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计算机网络第三章 网络体系结构与网络协议第三章 网络体系结构与网络协议n3.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念n3.2 OSI参考模型参考模型n3.2.1 OSI/RM的基本概念的基本概念n3.2.2 OSI/RM的数据通信过程的数据通信过程n3.2.3 OSI/RM各层详解各层详解n3.3 TCP/IP参考模型3.1 网络体系结构的基本概念n网络体系结构网络体系结构:n定义和描述一组用于计算机及其通信设施之间互联的标准和规范的集合；n只要遵循这组规范的计算机和设备可以方便进行通信。n网络体系结构的提出：网络体系结构的提出：n支持异机种互联和通信；n支持多种通信媒体；3.1 网络体系结构的基本概念n支持多种业务处理；n支持高级人机接口；n具有可扩充能力。n相关组织名称：相关组织名称：nISO国际标准化组织nCCITT国际电话与电报顾问委员会nEIA 美国电子工业协会nIEEE电子电气工程师协会3.2.1 OSI/RM的基本概念nOSI/RM的提出的提出n1974年，ISO发布了著名的ISO/IEC 7498标准，也就是OSI/RMnCCITT的建议书X.400也定义了类似的内容。nOSI/RM的设计原理的设计原理n第一：分解第一：分解n将整个系统划分为若干个易于实现和控制的子模块；n通过对模块的功能、交换的数据结构和时序的约定，协调模块之间的动作；3.2.1 OSI/RM的基本概念n使用结构化的设计和实现方法采用层次结构的模型。n第二：抽象第二：抽象n第一级抽象第一级抽象，建立计算机网络在概念和功能上的框架：层次模型及公共术语、属性和子模块的功能等体系结构体系结构；n第二级抽象第二级抽象，定义各个子模块的服务服务定服务定义义；n第三级抽象第三级抽象，定义模块提供服务应遵循的规则协议协议：3.2.1 OSI/RM的基本概念n语法：规定交换数据的格式、编码和电平；n语义：规定协调双方动作的信息及其含义；n时序：规定动作的时间、速度匹配和事件发生的顺序。n第三：第三：OSI子模块子模块(层层)划分的原则划分的原则n相对独立、交互信息尽可能少；n层间遵循单向引用原则、引用关系不允许构成环路；3.2.1 OSI/RM的基本概念n各层只能引用其下层提供的服务；n各层完成特定的通信功能、为上层提供服务；n第四：第四：OSI通信特点通信特点n互联系统必须具有相同层次结构；n只有相同层次的实体才能进行有意义的通信；n只能借助于下一层的服务来实现其功能；物理通道物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层协议链路层协议网络层协议传输层协议会话层协议表示层协议应用层协议ISO开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型用户A用户B3.2.1 OSI/RM的基本概念层次功能简介与电话比较物理层物理层(PH)确定物理接口，提供点点的物理链路；电话机与线路的接口，电路与交换机的接口；数据链路层数据链路层(DL)利用差错处理技术，提供高可靠传输的数据链路；保证每一段线路的质量；网络层网络层(N)利用路由技术，实现用户数据的“端端”传输；电话机电话机运输层运输层(T)屏蔽各种差异：子网、网络服务、用户要求等保证网络的通信质量和服务；3.2.1 OSI/RM的基本概念层次功能简介与电话比较会话层会话层(S)提供控制会话和数据传输的手段；保证双方有序交流；表示层表示层(P)解决异构系统之间的信息表示问题，屏蔽不同系统在数据表示方面的差异；双方对话的语言问题应用层应用层(A)利用下层服务，满足具体的应用要求；双方讨论的话题物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层ISO开放系统参考模型开放系统参考模型ISO开放系统参考模型开放系统参考模型物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层132132132132网络1网络23.2.2 OSI/RM的数据通信过程nOSI层的概念：层的概念：n层：层：逻辑划分，表示功能相对独立的一个子系统；n(N)层任意一层，(N+1)层(N)层的上一层，(N-1)层(N)层的下一层；n层功能层功能本层所具有的通信功能；n层服务层服务本层为上层提供的服务；(N)服务服务=(N)功能功能+(N-1)服务服务3.2.2 OSI/RM的数据通信过程n层协议层协议为本层功能和提供的服务而定义的语义、语法和时序方面的约定；n层实体层实体层功能实现的承担者对应软件；n层用户层用户层服务的使用者上一层的实体；nOSI服务原语服务原语n是层服务被引用的工具，它确定层间的接口；n上邻层利用服务原语通知下邻层要做什么、下邻层利用服务原语通知上邻层做了什么。