计算机接入网络原理

2.1.3 Internet拨号接入

众所周知，拨号接入是PC机与Internet连接的一种常用方法，其示意图如图2.10所示。它的物理层就是modem和PSTN网络，最常用的数据链路层协议就是点到点协议(PPP-Point-to-Point Protocol)，它是在串行线IP(SLlP)协议基础上改进而成的，另一种能力更强的协议称为多链路PPP(MLPPP 或MP)协议，它可以控制多条链路接入，以增加用户的接入带宽。

图2.10 Internet拨号接入示意图

PPP 协议有3 项主要功能：

帧封装：按HDLC 的一般帧结构封装数据，并提供差错检测功能。
链路控制协议(LCP )：负责控制接线、拆线、测试线路质量和协商PPP 协议参数（如最大长度、帧字段压缩等）。
网络检测协议(NCP )：和对端协商网络层必要的功能，对应不同的网络层要采用不同的NCP。

其基本过程为：
① PC 机经modem 拨号呼叫Internet服务提供商(ISP)。
② ISP 的modem应答，建立PC至ISP 的电路连接。
③ PC 由PPP帧发送LCP分组，确定所用的PPP 参数。
④ PC 和ISP交换NCP分组，配置网络层参数。对于TCP/IP 协议来说，主要是为PC分配一个IP地址。每个ISP 拥有n个IP地址，动态分配给每一个新接入的PC 用户。
⑤至此，PC机成为一个 lnternet 主机，可自由发送和接收iP 分组。
⑥ 通信结束，NCP拆除网络层连接，释放分配的IP地址；LCP关闭数据链路层连接；最后，PC机告诉 modem电话挂机，释放电话线路连接。
PPP 是一个典型的用千Internet 单机上网的点到点数据链路层协议。

2.1.4 局域网和MAC 子层
局域网通信协议如图 2. 11 所示。其数据链路层由两个子层组成：媒体访问控制 ( MAC-Media Access Control) 子层和逻辑链路控制(LLC-Logic link Control) 子层。
其中，MAC子层要解决的主要问题是如何分配共享媒体，主要有争用和时间片轮转两种方法，前者用于以太网，后者用于令牌网。LLC子层是端到端协议，类似于运输层协议的地位，可以提供面向连接和无连接两类服务。

图2.11 局域网通信协议

MAC子层只负责将数据帧送到接收站点，并检测收到的帧是否出错，如有错则予丢弃。如果要求可靠传送，则LLC的面向连接服务能够提供差错校正和流量控制功能。差错校正采用请求重发或超时重发实现，它们都属干常用的自动重发请求(ARQ-AutomaticRepeatRequest)技术；流量控制则可以避免接收站点缓冲器溢出。

LLC还有一个功能是可以支待多重连接，如前所述，这一功能是通过SAP概念实现的。如图2.12所示，站点A的LLC子层有3个SAP，记为LSAP，每个SAP有其自己的LSAP地址，对应于站点A中的一个应用进程。这样进程X、Y、Z分别对应为复合地址(A,1)、(A,2)和(A,3)，其中，A为站点地址，1/2/3为LSAP地址。类似地，站点B和C分别有2个和1个LSAP。如果A中的X进程要向B中的进程Q发数据，则数据帧的源地址为(A,l)，宿地址为(B,2)。

由此可知，局域网数据链路层需有两层地址：

•MAC地址：标识站点。

•LLC地址：即LSAP号，标识站点中的一个用户，可以是一个软件进程，也可以是一个硬件端口。

图2.12 LLC的多重连接概念

数据链路层PDU也按照分层封装方式构成，即LLC PDU封装在MAC帧中。图2.13为MAC帧格式。其中，MAC地址有48比特和16比特两种，后者为局部地址，由网络管理员分配，仅适用于本地网络；前者为全局地址，由IEEE分配，全球任意两个局域网站点的全局地址都不会相同。另外还定义有广播地址和多播地址。MAC控制字段为优先级等协议控制信息，CRC为校验码。

LLC PDU的格式如图2.14所示。其中，DSAP和SSAP分别为目的地和源站点的区P号；控制字段则指明PDU的类型、序号等，和ISDNQ.921协议帧的控制字段相同，因为两者都是基于HDLC的。

