《计算机网络技术基础》ppt课件 第三章教程文件.ppt

计算机网络技术基础课件第三章章节导读计 算 机 网络 是 一 个庞 大 的、多样 化 的 复杂系统，涉 及 多 种 通 信 介质、多 厂 商 和 异 种 机 互连、高级 人 机 接 口 等 各 种 复杂 的 技术问题。要使这样 一 个 系统 高 效、可 靠 地 运转，网络 中 的各 个 部 分 都 必须 遵 守 一 套 合 理 而严谨 的 网络标准。这套网络标准就称之为网络体系结构。本 章 主 要讲 解计 算 机 网络 体 系结 构 的 基 本概 念、开 放 式 系统 互连（OSI）参 考 模 型 和TCP/IP 参考模型。学 习 目 标了解网络协议的概念和分层设计的思想。掌握OSI 参考模型的分层结构及各层功能。掌握OSI 参考模型中数据传输的过程。掌握TCP/IP 参考模型的分层结构及各层功能。理解OSI 参考模型和TCP/IP模型的区别。4 3.1 网络体系结构概述网络 体 系结 构 就 是 指为 了实现计 算 机间 的 通 信 合 作，把计 算 机 互联 的 功 能 划 分 成 有 明 确 定义 的层 次，并规 定同层 次实 体 通 信 的协议 及 相邻层 之间 的 接 口 服务。简单地说，网络 体 系结 构 就 是 网络 各层 及 其协议 的 集 合。因此，要 理 解 网络 体 系结 构，就 必须 了 解 网络 体 系结 构 的分层设计原理和网络协议。5 3.1 网络体系结构概述3.1.1 网络协议网络协议主要由以下3个要素组成：语法：规定用户数据与控制信息的结构与格式。语义：规 定 通 信 双 方 需 要发 出 何 种 控 制 信 息、完 成 何 种动作及做出何种响应等。时 序：又 称“同 步”，用 于规 定 事 件实现顺 序 的详细说 明，即通信双方动作的时间、速度匹配和事件发生的顺序等。想 要让 两 台计 算 机进 行 通 信，必须 使 它们 采 用 相 同 的 信 息 交换规则。我们 把 在计 算机 网络 中 用 于规 定 信 息 的 格 式 以 及 如 何发 送 和 接 收 信 息 的规则 称为 网络协议（Network Protocol）或通信协议（Communication Protocol）。6 3.1 网络体系结构概述3.1.2 分层设计为 了 减 少 网络设计 的 复杂 性，绝 大 多 数 网络 采 用 分层设计 方 法。所谓 分层设计 方 法，就 是 按 照信 息 的 流动过 程 将 网络 的 整 体 功 能 分 解为 一 个 个 的 功 能层，同 一 机 器 上 的 相邻 功 能层 之间 通过 接 口进行信息传递，不同机器上的同等功能层之间采用相同的协议。为 了 便 于 理 解 分层设计 的 思想，首 先 以邮 政 通 信 系统为 例进 行说 明。如图3-1 所 示，在 整个 通 信过 程 中 主 要 涉 及 三 个层次，即 用户 子 系统、邮 局 子 系统和运输部门子系统。图3-1 邮政通信系统分层模型7 3.1 网络体系结构概述从图3-1 中 可 以 看 出，邮 政 系统 中 的 各 种约 定 都 是为 了 将 信 件 从 写 信 人 送 到收 信 人 而设计 的，也 就 是说，它们 是 因 信 息 的 流动 而产 生 的。这 些约 定 可 以 分为两 种，一 种 是 同 等 机 构间 的约 定，如 用户 之间 的约 定、邮 政 局 之间 的约 定 和 运输部门 之间 的约 定；另 一 种 是 不 同 机 构间 的约 定，如 用户 与邮 政 局 之间 的约 定、邮政局与运输部门之间的约定。在计 算 机 网络环 境 中，两 台计 算 机 中 两 个 程 序 之间进 行 通 信 的过 程 与邮 政 通信 的过 程 十 分 相 似。应 用 程 序对应 于 用户，计 算 机 中进 行 通 信 的进 程（也 可 以 是专门的通信处理机）对应于邮局，通信设施对应于运输部门。8 3.1 网络体系结构概述计 算 机 网络 的层 次 模 型 如图3-2 所 示，不 同计 算 机 同 等层 之间 的 通 信规则 就 是该层 使 用 的协议，如 有 关 第N层 的 通 信规则的 集 合 就 是 第N层 的协议。而 同 一计 算 机的 不 同 功 能层 之间 的 通 信规则 称为 接 口（Interface），如 在 第N层 和 第（N+1）层之间 的 接 口 称为N/（N+1）层 接 口。