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第三章　计算机网络体系结构

第三章　计算机网络体系结构. 3.1 　基本概念 3.2 ISO/OSI 开放系统互连参考模型 3.3 　物理层 3.4 　数据链路层 3.5 　网络层 3.6 　传输层 3.7 　会话层和表示层 3.8 　应用层 3.9 TCP/IP 体系. §3.1 基本概念. 1. 实体：能发送和接受信息的任何东西 2. 协议：两个实体间控制数据交换的规则集合。 　　　语法：规定通信双方“如何讲”，即确定协议元素的格式。 　　　语义：规定通信双方“讲什么”，即确定协议元素的类型。 　　　同步：包括速度匹配、排序和拥塞控制等，即有关事件实现顺序的详细说明。.

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第三章　计算机网络体系结构

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  1. 第三章　计算机网络体系结构 • 3.1　基本概念 • 3.2ISO/OSI开放系统互连参考模型 • 3.3　物理层 • 3.4　数据链路层 • 3.5　网络层 • 3.6　传输层 • 3.7　会话层和表示层 • 3.8　应用层 • 3.9TCP/IP体系 计算机工程系吕学松

  2. §3.1基本概念 1. 实体：能发送和接受信息的任何东西 2. 协议：两个实体间控制数据交换的规则集合。 　　　语法：规定通信双方“如何讲”，即确定协议元素的格式。 　　　语义：规定通信双方“讲什么”，即确定协议元素的类型。 　　　同步：包括速度匹配、排序和拥塞控制等，即有关事件实现顺序的详细说明。 计算机工程系吕学松

  3. 计算机工程系吕学松

  4. 3. 网络体系结构 　　　网络体系结构是从体系的角度来研究和设计计算机网络体系，其核心是网络系统的逻辑结构和功能分配定义，即描述不同计算机系统之间互连通信的方法和结构，是层和协议的集合。 　　　接口：相邻层之间有一个预先定义明确的界面，称为接口，接口定义了服务原语和下层向上层提供的服务。 计算机工程系吕学松

  5. 4. 各层设计问题 • 链接问题 • 差错控制 • 数据流量控制 • 传输方式 • 路由选择 • 拥塞控制 计算机工程系吕学松

  6. 5. 服务类型 　　　层与层之间具有服务和被服务的单向依赖关系，下层向上层提供服务，而上层调用下层的服务。 　　　面向连接服务：收发的数据不令顺序一致，而且内容也相同。 　　　无连接服务：有可能后发的报文反而先收到。 6. 服务原语 　　　请求、指示、响应、确认 计算机工程系吕学松

  7. 6. 服务原语 　　　请求：服务调用者请求服务提供者提供某种服务 　　　指示：服务提供者告知服务调用者某事件发生 　　　响应：服务调用者通知服务提供者响应某件事件 　　　确认：服务提供者告知服务调用者关于它的请求的答复 计算机工程系吕学松

  8. 7. 服务与协议 　　　服务是各层向它上层提供的一组原语（操作），定义了相邻两层之间的接口。下层为服务提供者，上层为服务调用者。 　　　协议是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文的格式及意义的一级规则。 　　　实体用协议来实现它们的服务定义。 　　　协议与服务的分离，使得计算机网络中采用新通信技术替换落后的通信手段更容易，增强了计算机网络的适应性。 计算机工程系吕学松

  9. §3.2ISO/OSI开放系统互连参考模型 • 一、OSI参考模型遵循原则 　　　目标站第n层收到的对象应当与源站第n层发出的对象完全一致。 计算机工程系吕学松

  10. OSI参考模型 • OSI RM：开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model） • OSI RM 定义了网络中设备所遵守的层次结构。 • 分层结构的优点： • 简化网络的操作 • 提供设备间兼容性和标准接口 • 促进标准化工作 • 结构上可以分隔 • 易于实现和维护 计算机工程系吕学松

  11. 二、 OSI参考模型各层的功能 All People Seem To Need Data Process Application Pressentation Session Transport Network Datalink Physical • 三、 OSI参考模型的特性 计算机工程系吕学松