2.1.5 网桥和路由器

网桥和路由器都是网络互连设备。网桥是数据链路层的互连设备，路由器则是网络层的互连设备。

1.网桥

网桥用于多个局域网的互连。由于可靠性、安全性和地理位置等原因，一个单位往往需要设置多个局域网，但这些局域网又需要互相通信，最简单的方法就是使用网桥。图2.15为最简单的两个相同类型局域网经网桥相连的情况。在此例中，网桥对所接收的帧无论是内容还是格式都不作任何修改，也不附加封装，只是简单地从一个网上复制到另一个网上广播发送。网桥唯一需要知道的是地址为l~ l0 的站点位于LAN A，地址为11~20的站点位于LAN B。

图2.15 网桥基本功能示例

网桥也可以连接两个不同类型的局域网。此时，网桥从一个LAN上收下的MAC帧要经过格式转换才能送至另一个LAN，转换的仅是MAC帧头和帧尾。

当两个LAN相距很远时，它们之间的网桥互连可能要经过传输网络或点到点传输链路实现，如图2.16 所示。此时，一个网桥一分

图2.16 远程LAN的网桥互连

为二，分别位于两个LAN中，称为半桥。每个半桥从一个LAN中收到发往另一个LAN的数据帧后，就要将MAC帧封装到传输网络规定的帧或分组结构中去，然后交给该网络透明传送给对端半桥。对端半桥拆除传输网络帧或分组的封装头部后，取出MAC帧送入LAN。假设中间传输网络是X.25网，则上述过程的互通协议结构和消息逐层封装和拆封操作如图2.17所示。其简要过程为：

图2.17 经由X.25网络的网桥互连协议过程

其简要过程为：

①源半桥收到发往对端的MAC帧后，添加一个X.25分组层的头部P-H，头部中含对端半桥的X.25地址。

②源半桥在此外面再加上X.25链路层头部和尾部Link-H和Link-T，将其发往DCE（分组交换节点）。

③X.25网将其传至与对端半网相连的DCE。

④对端DCE去除X.25-H后，将其传给对端半桥。

⑤对端半桥去除Link-H和Link-T后，将原始的MAC帧广播送入其所属的LAN。

在有多个LAN的情况下，一个LAN可能接有多个网桥。由于LAN的广播特性，所有网上数据帧都能被网桥收到，网桥必须判断哪些目的地的帧应予转发处理。另外，有可能发往某－LAN的数据帧可经两个以上的网桥转发，则应由其中路线最短的网桥来处理。以图2.18所示网络为例，设源点为站点1，其发往站点2、3的数据帧任何网桥都不应处理；发往站点4的帧应由网桥101转发；发往站点6、7的帧应由网桥102来转发；发往站点5的帧虽然网桥101和107都能转发，但网桥107转发的路径短，故应由107来处理。由此可见，网桥也有路由问题，IEEE己制订了标准算法。

图2.18多网桥网络示例

无论是哪一种网桥，它们对LLC及以上层的协议数据单元都不予处理，如果是同类LAN互联，MAC帧亦无需处理。源点发送数据丝毫不受影响，它根本不知道中间存在网桥。

2.路由器

如前所述，路由器是互联网中的网关部件，它可以互连不同类型的通信子网，因此自然也可以用来互连LAN，一般用千远程LAN经由WAN的互连。图2.19为LAN经路由器互连的示例。从物理网络连接来看，它和图2.17经网桥互连的情况相同，但机理完全不同。

在路由器互连的情况下，两个LAN被视作位于两个不同的IP网络中。为此互通的站点必须装备TCP/IP协议栈。源站点发出的MAC帧封装的内核应是IP数据报，其目的IP地址应填入目的站点的IP地址，而目的MAC地址应填入源端路由器的MAC地址，而且路由器应知道它所管辖的LAN中各站点MAC地址和IP地址的对应关系。

其简要过程为：

①心源站点形成IP数据报，填入目的站点IP地址。

②源站点将IP报封入LLC PDU，再封入MAC帧，目的MAC地址＝路由器X的MAC地址。广播发送。

③路由器X收到此MAC帧后，去除MAC帧头、帧尾以及lLC头部，检查目的IP地址，确定下一跳路由器为Y。

④路由器X将IP报封入X.25帧。

⑤X.25网将其送至路由器Y。

⑥路由器Y根据目的IP地址确定其MAC地址，由此形成新的MAC帧送入其所在的LAN。

此时，源站点至目的站点的端对端服务由TCP（或UDP)提供，在源段和目的段LAN中的U.C层提供的是从站点到路由器之间的端到端服务。