对 于不 同 的 网络，它 的 分层 数 量、各层 的 名 称和 功 能 以 及协议 都 各 不 相 同。但 是，在 所有 的 网络 中，每 一层 的 目 的 都 是 向 它 的 上一层提供服务，并隐藏下层的实现细节。图3-2 计算机网络的层次模型9 提 示协议层 次 化 不 同 于 程 序设计 中 模块 化 的概 念。在 程 序设计 中，各 模块 可 以 相 互 独 立，任 意 拼 装 或 者 并 行。网络协议层 次则 有 上 下之 分，它 是 依 数 据 的 流动 而产 生 的。组 成 不同计 算 机 同 等层 的实 体 称为对 等进 程（Peer Process）。对 等进 程 不 一 定 非 是 相 同 的 程 序，但其功能必须完全一致，且采用相同的协议。3.1 网络体系结构概述10 3.1 网络体系结构概述计 算 机 网络 体 系结 构 是 关 于计 算 机 网络应设 置 哪 几层，每层应 提 供哪 些 功 能 的 精 确 定义。也 就 是说，网络 体 系结 构 只 是 从 功 能 上 描 述计 算机 网络 的结 构，而 不 关 心 每层 硬 件 和软 件 的组 成，也 不 解 决这 些 硬 件 或软 件 的实现问题，它 只 是为 各 个标 准 化组织 制 定协议标 准 提 供 了 一 个 参考 模 型。因 此 网络 体 系结 构 是 众 多现 有 网络标 准 的 抽 象，也 是 制 定 新 的网络标准与协议的准则。11 3.2 OSI 参考模型世 界 上 第 一 个 网络 体 系结 构 是1974年 由IBM 公 司 提 出 的“系统 网络 体 系结 构（System Network Architecture，SNA）”。此 后，许 多 公 司纷纷 推 出 了 各 自 的 网络体 系结 构。虽 然这 些 体 系结 构 都 采 用 了 分层 技术，但层 次 的 划 分、功 能 的 分 配 及采 用 的 技术 均 不 相 同。随 着 信 息 技术 的发 展，不 同结 构 的计 算 机 网络 互联 已 成为迫切需要解决的问题。为 此，许 多标 准 化 机 构积 极 开 展 了 网络 体 系结 构标 准 化 方 面 的 工 作，其 中 最为著名的就是国际标准化组织ISO 提出的开放系统互连参考模型，即OSI 参考模型。OSI 参 考 模 型 并 不 是 一 个 特 定 的 硬 件设备 或 一 套软 件 例 程，而 是 一 种严 格 的 理论 模 型，是 厂 商 在设计 硬 件 和软 件时 必须 遵 循 的 通 信 准则。OSI 模 型 是 一 个 开 放 式系统 模 型，它 的 目 的 就 是 在 不 需 要 改变 不 同 系统 的软 硬 件逻辑结 构 的 前 提 下，使不同系统之间可以通信。12 OSI 参 考 模 型 从 下 到 上 由 物 理层、数 据链 路层、网络层、传输层、会话层、表 示层 和应 用层组 成，如图3-3 所 示。低层（物 理层、数 据链 路层）执 行 的 功 能 与 物 理 通 信 相 关，如 构 建帧、传输 含 有 包 的 信 号；中间层（网络层、传输层、会话层）协调结 点间 的 网络 通 信，如 确 保 通 信 会话 无 中 断、无 差错 地 持续进 行；高层（表 示层、应 用层）的 工 作 直 接 影 响软 件应 用 和数据表示，包括数据格式化、加密以及数据与文件传输管理。图3-3 OSI 参考模型的结构OSI 参考模型中，划分层（子模块）要遵循以下原则：（1）各层（子模块）具有相对的独立性，保持层间交互的信息最少。（2）单向调用：各层（子模块）只能引用其下层提供的服务。（3）增值服务：在使用下层服务的基础上，各层完成特定的通信功能。3.2 OSI 参考模型13 3.2.1 物理层物 理层 是OSI 参 考 模 型 的 最 低层，主 要为 通 信 提 供 物 理链 路，并 在 两 个 网络设备 之间 透 明 地传输 比 特 流。物 理层 的 数 据 服务单 元 是 比 特，它 可 以 通过 同步或异步的方式进行传输；但是物理层并不关心这些比特的实际意义和结构。物 理层为 建 立、维护 和释 放 数 据链 路实 体 之间 的 二进 制 比 特 流传输 的 物 理连接定义了机械、电气、功能和规程特性。3.2 OSI 参考模型14 机 械 特 性：规 定 了 物 理连 接时 所 使 用 可 接 插连 接 器 的 形 状 和 尺 寸，连 接 器 中 引 脚 的 数 量 与排列情况等。