第3章上-计算机网络体系结构与协议课件

大家好大家好本章学习要求：本章学习要求：掌握：掌握：网络体系结构的层次化研究方法网络体系结构的层次化研究方法掌握：掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念掌握：掌握：OSI参考模型及各层的基本服务功能参考模型及各层的基本服务功能掌握：掌握：TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本服务参考模型的层次划分、各层的基本服务功能与协议族功能与协议族了解：了解：OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较掌掌握握：RS-232CRS-232C标标准准的的特特性性及及应应用用，RS-232RS-232，RS422RS422，RS485RS485的区别的区别第三章第三章 计算机网络的体系结构与协议计算机网络的体系结构与协议计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构是指计算机网络层次结是指计算机网络层次结构模型和各层协议的集合，也就是计算机网络构模型和各层协议的集合，也就是计算机网络及其部件所应实现的功能的定义和抽象。及其部件所应实现的功能的定义和抽象。网络协议网络协议是为了进行网络数据交换而建立的规是为了进行网络数据交换而建立的规则、约定或标准，是计算机网络中不可缺少的则、约定或标准，是计算机网络中不可缺少的组成部分。组成部分。它包括语法、语义和时序三个要素它包括语法、语义和时序三个要素。1)语法语法是指用户数据与控制信息的结构和格式；是指用户数据与控制信息的结构和格式；2)语义语义是指需要发出何种控制信息，以及完成的是指需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应；动作与做出的响应；用于解释比特流的每一部分的用于解释比特流的每一部分的意义；意义；3)时序时序是对事件实现顺序的详细说明。是对事件实现顺序的详细说明。以甲打电话给乙举例说明以甲打电话给乙举例说明语法、语义和时序的语法、语义和时序的概念概念网络的体系结构发展过程：网络的体系结构发展过程：国际标准化组织国际标准化组织ISO于于1977年成立了专门的机构来研究年成立了专门的机构来研究网络体系机构和网络协议的国际标准化问题。网络体系机构和网络协议的国际标准化问题。1984年提出了年提出了“开放系统互联基本参考模型开放系统互联基本参考模型”，即，即ISO/OSI-RM正式国际标准（正式国际标准（ISO7498）在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织是：组织是：国际电报与电话咨询委员会（国际电报与电话咨询委员会（CCITT）国际标准化组织（国际标准化组织（ISO）CCITT与与ISO的工作领域不同：的工作领域不同：CCITT主要是考虑通信主要是考虑通信标准的制定；标准的制定；ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构。主要是考虑信息处理与网络体系结构。社会上存在的邮政系统说明层次结构及协议社会上存在的邮政系统说明层次结构及协议3.1OSI参考模型参考模型网络开放系统或开放系统互连模型是一个抽象的概网络开放系统或开放系统互连模型是一个抽象的概念，念，OSI标准中，采用的是三级抽象：标准中，采用的是三级抽象：体系结构（体系结构（architecture）服务定义（服务定义（servicedefinition）协议说明（协议说明（protocolspecification）OSI体系结构体系结构是网络系统在功能和概念上是网络系统在功能和概念上的抽象，是协调各层标准制定的概念性的抽象，是协调各层标准制定的概念性框架；框架；OSI服务服务定义定义了每一层提供的服务，某一每一层提供的服务，某一层的服务是指该层及其以下各层提供给层的服务是指该层及其以下各层提供给上一层的服务，层间的服务通过定义好上一层的服务，层间的服务通过定义好的层间抽象接口完成，交互时使用服务的层间抽象接口完成，交互时使用服务原语，各种服务不考虑服务的具体实现；原语，各种服务不考虑服务的具体实现；OSI协议规范协议规范说明控制信息的内容说明控制信息的内容。OSI参考模型参考模型划分七层结构的基本原则划分七层结构的基本原则：网网中中各各结结点点都都具具有有相相同同的的层层次次；不不同同结结点点的的同等层具有相同的功能；同等层具有相同的功能；同一结点内相邻层之间通过接口通信；同一结点内相邻层之间通过接口通信；每每层层可可以以使使用用下下层层提提供供的的服服务务，并并向向其其上上层层提供服务；提供服务；不不同同结结点点的的同同等等层层通通过过协协议议来来实实现现对对等等层层之之间的通信。间的通信。3.1.2OSI/RM参考模型的结构参考模型的结构(Opensystemsinterconnectionreferencemodel)数据在计算机网络各层中的传递数据在计算机网络各层中的传递 3.1.3OSI参考模型中的基本概念参考模型中的基本概念任何一任何一层层都可称为（都可称为（N）层，意为）层，意为“第第N层层”，与其相邻的，与其相邻的上层和下层分别称为（上层和下层分别称为（N+1）层和（）层和（N-1）层，在一些概念如）层，在一些概念如（N+1）协议、（）协议、（N）实体、（）实体、（N-1）服务中也都沿用了这种）服务中也都沿用了这种叫法。