BACnet协议的体系结构
B A
C n e t协议的体系结
构
Revised by Petrel at 2021
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C n e t 协议的体系结构 国际标准化组织在制定计算机网络通讯协议标准时定义了一个模型，称为开放系统互联参考模型（OSI ）（ISO7498）。模型的目的是解决计算机与计算机之间普遍的通信问题。在这个模型中，将计算机通信这样一个复杂的问题分解成7个小的、容易解决的子问题，每个子问题只与某些通信功能相关，并且把这些子问题称为协议体系结构的一层，整个模型是一个七层的体系结构。在图4－1中给出这七层的体系结构图。
层。信的单个计算机之间可能相距很远，因此报文要通过一系列中间点才能到达。
而这些中间点相应地可能需要实现路由选择功能、某种解析功能，以及复杂的同步和差错恢复功能。
实现OSI 模型协议所需的费用较高，在绝大部分楼宇自动控制系统中，并不需要实现OSI 模型的所有内容。不过只从OSI 的功能性方面来考虑，经过简化，OSI 模型仍然是楼宇自动控制协议的一个很好的参考。如果只选择OSI 模型中需要的层次，形成一个简化的模型，作为楼宇自动控制系统的协议体系结构，就可以减少报文的长度，降低通信处理的开销，并且也满足楼宇自动控制系统的需要。这个简化的体系结构降低了楼宇自动控制工业的生产成本，同时处理器的大批量生产、局域网技术的发展，也为过程控制和办公自动化工业的发展起到了推动作用。另一方面，可以充分利用现有的、易用的、应用广泛的局域网技术，如以太网、ARCNET 和LonTalk 。这样不但可以降低成本，而且也有利于提高性能，为系统集成开辟新的途径。 用户1
用户2 图4－1开放系统互联基本参考模型
4.1BACnet 简化的体系结构
BACnet 建立在包含四个层次的简化分层体系结构上，这四层相当于OSI 模型中的物理层、数据链路层、网络层和应用层，如图4－2所示。BACnet 标准定义了自己的应用层和简单的网络层，对于其数据链路层和物理层，提供了以下五种选择方案。 第一种选择是ISO8802-2类型1定义的逻辑链路控制（LLC ）协议，加上ISO8802-3介质访问控制（MAC ）协议和物理层协议。ISO8802-2类型1提供了无连接（Connectionless ）不确认（Unacknowledged ）的服务，ISO8802-3则是着名的以太网协议的国际标准。 第二种选择是ISO8802-2类型1定义的逻辑链路控制协议，加上ARCNET （ATA/ANSI878.1）。 第三种选择是主从/令牌传递（MS/TP ）协议加上EIA-485协议。MS/TP 协议是专门针对楼宇自动控制设备设计的，同ISO8802-2类型1一样，它通过控制EIA-485的物理层，向网络层提供接口。
第四种选择是点对点（PTP ）协议加上EIA-232协议，为拨号串行异步通信提供了通信机制。
第五种选择是LonTalk 协议。
这些选择都支持主/从MAC 、确定性令牌传递MAC 、高速争用MAC 以及拨号访问。拓扑结构上，支持星型和总线型拓扑。物理介质上，支持双绞线、同轴电缆、光缆。这五种选项将在7节到11节中深入论述。
简化的四层BACnet 体系结构，是在仔细考虑了BACnet 网络的独特特征和要求，以及尽可能少的协议开销原则后得出的。在下面的分析里，将讨论BACnet 体系结构只包括物理层、数据链路层、网络层和应用层的原因。
BACnet 完成其固有的操作到底需要哪些层次呢？仔细分析BACnet 网络的特征后，可以得到以下两点：
首先，BACnet 是一种局域网。即使在某些应用中，楼宇里设备间的远距离通信必不可少时，BACnet 仍然是一种局域网。因为这种远距离的通信功能，由电信网来实现。通信中要完成的路由、中继、可靠的传输等问题都由电信网来处理，电信网可看成是BACnet 外部的部分。
其次，BACnet 设备是静态的（static ），即在空间上，它们不会经常被移来移去。在要完成的功能上，从某种意义上说也是不变的，即不会今天生产的设备的功能是这样，明天就完全不同了。
BACnet 网络层 ISO8802-3 (IEEE802.3) ARCNET MS/TP (主从/令牌传递) PTP (点到点协议) EIA-485 (RS485) EIA-232 (RS232) ISO8802-2 (IEEE802.2)类型1 LonTalk
BACnet 应用层 BACnet 的协议层次 应用层 网络层 数据 链路层 物理层 对应的 OSI 层次 图4－2BACnet 简化的体系结构层次图
在充分了解BACnet网络的特征后，就可讨论OSI模型的各层在BACnet网络中的适用性了。
物理层提供了连接设备和传输数据载波信号的方式，显然在BACnet协议中，物理层是必不可少的。
数据链路层负责将数据组织成帧（frame）或分组（packet）、管理通讯介质的访问、寻址，以及完成一些差错校正和流量控制的任务，这些都是BACnet 协议所需要的，因此数据链路层也是必不可少的。