电 气 特 性：规 定 了 在 物 理连 接 上传输 二进 制 比 特 流时线 路 上 信 号电 平 高 低、阻 抗 及 阻 抗 匹配、传输 速 率 与 距 离 限 制。早 期 的标 准 定义 了 物 理连 接边 界 点 上 的电 气 特 性，而较 新 的标 准定义 了发 送 和 接 收 器 的电 气 特 性，同时给 出 了 互联电缆 的 有 关规 定。新 的标 准 更 有 利 于发 送和接收电路的集成化工作。功 能 特 性：规 定 了 物 理 接 口 上 各 条 信 号线 的 功 能 分 配 和 确 切 定义。物 理 接 口 信 号线 一 般 分为数据线、控制线、定时线和地线。规 程 特 性：定义 了 信 号线进 行 二进 制 比 特 流传输时 的 一组 操 作过 程，包 括 各 信 号线 的 工 作规则和时序。3.2 OSI 参考模型物 理层 硬 件 接 口 主 要 包 括 各 种传输 介质 或传输设备 的 接 口，常 用 的 物 理 接 口 有RJ-45（网线 接 口）和RS-485（串 口）。由 于传输 介质 和传输设备 的 种类 繁 多，因 此 物 理层 接 口 的标 准也非常多。不同物理层接口标准在以上四个重要特性上都不尽相同。15 3.2.2 数据链路层数 据链 路层 是OSI 参 考 模 型 的 第 二层，其 作 用 主 要 是负责 将 由 物 理层传 来 的 数 据 封 装 成数据帧（Frame），并保证帧在计算机之间进行无差错地传输。数 据链 路层 分为MAC 和LLC 两 个 子层。MAC（介质访问 控 制）子层 的 功 能 包 括 数 据帧的 封 装/拆 封，帧 的寻 址 和识别，帧 的 接 收 与发 送，链 路 的 管 理，帧 的 差错 控 制 等；LLC（逻辑链路层控制）子层负责为上层提供服务，如从上层接收包并发送到MAC层。工 作 在 数 据链 路层 的设备 包 括 二层 交换 机、网桥 等。此 外，网 卡 既 工 作 在 物 理层，也工作在数据链路层，负责传输介质之间的物理连接，帧的发送与接收、封装与拆封等。3.2 OSI 参考模型数据链路层的定义116 提 示协议层 次 化 不 同 于 程 序设计 中 模块 化 的概 念。在 程 序设计 中，各 模块 可 以 相 互 独 立，任 意 拼 装 或 者 并 行。网络协议层 次则 有 上 下之 分，它 是 依 数 据 的 流动 而产 生 的。组 成 不同计 算 机 同 等层 的实 体 称为对 等进 程（Peer Process）。对 等进 程 不 一 定 非 是 相 同 的 程 序，但其功能必须完全一致，且采用相同的协议。3.2 OSI 参考模型17 知识库物 理 线 路 与 数 据 链 路 是 网 络 中 常 用 的 术 语，它 们 的含义是不同的。在 通 信 技 术 中，人 们 常 用 链 路（link）这 个 术 语 来描 述 一 条 点 对 点 的 线 路 段，这 条 线 路 段 中 间 是 没 有 任 何交 换 结 点 的。因 此 从 这 种 意 义 上 说，链 路 一 般 是 指 物 理线 路。当 需 要 在 一 条 链 路 上 传 送 数 据 时，除 了 必 须 具 有一 条 物 理 线 路 之 外，还 必 须 有 一 些 规 程 或 协 议 来 控 制 这些 数 据 的 传 输，以 保 证 被 传 输 数 据 的 正 确 性。实 现 这 些规 程 或 协 议 的 硬 件 和 软 件 加 上 物 理 线 路 就 构 成 了 数 据 链路。此 外，一 般 所 说 的 物 理 链 路 就 是 指 物 理 线 路，逻 辑链路就是指数据链路。3.2 OSI 参考模型18 3.2 OSI 参考模型数据链路层的功能2（1）提 供链 路 管 理：当 两 个结 点 开 始 通 信时，发 送 方 必须 确 定 接 收 方处 在 准备接 收 数 据 的 状态。为 此，双 方 必须 交换 一 些 必 要 的 信 息，然 后 建 立 数 据链 路连接；同时，在传输 数 据时 要维 持 数 据链 路；当 通 信 完毕时 要释 放 数 据链 路。数据链路的建立、维持和释放就叫做链路管理。（2）提 供 流 量 控 制：为 防 止传输 数 据 的 双 方 速 度 不 匹 配 或 接 收 方 没 有 足够 的 接收缓 存 而导 致 数 据拥 塞 或 溢 出，数 据链 路层 必须 采 用 流 量 控 制 技术 来 控 制 流 量，使接收方来得及接收发送方发送的数据。