计算机网络与数据通信基础.pdf

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1、第第 1 1 章章计 算 机 网 络 与 数 据 通 信 基 础计 算 机 网 络 与 数 据 通 信 基 础教学目标：教学目标：1.了解计算机网络的形成与发展过程2.掌握计算机网络的定义、分类、功能和典型应用3.掌握计算机网络的组成结构4.了解计算机网络的基本拓扑结构类型5.了解数据通信的传输方式、交换技术、同步技术、差错控制技术等基础知识6.掌握数据传输的类型及相应的编码方法7.了解多路复用技术的分类和适用场合8.掌握网络系统的分层的体系结构和 OSI 七层参考模型9.了解 ARPA 的 TCP/IP 四层模型10.了解网络的 3 个著名标准化组织教学重点：教学重点：1.了解计算机网络的基

2、本拓扑结构类型2.了解数据通信的传输方式、交换技术、同步技术、差错控制技术3.掌握数据传输的类型及相应的编码方法4.掌握网络系统的分层的体系结构和 OSI 七层参考模型教学难点：教学难点：1.了解数据通信的传输方式、交换技术、同步技术、差错控制技术2.掌握数据传输的类型及相应的编码方法教学方法：教学方法：多媒体教学系统演示教学教学课时：教学课时：6 课时教学过程：教学过程：第1章计算机网络与数据通信基础1.11.1 计算机网络概述计算机网络概述计算机网络是计算机和通信技术这两大现代技术密切结合的产物。它代表了当代计算机体系结构发展的一个极其重要的方向。第1代计算机网络，在20世纪50年代中期至

3、20世纪60年代末期，计算机技术与通信技术初步结合，形成了计算机网络的雏形。2.初级计算机网络初级计算机网络第2代计算机网络又称为计算机-计算机网络。此时的网络首先将一个计算机网络划分为“通信子网”和“资源子网”两大部分。3.3.开放式的标准化计算机网络开放式的标准化计算机网络第3代，在20世纪70年代初期至90年代中期这个阶段，计算机网络在解决了计算机连网和网络互连标准问题的基础上，提出了开放系统的互连参考模型与协议，促进了符合国际标准化的计算机网络技术的发展。4.4.新一代的计算机综合性、智能化、宽带高速网络新一代的计算机综合性、智能化、宽带高速网络第4代，在20世纪90年代中期至21世纪

4、初期这个阶段，计算机网络与Internet（即因特网）向着全面互连、高速和智能化发展，并得到了广泛的应用。1.1.2 计算机网络的定义为了实现计算机之间的通信交往、资源共享和协同工作，利用通信设备和线路将地理位置分散的、各自具备自主功能的一组计算机有机地联系起来，并且由功能完善的网络操作系统和通信协议进行管理的计算机复合系统就是计算机网络。计算机网络涉及以下3个要点：1.自主性2.通信手段有机连接3.网络组建的3个目的1.1.3 计算机网络的功能和应用1.1.计算机网络的功能计算机网络的功能计算机网络应当具有以下3个基本功能：计算机之间和计算机用户之间的相互通信交往。资源共享，包含计算机硬件资

5、源、软件资源和数据与信息资源共享。计算机之间或计算机用户之间的协同工作。2.2.计算机网络的典型应用计算机网络的典型应用常用的计算机网络应用系统：（1）管理信息系统（management information system，MIS）（2）办公自动化（office automation，OA）（3）信息检索系统（information retrieve system，IRS）（4）电子收款机系统（point of sells，POS）（5）分布式控制系统（distributed control system，DCS）（6）计算机集成与制造系统（computer integrated manuf

6、acturing system，CIMS）（7）电子数据交换系统（electronic data interchange system，EDI）（8）信息服务系统1.1.4 计算机网络的分类按分布距离的长短将计算机网络分为三类。这就是，局域网LAN（Local Area Network）、城域网MAN（Metropolitan Area Network）和广域网WAN（Wide Area Network）。它们所具有的特征参数见表1-1。总的规律是距离越长，速率越低。局域网距离最短，传输速率最高。1.1.5 计算机网络组成计算机网络分为数据处理和数据通信两大部分1 1、计算机资源子网的组成与功

7、能、计算机资源子网的组成与功能、资源子网的组成和功能资源子网由拥有资源的主机系统、请求资源的用户终端、终端控制器、通信子网的接口设备、软件资源、硬件共享资源和数据资源等组成。、资源子网的基本功能：资源子网负责全网的数据处理业务，并向网络客户提供各种网络资源和网络服务。2.2.计算机通信子网的组成与功能计算机通信子网的组成与功能通信子网的基本功能：通信子网提供网络通信功能，完成全网主机之间的数据传输、交换、控制和变换等通信任务。负责全网的数据传输、转发及通信处理等工作。1.21.2 计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑结构1.2.11.2.1 计算机网络拓扑的定义计算机网络拓扑的定义在计算机网络设计