网络层的功能包括：将全局地址解析为局部地址、在一个或多个网络中进行报文的路由、协调不同类型网络的差异（如不同网络所允许的最大报文长度）、序列控制、流量控制、差错控制以及多路复用。由于BACnet网络的拓扑特点，在各个设备之间只存在一条逻辑通路（参见图4-3），这样便不需要最优路由的算法。其次，BACnet网络是由中继器或者网桥互联起来的一个或者多个网段所组成的网络，它具有单一的局部地址空间。在这样一种单一网络中，许多OSI网络层的功能也变得多余，或者与数据链路层相重复。但是在BACnet 网络系统中，网络层又是必不可少的。例如，在一个BACnet的互联网【注】（internet）中，当两个或者多个网络使用了不同的MAC层时，便需要区别局部地址和全局地址，这样才能将报文路由到正确的网络上去。在BACnet协议中，通过定义了一个包含必要的寻径和控制信息的网络层头部，来完成这种简化了的网络层功能。
传输层主要是负责提供可靠的端到端的报文传输、报文分段、序列控制、流量控制，以及差错校正。传输层的许多功能与数据链路层相似，只是在作用范围上有所不同。传输层提供的是端到端的服务，而数据链路层则提供的是单一网络上点到点的服务。由于BACnet支持多种网络的配置，因此协议必须提供传输层端到端的服务。而可靠的端到端传输和差错校正功能，在BACnet协议中由BACnet的应用层利用报文超时重传方式来完成。其次，考虑到缓冲区和处理器资源的管理，报文分段和端到端的流量控制也是必要的。这是因为即使一个简单的BACnet请求，都可能会导致大量的信息回传。同样，这些功能也是由BACnet的应用层完成的。最后，为了实现报文的正确重组，序列控制也是必须的。这也是由BACnet的应用层中的分段过程实现的。总的来说，由于BACnet是建立在无连接的通信模型基础上的，因此所需的服务大大减少，并且可以被高层来实现，这样便省去了一个单独传输层所会增加的通信开销。在BACnet协议中，不设单独的传输层，所需的功能由应用层实现。
会话层的功能是在通信双方之间建立和管理长时间对话，其中的一个重要功能是建立同步标志点，用来在发生差错时回复到前一个标志点，以避免对话重新开始。但是在一个BACnet网络中，绝大部分的通信都是很简短的，比如读写一个值或者一些值，通知（notify）某个设备有某个警报或事件（event）发生，或者更改某个设定值。当然长时间的信息交换偶然也会发生的，比如上载或下载某个设备参数。由于绝大部分事务处理都是简短的，会话层的服务极少用到，再考虑到设置单独的会话层所带来的开销，所以BACnet标准中不包括单独的会话层。
表示层为通信双方提供了屏蔽下层传送语法的服务。这种传送语法是用来将应用层中抽象的用户数据视图，变成适合下层传输的字节序列。但当只存在一种传送语法时，表示层的功能便减少到对应用程序的数据进行编码。由于在BACnet应用层中定义了一个固定的编码方案，因此一个独立的表示层也变得不再需要。
协议的应用层为应用程序提供了完成各自功能所需的通信服务。在此基础上，应用程序可以监控HVAC&R和其他楼宇自动控制系统。显然应用层是本协议所必须的。
[译者注]internet和internetwork这两个词都代表一般的网络互联所形成的网络，在本书中翻译为“互联网”。Internet这个词代表特定的已经存在于世界范围的计算机互联网，在本书中翻译为“因特
网”。
从以上讨论中，可以得到以下几点：
(a)实现一个完全的OSI七层体系结构需要大量的资源和开销，因此它对于目前的楼宇自动控制系统是不适用的。
(b)按照OSI模型的方式构造协议体系结构，并且采用现有的计算机网络技术，可以使得新协议具有实现成本低和便于与其他计算机网络系统集成的特点。
(c)根据楼宇自动控制系统的环境及要求，可以通过去除OSI某些层的功能，简化OSI模型，来制定新协议的体系结构。
(d)由物理层、数据链路层、网络层和应用层组成的一个简化体系结构，是当今楼宇自动控制系统的最佳解决方案。
4.2BACnet网络的拓扑结构
为了适应各种应用，BACnet并没有规定严格的网络拓扑结构。BACnet设备可以直接连接到四种局域网（LANs）中的一种网络上，也可以通过专线或拨号异步串行线连接起来。这几种局域网由可以通过BACnet路由器进一步互联（参见6节的详细描述）。
按照局域网拓扑的观点，每个BACnet设备与物理介质相连，物理介质称之为物理网段。一个或多个物理网段通过中继器在物理层连接，便形成了一个BACnet网段。而一个BACnet网络则是由一个或多个BACnet网段通过网桥互联而成。每个BACnet网络都形成一个单一的介质访问控制MAC地址域，这些在物理层和数据链路层上连接各个网段的设备，可以利用MAC地址实现报文的过滤。将使用不同LAN技术的多个网络，用BACnet路由器互联起来，便形成了一个BACnet互联网（internetwork）。如前所述，在一个BACnet互联网中，任意两个节点之间恰好存在着一条报文通路。这些概念如图4－3所示。4.3安全
BACnet系统安全方面的主要隐患，是有人有意或无意地改变了设备的配置参数或控制参数。问题产生的原因经常是由于安全措施没有把某个计算机操作包括在内，从而使得在那台计算机上可以进行非法操作。采取安全措施的一个重要地方是人－机接口处。由于人－机接口不属于通信协议，因此厂家可根据需要自由地在该接口处设置密码保护、跟踪记录或者其他控制措施。另外，在本标准中对任何属性的写访问操作，并没有明确要求是“可写的（writable）”。这一点可以通过限制只能在虚终端节点（virtualterminalnode）处才允许修改或干脆完全禁止来加以改进。这样厂家便可以利用他们认为尽可能合适的、完备的机制，来保护密钥属性（keyproperty）。最后，BACnet定义了用来提供对等实体、数据来源以及操作员身份鉴别的服务（参见24节）。