19 3.2 OSI 参考模型（3）提 供 差错处 理：数 据链 路层 采 用 差错 控 制 技术，把 不 可 靠 的 物 理连 接变为 可 靠的 数 据链 路，从 而 保证 数 据传输 的 正 确 性。数 据链 路层实 体 将对帧 的传输过 程进 行检查，发现差错用重传方式解决。（4）帧 同 步：在 数 据链 路层，数 据 以帧为单 位进 行传输。帧 同 步 是 指 接 收 方应 当 能从来自物理层的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束的位置。（5）寻 址：在 多 点连 接 的 情 况 下，寻 址 保证 每 一帧 都 能传 送 到 正 确 的 目 的结 点。同时，接收方也应当知道发送方是哪一个结点。20 3.2 OSI 参考模型PPP协议3在ISO标 准协议 集 中，数 据链 路层 采 用 了 高级 数 据链 路 控 制（High-Level Data Link Control，HDLC）协议。但 是 目 前HDLC协议 已经 很 少 用 了，对 于 点对 点 的链 路，使 用 最 广 泛 的 数 据链 路层协议是更为简单的点对点协议PPP协议（Point to Point Protocol）。PPP协议 是 面 向 字 符类 型 的协议，具 有处 理错误检测、支 持 多 个协议、允许 在连 接时协 商IP地址、允许身份认证等功能。PPP协议由以下三部分组成：（1）将IP 数 据报 封 装 到 串 行链 路 中 的 方 法。PPP 既 支 持 异 步链 路，也 支 持 面 向 比 特 的 同 步链路。（2）一个链路控制协议LCP，用来建立、配置和测试数据链路连接。（3）一套网络控制协议NCP，其中的每一个协议支持不同的网络层协议。21 3.2 OSI 参考模型数 据链 路协议 数 据单 元 被 称为帧，PPP帧 的首 部 和 尾 部 分别 有 四 个字 段 和 两 个 字 段，其帧结构如图3-4 所示。图3-4 PPP帧结构22 3.2 OSI 参考模型n 标 志 字 段F：在帧 的 首 尾 各 有 一 个 由 固 定 比 特 序 列“01111110”组 成 的标 志 字 段F。标 志 字段 表 示 一 个帧 的 开 始 或结 束，因 此标 志 字 段 就 是帧 的 定 界 符。如 果 出现 两 个连续 的标 志 字 段，就表示这是一个空帧，应当丢弃。n 地 址 字 段A：PPP协议 中 的帧 的 地 址 字 段A规 定为0 xFF（即11111111），这 是 一 个 广 播 地址。n 控 制 字 段C：控 制 字 段 是帧 的 关键 字 段，它 表 示 了帧类 型、帧编 号、命 令 和 控 制 信 息。PPP协议的控制字段C为0 x03（即00000011）。n 协议 字 段：协议 字 段 占 两 个 字节。若 取值0 x0021表 示该帧为IP 分组；取值0 x8021表 示该帧为网络层的控制数据；取值0 xC021 表示该帧为链路控制数据。n 信息字段I：可以是任意的比特序列组合，其长度通常不超过1 500字节。n 帧校验字段FCS：它是使用CRC 的帧校验序列，占用两个字节的大小。23 3.2.3 网络层数 据链 路层仅 提 供 点对 点 的 数 据链 路，不 能 直 接 提 供 用户 数据 的 端 到 端 之间 的传输，也 就 无 法 解 决 数 据经过 通 信 子 网 中 多 个转 接结 点 的 通 信问题。网络层 的传输单 位 是 分组 或 包（Packet），网络层 能够读 取 包协议 地 址 信 息 并 将 每 一 个 包 沿 最 佳 路 径转发 直至到达目的结点。网络层 允许 分组 通过 路 由 从 一 个 网络发 送 到 另 一 个 网络，而用户 不 必 关 心 网络 的 拓 扑结 构 和 所 使 用 的 通 信 介质。也 就 是说，网络层可以用于为两个不同网络或网段之间的计算机建立通信。3.2 OSI 参考模型24 3.2 OSI 参考模型网络层的功能1网络层的主要功能包括路由选择、流量控制和多用户数据传输。网络层 的 关键问题 是 如 何进 行 路 由选择，以 确 定 数 据 分组 如 何 到 达 目 的结 点。通 信子 网 中 的 路 径 是 指 从 源结 点 到 目 的结 点 之间 的 一 条 通 路，一 般 在 两 个结 点 之间 都 会 有多 条 路 径 供选择。