叫法。实体实体是指任何可以发送或接收信息的是指任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程硬件或软件进程，每一，每一层都可以包含多个实体，不同开放系统中对等层相交互的实层都可以包含多个实体，不同开放系统中对等层相交互的实体成为体成为对等实体对等实体。不同系统对等实体之间没有直接通信的能力，要通过相邻不同系统对等实体之间没有直接通信的能力，要通过相邻实实体体的通信来完成，对等实体之间是的通信来完成，对等实体之间是“虚拟通信。虚拟通信。”同一系统中（同一系统中（N）实体向（）实体向（N+1）实体提供服务时两层的实）实体提供服务时两层的实体进行交互的地方，通常称为（体进行交互的地方，通常称为（N）服务访问点，是两层间）服务访问点，是两层间的的逻辑接口逻辑接口在上层实体通过服务访问点使用下层服务时与下层交换的命在上层实体通过服务访问点使用下层服务时与下层交换的命令称为令称为服务原语服务原语。OSI规定了每一层均可使用的服务原语有规定了每一层均可使用的服务原语有四类：四类：服务原语有四类服务原语有四类:请求：由（请求：由（N+1）层）层(即服务接受者即服务接受者)发往（发往（N）层的一个）层的一个服务原语，请求（服务原语，请求（N）层）层(即服务提供者即服务提供者)提供指定的提供指定的 服服务务，如请求建立连接、请求数据传送等。如请求建立连接、请求数据传送等。指示：由（指示：由（N）层发往（）层发往（N+1）层的服务原语，指示）层的服务原语，指示（N）实体发生了某些事件，如接受到一个远地对等实体发来实体发生了某些事件，如接受到一个远地对等实体发来的数据。的数据。响应：由（响应：由（N+1）层发往（）层发往（N）层的服务原语，用来作）层的服务原语，用来作为对于服务提供者指示的应答。为对于服务提供者指示的应答。证实：由（证实：由（N）层发往（）层发往（N+1）层的服务原语，表示该）层的服务原语，表示该（N+1）实体所请求的服务已经完成，予以确认。）实体所请求的服务已经完成，予以确认。服务的过程分为服务的过程分为有证实的和无证实的有证实的和无证实的有证实(面向连接的服务)无证实(无连接的服务)数据单元是网络中信息传递的单位，相数据单元是网络中信息传递的单位，相邻层间传送信息的数据单元称为邻层间传送信息的数据单元称为服务数服务数据单元据单元；不同系统中的对等实体间传送；不同系统中的对等实体间传送信息的数据单元称为信息的数据单元称为协议数据单元协议数据单元PDU；相邻层实体间通过服务访问点一次交；相邻层实体间通过服务访问点一次交互信息的数据单元称为互信息的数据单元称为接口数据单元接口数据单元3.1.4OSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能 物理层的主要功能物理层的主要功能：物物理理层层并并不不是是物物理理媒媒体体本本身身，它它是是开开放放系系统统利利用用物物理理传传输输介介质质实实现现物物理理连连接接的的功功能能描描述述和和执执行连接的规程行连接的规程。利利用用传传输输介介质质,为为通通信信的的网网络络结结点点之之间间建建立立、管理和释放物理连接；管理和释放物理连接；实实现现比比特特流流的的透透明明传传输输，为为数数据据链链路路层层提提供供数数据传输服务；据传输服务；物理层的数据传输单元是物理层的数据传输单元是比特比特。数据链路层的主要功能数据链路层的主要功能：数数据据链链路路是是构构成成逻逻辑辑信信道道的的一一段段点点-点点式式的的数数据据通通路路，它它是是在在物物理理层层提提供供的的比比特特流流传传输输服服务务的的基基础础上上，在在通通信信的的实实体体间间建建立立起起来来的的具具有有自自己己数数据据格格式式和和传传输输控控制制功能的节点与节点间的逻辑连接。功能的节点与节点间的逻辑连接。传输的数据格式以传输的数据格式以“帧帧”为单位的为单位的PDUPDU；传传输输控控制制功功能能采采用用差差错错控控制制与与流流量量控控制制方方法法，使使有有差差错的物理线路变成无差错的数据链路。错的物理线路变成无差错的数据链路。网络层的主要功能网络层的主要功能：通过路由选择算法为通过路由选择算法为报文分组报文分组通过通信子网时通过通信子网时选择最选择最适当的路径适当的路径；为数据在结点之间传输创建逻辑链路；为数据在结点之间传输创建逻辑链路；实现实现拥塞控制、网络互连拥塞控制、网络互连等功能。等功能。传输层的主要功能传输层的主要功能：向用户提供可靠向用户提供可靠端到端端到端（end-to-end）服务；服务；处理处理数据包数据包错误、错误、数据包次序数据包次序，以及其他一些关键传，以及其他一些关键传输问题；输问题；传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层。通信体系结构中关键的一层。会话层的主要功能会话层的主要功能：负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点-点传点传输不中断；输不中断；管理数据交换。