  12. 七层功能 应用层 7 高层:负责主机之间的数据传输 表示层 6 会话层 5 传输层 4 网络层 3 数据链路层 底层:负责网络数据传输 2 物理层 1 计算机工程系吕学松

  13. 七层功能 应用层 提供应用程序间通信 7 表示层 处理数据格式、数据加密等 6 会话层 建立、维护和管理会话 5 传输层 建立主机端到端连接 4 网络层 寻址和路由选择 3 数据链路层 提供介质访问、链路管理等 2 物理层 比特流传输 1 计算机工程系吕学松

  14. 对等层通信 • 四、OSI数据流向 • 每一层利用下一层提供的服务与对等层通信； • 每一层使用自己的协议。 APDU 应用层 应用层 PPDU 表示层 表示层 SPDU 会话层 会话层 Segment 传输层 传输层 Packet 网络层 网络层 Host A Host B Frame 数据链路层 数据链路层 Bit 物理层 物理层 计算机工程系吕学松

  15. 数据封装 Data 应用层 应用层 Data • 数据封装和解封装过程 H Data 表示层 表示层 H Data 会话层 会话层 H H Data H H Data 传输层 传输层 网络层 网络层 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 主机 服务器 交换机 路由器 计算机工程系吕学松

  16. §3.3　物理层 • 一、概述 　　　物理层是OSI模型的最低层，它向下直接与传输介质相连接，是开放系统和物理传输介质的接口，向上相邻且服务于数据链路层。它的作用是在数据链路层实体之间提供必需的物理连接，按顺序传输数据位，并进行差错检查。在发现错误时，向数据链路层提出报告。它是连接两个物理设备、为数据链路层提供透明位传输所必须遵循的协议。 DTE和DCE 计算机工程系吕学松

  17. 二、物理层特性 1. 机械特性 　　　机械特性规定了DTE和DCE实际的物理连接；详细说明了接插件的尺寸，插头的数目，排列方式，以及插头和插座的尺寸，电缆的长度，以及所含导线的数目等。 2. 电气特性 　　　电气特性规定了数据交换信号及有关电路的特性。一般包括最大数据传输速率的说明，信号状态（逻辑电平，通/断，传号/空号）的电压和电流的识别，以及电路特性的说明和与互连电缆相关的规定。 计算机工程系吕学松

  18. 3. 功能特性 　　　功能特性规定接口所具有的特定功能，即DTE-DCE之间各信号的信号含义。通常信号线可分为：数据线、控制线、同步线和地线四种。 4. 规程特性 　　　规程特性协议规定了使用交换电路进行数据交换时应遵循的控制步骤，即完成连接的建立、维持、拆除时，DTE和DCE双方在各线路上的动作序列或动作规则。 计算机工程系吕学松

  19. 三、物理层接口举例RS-232C 计算机工程系吕学松

  20. 1. 机械特性 计算机工程系吕学松

  21. 表 4-1 2. 电气特性 计算机工程系吕学松

  22. 计算机工程系吕学松

  23. 3. 功能特性 4. 规程特性 计算机工程系吕学松

  24. §3.4　数据链路层 • 一、数据链路层设计问题 1. 为网络层提供服务 　　　数据链路层的功能是为网络层提供服务。其基本服务是将源机器中来自网络层的数据传输给目的机器的网络层。 • 无确认的无连接服务 • 有确认的无连接服务 • 有确认的面向连接服务 计算机工程系吕学松

  25. 2. 帧传输 　　　对于数据链路层，通常的方法是把比特流分成离散的帧，并对每一个帧计算出校验和。 3. 差错控制 　　　为了保证可靠传送，常采用的方法是向数据发送方提供有关接收方接收情况的反馈信息。 4. 流量控制 　　　处理发送方的传送能力比接收方接收能力大的问题——流量控制 计算机工程系吕学松