路 由 是 指 在 通 信 子 网 中，源结 点 和 中间结 点为 将报 文 分组传 送 到 目的结 点 而对 其 后继结 点进 行选择 的过 程。为 确 定 最 佳 路 由，网络层 需 要 持续 地 收 集 有关各个网络和结点地址的信息。1）路由选择25 3.2 OSI 参考模型网络 中 多 个层 次 都 存 在 流 量 控 制问题，网络层 的 流 量 控 制则 通过 限 制 用户 一 次 性 提 交给 网络 的分组个数对进入分组交换网的通信量进行控制，以防因通信量过大而造成通信子网性能下降。2）流量控制为 了 在 一 条 数 据链 路（Data Link，DL）上 交织 地传输 多 个 用户 的 数 据，可 将 一 条DL 划 分为 若干 条逻辑电 路，称为逻辑 信 道（Logic Circuit，LC）。利 用 每 条LC 支 持 一对 用户 的 数 据传输，并 且利用LC 号来区分不同用户的数据。3）多用户数据传输网络层提供的服务2从OSI 参 考 模 型 的 角 度 看，网络层 所 提 供 的 服务 可 分为 两类：面 向连 接 的 网络 服务 和无连接网络服务。26 3.2 OSI 参考模型面 向连 接 的 网络 服务 又 称为 虚电 路（Virtual Circuit）服务，它 具 有 网络连 接 建 立、数 据传输 和 网络连 接释 放 三 个阶 段，是 可 靠 的报 文 分组 按顺 序传输 的 方 式，适 用 于 确定型对象、长报文、会话型传输要求。虚电 路 技术 的 主 要 特 点 是，在 数 据传 送 以 前 必须 在 源结 点 和 目 的结 点 之间 建 立 一 条虚电 路。值 得 注 意 的 是，虚电 路 的 概 念 不 同 于 前 面电 路 交换 技术 中电 路 的 概 念。后 者对应 着 一 条实实 在 在 的 物 理线 路，是 通 信 双 方 的 物 理连 接。而 虚电 路 是 指 在 通 信 双 方之间 建 立 了 一 条逻辑连 接，不 独 占 信 道带宽，数 据 沿逻辑连 接 路 径 以 存储转发 方 式传输。网络层 沿 着 多 个 虚电 路传输 数 据，那 么 数 据 到 达时 就 有 可 能 出现错误 的顺 序。因 此网络层在将包传输给下一层前应检查数据的顺序，如有必要就对其进行改正。1）面向连接的网络服务27 3.2 OSI 参考模型无连 接 网络 服务 的 两实 体 之间 的 通 信 不 需 要 事 先 建 立 好 一 个连 接。无连 接 网络 服务有 三 种类 型：数 据报（Datagram）、确认 交 付（Confirmed Delivery）与请 求 回 答（Request Reply）。数 据报 服务 不 要 求 接 收 端应 答，这 种 方 法额 外 开销较 小，但 可 靠性 无 法 保证；确认 交 付 服务 要 求 接 收 端 用户 每 收 到 一 个报 文 均给发 送 端 用户发 送 回 一个应答报文；请求回答类似于一次事务处理中用户的“一问一答”。虚电 路 方 式 与 数 据报 方 式 之间 的 最 大 差别 在 于：虚电 路 方 式为 每 一对结 点 之间 的 通信预 先 建 立 一 条 虚电 路，后续 的 数 据 通 信 沿 着 建 立 好 的 虚电 路进 行，路 由 器 不 必为 每个报 文进 行 路 由选择。而 在 数 据报 方 式 中，路 由 器为 每 一 个进 入 的报 文进 行 一 次 路 由选择，也就是说，每个报文的路由选择独立于其他报文。2）无连接网络服务28 3.2 OSI 参考模型3.2.4 传输层传输层 位 于OSI 参 考 模 型 的 第 四层，它 是 网络 中资 源 子 网 与 通 信 子网 的桥 梁，主 要负责 确 保 数 据 可 靠、顺 序、无 差错 地 从A 点 到传输 到B点（A、B 点 可 能 位 于 相 同 或 不 同 的 网络）。如 果 没 有传输层，数 据 将不能被接收端验证或解释。传输层 的 功 能 是 在 网络层 提 供 服务 的 基础 上 建 立 的，其 任务 是 向用户 提 供 可 靠 的、透 明 的、端 到 端 的 数 据传输，采 用 一 些 技术 手 段 弥补 用户对 不 同 网络 的 要 求 以 及 网络 可 向 用户 提 供 的 服务 之间 的 差 异，使 得 用户 无 需 了 解 网络传输 的细节，就 能获 得 相对稳 定 的 数 据传输 服务。