8、中，将通信子网中的通信处理机和其他通信设备抽象为与大小和形状无关的“点”，并将连接节点的通信线路抽象为“线”，而将这种点、线连接而成的几何图形称为网络拓扑结构。计算机网络拓扑主要指通信子网的拓扑构型。网络拓扑的用途人们在网络的设计中，第一，必须确定各计算机和其他网络设备在网络中的位置；第二，拓扑结构的造型将直接关系到网络的性能、系统可靠性、通信及投资费用等因素；第三，拓扑结构还是实现各种协议的基础。所以说，网络拓扑结构的设计和选型是计算机网络设计的第一步。1.2.21.2.2 通信子网信道类型和网络拓扑结构的分类通信子网信道类型和网络拓扑结构的分类1.1.通信子网的分类通信子网的分类（1）广播

9、式的通信子网（2）点-点式的通信子网1.31.31.31.3 数据通信基础知识数据通信基础知识1.3.11.3.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念1.1.信息信息信息的载体是数字、文字、语音、图形和图像等。2.2.常用的二进制代码常用的二进制代码目前最常用的二进制代码标准为美国标准信息交换码ASCII）3.3.数据和信号数据和信号网络中传输的二进制代码被统称为数据，它是传递信息的载体。信号是数据在传输过程中的电磁波表示形式。4.4.信道及信道的分类信道及信道的分类（1）信道“信道”是数据信号传输的必经之路，它一般由传输线路和传输设备组成。（2）物理信道和逻辑信道（3）有线信道和无线信道（

10、4）模拟信道和数字信道（5）专用信道和公共交换信道5.5.码元和码字码元和码字在数据通信中，时间轴上的一个信号编码单元被称为码元。6.6.数据包和数据帧数据包和数据帧在数据传输时，通常将较大的数据块分割成较小的数据段，这些数据段及其附加信息一起形成被称为“数据包”的逻辑数据单位。在实际传输时，还要将数据包进一步分割成更小的逻辑数据单位，这就是“数据帧”。1.3.2 通信系统的主要技术指标1.1.数据传输速率数据传输速率S S（比特率）（比特率）比特率是指在有效带宽上，单位时间内所传送的二进制代码的有效位数。2.2.波形调制速率波形调制速率B B（波特率）（波特率）在数据传输过程中，线路上每秒钟

11、传送的波形个数就是波特率，单位波特。若以T（秒）表示每个波形的持续时间。3.3.带宽带宽对于模拟信道，带宽是指物理信道的频带宽度，其本来的意思是指信道允许传送信号的最高频率和最低频率之差,单位为赫兹（Hz）、千赫（kHz）、兆赫（MHz）等。对于数字信道，“带宽”是指在信道上能够传送的数字信号的速率，即数据传输速率S。因此，此时带宽的单位就是比特每秒，通常表示为b/s或bps。4.4.信道容量信道容量信道容量是一个极限参数，它一般是指物理信道上能够传输数据的最大能力。5.5.带宽、数据传输速率和信道容量的关联带宽、数据传输速率和信道容量的关联由于带宽与数据传输速率这两个术语原来都是用来度量信号

12、实际传输能力的指标。而现在，一个物理信道常常是既可以作为模拟信道又可以作为数字信道，香农的“信道容量”计算公式指出数据的最大传输速率与信道带宽之间存在着明显的关系，所以人们也常用“带宽”来描述网络中信号传输能力。6.6.误码率误码率PePe（1）误码率Pe的定义误码率是指二进制码元在数据传输中被传错的概率，也称“出错率”。（2）误码率的性质、获取与实用意义1.3.31.3.3数据传输方式数据传输方式1.1.串行传输串行传输如图 a 所示 2.2.并行传输并行传输如图b所示在实际采用串行传输时，发送端需要使用并/串转换装置，将计算机输出的并行数据位流变为串行数据位流，然后，送到信道上传输。在接收

13、端，则需要通过串/并转换装置将串行数据位流还原成并行数据位流。串行数据通信有以下3种不同方式：单工通信（双线制）半双工通信（双线制+开关）全双工通信（四线制）1.3.4 数据传输类型及相应技术我们将“数据通信”定义为：在不同的计算机和数字设备之间传送二进制代码0、1的过程。这些二进制代码表示了各种字母、数字、符号和控制信息。计算机网络中的数据传输系统都是“数据通信”系统。1.3.4.11.3.4.1基带传输与数字信号的编码基带传输与数字信号的编码1.1.基带、基带信号和基带传输基带、基带信号和基带传输我们把数字信号频谱中，从直流（零频）开始到能量集中的一段频率范围称为基本频带（或固有频带），简