ZigBee 协议架构
根据应用和市场需要定义了ZigBee 协议的分层架构，其协议的体系结构如图1 所示，其中物理层（physical layer，PHY）和媒介访问控制层（medium access control sub-layer,MAC）是由IEEE802.15.4-2003 标准定义的，在这个底层协议的基础上ZigBee 联盟定义了网络层（network layer,PHY）和应用层（application layer,APL）架构. 图1 zigbee协议栈体系结构 物理层规范 物理层定义了它与MAC 层之间的两个接口：数据服务接口PD-SAP 和管理服务接口PLME-SAP，其中PD-SAP 接口还为物理层提供了相应的数据服务，负责从无线物理信道上收发数据，而PLME-SAP 接口同时为物理层提供相应的管理服务，用于维护一个由物理层相关数据组成的数据库。物理层负责数据的调制、发送和接收、空闲信道评估（clear channel assessment,CCA）信道能量的监测（energy detect,ED）和链接质量指示（link quality indication，LQI）等。物理层帧结构由同步头、物理层帧头和物理层有效载荷三部分组成，如表1 所示。
同步头又包括32bit 的前同步码和8bit 的帧定界符，前同步码用来为数据收发提供码元或数据符号的同步；帧界定符用来标识同步域的结束及数据的开始。物理层帧头包括7bit 的帧长度和1bit 的预留位，帧长度定义了物理层净荷的字节数。物理层有效载荷就是MAC层的帧内容。 表一物理层帧格式 媒体接入控制层规范 MAC 层定义了它与网络层之间的接口，包括提供给网络层的数据服务接口MLDE-SAP 和管理服务接口MLME-SAP，同时提供了MAC 层数据服务和MAC 层管理服务。MAC层数据服务主要实现数据帧的传输；MAC 层管理服务主要负责媒介访问控制、差错控制等。 MAC 层主要功能包括以下几个方面： （1）ZigBee 协调器产生网络信标 （2）设备与信标同步 （3）支持节点加入或着退出操作 （4）信道接入方式采用免冲突载波检测多路访问（CSMA-CA）机制 （5）建立并维护保护时隙机制 （6）为设备提供安全支持 MAC 帧格式由三个基本部分组成：MAC 帧头、MAC 帧载荷和MAC 帧尾。不同类型的MAC 帧，其帧头和帧尾都是一样的，只是MAC 帧载荷有差别，通用MAC 帧格式如表2所示。 表二通用MAC帧格式 网络层规范 网络层定义了它与应用层之间的接口，包括提供给应用层的数据服务接口NLDE-SAP和管理服务接口NLME-SAP , 同时提供了网络层数据服务和网络层管理服务。网络层主要负责拓扑结构的建立和网络的维护，具体的功能如下：（1）初始化网络，即建立一个新的包含协调器、路由器和终端设备的网络（2）设备连接和断开时所采用的机制 （3）对一跳邻居节点的发现和相关节点信息的存储 （4）ZigBee 协调器和路由器为新加入节点分配短地址
计算机网络体系结构与协议
第二章计算机网络体系结构与协议 【打算课时】 4课时（教材第二、三章） 2.1网络通信协议 2.1.1 协议（protocol）教材P29 网络传送是个专门复杂的过程，为了实现计算机之间可靠地交换数据，许多工作要协调（如发送信号的数据格式，通信协调与出错处理，信号编码与电平参数，传输速度匹配等）。 假定一个与网络相连的设备正向另一个与网络相连的设备发送数据，由于各个厂家有其各自的实现方法，这些设备可能不完全兼容，它们相互之间不可能识不和通信。解决方法之一是在同一个网络中全部使用某一厂家
的专有技术和设备，在网络互连的今天已不可行。另一种方法确实是制定一套实现互连的规范（标准），即所谓“协议”。该标准同意每个厂家以不同的方式完成互连产品的开发、设计与制造，当按同一协议制造的设备连入同一网络时，它们完全兼容，仿佛是由同一厂家生产的一样。 【协议】网络上不同计算机之间为了协调互相通信而使用的技术规范，即通信技术标准（也是软硬件厂商开发网络产品的标准） 协议由语义、语法和时序三部分组成。语义规定通信双方彼此“讲什么”（含义），语法规定“如何讲”（格式），时序关系则规定了信息交流的次序（顺序）。 P29 实际上，生活中任何由两个人或两个团体一起完成的事件，都必须有“协议”（例：讲话/赛跑） 廖鸿鹏《NT Server 4.0建站指南》：“当一个中国人碰上一个日本
人时，假如中国人讲他的中文，日本人讲他的日文，那么可能两个 人确实是讲到天黑，都可不能有什么结果……网络上各节点之间若 需要传送数据时，也要有一个共通的语言，这确实是通信协议”。 理论上只要有一套协议即可，但由于网络技术在不断进展，应用领域在不断拓宽，加上历史的缘故（７０年代各大计算机公司在网络领域“诸侯割据”，纷纷推出自己的网络通信协议，既为网络技术的进展作出了贡献，亦造成协议品种杂多的局面），因此目前一套统一可用的网络协议。 正如理论上人类只要一种语言就能够相互沟通，但实际上却有许许多多的语言存在一样。 学习网络的重要任务之一确实是了解各种常用的通信协议。关于网络开发/集成工程师，则需要深入理解甚至精通工程中所涉及到的各种协议。 用于一般网络用户，则只需明白访问网络资源你的系统或机器上需要配备何种协议，而无须明白这些协议的具体含义。 封闭的协议——协议内容（规范）不对公众公布
网络体系结构与网络协议.