  26. 二、差错检测和纠正 1. 纠错码 2. 检错码 • 三、数据链路层协议 2. 面向比特型链路协议 计算机工程系吕学松

  27. 三、数据链路层协议 1. 面向字符型 • 以字符为单位 • 允许同步和异步传输方式 • 采用字符填充实现透明传输 2. 面向比特型 • 以比特为单位 • 允许同步和异步传输方式 • 采用比特填充实现透明传输 计算机工程系吕学松

  28. 标志 接收站地址 数据信息 帧校验 标志 控制段 8位 8位 8位 不定长 16位 8位 3. HDLC——高级数据链路层控制协议 • 面向比特 • 透明传输－零比特填充法 • 运行于同步串行线路 计算机工程系吕学松

  29. 基本工作模式 • 站点类型 • 主站\从站\混合站(primary\secondary\combined) • 链路结构 • 非平衡\对称\平衡 unbalanced\symmetrical\balanced • 通信模式 • 一般响应模式\异步响应模式\异步平衡模式 NRM(Normal response mode) ARM(Asynchronous response mode) ABM(Asynchronous balanced mode) 计算机工程系吕学松

  30. HDLC Unbalanced 主站 从站 • Unbalanced NRM(Normal Response Mode) • 主站控制通信 • 从站必须经过主站的允许才能通过响应的方式发送数据 • 从站之间的通信必须经过主站 • Unbalanced ARM(Asynchronous Response M) • 从站可在信道空闲时发起通信 • 从站之间的通信必须经过主站 command response response 计算机工程系吕学松

  31. HDLC Symmetrical secondary primary • 对称 • 通过两条独立的信道将通信站分为两个部分,一部分象主站一样工作,另一部分象从站一样工作 • 在每条信道上，都以主－从方式通信 command response response command primary secondary 计算机工程系吕学松

  32. HDLC Balanced command/response • HDLC ABM(Asynchronous Balanced M) • 使用混合站 • 站点地位相等，任意一方都可以发起通信 • 与对称方式的区别是仅使用了一个信道 • 与LAN的区别是仅定义了两点通信而不是多点通信 command/response combined station combined station 计算机工程系吕学松

  33. 01111110 标志 地址 控制 数据 校验和 标志 8 ≥0 8 8 16 8 捎带应答 0 0 RR 差控 流控 REJ 0 1 0 发送序号 P/F 应答序号 信息帧 RNR 1 0 SREJ 1 0 类型 1 1 P/F 应答序号 监控帧 连接 管理 建链 SABM 1 1 类型 P/F 类型 无编号帧 拆链 DISC 无序号信息帧 UI HDLC帧格式 • 基本格式 • 帧类型 计算机工程系吕学松

  34. §3.5　网络层 　　　网络层主要负责控制通信子网的操作，实现网络上任一节点的数据准确、无差错地传输到其他节点。它涉及的是将源端发出的分组包经过各种途径传送到目标端。 　　　网络层必须了解通信网络的拓扑结构，并选择通过子网的适当路径。 计算机工程系吕学松

  35. 一、网络层设计 1. 为传输层提供的服务 • 服务应与通信子网技术无关 • 通信子网的数量、类型和拓扑结构对于传输层来说是隐蔽的 • 传输层能获得的网络地址应采用统一的编号方式，即使跨越了多个LAN和WAN 2. 网络层的内部结构 3. 虚电路子网和数据报子网的比较 计算机工程系吕学松

  36. 二、路由选择算法 　　　网络层的主要功能是将分组从源端机器选定的路由送到目的端机器。路由选择算法和它们使用的数据结构是网络层设计的一个主要任务。 　　　路由选择算法是网络层软件的一部分，负责确定所收到分组应传送的路线。 • 正确性 • 简单性 • 健壮性 • 稳定性 • 公平性 • 最优性 计算机工程系吕学松

  37. 　　　各种路由选择算法： • 最优化原则 • 最短路由选择 • 扩散法 • 距离矢量路由算法 • 链路状态路由选择 • 分级路由选择 • 移动主机的路由选择 计算机工程系吕学松