14、称为“基带”。在线路上直接传输基带信号的方法称为“基带传输”。2.2.数字基带信号的编码数字基带信号的编码在基带传输中，用不同电压极性或电平值代表数字信号0和1的过程，称为基带信号的编码，其反过程称为解码。在基带传输中，常采用以下3种编码方法：（1 1）非归零编码）非归零编码1）编码规则非归零编码NRZ（Non-Return to Zero）。NRZ码规定：用负电压代表“0”，正电压代表“1”。2）NRZ非归零编码的特点与同步信号u优点：是简单、容易实现。u缺点：是接收方和发送方无法保持同步。3）非归零编码的应用（2 2）曼彻斯特编码）曼彻斯特编码1）编码规则u每比特的周期T分为前后两个相等的

15、部分。u前半周期传送该码元值的“反码”，后半周期传送该码元值的“原码”。用负电压代表“0”，正电压代表“1”。u中间的电平跳变，可作为双方的同步信号。如图1-8（b）所示。2）曼彻斯特编码的特点和同步信号曼彻斯特编码的特点如下：优点：是收发信号的双方可以根据自带的“时钟”信号来保持同步，无需专门传递同步信号的线路，因此成本较低。缺点：是效率较低。3）曼彻斯特编码的应用（3 3）差分曼彻斯特编码）差分曼彻斯特编码1）编码规则u若本码元值为“0”，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。若本码元值为“1”，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同。2）曼彻斯特编码的特

16、点和同步信号u优点：是“自含时钟”和“同步信号”的编码技术、抗干扰性能较好。u缺点：是实现技术复杂。1.3.4.21.3.4.2频带传输与模拟信号的调制频带传输与模拟信号的调制1.1.调制、解调与频带传输调制、解调与频带传输在发送端将数字信号转换成模拟信号的过程称为“调制”，相应的调制设备称为“调制器”；在接收端把模拟信号还原为数字信号的过程称为“解调”，相应的设备称为“解调器”。同时具备调制和解调功能的设备称为“调制解调器”。2.2.模拟信号的调制模拟信号的调制在调制过程中，选用的载波信号可以表示为：振幅A、角频率、相位是载波信号的3个可变电参量，当改变这三个参量实现对模拟数据信号编码时，相

17、应的调制方式分别为“幅度调制”、“频率调制”和“相位调制”。（1 1）幅度调制幅度调制ASKASK1）ASK调制规则在幅度调制中，频率和相位都是常数，振幅为变量，即载波的幅度随发送的数字信号的值而变化。（2 2）频率调制频率调制FSKFSK1）FSK调制规则在频率调制中，把振幅和相位定为常量，频率为变量。)sin()()(+=ttAtu（3 3）相位调制）相位调制PSKPSKPSK（phase-shift keying），相位调制又称为“移相键控”。在相位调制中，把振幅和频率定为常量，初始相位为变量。在二元制情况下，可以分别用不同初始相位的载波信号波形表示二进制数字0和1。相位调制可以分为绝对

18、调相、相对调相和多相调相等。1）PSK绝对调相的调制规则在二元制中，用相位的绝对值表示数字信号0、1，其数学表达式为：3)PSK多相调相在模拟信号的通信系统中，人们经常采用一种多相调制的方法，以便达到提高数据传输速率的目的。与两相调制类似的是，多相调制也有“相对调相”和“绝对调相”两种。1.3.51.3.5数据传输中的同步技术数据传输中的同步技术同步技术需要解决的主要问题如下：1.何时开始发送数据？2.发送过程中双方的数据传输速率是否一致？3.持续时间的长短是多少？4.发送时间间隔的大小是多少？1.3.5.11.3.5.1异步传输方式异步传输方式1.1.什么是异步传输方式？什么是异步传输方式？

19、如图所示，其中的DCE表示数据通信设备。2.2.异步传输的工作特点异步传输的工作特点异步传输是指发送信息的一端可以在任何时刻向信道发送信息，而不管接收方是否准备好。u各个位以串行方式发送，附有“起止位”作为识别符。字符之间通过“空号”来分割。3.3.异步传输的应用特点异步传输的应用特点优点：设备简单，技术容易，费用低。缺点：开销大，浪费了传输时间。4.4.异步传输的应用场合异步传输的应用场合异步传输适用于低速（如10-1500字符/每秒）的通信场合。1.3.5.21.3.5.2 同步传输方式同步传输方式1.1.什么是同步传输方式？什么是同步传输方式？如图1-11所示。另外，这些成帧信息还用来区