网络体系结构与网络协议 《易经》说:“天地万物 , 阴阳五行 , 相生相克 , 周而复始 , 皆有规律可循”。为了使世间各种事情有条不紊、规律的朝着人们所期待的方向行进, 我们总是喜欢发现规律、总结规律、创造规定、利用规律。如此一来,当前人在考虑计算机网络的通信与资源交互时,必然要创造出统一遵守的计算机通信与资源交互的规定,以方便人们使用计算机进行有条不紊的大规模的数据、资源交换。 如此,人们就制定了大量的标准,这些标准规定了计算机网络通信与数据交换所需的共同遵守的条规, 这些标准就是协议。大量的各种各样的协议共同构成了一套完整的体系。由于大量的协议体系过于复杂, 于是人为的将这套协议体系划分为几个层次, 这样一来, 大量的协议就容易分门别类的化整为零, 将协议一层一层的实现。由计算机互联通信所需的功能,,划分成定义明确的层次,规定了同层次进程通信的协议和相邻层之间的接口服务 (接口可理解为下层与上层交互的门户,下层通过接口向上层提供特定的服务。这些层、同层进程通信的协议及相邻层接口统称为网络体系结构。 在学习网络体系结构和协议时,不免要和 RFC 打交道。 RFC 是 tcp/ip协议族 的标准文档,里面写有 4000多个协议的定义。在那么多的协议中, tcp 、 ip 协议可以说是互联网最基本的两个通信协议, tcp/ip的五层分层原理应用十分常见。这五层,从上往下依次是:应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。它们之间的通信服务类型可分为面向连接服务和无连接服务, 混合上确认机制, 共有四种服务类型。分别是面向连接确认服务、无连接确认服务、面向连接不确认服务和无连接不确认服务。根据通信要求, 权衡效率与可靠性后, 可选择合适的通信服务类型。 在最高层应用层里,有 FTP 协议、 Telnet 协议、 HTTP 协议、 DNS 协议等等。在传输层中,有著名的 TCP 和 UDP 协议。 在下层网络层里面,有 IP 协议、 ICMP 协议、 IGMP 协议、 ARP 协议、 RARP 等协议。
网络协议体系结构：优点和缺点
第10章网络协议体系结构：优点和缺点 2 0世纪早期，社会学家G e o r ge Herbert Mead研究了语言对人类的影响，最终得出结论：人类的理解力之所以能够活跃起来，主要是因为我们有语言。语言帮助我们发现周围环境的内涵并搞清它的意义。网络协议对网络起类似的作用，它为完全不同的系统提供共同的用于通信的环境。L A N协议使得网络通信电缆上传递的简单的电子信号变得有意义。没有协议，网络通信是不可能存在的。为了让两个工作站能够充分地进行通信，他们必须使用相同的协议，就像两个人如果使用相同的语言，才能够更好地进行交流。使用协议也能够使网络设备能够更多地了解它们所在的网络环境，并且从大量的网络电缆、连接器以及其他连接设备中了解它们的意义。如果你对于协议如何使得网络有意义方面有疑问的话，则可以想一想当你的工作站上的一个关键的协议被删除时，对你的通信能力所产生的影响就会知道了。你将注意到你的工作站不能再像以前那样进行通信了，它甚至看不见使用已被删除的协议的其他设备了。 阅读完本章并完成练习后，您将能够： ? 解释在小型和大型L A N中使用的关键协议。 ? 判断在一个给定的L A N中使用哪一个协议，以及在同一个L A N中实现多个协议。 ? 在一个工作站上安装L A N协议。 ? 解释关键的WA N协议。 ? 判断哪一个WA N协议会与一个L A N上使用的协议兼容。 L A N协议就像一个本地语言或方言，它们使得你不需要做任何努力就可以在相互连接的设备之间进行交换。WA N协议就像一个国际语言，它使得通信能够跨越一个L A N的边界到处旅游，使得一个远程工作站或L A N能够与另一个L A N进行通信。本章研究最常用的L A N和WA N协议，说明每一个协议的优点和缺点。一些协议，包括T C P/I P和AT M，在前面的章节已经讨论过了，在这里只概括一下。其他协议对于你而言都是新的，如N e t B E U I，它是用在小型L A N上的，还有点到点协议，它是一个WA N协议，通常被个人用来连接到他们的公司或者学术L A N上。 10.1 LAN协议 一个局域网可以单独传输多个网络协议，或者组合两个、三个或多个协议。网络设备，例如路由器，通常建立起来后能够自动配置自己，这是通过辨认不同的协议完成的(根据该路由器使用的操作系统)。例如，一个以太网L A N可能为一个大型机计算机提供一个协议，而为N o v e l l服务器提供一个不同的协议，又为Windows NT服务器提供另外一个协议(见图1 0-1)。可能建立一个桥式路由器为自己自动识别并配置它自己，这样它传递一些协议并作为其他设备的一个桥梁。在一个网络上拥有多个L A N协议的优点是这样一个网络可以在同一个L A N上完成许多不同的功能，如使得I n t e r n e t访问成为可能，以及访问大型机计算机及服务器。缺点是一些协议是以广播的方式进行操作的，这意味着它们经常发送包，以便识别网络上的设备，
计算机网络体系结构与协议
计算机网络体系结 构与协议 1
第二章计算机网络体系结构与协议 【计划课时】 4课时(教材第二、三章) 2.1网络通信协议 2.1.1 协议(protocol) 教材P29 网络传送是个很复杂的过程,为了实现计算机之间可靠地交换数据,许多工作要协调(如发送信号的数据格式,通信协调与出错处理,信号编码与电平参数,传输速度匹配等)。 假定一个与网络相连的设备正向另一个与网络相连的设备发送数据,由于各个厂家有其各自的实现方法,这些设备可能不完全兼容,它们相互之间不可能识别和通信。解决方法之一是在同一个网络中全部使用某一厂家的专有技术和设备,在网络互连的今天已不可行。另一种方法就是制定一套实现互连的规范(标准),即所谓”协议”。该标准允许每个厂家以不同的方式完成互连产品的开发、设计与制造,当按同一协议制造的设备连入同一网络时,它们完全兼容,仿佛是由同一厂家生产的一样。 【协议】网络上不同计算机之间为了协调互相通信而使用的技术规范,即通信技术标准(也是软硬件厂商开发网络产品的标准) 协议由语义、语法和时序三部分组成。语义规定通信双方彼此”讲什么”(含义),语法规定”如何讲”(格式),时序关系则规定了信息交流的次序(顺序)。 P29
实际上,生活中任何由两个人或两个团体一起完成的事件,都必须有”协议”(例:讲话/赛跑) 廖鸿鹏
网络体系结构与网络协议
