 0 0 b ps 9 6 0 0 b ps 时 采 用 2 5芯标准连接器；传输速率达4 8 K b ps H 寸，采用3 4 芯标准连接器。2 0 0 系列接口标准则采用2 5芯标准连接器。1 0 0 系列接口标准的电气特性采用V.2 8 和 V.3

31、5两种建议。当传输速率为2 0 0 b ps 9 6 0 0 b ps 时,采用V.2 8 建议；当传输速率为4 8 k b ps 时,1 0 0 系列中除控制信号仍使用V.2 8 建议外，数据线与定时线均采用V.3 5建议。2 0 0 系列接口标准的电气特性则采用V.2 8 建议。4.X.2 1 和 X.2 1 b i s 建议C C I T T 对 D T E-D C E 的接口标准有V 系列和X 系列两大类建议.V 系列接口标准（）如前述的V.2 4 建议）一般指数据终端设备与调制解调器或网络控制器之间的接口，这类系列接口除了用于数据传输的信号线外,还定义了一系列控制线,是一种比较复杂的

32、接口.X系列接口是较晚制定的,这类接口适用于公共数据网的宅内电路终接设备利数据终端设备之间的接口，定义的信号线很少,因此是一种比较简单的接口.X.21 建议是CCI T T 于 1 976年制定的一个用户计算机的D T E 如何与数字化的D CE 交换信号的数字接口标准.X.21 建议的接口以相对来说比较简单的形式提供了点一点式的信息传输,通过它能实现完全自动的过程操作,并有助于消除传输差错.在数据传输过程中，任何比特流（包括数据与控制信号）均可通过该接口进行传输.I S O 的 0 S I 参考模型建议采用 X.21 作为物理层载规约的标准.X.21 的设计目标之一是要减少信号线的数目，其机

33、械特性采用1 5芯标准连接器代替熟悉的25 芯连接器,而且其中仅定义了 8 条接口线.X.21 的另外一个设计目标是允许接口在比E I A R S-232C更长的距离上进行更高速率的数据传略多于,其电气特性类似于E I A R S-4 22的平衡接口，支持最大的D T E-D CE 电缆距离是30 0 m o X.21 可以按同步传输的半双工或全双工方式运行，传输速率最大可达1 0 M b p s。X.21 接口适用于由数字线路（而不是模拟线路）访问公共数据网（P D N）的地区.欧洲网络大多使用X.21 接口.若数字信道一直延伸到用户端,用户的D T E 当然就可以通过X.21 建议的接口进

34、行远程通信.但目前实际连接用户端的大多数仍为模拟信道（如电话线），且大多数计算机和终端设备上也只具备R S-232c 接口或以V.24 为基础的设备,而不是X.21 接口.为了使从老的网络技术转到新的X.21 接口更容易些,CCI T T 提出了用于公共数据网中的与V系列调制解调器接口的X.21 b i s 建议.这时的“b i s”是法语“替换物”的意思.X.2 1 b i s 标准指定使用V.2 4/V.2 8 接口，它们与E I A R S-2 3 2 D 非常类似.美国的大多数公共数据网应用实际上都使用E I A R S-2 3 2 D（或更早的 R S-2 3 2 C）作为物理层接口

35、.可以认为，X.2 1 b i s 是 X.2 1 的一个暂时过渡版本，它是对X.2 1 的补充并保持了 V.2 4 的物理接口。X.2 5 建议允许采用X.2 1 b i s 作为其物理层的规程。X.2 1 和 X.2 1 b i s 为三种类型的服务定义了物理电路，这三种电路是租用电路（专用线）服务、直接呼叫服务和设备地址呼叫服务。租用电路设计成在两个终端之间的连续连接；直接呼叫服务像“热线”电话，可使用户在任何时间直接连接指定的目标；设备地址呼叫则如“拨号”电话，每次联接需由用户呼叫指定目标。3.2.3 串行通信编程方法利用R S-2 3 2 C 标准接口可实现两台P C 之间的异步串行

36、通信。下面分别就P C 机的D O S 级和B I O S 级异步串行通信编程方法做一简单介绍。L D O S 级的P C 通信P C 机通常配备有两个异步通信端口，分别称作为C O M 1 和 C O M 2,它们都符合R S-2 3 2 c 标准。在 D O S 操作系统中,C 0 M K C O M 2 被作为I/O设备进行管理，C O M 1、C O M 2 便是它们的逻辑设备名。据此，D O S 便可通过对C O M 1、C O M 2 的操作来实现P C 之间的异步串行通信。D O S 的M O D E 命令可用以设置异步串行端口的参数，D O S 的 C O P Y 命令允许将异