另外，会话层还在传送数据的过程中管理数据交换。另外，会话层还在传送数据的过程中给数据打上标记。出现意外时，可以由打标记处重发。给数据打上标记。出现意外时，可以由打标记处重发。表示层的主要功能表示层的主要功能：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；数据格式变换；数据格式变换；数据加密与解密；数据加密与解密；数据压缩与恢复。数据压缩与恢复。应用层的主要功能应用层的主要功能:为应用程序提供了网络服务为应用程序提供了网络服务;应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步工作的应用程序之间的同步;建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。3.2物理层与物理接口协议物理层与物理接口协议3.2.1物理层概述物理层概述1）物理层定义）物理层定义是是OSIRM的最低层，向下是物理设备，物理设备的接的最低层，向下是物理设备，物理设备的接口直接与物理传输介质相连接，口直接与物理传输介质相连接，设立物理层的目的设立物理层的目的是是实现两个网络物理设备之间的透明二进制比特流的传实现两个网络物理设备之间的透明二进制比特流的传输，对链路层以上屏蔽传输介质的特性。物理层并不输，对链路层以上屏蔽传输介质的特性。物理层并不是指物理设备或物理传输介质，而是与有关物理设备是指物理设备或物理传输介质，而是与有关物理设备以及传输介质连接的描述与规定。以及传输介质连接的描述与规定。物理层的功能主要包括：物理层的功能主要包括：物理连接的建立与拆除，当物理连接的建立与拆除，当数据链路层实体提出建立连接的请求时，物理层使用数据链路层实体提出建立连接的请求时，物理层使用有关的协议完成连接的建立过程，在数据信号传输过有关的协议完成连接的建立过程，在数据信号传输过程中维持这个连接，传输结束后拆除这个连接；物理程中维持这个连接，传输结束后拆除这个连接；物理层数据单元的传送，物理层定义了编码的类型、位同层数据单元的传送，物理层定义了编码的类型、位同步方式、数据传输速率，采用的单工、半双工、全双步方式、数据传输速率，采用的单工、半双工、全双工传输方式也要在物理层说明。工传输方式也要在物理层说明。2）DTE与与DCE数据终端设备数据终端设备DTE，指具有一定数据处理能力和具有发，指具有一定数据处理能力和具有发送、接收数据能力的设备，可以是一台计算机，也可送、接收数据能力的设备，可以是一台计算机，也可以是一个以是一个I/O设备；设备；数据电路端接设备数据电路端接设备DCE，介于传输介质与，介于传输介质与DTE之间的设之间的设备，提供信号交换和编码功能，负责建立、维护和释备，提供信号交换和编码功能，负责建立、维护和释放物理连接，放物理连接，Modem就是典型的就是典型的DCE。3）物理接口协议）物理接口协议物理层涉及具体物理设备、传输介质，通信手物理层涉及具体物理设备、传输介质，通信手段复杂；另外物理层的许多模型和协议在段复杂；另外物理层的许多模型和协议在OSIRM公布以前已经提出并广为使用，这些协议公布以前已经提出并广为使用，这些协议并没有按照并没有按照OSI那样严格的分层来制定，也没那样严格的分层来制定，也没有将服务与规范区分开来，所以物理层协议不有将服务与规范区分开来，所以物理层协议不便采用便采用OSI的术语加以描述，而是描述出的术语加以描述，而是描述出DTE与与DCE接口的一些特性。这些特性包括：接口的一些特性。这些特性包括：机械机械特性、电气特性、功能特性和规程特性特性、电气特性、功能特性和规程特性。因此，。因此，目前所说的目前所说的物理层协议实际上是物理接口协议物理层协议实际上是物理接口协议，也就是也就是DTE与与DCE之间的一组约定。之间的一组约定。3.2.2物理接口的四个特性物理接口的四个特性1）机械特性）机械特性物理接口的机械特性规定了物理接口的机械特性规定了DTE/DCE接口界接口界面的物理结构，面的物理结构，DTE、DCE通常采用接插件组通常采用接插件组成的连接器相连，机械特性详细规定了插头和成的连接器相连，机械特性详细规定了插头和插座的形状和尺寸，插针或插孔的数目及其排插座的形状和尺寸，插针或插孔的数目及其排列，固定或锁定装置等。列，固定或锁定装置等。2）电气特性电气特性物理接口的电气特性规定了在物理连接传输二物理接口的电气特性规定了在物理连接传输二进制比特流时线路上信号电平高低，驱动器与进制比特流时线路上信号电平高低，驱动器与接收器的阻抗及阻抗匹配、传输速率与接口线接收器的阻抗及阻抗匹配、传输速率与接口线距离限制。距离限制。3）功能特性）功能特性物理接口的功能特性规定了物理接口的功能特性规定了DTE/DCE间各条间各条接口信号线的功能分配和确切定义，信号线按接口信号线的功能分配和确切定义，信号线按功能一般分为：数据线、控制线、定时线和地功能一般分为：数据线、控制线、定时线和地线等几类。在具体应用环境中，不一定需要用线等几类。在具体应用环境中，不一定需要用到所有的接口线，可以在完成规程特性的前提到所有的接口线，可以在完成规程特性的前提下，尽可能地减少接口线。下，尽可能地减少接口线。