传输层采用的技术手段主要有以下几种：29 3.2 OSI 参考模型（1）分流/合流技术（2）复用/解复用技术是 利 用 多 条 网络连 接 来 支 持 一 条运输连 接 上 的 数 据传输，目 的 是 使 低吞 吐 量、低 速 率 和高传输 延迟 的 网络可 以 支 持 用户 高 速传输数据的要求。是 将 多 条 运输连 接 上 的 数 据汇 集到 一 条 网络连 接 上传输，使 具 有 高 吞吐 量、高 速 率 和 低传输 延迟 且 高费 用的 网络 可 以 支 持 用户 的 低传输 成 本 的要求。（3）分段/合段技术是 将 一 个长 的 运输 服务 数 据单 元 分 成 若 干 个运输协议 数 据单 元进 行传输，使传输长 度 有 限的 网络 可 以 支 持 用户 的无限长度数据的传输。30 3.2 OSI 参考模型（4）差错检测和恢复技术（5）流量控制技术使 差错 率较 高的 网络 可 以 支 持 用户 高 可 靠 性 的 数 据传输要求。对连续传输 的协议 数 据单 元个数进行限制，避免网络拥塞。传输层传输 信 息 的 基 本单 位是报 文（Message）。传输层 提供 的 服务 包 括标识 和维护 运输连接（建 立 和释 放连 接，以 及选择服务质 量），提 供 流 量 控 制，差错检查 与 恢 复，常规 数 据/加 速 数据的传输等。31 3.2 OSI 参考模型提 示这 里 的 流 量 控 制 和 差错检查 都是 指 端 到 端 的 流 量 控 制 和 差错 控 制，与 据链 路层 的 流 量 控 制 和 差错检查功能不同。32 3.2 OSI 参考模型3.2.5 会话层传输层 可 以 保证 用户 数 据 按 照 要 求从 网络 的 一 端传输 到 另 一 端，但 在 用户数 据传输过 程 中 用户 如 何进 行 控 制 信 息的 交 互，网络应 当 提 供 什 么样 的 功 能 来协 助 用户 管 理 信 息 交换？为 了 解 决 上 述问题，OSI 参考模型设置了会话层。33 3.2 OSI 参考模型会话层的功能1会话层 的 功 能 是 向 会话 的应 用进 程 之间 提 供 会话组织 和 同 步 服务，对 数 据 的传 送 提 供控制和管理，以协调会话过程，为表示层实体提供更好的服务。具体包括以下4个方面。（1）利 用 令 牌 技术 来 保证 数 据 交换、会话 同 步 的 有 序 性，拥 有 令 牌 的 一 方 可 以发 送数据或执行其他动作。提 示令 牌（有时 也 成为“权标”），是 会话连 接 的 一 种 属 性。例如，数 据 令 牌标识 用户发 送 数 据 的权 利，谁 掌 握 令 牌，谁 就 有权发 送 数 据；当 通 信 的 另 一 方 需 要发 送 数 据时，首 先 要 申请 令牌。当 掌 握 令 牌 的 一 方 数 据传输 完毕 或 数 据传输 告 一 段 落时 可以释放令牌，将令牌“传递”给通信的另一方。34 3.2 OSI 参考模型（2）利用活动和同步技术来保证用户数据的完整性，并让用户知道整个交换的过程。提 示会话 是 指 用户 之间 的 信 息 交换过 程。为 完 成 信 息 交换，通 信 双 方需 要 按 一 定规则 在 会话层实 体 之间 建 立 一 种暂时 的联 系，即 会话连 接。在 会话连 接过 程 中，可 以 把 用户 之间 的 信 息 交换 分 成 若 干 个逻辑 工 作段，这些工作段就称为活动。活动的内容具有相对的独立性和完整性。同 步 技术 是 指对 用户 数 据进 行语义 上 的 分 段，便 于 接 收 方对 所 接受信息进行验证。（3）利用分段和拼接技术来提高数据交换的效率，多块用户数据可以合并在一起进行传输。（4）利用重新同步技术来实现用户会话的延续性，支持传输过程中的故障恢复。35 3.2 OSI 参考模型会话层提供的服务2会话层 提 供 了 丰 富 的 服务 来 支 持 用户对 数 据 交换 的 控 制 和 管 理。为 了 便 于 会话层 服务的实现，标 准 中 将这 些 服务进 行 了 分类，组 合 成12个 功 能单 元，分别为：核 心 功 能单 元（支 持 会话连 接 的 建 立 和释 放，以 及 常规 数 据 的传输）、协 商释 放 功 能单 元、半 双 工 功 能单 元、全 双 工 功 能单 元、加 速 数 据 功 能单 元、特权 数 据 功 能单 元、能 力 数 据 功 能单 元、次同步功能单元、主同步功能单元、重新同步功能单元、异常功能单元、活动管理功能单元。