37、步串行端口作为一个特殊的“文件”，以对其进行数据传输。下面举一个利用D O S 的M O D E、C O P Y 命令，进行双机键盘输入字符传输的例子。M O D E 命令的格式为：M O D E 端口名：数据速率，校验方式，数据位数，停止位位数其中端口名为C O M 1 或 C O M 2；数据速率可选1 5 0、3 0 0、6 0 0、1 2 0 0、2 4 0 0、4 8 0 0 或 9 6 0 0 b p s;校验方式为E （偶校验）、0（奇校验）或（无校验）；数据位数为7 或 8 位；停止位位数为1 或 2 位。通信双方设置的参数应一致，如双方都键入如下命令M O D E C O M

38、 1：1 2 0 0,E,7,1 则表示双方以C 0 M 1 为异步通信端口、速 率 1 2 0 0 b p s 偶校、7 位数据位、1 位停止位的设置参数据进行通信。D O S 中有一个名为C O N 的标准控制台设备，作为输入时C O N 指的就是键盘，作为输出时一 C O N 指的就是显示器。准备发送的P C 机执行如下命令：C O P Y C O N ：C 0 M 1：表示将从键盘收到的信息通过C 0 M1 串行口发送出去。准备接收的P C 机执行如下命令：C O P Y C 0 M1：C O N：则表示将接收来自C O M1 串行口的信息，并在显示器上加以显示。两台P C 机分别执行

39、完上述命令后，在发送方键盘上输入的字符便会在接收方显示器上显示出来。上面介绍的是用D O S 的MO D E,C O P Y命令实现的最简单的P C 通信。在 MS-D O S 的高版本中(例如MS-D 0 S V 6.0)还提供了一条I NTE R LNK 命令，实际上它是一个通信程序。使用I NTE R LNK 命令和一根连接两台P C 机串行端口的电缆，可以使一台P C 机从另一台P C 机的磁盘驱动器中存取数据并运行程序，无需再使用软盘去复制文件。用以键入命令的P C 机叫客户机(C l ien t),与客户机相连的P C 机叫服务器(S er v er)。客户机使用服务器的驱动器和打

40、印机，服务器显示两台P C 机的连机状态。当两台P C 机 被 I NTE R LNK 连接以后，服务器上的驱动器便以扩展驱动器的形式映象到客户机上，若两台P C 机原来均有A,B,C 三个驱动器，则连接后客户机除了自身的三个驱动器外,又多了 E,F,G(服务器驱动器映象)三个扩展驱动器,客户可以象使用自己的驱动器一样使用这些扩展驱动器。使用I NTE R LNK 时，每台P C 机上至少要有一个空闲的串行口，还要一根3 导线或7 导线的零调制调解器(Nu l l MO D E M)串行电缆线，客户机上至少有1 6 K 空闲内存，服务器上至少有1 3 0 K 空闲内存。在客户机的系统配置文件C

41、 O NF I G.S YS 中添加如下命令：D E V I C E S：D O S I NTE R LNK.E X E/D R I V E S:5再重新启动客户机，便可装入I NTE R LNK。这里假设I NTE R LNK.E X E 已存在于客户机C驱动器的D O S 目录中，/D R I V E R S:5 参数用于映象5 个服务器驱动器,缺省情况下为3 个驱动器。服务器上启动I NTE R LNK 不需对其C O NF I G.S YS 作任何改动,只需在D O S 命令提示符下键入I NTE R LNK 即可。此时、屏幕底下出现一行状态信息，显示出I NTE R LNK 的连接状

42、态。关于D O S 级通信命令的详细使用方法，可参阅有关D O S 手册。2.B I O S 级的P C 通信P C 级的基本输入输出系统(B I O S)总的中断1 4 H 提供了异步串行端口的四种通信服务功能,通过之种功能,可以访问串行通信端口，实现连机通信。I N T 1 4 H 的串行端口通信功能为：功能号功能0 0 通信端口初始化01向通信端口写一个字符02从通信端口读一个字符0 3 返回通信端口状态I N T 1 4 H 的一般汇编语言调用顺序如下：M O V A H,功能号M O V D X,端 口号(在相应寄存器中装入与功能有关的参数)I N T 1 4 H(1)初始化通讯端口

43、调用：A H =0 0 HA L =初始化参数D X=端口号(C0 M 1 为 0,CO M 2 为 1)返回：A H =通信端口状态A L =调制解调器状态初始化参数为8为二进制数,其中各位的含义如图3.1 2 所示。图 3.1 2(P 6 1)若置C0 M 1 为 9 6 0 0 b p s,8 位数据位，1 位停止位，无奇偶校验，指初始化参数为1 U 0 0 0 1 1 B,即 0 E3 H。程序调用如下：M O V A H,0M O V A L,0 E3 HM O V D X,0I N T 1 4 H(2)向通信端口输出字符。用以向指定端口输出一个字符。调用：A H =0 1 HA L