4）规程特性）规程特性定义了利用信号线进行了二进制比特流传输的定义了利用信号线进行了二进制比特流传输的一组操作过程，也就是在建立、维持物理连接、一组操作过程，也就是在建立、维持物理连接、交换信息及连接释放时交换信息及连接释放时DTE/DCE接口信号线接口信号线的工作规则和动作时序。的工作规则和动作时序。DTE与与DCE接口三种电气电气特性接口三种电气电气特性(连接方式连接方式)）非平衡方式，发送器和接收器是单端输出、输）非平衡方式，发送器和接收器是单端输出、输入的，收发两端共用一根信号地线，当两端的逻辑地入的，收发两端共用一根信号地线，当两端的逻辑地之间存在电位差时，容易造成接收误差。之间存在电位差时，容易造成接收误差。）差动接收的非平衡方式，发送器仍采用非平衡方式，）差动接收的非平衡方式，发送器仍采用非平衡方式，接收器采用差动输入方式，减小了逻辑地电位差及外界接收器采用差动输入方式，减小了逻辑地电位差及外界干扰信号的影响。干扰信号的影响。）平衡方式，发送器、接收器均采用差动式，两者用）平衡方式，发送器、接收器均采用差动式，两者用对称平衡电缆连接，进一步减小了逻辑地电位差及外界对称平衡电缆连接，进一步减小了逻辑地电位差及外界干扰信号的影响。干扰信号的影响。3.2.3常用的物理接口标准常用的物理接口标准1）EIARS232C标准接口标准接口RS-232是是美国电子工业协会美国电子工业协会EIA（ElectronicIndustriesAssociation）1962年制定的年制定的串行串行物理接口标准，物理接口标准，RSRS是英文是英文Recornmended StandardRecornmended Standard“推荐标推荐标准准”的缩写，的缩写，232232为标识号，为标识号，C C表示修改次数。表示修改次数。RS-232CRS-232C总线标准设有总线标准设有2525条信号线，条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。数据传输速率为每秒数据传输速率为每秒5050、7575、100100、150150、300300、600600、12001200、24002400、48004800、96009600、1920019200比特。采用比特。采用150pF/m150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为的通信电缆时，最大通信距离为15m15m；传输距离短的另一原因是；传输距离短的另一原因是RS-232RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于用于15m15m以内的通信以内的通信。RS-232CRS-232C主要用于使用模拟信道传输数字信号的场合作接口，主要用于使用模拟信道传输数字信号的场合作接口，是是DTEDTE与与DCEDCE之间的接口标准。之间的接口标准。DTE(Data Terminal Equipment)DTE(Data Terminal Equipment)是数据终是数据终端设备。端设备。DCE(Data Circuit-terminating Equipment)DCE(Data Circuit-terminating Equipment)是数据电路端接是数据电路端接设备。设备。DCEDCE的作用就是在的作用就是在DTEDTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。DTEDTE通过通过DCEDCE与通信传输线路与通信传输线路相连。相连。（2）电气特性）电气特性RS-232出出现现在在TTL电电路路之之前前，所所以以它它的的电电平平不不是是+5V和和地地，它它使使用用负负逻逻辑辑，逻逻辑辑“0”输输入入用用315V的的电电平平表表示示，逻逻辑辑“1”输输入入用用-3-15V的的电电平平表表示示；输输出出时时，逻逻辑辑“0”需需要要驱驱动动器器输输出出515V的的电电平平，逻逻辑辑“1”需需要要驱驱动动器器输输出出-5-15V的的电电平平，驱驱动动器器的的输输出出阻阻抗抗小小于于300欧欧姆姆。DTE与与DCE之之间间连连接接电电缆缆长长度度15米米，传输速度最大不超过传输速度最大不超过20Kbps。（3）功能特性）功能特性RS-232的的功功能能特特性性中中定定义义了了20条条线线的的功功能能，包包括括数数据据线线（4根根）、控控制制线线（11根根）、定定时时线线（3根根）和和信信号号地地线线（2根根），20条条线线中中常用的有常用的有9条。条。（1）机械特性）机械特性 RS-232标准中共有标准中共有25条线，接口的两端采用条线，接口的两端采用DB25的插头和插座连接，的插头和插座连接，规定在规定在DTE一方使用插头，一方使用插头，DCE一方使用插座。一方使用插座。25根线并没有全部定义，根线并没有全部定义，定义的信号线在一些连接中又可以简化，实际中也常采用定义的信号线在一些连接中又可以简化，实际中也常采用DB-9的插头和的插头和插座。插座。