网络体系结构与网络协议 《易经》说：“天地万物,阴阳五行,相生相克,周而复始,皆有规律可循”。为了使世间各种事情有条不紊、规律的朝着人们所期待的方向行进，我们总是喜欢发现规律、总结规律、创造规定、利用规律。如此一来，当前人在考虑计算机网络的通信与资源交互时，必然要创造出统一遵守的计算机通信与资源交互的规定，以方便人们使用计算机进行有条不紊的大规模的数据、资源交换。 如此，人们就制定了大量的标准，这些标准规定了计算机网络通信与数据交换所需的共同遵守的条规，这些标准就是协议。大量的各种各样的协议共同构成了一套完整的体系。由于大量的协议体系过于复杂，于是人为的将这套协议体系划分为几个层次，这样一来，大量的协议就容易分门别类的化整为零，将协议一层一层的实现。由计算机互联通信所需的功能，，划分成定义明确的层次，规定了同层次进程通信的协议和相邻层之间的接口服务（接口可理解为下层与上层交互的门户，下层通过接口向上层提供特定的服务）。这些层、同层进程通信的协议及相邻层接口统称为网络体系结构。 在学习网络体系结构和协议时，不免要和RFC打交道。RFC是tcp/ip协议族的标准文档，里面写有4000多个协议的定义。在那么多的协议中，tcp、ip协议可以说是互联网最基本的两个通信协议，tcp/ip的五层分层原理应用十分常见。这五层，从上往下依次是：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。它们之间的通信服务类型可分为面向连接服务和无连接服务，混合上确认机制，共有四种服务类型。分别是面向连接确认服务、无连接确认服务、面向连接不确认服务和无连接不确认服务。根据通信要求，权衡效率与可靠性后，可选择合适的通信服务类型。 在最高层应用层里，有FTP协议、Telnet协议、HTTP协议、DNS协议等等。在传输层中，有著名的TCP和UDP协议。 在下层网络层里面，有IP协议、ICMP协议、IGMP协议、ARP协议、RARP 等协议。 在数据链路层，这个层次为待传送的数据加入一个以太网协议头，并进行CRC 编码，为最后的数据传输做准备。PPP协议、Ethernet协议、HDLC（高级链路控制协议）等协议在这一层。 最低层物理层，属于硬件层次。负责网络的传输，这个层次的定义包括网线的制式，网卡的定义等等。所以有些书并不把这个层次放在tcp/ip协议族里面，因为它几乎和tcp/ip协议的编写者没有任何的关系。 发送协议的主机从上自下将数据按照协议封装，而接收数据的主机则按照协议从得到的数据包解开，最后拿到需要的数据。 为了便于理解网络体系结构层次与协议，以下从最底层开始向最高层依次作出说明。 物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输，主要为数据端设备提供传送数据通路、传输数据。这一层的媒介有：光纤、电缆、信道、路由器、中继器、交换机、网卡（也工作在数据链路层）甚至插头和双绞线等，都属于物理层的媒介。传输时数据单位为比特。物理层的设计解决了所有物理接口特性不一致的问题。 数据链路层有三个目的：1为IP模块发送和接收IP数据报；2为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答；3为RARP发送RARP请求和接收RARP应答。
网络体系结构与网络协议
网络体系结构与网络协议 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。本章将从层次、服务与协议的基本概念出发，对OSI参考模型、TCP／IP 协议与参考模型，以及网络协议标准化与制定国际标准的组织进行介绍。 学习要求： ●掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念。 ●掌握：网络体系结构的层次化研究方法。 ●掌握：OSI参考模型及各层的基本服务功能。 ●掌握：TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本服务 功能与主要协议。 ●了解：OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较。 ●了解：网络协议标准组织，RFC文档、Internet草案与 Internet 协议标准的制定过程。 计算机网络的四个重要的概念 协议（protocol） 层次（layer） 接口（interface） 体系结构（architecture） 计算机网络是由多个互联的结点组成的，结点之间需要不断地交换数据与控制信息。要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必须遵守一些事先约定好的规则。一个协议就是一组控制数据
通信的规则。这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序。 哲学家-翻译-秘书结构 网络协议的概念 网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准； 网络协议的三要素：语义、语法与时序： 语义：用于解释比特流的每一部分的意义； --表示做什么 语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序的意义； --表示要怎么做
时序：事件实现顺序的详细说明。 --表示什么时候做 社会上存在的邮政系统 协议(Protocol) ●协议是一种通信规约。 ●为了保证计算机网络中大量计算机之间要有条不紊地交换 数据，必须制定一系列的通信协议。 层次（layer） 层次是人们对复杂问题处理的基本方法； 将总体要实现的很多功能分配在不同层次中； 对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定； 不同的系统分成相同的层次； 不同系统的最低层之间存在着“物理”通信； 不同系统的对等层次之间存在着“虚拟”通信；
第二章计算机网络体系结构与协议
第二章计算机网络体系结构与协议