44、 =所要输出的字符D X=端口号返回：调用后若A H 的第7 位为0,表示输出成功，A L 内容不变；若 A H 的第7 位 为 1,表示输出失败，此 时 A L 的 0 6 位给出端口状态。M O V A H,0 1 HM O V D X,0M O V A L,*I N T 1 4 H(3)从通信端口输入字符用以从指定端口输入一个字符。调用：A H =0 2 HD X=端口号返回：若 A H 的第7 位为0,表示输入成功，A L 中为输入的字符：若 A H 的第7 位 为 1,表示输入失败，A H 的 0 6 位给出端口状态。若从C0 M 1 中输入一个字符，假设以有字符从对方发送到本地P

45、C,只可调用如下程序段：M O V A H,0 2 HM O V D X,0I N T 1 4 H(4)读取通信端口状态用以读取指定端口的状态调用：A H =0 3 HD X=端口号返回：A H =端口状态A L =调制解调器状态若要读取C0 M 1 端口状态，只可调用如下程序段：M O V A H,0 2 HM O V D X,0I N T 1 4 H3.调制解调器的编程命令H a ye s 公司生产的调制解调器目前几乎成了公认的调制解调器标准，其它厂家生产的调制解调器一般都与之兼容。H a ye s 公司推出了一套用于对调制解调器进行编程的命令，这些命令都以A T打头，故也称作 A T命令

46、集。A T是 A t e nt i o n(注意)的开头两个字母，意为引起调制解调器的注意。跟在A T后面的字符串用以通知调制解调器干什么。下面介绍几种常用的A T命令。(1)拨号命令。A TD 命令用于电话拨号。拨号分脉冲拨号利音频拨号两种，因此拨号时应告诉调制解调器采用何种信号进行拨号。A TD P 用于脉冲拨号，A TD T用于音频拨号，两者均后续要拨的电话号码。例如：A TD T1 2 3 4 5 6 7 8 表示用音频拨号呼叫1 2 3 4 5 6 7 8。若在分机拨出，则先要拨外线，然后稍停顿后再拨对方号码，其间插入逗号稍作停顿，一个逗号相当于停顿2 秒。例如A D TP O,1

47、2 3 4 5 6 7 8 则表示先拨0,请求接外线后停顿2 秒，再拨外线1 2 3 4 5 6 7 8。(2)应答命令。A TA 命令用于使用调制解调器立即应答电话。调制解调器自动应答功能是通过对其S 0 寄存器的设置来实现的，A T S O=O 表示取消调制解调器的自动应答功能，A T S O=N(N 为非零的整数)表示调制解调器振铃达到N次后，才应答电话。(3)摘机和挂机命令。输入的A T H 1 使电话摘机，就像拿起听筒一样;输入A T H O 或 A T H 是电话挂机，就像放下电话一样。执行拨号命令时，调制解调器会自动进入摘机状态，若在联机状态时载波信号调时，调制解调器会自动断开连

48、接或挂机。(4)调制解调器缺省设置恢复命令。输入A T Z 命令可以将调制解调器内部记存器设置为缺省的参数值，以便用户重新调用其数值。还用许多其他的A T 命令，提供了对调制解调器的各种操作功能，这些都可以在相应的手册上查阅到。需要说明的是，A T 命令不是D O S命令，它必须通过通信软件伙同编编程手段经通信端口发向调制解调器。3.3数据链路层数据链路层是0 S I 参考模型中的第二层,介乎于物理层和网络层提供的服务的基础上向网络层提供服务。数据链路层的作用是对物理层传输原始比特流的功能的加强，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，即使之对网络层表现为一条无差错的链

49、路。数据链路层的基本功能是想网络层提供透明的和可靠的数据传送服务。透明性是指该层上传输的数据的内容、格式及编码没有限制，也没有必要解释信息结构的意义；可靠的传输使用户免去对丢失信息、干扰信息及顺序不正确等的担心。3.3.1 数据链路层功能数据链路层最基本的服务是将源机网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这一目的，数据链路层必须具备一系列相应的功能，它们主要有：如何将数据组合成数据块，在数据链路层中将这种数据块称为帧，帧是数据链路层的传送单位；如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使之与接收方相匹配；在两个网路实体之间提供数据链路通路的建立、维

50、持和释放管理。1.帧同步功能为了使传输中发生差错后只将出错的有限数据进行重发,数据链路层将比特流组织成以帧为单位传送。帧的组织结构必须设计成使接收方法能够明确的从物理层收到比特流中对其进行识别，也即能从比特流中区分出帧的起始与终止，这就是帧同步要解决的问题。由于网络传输中很难保证计时的正确和一致，所以不能采用依靠时间间隔关系来确定一帧的起始与终止的方法。下面介绍几种常用的帧同步方法。(1)字节计数法。这种帧同步方法以一个特殊字符表征一帧的起始,并以一个专门字段来标明帧内的字节数。接受方可以通过对该特殊字符的识别从比特流中区分出帧的起始，并从专门字段中获知该帧中随后跟随的数据字节数，从而可确定出