36 3.2 OSI 参考模型为了方便用户选择使用合适的功能单元，会话服务定义了三个子集：37 3.2 OSI 参考模型三个子集与12个功能单元的对应关系如表3-1 所示。表3-1 子集与功能单元的对应关系功能单元 BCS BSS BAS 功能单元 BCS BSS BAS核心 次同步 半双工 主同步 双工 重新同步 特权数据 加速数据异常报告 活动管理 协商释放 能力数据交换38 3.2 OSI 参考模型3.2.6 表示层计 算 机联 网 的 最终 目 的 是实现 用户 之间 的 数 据 交换。但 是，由 于 不 同 的计 算 机 系统 可 能采 用 不 同 的 信 息编码，或 者 具 有 不 同 的 信 息 描 述 和 表 示 方 法，如 果 不 加 以处 理，不 同 的 信 息描述（表示）将导致通信的计算机系统之间无法正确地识别信息。设 置 表 示层 的 目 的 就 是 屏 蔽 不 同计 算 机 在 信 息 表 示 方 面 的 差 异，其 功 能 包 括传 送语 法 的协 商，以 及 抽 象语 法 和传 送语 法 之间 的转换。通 信 双 方 在 建 立 通 信 关 系 后，首 先 要进 行协 商，协 商 内 容 包 括 采 用 什 么 数 据编码进 行传输，传输过 程 中 数 据 是 否 要压缩，采 用 什 么压缩 算 法等。协商结束后选择一种双方都能处理的数据表示方式进行通信。39 3.2 OSI 参考模型例 如，如图3-5 所 示，用户A 希 望传 送 一 个 文 件给 用户B，双 方协 商 后 采 用ASCII码进 行传输。用户A发 送 以ASCII码编码 的 数 据，用户B 接 收 到ASCII码 数 据 后 将 其转换 成EBCDIC码 数 据。通过这 种转换 来统 一 表 示 被传 送 的 数 据，使 得 通 信 双 方 使 用 的计 算 机 都可以识别。图3-5 计算机系统间语法转换除 数 据 描 述 和 数 据 表 示 方 法，数 据 的压缩 和 数 据 加 密 也 是 数 据 的 重 要 表 示，也 属 于 表示层的范畴。40 3.2 OSI 参考模型3.2.7 应用层OSI 模 型 的顶 端 是应 用层。应 用层为 网络 用户 和应 用 程 序 提 供 各 种 服务，也 是 最终 用户应 用 程 序访问 网络 服务 的 地 方。例 如，如 果 在 网络 上 运 行Microsoft Word，并选择 打 开 一 个文 件，请 求 将 由应 用层传输 到 网络。应 用层 提 供 的 服务 包 括 文 件传输、文 件 管 理 以 及电 子邮件的信息处理等。“应 用层”并 不 是 指 运 行 在 网络 上 的 某 个 特 定 的应 用 程 序，如Microsoft Word。经过 抽 象 后的应 用进 程 才 是应 用实 体。对 等 到应 用实 体间 的 通 信 使 用 不 同 的应 用协议。常见 的应 用层协议有FTP、HTTP、SNMP 等。41 3.2 OSI 参考模型3.2.8 OSI 参考模型中的数据传输在 网络 通 信过 程 中，为 了 确 保 数 据 能够 被顺 利、准 确 地传 送 到 目 的 地，需 要OSI 参 考 模 型 的 各层对 数 据进 行 相应 的处理。以 主 机A 向 主 机B传输 数 据为 例（见图3-6），数 据 在 通过 主 机A 各层时，每层 都会为 上层传 来 的 数 据 加 上 一 个 信 息头 或 尾（作为 主 机B 的对 等层处 理 数 据 的 依 据），然 后 向 下层发 送，这 个过 程 可 以 理 解为 各层对数据的封装。图3-6 数据的封装与解封过程42 3.2 OSI 参考模型当经过层层 封 装 的 数 据 最终 通过传输 介质传输 到 主 机B 后，主 机B 的 每 一层 再对 数 据进 行 相应 的处 理（自 下 而 上），把 信 息头 或 尾 去 掉，最 后还 原 成实际 的 数 据，即执 行 主机A 的逆过程，这个过程可以理解为对数据的拆封或解封。提 示在 物 理 上，数 据 在发 送 端 主 机 各层 中 是 从 上 向下 封 装，最 后 通过传输 介质 到 达对 方 主 机，再 在 接收 端 主 机 各层 中 从 下 向 上 解 封；但 是 在逻辑 上，发送 端 和 接 收 端 每 一层 只负责处 理 每 一层 的 事 情，并不需要关心其他层的具体的事情。43 3.2 OSI 参考模型下面通过发送和接收电子邮件的例子，说明在OSI 参考模型中传输数据的具体过程。