第二章计算机网络体系结构与协议 【计划课时】4课时(教材第二、三章 2.1网络通信协议 2.1.1 协议(protocol教材P29 网络传送是个很复杂的过程,为了实现计算机之间可靠地交换数据,许多工作要协调(如发送信号的数据格式,通信协调与出错处理,信号编码与电平参数,传输速度匹配等。 假定一个与网络相连的设备正向另一个与网络相连的设备发送数据,由于各个厂家有其各自的实现方法,这些设备可能不完全兼容,它们相互之间不可能识别和通信。解决方法之一是在同一个网络中全部使用某一厂家的专有技术和设备,在网络互连的今天已不可行。另一种方法就是制定一套实现互连的规范(标准,即所谓“协议”。该标准允许每个厂家以不同的方式完成互连产品的开发、设计与制造,当按同一协议制造的设备连入同一网络时,它们完全兼容,仿佛是由同一厂家生产的一样。 【协议】网络上不同计算机之间为了协调互相通信而使用的技术规范,即通信技术标准(也是软硬件厂商开发网络产品的标准 协议由语义、语法和时序三部分组成。语义规定通信双方彼此“讲什么”(含义,语法规定“如何讲”(格式,时序关系则规定了信息交流的次序(顺序。P29 实际上,生活中任何由两个人或两个团体一起完成的事件,都必须有“协议”(例:讲话/赛跑廖鸿鹏《NT Server 4.0建站指南》:“当一个中国人碰上一个日本人时,如果中国人说他的中文,日本人说他的日文,那么恐怕两个人就是讲到天黑,都不会有什么结果……网络上各节点之间 若需要传送数据时,也要有一个共通的语言,这就是通信协议”。
理论上只要有一套协议即可,但由于网络技术在不断发展,应用领域在不断拓宽,加上历史的原因(7 0年代各大计算机公司在网络领域“诸侯割据”,纷纷推出自己的网络通信协议,既为网络技术的发展作出了贡献,亦造成协议品种杂多的局面,所以目前一套统一可用的网络协议。 正如理论上人类只要一种语言就可以相互沟通,但实际上却有许许多多的语言存在一样。 学习网络的重要任务之一就是了解各种常用的通信协议。对于网络开发/集成工程师,则需要深入理解甚至精通工程中所涉及到的各种协议。 用于普通网络用户,则只需知道访问网络资源你的系统或机器上需要配备何种协议,而无须知道这些协议的具体含义。 封闭的协议——协议内容(规范不对公众公布 开放的协议——协议内容对公众公布 NT4.0可同时具有5种协议,犹如一个懂最常用的五国语言的人,在世界各地旅行,便畅行无阻。 2.1.2 常用的网络通信协议 有三个最具影响力的团体为网络通信制定了各自的协议:
第二章 计算机网络体系结构与协议.
第二章计算机网络体系结构与协议 【计划课时】4课时(教材第二、三章 2.1网络通信协议 2.1.1 协议(protocol教材P29 网络传送是个很复杂的过程,为了实现计算机之间可靠地交换数据,许多工作要协调(如发送信号的数据格式,通信协调与出错处理,信号编码与电平参数,传输速度匹配等。 假定一个与网络相连的设备正向另一个与网络相连的设备发送数据,由于各个厂家有其各自的实现方法,这些设备可能不完全兼容,它们相互之间不可能识别和通信。解决方法之一是在同一个网络中全部使用某一厂家的专有技术和设备,在网络互连的今天已不可行。另一种方法就是制定一套实现互连的规范(标准,即所谓“协议”。该标准允许每个厂家以不同的方式完成互连产品的开发、设计与制造,当按同一协议制造的设备连入同一网络时,它们完全兼容,仿佛是由同一厂家生产的一样。 【协议】网络上不同计算机之间为了协调互相通信而使用的技术规范,即通信技术标准(也是软硬件厂商开发网络产品的标准 协议由语义、语法和时序三部分组成。语义规定通信双方彼此“讲什么”(含义,语法规定“如何讲”(格式,时序关系则规定了信息交流的次序(顺序。P29 实际上,生活中任何由两个人或两个团体一起完成的事件,都必须有“协议”(例:讲话/赛跑廖鸿鹏《NT Server 4.0建站指南》:“当一个中国人碰上一个日本人时,如果中国人说他的中文,日本人说他的日文,那么恐怕两个人就是讲到天黑,都不会有什么结果……网络上各节点之间 若需要传送数据时,也要有一个共通的语言,这就是通信协议”。
理论上只要有一套协议即可,但由于网络技术在不断发展,应用领域在不断拓宽,加上历史的原因(7 0年代各大计算机公司在网络领域“诸侯割据”,纷纷推出自己的网络通信协议,既为网络技术的发展作出了贡献,亦造成协议品种杂多的局面,所以目前一套统一可用的网络协议。 正如理论上人类只要一种语言就可以相互沟通,但实际上却有许许多多的语言存在一样。 学习网络的重要任务之一就是了解各种常用的通信协议。对于网络开发/集成工程师,则需要深入理解甚至精通工程中所涉及到的各种协议。 用于普通网络用户,则只需知道访问网络资源你的系统或机器上需要配备何种协议,而无须知道这些协议的具体含义。 封闭的协议——协议内容(规范不对公众公布 开放的协议——协议内容对公众公布 NT4.0可同时具有5种协议,犹如一个懂最常用的五国语言的人,在世界各地旅行,便畅行无阻。 2.1.2 常用的网络通信协议 有三个最具影响力的团体为网络通信制定了各自的协议: ·OSI(开放系统互连,Open Systems Interconnection协议
进行测验： 第2章 网络体系结构与网络协议测试
142计算机网络 (142-301214-J01062-1) > 作业 > 进行测验： 第2章 网络体系结构与网络协议测试 进行测验： 第2章 网络体系结构与网络协议测试 名称 第2章 网络体系结构与网络协议测试 说明 第二章 网络体系结构与网络协议测试 计时测验 该测试装备有 1 小时计时器。窗口右上角显示已用时间。 将出现 1 分钟警告。 多次尝试 该测试允许进行多次尝试。 强制完成 该测试必须现在完成。 <=""> 问题完成状态： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 问题 1 1 分 保存 以下关于OSI 环境中数据传输过程的描述中错误的是______ A. 整个过程不需要用户介入 B. 目的主机逐层按照各层的协议读取报头，执行协议规定的动作 C. 表示层只进行数据的格式交换，不增加协议头 D. 源主机应用进程产生的数据从应用层向下纵向逐层传送 问题 2 1 分 保存 以下关于物理层基本概念的捕述中错误的是______ A. 数据传输单元是字节 B. 为通信的主机之间建立、管理和释放物理连接
C. 实现比特流的透明传输 D. OSI参考模型的最低层 问题3 1 分 保存 以下关于网络协议与协议要素的描述中错误的是______ A. 语义表示要做什么 B. 协议表示网络功能是什么 C. 语法表示要怎么做 D. 时序表示做的顺序 问题4 1 分 保存 以下关于网络体系结构的研究方法优点的描述中错误的是______。 A. 允许隔层通信是OSI参考模型灵活性的标志 B. 各层之间相互独立 C. 易于实现和标准化 D. 实现技术的变化都不会对整个系统工作产生影响 问题5 1 分 保 存以下关于传输层特点的描述中错误的是______ A. UDP是一种不可靠的、无连接的传输层协议 B. TCP是一种可靠的、面向连接、面向字节流的传输层协议 C. 协议数据单元是分组
论述具有五层协议的网络体系结构的要点