序 号针脚名称功能定义信号方向2TXD（Transmit Data）发送数据DTE DCE3RXD（Received Data）接收数据DTE DCE4RTS（Request To Send）请求发送DTE DCE5CTS（Clear To Send）清除发送DTE DCE6DSR（Data Set Ready）数据设备准备好DTE DCE7SG（Signal Ground）信号地DTE DCE8DCD（Data Carrier Detect）载波检测DTE DCE20DTR（Data Terminal Ready）数据终端准备好DTE DCE22RI（Ring Indictation）振铃指示DTE DCE（4）规程特性）规程特性（5）DTE与与DTE的直接连接的直接连接简化的简化的DTE与与DTE的直接连接的直接连接在实际通信应用中，如果双方距离不大（小于在实际通信应用中，如果双方距离不大（小于15米），米），数据终端设备（数据终端设备（DTE）之间也可以不通过数据电路端）之间也可以不通过数据电路端接设备（接设备（DCE）直接通信，这种连接也叫做空调制解）直接通信，这种连接也叫做空调制解调器。更简化的连接方法。调器。更简化的连接方法。RS-232属于物理层标准，物理层标准以四个方面对物理属于物理层标准，物理层标准以四个方面对物理设备和物理媒体之间的接口进行定义：设备和物理媒体之间的接口进行定义：机械特性：机械特性：接口部件的尺寸、接口部件的尺寸、规格、规格、插脚数和插脚数和 分分布等布等 电气特性：电气特性：接口部件的信号电平、接口部件的信号电平、阻抗、阻抗、传输速传输速率、率、传送距离等传送距离等 功能特性：功能特性：接口部件的信号线功能用途；（包括数接口部件的信号线功能用途；（包括数 据线、据线、控制线、控制线、定时线等）定时线等）规程特性：规程特性：接口部件的信号线在建立、接口部件的信号线在建立、维持、维持、释释放物理连接和传输比特流的时序，应答关系）放物理连接和传输比特流的时序，应答关系）连接器：由于RS-232C没有严格定义连接器的物理特性，因此，出现了DB-25和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。DB-25型连接器和DB-9的外形如图所示。DB-9和代表DB-25两种连接器的引脚对应关系见教材P56值得注意的是,RS-232使用的25针的连接器分为针式和孔式两种,RS-232C在DTR设备上作接口时一般采DB25M插头(针式)结构而在DCE(如MODEM)设备上作接口时一般采用DB25F插座(孔式)结构。EIA-RS-232C与与TTL转换：转换：EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。图显示了1488和1489的内部结构和引脚与具体连接方法。图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片，它是TTL器件，右边是EIA-RS-232C连接器，要求EIA高电压。因此，RS-232C所有的输出、输入信号都要分别经过MC1488和MC1498转换器，进行电平转换后才能送到连接器上去或从连接器上送进来。下图显示了下图显示了14881488和和14891489的内部结构和引脚与具体连接方法。图中的左边是微的内部结构和引脚与具体连接方法。图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片机串行接口电路中的主芯片8251A8251A，它是，它是TTLTTL器件，右边是器件，右边是EIA-RS-232CEIA-RS-232C连接器，连接器，要求要求EIAEIA高电压。因此，高电压。因此，RS-232CRS-232C所有的输出、输入信号都要分别经过所有的输出、输入信号都要分别经过MC1488MC1488和和MC1498MC1498转换器，进行电平转换后才能送到连接器上去或从连接器上送进来。转换器，进行电平转换后才能送到连接器上去或从连接器上送进来。RS-232的应用：（1）计算机）计算机MODEM接口接口DTEDTE:直接串口电缆连接直接串口电缆连接（零（零MODEM、虚拟、虚拟MODEM）简单连接（简单连接（3线线无无MODEM）7线线无无MODEMRS-449、RS-423、RS-422;RS-485、EIA-232接口标准有两个较大的弱点，即：数据的传输速率最高接口标准有两个较大的弱点，即：数据的传输速率最高为为20 kbit/s；连接电缆的最大长度不超过；连接电缆的最大长度不超过15 m。为了解决为了解决RS-232C标准中的不足，于标准中的不足，于1977年制定了年制定了RS-449标准。标准。RS-449标准规定用标准规定用37脚的连接器。实际上脚的连接器。实际上RS-449是将三种标准集于一是将三种标准集于一身。身。RS-449由由3个标准组成。即：个标准组成。即：（1）RS-449 规定接口的机械特性、功能特性和过程特性。规定接口的机械特性、功能特性和过程特性。RS-449采用采用37根引脚的插头座。根引脚的插头座。（2）RS-423-A 规定在采用非平衡传输时规定在采用非平衡传输时(即所有的电路共用一个公共地即所有的电路共用一个公共地)的的电气特性。电气特性。（3）RS-422-A 规定在采用平衡传输时规定在采用平衡传输时(即所有的电路没有公共地即所有的电路没有公共地)的电气特的电气特性。它可将传输速率提高到性。它可将传输速率提高到2 Mbit/s，而连接电缆长度可超过，而连接电缆长度可超过60 m。