（1）在 某 台电脑 上 写 好电 子邮 件 后，提 出发 送邮 件到远 程邮 件 服务 器 的请 求，应 用层 会识别该请 求，并 将请求传输到表示层。（2）表 示层 判 断 是 否 要对 数 据 格 式进 行转换 及 如 何转换 等，然 后 在 数 据 中 加 入 相应 的 代码 信 息，并 将请 求传递到会话层。（3）会话层 接 收 到 表 示层发过 来 的请 求 后，给该请求 添 加 一 个 数 据标记 符，指 示 用户 有权 限传输 数 据（即可以建立会话），然后将数据传输到传输层。44 3.2 OSI 参考模型（4）在传输层，数 据 被 分 割 成 若 干 数 据 段，并 在 每 个 数 据 段 的头 部 加 上TCP报头（包 含 源 端 和 目标 端 的 端 口 号，以实现 端 到 端 的连 接 和 通 信），然 后 将 封 装好的数据传输到网络层。在传输层中封装好的数据被称为报文（Message）。（5）网络层为 数 据 添 加逻辑 地 址 信 息，即 在TCP报头 前 添 加IP报头（包 含 数据 包 的 原逻辑 地 址 和 目标逻辑 地 址），这时 我们 称该 数 据为 数 据 包 或 分组（Packet）。（6）数 据 包 达 到 数 据链 路层 后，先进 入LLC 子层 加 上LLC头 部，然 后进 入MAC 子层加上MAC头部和一个FCS 尾部。数据包在数据链路层中会被封装成帧。（7）数 据帧 被传输 到 物 理层 后，物 理层 不 添 加 任 何 信 息，把 数 据帧发 送 到传输介质并以比特流的形式传输。（8）当数据达到另一端服务器的物理层时，反向执行上述过程。45 3.3 TCP/IP 参考模型OSI 参 考 模 型虽 然 是 国际标 准，但 是 它层 次 多，结 构 复杂，在实际 中 完 全 遵 从OSI 参 考 模型 的协议 几 乎 没 有。目 前 流 行 的 网络 体 系结 构 是TCP/IP 参 考 模 型，它 已 成为计 算 机 网络 体 系结构事实上的标准，Internet 就是基于TCP/IP 参考模型建立的。TCP/IP 参 考 模 型 是 将 多 个 网络进 行 无缝连 接 的 体 系结 构，共 包 含4个 功 能层，由 下 往 上 依 次为：网络 接 口层、网络 互连层、传输层 和应 用层，每 一层负责 不 同 的通 信 功 能。TCP/IP 参 考 模 型 的 分层 与OSI参 考 模 型 的 分层 不 同，它 的 分层 更 加 注 重互联设备间 的 数 据传输。但 是，OSI 参 考模 型 和TCP/IP 参 考 模 型 的 分层 有 一 个 大 致的对应关系，如图3-7 所示。图3-7 OSI 与TCP/IP 参考模型之间的关系46 3.3 TCP/IP 参考模型3.3.1 网络接口层网络 接 口层 是TCP/IP 模 型 的 最 低层。事实 上，TCP/IP 参 考 模 型并 没 有 真 正 定义这 一 部 分，只 是 指 出 其 主 机 必须 使 用 某 种协议 与 网络连 接，以 便 能传递IP 分组。这 一层 的 作 用 是负责 接 收 从 网络层 交来 的IP 数 据 包 并 将IP 数 据 包 通过 低层 物 理 网络发 送 出 去；或 者 从 低层物理网络上接收物理帧，然后抽出IP 数据包交给网络层。TCP/IP 参 考 模 型 未 定义 数 据链 路层，是 由 于 在TCP/IP 最 初 的设计 中 就 已经 支 持 包 括 以 太 网、令 牌环 网、FDDI 网、ISDN 和X.25 在内的多种数据链路层协议。47 3.3 TCP/IP 参考模型3.3.2 网络互连层（IP层）网络 互连层 与OSI 参 考 模 型 中 的 网络层 相 当，是 整 个TCP/IP 参 考 模 型 的 关键 部 分。网络 互连层是网络互连的基础，提供了无连接的分组交换服务，其功能包括以下3个方面：（1）处 理 来 自传输层 的 分组发 送请 求：将 分组 装 入IP 数 据 包，填 充报头，选择去往目的结点的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。（2）处 理输 入 数 据报：首 先检查 数 据报 的 合 法 性，然 后进 行 路 由选择，假如该 数 据报 已 到 达 目 的结 点（本 机），则 去 掉报头，将IP报 文 的 数 据 部 分 交给 相应的传输层协议；假如该数据包尚未到达目的结点，