1-24论述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。 答：综合OSI 和TCP/IP 的优点，采用一种原理体系结构。各层的主要功能： 物理层物理层的任务就是透明地传送比特流。（注意：传递信息的物理媒体，如双绞 线、同轴电缆、光缆等，是在物理层的下面，当做第0 层。）物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。 数据链路层数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧（frame）为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。 网络层网络层的任务就是要选择合适的路由，使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。 运输层运输层的任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务，使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。 应用层应用层直接为用户的应用进程提供服务。 1-25试举出日常生活中有关“透明”这种名词的例子。答：电视，计算机视窗操作系统、工农业产品 1-26 试解释以下名词：协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户-服务器方式。 答：实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。 客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。 协议栈:指计算机网络体系结构采用分层模型后,每层的主要功能由对等层协议的运行来实现,因而每层可用一些主要协议来表征,几个层次画在一起很像一个栈的结构. 对等层:在网络体系结构中,通信双方实现同样功能的层. 协议数据单元:对等层实体进行信息交换的数据单位. 服务访问点:在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方.服务访问点SAP是一个抽象的概念,它实体上就是一个逻辑接口. 1-26试解释everything over IP 和IP over everthing 的含义。 答：TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务（所谓的everything over ip） 允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行（所谓的ip over everything） 第二章物理层 2-01 物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？ 答：物理层要解决的主要问题： （1）物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这 些差异，只考虑完成本层的协议和服务。 （2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺 序传输的比特流）的能力，为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。 （3）在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路 物理层的主要特点： （1）由于在OSI之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物 理规程已被许多商品化的设备所采用，加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI 的抽象模型制定一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传 输媒体接口的机械，电气，功能和规程特性。 （2）由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。 2-02 归层与协议有什么区别？答：规程专指物理层协议 2-03 试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构建的作用。 答：源点：源点设备产生要传输的数据。源点又称为源站。 发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。 接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。 终点：终点设备从接收器获取传送过来的信息。终点又称为目的站 传输系统：信号物理通道 2-04 试解释以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通信号，数字数据，数字信号，码元，单工通信，半双工通信，全双工通信，串行传输，并行传输。 答：数据：是运送信息的实体。 信号：则是数据的电气的或电磁的表现。 模拟数据：运送信息的模拟信号。 模拟信号：连续变化的信号。 数字信号：取值为有限的几个离散值的信号。 数字数据：取值为不连续数值的数据。 码元(code)：在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。 单工通信：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。 半双工通信：即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来。
BACnet协议的体系结构