DTE-DCE接口各根接口各根导线的的电气气连接方式接方式非平衡方式（非平衡方式（RS-232）一条信号一条信号传输线收收发方共用一条公共信号地方共用一条公共信号地线非平衡方式（非平衡方式（RS-423A）差）差动接收的非平衡方式接收的非平衡方式采用采用单端端发送器和差送器和差动接收器接收器采用平衡采用平衡发送器和差送器和差动接收器接收器用双用双线传输信号信号平衡方式（平衡方式（RS-422A）2）EIARS449及及RS422与与RS423接口接口由于由于RS-232在传输距离（最长在传输距离（最长15m）、传输速）、传输速率（最大不超过率（最大不超过20Kbps）的限制，）的限制，EIA于于1977年又制定了一个标准年又制定了一个标准RS-449。实际上，。实际上，RS-449包括三个标准，它们的机械特性、功能特性和包括三个标准，它们的机械特性、功能特性和规程特性由规程特性由RS-449定义，而电气特性由两个不定义，而电气特性由两个不同的标准同的标准RS-423-A和和RS-422-A定义。定义。RS-449较较RS-232增加了接口的信号线数目，共增加了接口的信号线数目，共46条线，接口采用条线，接口采用DB-37和和DB-9两种连接器，两种连接器，DB-37用来连接全部控制和主要端子信号，用来连接全部控制和主要端子信号，DB-9用于辅助信道。用于辅助信道。RS-423-A采用了差动接收的非平衡方式，发送端采用了差动接收的非平衡方式，发送端信号的电压范围为信号的电压范围为46V和和-4-6V，接收端信，接收端信号的电压范围为号的电压范围为0.26V和和-0.2-6V，传输能，传输能力为：力为：1000m远的距离时，传输速率为远的距离时，传输速率为3Kbps；10m远的距离时，传输速率远的距离时，传输速率300Kbps。RS-422-A中中，发送端信号的电压范围为，发送端信号的电压范围为26V和和-2-6V，接收端信号的电压范围为，接收端信号的电压范围为0.26V和和-0.2-6V，采用了平衡方式，抗干扰能力更强，采用了平衡方式，抗干扰能力更强，传输能力进一步提高：传输能力进一步提高：1200m远的距离时，传远的距离时，传输速率为输速率为100Kbps；12m远的距离时，传输速远的距离时，传输速率为率为10Mbps。3.3数据链路层数据链路层数据链路层是数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介于物理层和参考模型中的第二层，介于物理层和网络层之间。设立数据链路层的目的是在物理层提供网络层之间。设立数据链路层的目的是在物理层提供的物理链路连接和比特流传输功能的基础上，为网络的物理链路连接和比特流传输功能的基础上，为网络层之间建立、维持和释放点层之间建立、维持和释放点-点间数据链路连接并为传点间数据链路连接并为传输提供方法，简言之，数据链路层的存在将一条原始输提供方法，简言之，数据链路层的存在将一条原始的、有差错的物理链路变为无差错的逻辑数据链路。的、有差错的物理链路变为无差错的逻辑数据链路。3.3.1数据链路层的基本功能数据链路层的基本功能1）链路管理）链路管理数据链路的建立、维持和释放称为链路管理。数据链路的建立、维持和释放称为链路管理。2）帧同步和）帧同步和“透明透明”传输传输数数据据链链路路层层传传输输数数据据的的单单元元称称为为帧帧，它它是是对对物物理理层层传传输输的的比比特特流流按按一一定定格格式式分分割割形形成成的的信信息息块块。将将数数据据这这样样分分块块传传输输的的好好处处是是在在传传输输出出错错时时，只只要要将将存存在在差差错错的的帧帧重重传传一一次次，不不必必将将全全部部数数据据重重新新发发送送，提提高高了了数数据据的的传传输输效效率率。帧帧同同步步就就是是接接收收方方可可以以从从接接收收到到的的比比特特流流中中准准确确地地区区分分出出一一帧帧的的开开始始和和结结束束，确确定定出出帧帧的的边界位置。边界位置。3）差错控制与流量控制）差错控制与流量控制由于信道中干扰的存在，就会不可避免地出现数据传由于信道中干扰的存在，就会不可避免地出现数据传输错误，数据链路层可以通过纠错或检错重发两种办输错误，数据链路层可以通过纠错或检错重发两种办法实现差错控制，差错控制还包括传输中帧丢失和帧法实现差错控制，差错控制还包括传输中帧丢失和帧重复接收的处理。为解决帧丢失的问题，一般引入定重复接收的处理。为解决帧丢失的问题，一般引入定时器；为防止帧重复，每个帧都加上序号。时器；为防止帧重复，每个帧都加上序号。数据链路层还负责：发送方的发送速率大于接收方的数据链路层还负责：发送方的发送速率大于接收方的接收速率时，为避免由于过载而造成的数据丢失而采接收速率时，为避免由于过载而造成的数据丢失而采取的流量控制措施。取的流量控制措施。4）寻址与访问控制）寻址与访问控制数据链路层的帧中拥有必要的信息部分，这部分保证每一数据链路层的帧中拥有必要的信息部分，这部分保证每一帧都能发送到正确的目的站，目的站也能知道发送方是哪帧都能发送到正确的目的站，目的站也能知道发送方是哪个站。当多个设备连接到同一条链路上时，数据链路层协个站。当多个设备连接到同一条链路上时，数据链路层协议能够决定出哪个设备可以取得链路的控制权。议能够决定出哪个设备可以取得链路的控制权。