n服务原语：原语名服务原语：原语名+原语参数原语参数；3.2.2 OSI/RM的数据通信过程N+1层N层N-1层N+1层N层N-1层网络fx.rspN+1层N层N-1层N+1层N层N-1层网络x.reqx.ind 无确认的服务原语：无确认的服务原语：X.req(请求)X.ind(指示)有确认服务原语：有确认服务原语：X.req(请求)X.ind(指示)X.cnf(确认)X.rsp(响应)运输层程序网络层程序数据链路层程序N-conn req运输层程序网络层程序数据链路层程序网络N-conn indN-conn rspN-conn cnf服务原语示例服务原语示例3.2.2 OSI/RM的数据通信过程n层间通信层间通信nISO层间通信：相邻层间通信相邻层间通信和对等层间通信对等层间通信n相邻层间通信：相邻层间通信：n标准定义通信的内容服务原语；n未规定具体表现形式和通信实现方法；n对等层间通信：对等层间通信：n在不同的系统中对等层之间的信息交换；n标准中规定对等层之间交换信息的格式和交换时序；N+1层N层N-1层PH层N+1层N层N-1层PH层对等层通信相邻层间通信网络层间通信层间通信3.2.2 OSI/RM的数据通信过程头1尾1数据单元头1尾1数据单元头2尾2头1尾1数据单元头2尾2头N尾N1层2层n层nOSI/RM数据交换数据交换n数据单元向下传递一层：相应增加一个头和一个尾；n数据单元每向上传递一层：相应减去一个头和尾；76543217654321物理媒体物理媒体应用进程A应用进程B应用进程数据应用进程数据数据单元数据单元数据单元数据单元报文数据单元分组比特流帧3.2.2 OSI/RM的数据通信过程n数据单元：数据单元：包括服务数据单元服务数据单元和协议数据单元协议数据单元；n服务数据单元：服务数据单元：n相邻上下层之间交换的数据单元称为服务数据单元(SDUService Data Unit)。nSDU在同一系统中交换的数据开发者自行定义。n协议数据单元：协议数据单元：n协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)是在不同站点的各层对等实体之间，实现该层协议所交换的信息单位。OSI数据交换示意图数据交换示意图N+1层N层N-1层PH层N+1层N层N-1层PH层网络(N+1)PDU(N)PDU(N-1)PDU(N)SDU(N-1)SDU(N)SDU(N-1)SDUSCI数据单元的构成数据单元的构成(N+1)PDU(N+1)层SCI(N+1)PDU(N+1)PDU(N)SDUPCI(N)SDU(N)PDU(N)层(N)PDU(N-1)层(N-1)SDUSCIService Control InformationPCIProtocol Control Information3.2.2 OSI/RM的数据通信过程nOSI/RM传输方式：传输方式：n分为面向连接和面向无连接的传输方式n面向连接：面向连接：n传输PDU之前，必须在两个对等实体之间建立连接：建立连接、传输数据、释放连接；n面向无连接：面向无连接：n对等实体传输PDU之前无须建立连接，可以直接传输数据，但传输的数据中必须携带地址信息。3.2.2 OSI/RM的数据通信过程nOSI/RM具体实现具体实现（3/1/3）:n低低3层层物理层、数据链路层和网络层，主要提供信息传输服务，保证一个站点发出的信息、经过一系列中间节点、传输到另一个节点，一般通信子网实现低3层功能；n第四层第四层传输层，屏蔽通信子网的差异、以及用户对网络性能要求的差异。一般可以在计算机上实现。n高高3层层会话层、表示层和应用层，主要面向用户，协助有效利用用户资源，实体在计算机设备上实现；3.2.3 OSI/RM各层详解n物理层物理层n基本概念：基本概念：n位置：位置：在物理媒体之上、为数据链路层提供传输原始比特流的物理连接。nISO定义：定义：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激活，保持和去活去活提供机械的、电气的、功能特性和规程特性的手段。3.2.3 OSI/RM各层详解n激活：激活：建立，当发送端要发送一个比特时，在接收端要做好接收该比特准备(含必要的资源等)。n去活：去活：释放，放送端发送完比特流后，接收端要释放为接收该比特流而准备和占用的资源。nCCITT定义：定义：利用物理的、电气的、功能和规程特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。3.2.3 OSI/RM各层详解n物理层的任务：物理层的任务：n 为数据链路层实现无差错传输创造条件；n 物理层不负责传输的检错和纠错任务；n物理层功能：物理层功能：n通过规定物理设备和物理媒体之间的接口标准，保证按位传输的正确性和向数据链路层提供透明的位流传输；n物理层的服务：物理层的服务：n建立、维持、释放物理连接，在物理连接上透明传输数据流；3.2.3 OSI/RM各层详解n物理层主要解决问题：物理层主要解决问题：n实现位操作；n数据信号的传输：传输方式、传输速率、传输持续时间、延迟、传输误码率等；n接口设计；n信号传输规程。n物理层的标准分四个方面：物理层的标准分四个方面：n机械特性、电气特性、功能特性、规程特性机械特性、电气特性、功能特性、规程特性3.2.3 OSI/RM各层详解n机械特性：机械特性：接口形状、大小，接口引脚个数、功能、规格、分布；相应通信媒体的参数和特性；n电气特性：电气特性：接口部件的信号电平、阻抗、传输速率等；n功能特性：功能特性：接口部件的信号线（数据线、控制线、定时线等）的用途；n规程特性：规程特性：接口部件的信号线在建立、维持、释放物理连接和传输数据流的时序；