BACnet协议的体系结构 国际标准化组织在制定计算机网络通讯协议标准时定义了一个模型，称为开放系统互联参考模型（OSI）（ISO 7498）。模型的目的是解决计算机与计算机之间普遍的通信问题。在这个模型中，将计算机通信这样一个复杂的问题分解成7个小的、容易解决的子问题，每个子问题只与某些通信功能相关，并且把这些子问题称为协议体系结构的一层，整个模型是一个七层的体系结构。在图4－1中给出这七层的体系结构图。 用户1 用户2 图4－1开放系统互联基本参考模型 对于某个层次来说，它使用下面各层所提供的服务，同时也向它上面的各层提供服务。每一层可以想像成一个黑盒，黑盒的上面和下面都具有经过认真定义的接口。一个应用程序通过与OSI应用层的相连，实现与另一个远程应用程序的通信。对于这种发生在两个应用程序之间的通信，看起来两个程序似乎是通过各自的应用层接口直接相连。各层之间仅仅需要了解其他层的很少的情况。通过类似的方式，协议的每一层利用下面各层的服务来提供通信服务，与另一个系统的同等层建立起一个虚的对等层通信。而真正的通信只发生在物理层。 OSI模型以高度概括的观点来分析计算机与计算机的通信，用来解决在全世界范围内的、巨大而复杂的计算机网络的通信问题。在这种情况下，互相通信的单个计算机之间可能相距很远，因此报文要通过一系列中间点才能到达。而这些中间点相应地可能需要实现路由选择功能、某种解析功能，以及复杂的同步和差错恢复功能。 实现OSI模型协议所需的费用较高，在绝大部分楼宇自动控制系统中，并不需要实现OSI模型的所有内容。不过只从OSI的功能性方面来考虑，经过简化，OSI模型仍然是楼宇自动控制协议的一个很好的参考。如果只选择OSI模型中需要的层次，形成一个简化的模型，作为楼宇自动控制系统的协议体系结构，就可以减少报文的长度，降低通信处理的开销，并且也满足楼宇自动控制系统的需要。这个简化的体系结构降低了楼宇自动控制工业的生产成本，同时处理器的大批量生产、局域网技术的发展，也为过程控制和办公自动化工业的发
BACnet协议的体系结构
B A C n e t协议的体系结构 国际标准化组织在制定计算机网络通讯协议标准时定义了一个模型，称为开放系统互联参考模型（OSI）（ISO 7498）。模型的目的是解决计算机与计算机之间普遍的通信问题。在这个模型中，将计算机通信这样一个复杂的问题分解成7个小的、容易解决的子问题，每个子问题只与某些通信功能相关，并且把这些子问题称为协议体系结构的一层，整个模型是一个七层的体系结构。在图4－1中给出这七层的体系结构图。 用户1 用户2 图4－1开放系统互联基本参考模型 对于某个层次来说，它使用下面各层所提供的服务，同时也向它上面的各层提供服务。每一层可以想像成一个黑盒，黑盒的上面和下面都具有经过认真定义的接口。一个应用程序通过与OSI应用层的相连，实现与另一个远程应用程序的通信。对于这种发生在两个应用程序之间的通信，看起来两个程序似乎是通过各自的应用层接口直接相连。各层之间仅仅需要了解其他层的很少的情况。通过类似的方式，协议的每一层利用下面各层的服务来提供通信服务，与另一个系统的同等层建立起一个虚的对等层通信。而真正的通信只发生在物理层。 OSI模型以高度概括的观点来分析计算机与计算机的通信，用来解决在全世界范围内的、巨大而复杂的计算机网络的通信问题。在这种情况下，互相通信的单个计算机之间可能相距很远，因此报文要通过一系列中间点才能到达。而这些中间点相应地可能需要实现路由选择功能、某种解析功能，以及复杂的同步和差错恢复功能。 实现OSI模型协议所需的费用较高，在绝大部分楼宇自动控制系统中，并不需要实现OSI模型的所有内容。不过只从OSI的功能性方面来考虑，经过简化，OSI模型仍然是楼宇自动控制协议的一个很好的参考。如果只选择OSI模型中需要的层次，形成一个简化的模型，作为楼宇自动控制系统的协议体系结构，就可以减少报文的长度，降低通信处理的开销，并
(完整版)基于CCSDS的协议体系结构
CCSDS标准概述 CCSDS（空间数据系统咨询委员会）是一个国际性空间组织，成立于1982年，主要任务是负责开发适合航天测控和数据传输系统的各种通信协议和数据处理规范，以适应航天器复杂化，满足空间资源有效利用，加强国合作需要。 一、CCSDS标准层次模型 CCSDS空间通信协议体系结构自下而上包括物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层，其中每一层又包括若干个可供组合的协议。空间通信协议的参考模型如图1所示。 图1 CCSDS空间通信协议参考模型 空间通信环境网络具有传输时延大、信噪比低、突发噪声强、多普勒频移大、空间链路时断时续等特点，此时应用于地面通信网络的，面向连接的TCP/IP互联网协议是无法高效工作的。因此，CCSDS以TCP/IP协议为基础，进行适当的修改和扩充，制定了空间通信协议规范SCPS，该协议在空间通信网络和地面通信环境之间架设起通信的桥梁。SCPS的主要作用是为遥感卫星和数据中继卫星之间提供高效文件传输。 1)物理层 物理层标准包括两部分：无线射频和调制系统和Proximity-1。无线射频和调
制系统对星地之间使用的频段、调制方式等作出定义。Proximity-1是个跨层协议，规定了邻近空间链路物理层特性，包含物理层和数据链路层。物理层主要为同步和信道编码子层提供输入输出比特时钟和一些状态信息，而数据链路层又包含五个子层：同步和信道编码子层、帧子层、媒体接入控制子层、数据服务子层和I/O子层。 2)数据链路层 数据链路层包括遥测（TM）、遥控(TC)和AOS空间数据链路协议，它们提供在空间链路传输各种类型数据的能力，统称为SDLP(space data link protocol，空间数据链路协议)。遥测空间数据链路协议通常为从航天器发送遥测信息到地面，遥控空间数据链路协议则通常从地面发送指令到航天器。 空间数据链路协议的基本数据单元为传输帧。遥控空间数据链路协议使用可变长度的传输帧来保证长度较短的信息(通常为命令信息)短时延的接收。为保证命令信息能够无间隔、无重复、按发送顺序到达接收端，遥控空间数据链路协议引入了重传控制机制，该机制由通信操作程序(COP-1)提供。遥测空间数据链路协议和AOS空间数据链路协议使用固定长度的传输帧，以便在空间链路实现较可靠的帧同步，这两个协议均无法保证数据传输的完整性，因此在应用这两个协议时，如果需要保证完整、可靠的数据传输，需要由高层协议来进行重传控制。 遥测同步和信道编码建议与遥控同步和信道编码建议提供了传输数据帧时的帧同步功能和信道编码功能。通常，遥测同步和信道编码协议与AOS空间数据链路协议、遥测空间数据链路协议结合使用，而遥控同步和信道编码协议与遥控空间数据链路协议结合使用。为了在物理层实现准确的位同步技术，这两个协议还提供了对传输帧进行伪随机化的功能。 3)网络层 CCSDS规定了两个网络层协议：空间分包协议SPP、SCPS-NP，实现了空间网络的路由功能。这两个协议都不提供重传功能，重传由高层协议保证。为了同现有的地面网相兼容，网络层使用封装技术后，因特网的IPv4和IPv6分组也可以通过空间数据链路协议传输，与SPP、SCPS-NP可复用或独用空间数据链路。 SCPS网络协议(SCPS-NP)，该协议在空间通信网络上，支持报文的静态路
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