3.3.2面向比特型数据链路层协议面向比特型数据链路层协议HDLCHDLC是在是在IBM提出的提出的SDLC（SynchronousDataLinkControl）的基础上制订的，它支持点到点和多点链路）的基础上制订的，它支持点到点和多点链路上的半双工和全双工通信，可以通过站点类型、链路上的半双工和全双工通信，可以通过站点类型、链路配置、传输模式、帧结构及工作过程等几个方面对配置、传输模式、帧结构及工作过程等几个方面对HDLC进行描述。进行描述。1）HDLC的基本概念的基本概念（1）站点类型）站点类型主站（主站（Primarystation），），是在链路中具有完是在链路中具有完全控制功能的设备或节点，它能够主动完成命全控制功能的设备或节点，它能够主动完成命令的发送、链路管理、流量控制等工作；令的发送、链路管理、流量控制等工作；从站从站(Secondarystation)，是链路中不能完成主是链路中不能完成主站功能的设备和节点，它能够接收主站的命令，站功能的设备和节点，它能够接收主站的命令，并响应主站的命令；并响应主站的命令；复合站（复合站（Combinedstation），），在链路中既可在链路中既可以作为主站又可以作为从站，既可以发送命令以作为主站又可以作为从站，既可以发送命令又可以响应命令。又可以响应命令。当主站希望从从站接收数据时，它将询问从设当主站希望从从站接收数据时，它将询问从设备是否有数据待发送，这种情况称为轮询；备是否有数据待发送，这种情况称为轮询；当主站希望发送数据或命令时，它要告知从站当主站希望发送数据或命令时，它要告知从站准备好接收数据，这种情况称为选择。准备好接收数据，这种情况称为选择。（2）链路配置）链路配置非平衡配置（主从配置），链路中具有一个主站设备、非平衡配置（主从配置），链路中具有一个主站设备、一个或多个从站设备；一个或多个从站设备；平衡配置，点到点拓扑中的两个站点都是复合型的。平衡配置，点到点拓扑中的两个站点都是复合型的。（3）通信方式）通信方式HDLC支持正常响应、异步响应和异步平衡三种通信模式。支持正常响应、异步响应和异步平衡三种通信模式。非平衡配置支持两种通信模式：非平衡配置支持两种通信模式：正常响应模式、异步响应模式正常响应模式、异步响应模式2）HDLC的帧结构的帧结构由开始标志字段、地址字段、控制字段、帧检验序列由开始标志字段、地址字段、控制字段、帧检验序列字段和结束标志字段组成。字段和结束标志字段组成。（1）F标志字段标志字段标志字段为一个字节，是一个固定的比特组合标志字段为一个字节，是一个固定的比特组合“01111110”，是，是HDLC中帧的起始定界符和终止定中帧的起始定界符和终止定界符，它在传输中起到了帧同步的作用。标志字段在界符，它在传输中起到了帧同步的作用。标志字段在传输的过程中要具有唯一性，只有在帧开始和帧结束传输的过程中要具有唯一性，只有在帧开始和帧结束时使用。为了保证数据传输的透明性，即在其它字段时使用。为了保证数据传输的透明性，即在其它字段也能正常传输也能正常传输“01111110”比特序列，分别在发送方比特序列，分别在发送方和接收方采用了和接收方采用了0比特插入和删除技术，发送方对非标比特插入和删除技术，发送方对非标志字段的比特序列进行处理，在每志字段的比特序列进行处理，在每5位连续的位连续的“1”后后自动插入一位自动插入一位“0”，保证在其他字段内不会出现连续，保证在其他字段内不会出现连续6位位“1”的情况，接收方在接收比特序列的同时对序的情况，接收方在接收比特序列的同时对序列进行检测，当检测到列进行检测，当检测到“011111”后，对接下来的一后，对接下来的一位进行判断，如果是位进行判断，如果是“0”，则自动删除这一位，并重，则自动删除这一位，并重新检测新检测“011111”。（2）A地址字段地址字段在非平衡结构中，地址字段写入从站地址；在平衡结在非平衡结构中，地址字段写入从站地址；在平衡结构中，地址字段写入应答站地址。在地址字段中全构中，地址字段写入应答站地址。在地址字段中全1为为广播地址。地址字段的长度可以根据需要定为一个字广播地址。地址字段的长度可以根据需要定为一个字节或多个字节，每个字节的最低位用于表明接下来的节或多个字节，每个字节的最低位用于表明接下来的一个字节是否属于地址字段，最低位是一个字节是否属于地址字段，最低位是“0”表明接下表明接下来的字节也是地址的组成部分，最低位为来的字节也是地址的组成部分，最低位为“1”则表明则表明本字节是地址字段的结束。因此，单个字节地址字段本字节是地址字段的结束。因此，单个字节地址字段的地址范围是的地址范围是128。（3）C控制字段控制字段它用来表示帧类型、帧编号以及命令和控制信息，也它用来表示帧类型、帧编号以及命令和控制信息，也用来进行流量控制。用来进行流量控制。（4）I信息字段信息字段信息字段是信息字段是HDLC中所要传输的具体信息，只有在信息帧和一部中所要传输的具体信息，只有在信息帧和一部分无编号帧包含信息字段，在信息帧中信息字段内是用户数据，分无编号帧包含信息字段，在信息帧中信息字段内是用户数据，在无编号帧中是管理信息，每个网络对信息字段的长度都有具体在无编号帧中是管理信息，每个网络对信息字段的长度都有具体限制。限制。（5）FCS帧校验字段。帧校验字段。帧校验字段用于传输中的帧校验字段用于传输中的CRC校验，含有两个字节或校验，含有两个字节或四个字节的校验码，参与校验的范围为地址字段、控四个字节的校验码，参与校验的范围为地址字段、控制字段和信息字段。