  38. 三、拥塞控制算法 • 什么是拥塞 • 造成拥塞的因素 • 拥塞控制的基本原理 • 拥塞预防策略 • 虚电路子网中的拥塞控制 计算机工程系吕学松

  39. §3.6　传输层 　　　传输层的主要任务是为从源端计算机到目的机提供可靠的、价格合理的数据传输，而与当前网络或使用的网络无关。 计算机工程系吕学松

  40. 一、传输层服务 1. 提供给高层的服务 2. 服务质量 3. 传输服务原语 • 二、传输协议的要素 • 寻址 • 建立连接 • 释放连接 计算机工程系吕学松

  41. §3.7　会话层和表示层 • 一、会话层 　　　会话层的主要功能是在传输层所提供的基础上，为两主机的用户进程建立会话连接，提供会话服务，控制两个实体之间的数据交换及释放功能，即用于管理两个计算机系统连接间的通信流。 • 二、表示层 　　　表示层的职责是对信息格式和编码起转换作用。同时也提供数据的安全措施。 计算机工程系吕学松

  42. §3.8　应用层 • 文件传送、存取和管理协议 • 虚拟终端协议 • 简单网络管理协议 计算机工程系吕学松

  43. §3.9TCP/IP体系 TCP/IP从功能上、概念上描述网络，它是一个有层次结构的计算机网络协议与标准的庞大体系。这套协议是一个开放的通信标准，它允许不同网络节点上计算机之间通信，目前已成为Internet上的一个工业标准。 TCP/IP协议不是一个单一的协议，而是由一系列通信协议所组成，而TCP和IP是其中两个最重要的协议。 计算机工程系吕学松

  44. 7 应 用 层 应用层 6 表示层 会话层 5 传输层 4 传输层 3 网络层 网络层 2 数据链路层 数据链路层 物理层 1 物理层 TCP/IP协议和OSI参考模型 • TCP/IP协议栈具有简单的分层设计，与OSI参考模型有清晰的对应关系。 OSI参考模型 TCP/IP 计算机工程系吕学松

  45. HTTP、Telnet、FTP、 TFTP、Ping、etc TCP/UDP ICMP IP ARP/RARP Ethernet、802.3、PPP、 HDLC、FR、etc 接口和线缆 TCP/IP协议栈 提供应用程序网络接口 应用层 传输层 建立端到端连接 寻址和路由选择 网络层 物理介质访问 数据链路层 物理层 二进制数据流传输 计算机工程系吕学松

  46. TCP/IP协议数据封装 计算机工程系吕学松

  47. 一、TCP/IP概述 1. TCP/IP模型 (1) 应用层 　　　应用层在最高层，用户调用应用程序来完成访问TCP/IP互联网络提供的多种服务。 　　　（2）传输层 　　　传输层的基本任务是提供应用层之间的通信，即端到端的通信 计算机工程系吕学松

  48. 　　　（3）网络层 　　　网络层处理计算机之间的通信。它接收来自传输层的请求，将带有目的地址的分组发送到出去；同时还要处理接收到的数据报，检验其正确性，并决定是由本地接收还是路由至相应的目的站。 　　　（4）网络接口层 　　　网络接口层也称数据链路层，是TCP/IP的最低层，它负责接收IP数据报并发送至选定的网络，是TCP/IP赖以存在的各种通信网络和TCP/IP之间的接口。 计算机工程系吕学松

  49. 2. TCP/IP分层工作原理 3. TCP/IP模型的分界线 • 协议地址分界线 • 操作系统分界线 4. 复用和分解 计算机工程系吕学松

  50. 二、网络层协议 1. IP协议 IP协议位于通信子网的最高层，提供点对点无连接的数据报传输机制，不能保证传输的可靠性。 IP协议将多个网络连成一个互联网，它可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互联网发送出去。IP的基本任务是通过互联网发送数据报，各个IP数据报之间相互独立。 　　　在传送时，高层协议将数据报传送给IP以便发送，IP将数据封装为互联网数据报，将它传给数据链路协议层，并通过局域网传送。 计算机工程系吕学松

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