制字段和信息字段。如果最高位为如果最高位为“0”则表明这一帧是信息帧（则表明这一帧是信息帧（I），如），如果最高的两位为果最高的两位为“10”则表明这一帧是监控帧（则表明这一帧是监控帧（S），），如果最高两位为如果最高两位为“11”则表明这一帧是无编号帧（则表明这一帧是无编号帧（U）。）。信息帧信息帧监控帧监控帧无编号帧无编号帧b7b6b5b4b3b2b1b0 0 N(S)P/F N(R)1 0 SP/F N(R)1 1 MP/F M3）HDLC帧类型帧类型 HDLC帧的类型由帧控制字段帧的类型由帧控制字段C中的帧格式识别位指示。中的帧格式识别位指示。（1）信息帧）信息帧信息帧中的信息帧中的N(S)、N(R)序列是用于传输中的流量控制序列是用于传输中的流量控制的，在双向数据交换中，的，在双向数据交换中，N(S)指定了本帧的序号，表指定了本帧的序号，表示当前发送数据帧的顺序号，示当前发送数据帧的顺序号，N(R)是期望接收帧的顺是期望接收帧的顺序号。序号。P/F是探询终止（是探询终止（Poll/Final）位，这一位同样存于）位，这一位同样存于S帧帧和和U帧中，也是为流量控制和差错控制设置的，帧中，也是为流量控制和差错控制设置的，P/F位位于请求帧中称为探询位，位于响应帧中称为终止位，于请求帧中称为探询位，位于响应帧中称为终止位，在两种情况下都是在两种情况下都是“1”表示有效，表示有效，P/F位必须成对出位必须成对出现，即主站发送一个现，即主站发送一个P比特后，从站一定要在适当的时比特后，从站一定要在适当的时候回一个候回一个F位对应。位对应。（2）监控帧）监控帧监控帧不带数据信息，只有监控帧不带数据信息，只有48bit长，其中长，其中N(R)的意义的意义与信息帧中相同，没有与信息帧中相同，没有N(S)序列，两位的序列，两位的S序列意味着序列意味着含义不同的四种监控帧。含义不同的四种监控帧。S=00RR帧帧RR帧的意义是接收准备好，从站可以使用帧的意义是接收准备好，从站可以使用RR帧表明帧表明已经准备好接收数据，也可用于不使用数据帧（无数已经准备好接收数据，也可用于不使用数据帧（无数据要发）时的主站数据帧应答。据要发）时的主站数据帧应答。S=10RNR帧帧RNR帧的意义是接收未准备好，从站可以使用帧的意义是接收未准备好，从站可以使用RNR帧帧表明未准备好接收数据，在接到表明未准备好接收数据，在接到RR帧之前，不要发送帧之前，不要发送数据。数据。S=01REJ帧帧REJ帧的意义是拒绝，用于退回帧的意义是拒绝，用于退回N帧的帧的ARQ中，表明中，表明用来请求重发用来请求重发N（R）段中指定的序号开始的全部信息）段中指定的序号开始的全部信息帧。帧。S=11SREJ帧帧SREJ帧的意义是选择拒绝，用于选择帧的意义是选择拒绝，用于选择ARQ中，表明用中，表明用来请求重发来请求重发N（R）指定的信息帧。）指定的信息帧。（3）无编号帧）无编号帧无编号帧本身不带编号，无编号帧本身不带编号，P/F前的两位和前的两位和P/F后的三位后的三位共共5比特用来表示不同的无编号帧，在数据链路中起控比特用来表示不同的无编号帧，在数据链路中起控制作用制作用。4）数据链路连接与物理连接的关系）数据链路连接与物理连接的关系网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的概网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的概念；为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为念；为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议；网络层次结构模型与各层协议的集合定义为网络协议；网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构；计算机网络体系结构；OSIOSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层可能包括的服务，对推动网络协议标准相互关系及各层可能包括的服务，对推动网络协议标准化的研究起到重要的作用；化的研究起到重要的作用；TCP/IPTCP/IP参考模型与协议利用正确的策略，抓住了有利参考模型与协议利用正确的策略，抓住了有利的时机，伴随着的时机，伴随着InternetInternet的发展而成为目前公认的工业的发展而成为目前公认的工业标准。标准。RS-232CRS-232C标准的全称是标准的全称是EIA-RS-232CEIA-RS-232C标准，其标准，其EIA(Electronic Industry Association)EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子代表美国电子工业协会，工业协会，RS-232CRS-232C是美国电子工业协会是美国电子工业协会EIAEIA制定的一种制定的一种串行物理接口标准。串行物理接口标准。RS-449由由3个标准组成。个标准组成。RS-499,RS-423-A,RS-422-A.RS-485由于由于其电缆费用降低，在工业控制领域也广泛采用。其电缆费用降低，在工业控制领域也广泛采用。