20、分和隔离连续传输的数据块。2.2.同步传输的工作特点同步传输的工作特点同步传输是指接收端和发送端的步调必须保持一致。在同步传输中，信息不是以字符而是以数据块的方式传输。在位流中采用同步字符来保证定时。用于同步传输的成帧信息（同步信号）的位数较异步方式少，因此同步传输的效率比异步传输高。3.3.同步传输的应用特点同步传输的应用特点由于同步传输需要较高的时钟装置和高的传输速率，因此，同步装置比异步装置要贵。4.4.同步传输的应用场合同步传输的应用场合同步传输方式，通常主要用在计算机与计算机之间的通信，智能终端与主机之间的通信，以及网络通信等高速数据通信的场合。5.5.同步传输的时钟信号同步传输的时

21、钟信号实现同步时钟有“外同步”和“内同步”2种方法：（1）采用单独的数据线传输时钟信号（2）采用信号编码的方法传输时钟信号1.3.61.3.6多路复用技术多路复用技术一、多路复用技术概述一、多路复用技术概述多路复用技术是指在同一传输介质上“同时”传送多路信号的技术。1.1.什么是多路复用技术？什么是多路复用技术？多路复用技术也就是在一条物理线路上建立多条通信信道的技术。多路复用技术是一种提高通信介质利用率的方法。2.2.多路复用技术的实质和研究目的多路复用技术的实质和研究目的（1）人们研究多路复用的主要原因和目的（2）多路复用技术的实质和工作原理多路复用技术的实质就是共享物理信道，更加有效地利

22、用通信线路。多路复用技术的工作原理参见图1-12。3.3.多路复用技术的分类多路复用技术的分类频分多路复用（FDM）时分多路复用（TDM）波分多路复用（WDM）其他常用的复用技术还有：空分复用（SDM）以及动态时分多路复用等。二、频分多路复用二、频分多路复用频分多路复用（FDM）即频分多路复用技术。采用FDM时，将信道按频率划分为多个子信道，每个信道可以传送一路信号，如图所示。子信道（逻辑信道）A子信道（逻辑信道）B子信道（逻辑信道）CFaFbFc0ft保护频带信道可用带宽三、时分多路复用三、时分多路复用TDM的工作原理如下：首先，将各路传输信号按时间进行分割；其次，每路信号使用其中之一进行传

23、输。这样，就可以使多路输入信号在不同的时隙内轮流、交替地使用物理信道进行传输，如图所示。子信道A的时隙A0ft时 分 复 用 帧ABACBCBCBCA信道可用带宽t1t2t3四、波分多路复用技术（四、波分多路复用技术（WDMWDM）对于使用光纤通道的网络来说，波分多路复用技术（WDM）是其适用的多路复用技术。WDM与FDM使用的技术原理是一样的，只要每个信道使用的频率（即波长）范围各不相同，它们就可以使用波分多路复用技术，通过一条共享光纤进行远距离的传输。与电信号使用的FDM技术不同的是，在WDM技术中，是利用光学系统中的衍射光栅，来实现多路不同频率光波信号的合成与分解。1.3.71.3.7广

24、域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术在传统的广域网的通信子网中，使用的数据交换技术可分为两大类：线路交换技术。存储转发交换技术：存储转发交换技术又可分为“报文交换技术”和“分组交换技术”。一、线路交换一、线路交换1.1.线路交换技术的工作特点线路交换技术的工作特点在线路交换和转接过程中，通信的双方首先必须通过网络节点建立起专用的通信信道，然后，双方使用这条端到端的线路进行数据传输。电话通信系统就是这种工作方式。其通信过程可以分为：电路建立阶段、数据传输阶段和拆除电路连接3个阶段。2.2.线路交换技术的应用特点线路交换技术的应用特点（1）优点传输延迟小，唯一的延迟是电磁信号的传播时间。线路

25、一旦接通，不会发生冲突。对于占用信道的用户来说，数据以固定的速率进行传输，可靠性和实时响应能力都很好。（2）缺点电路交换时建立线路所需时间较长。系统消耗费用高，利用率低。线路交换方式达不到计算机通信系统要求的指标。很难适应具有不同类型、规格、速率和编码格式的计算机之间，或计算机与计算机终端之间的通信。3.3.线路交换技术应用的场合线路交换技术应用的场合线路交换适用于高负荷的持续通信和实时性要求强的场合，尤其适用会话式通信、语音、图像等交互式类通信.二、存储转发交换二、存储转发交换1.1.存储转发交换方式与线路交换方式的区别存储转发交换方式与线路交换方式的区别第一，拟发送的数据与目的地址、源地址

26、、控制信息等一起，按照一定的格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网。第二，作为通信子网节点的通信控制处理机CCP，负责完成数据单元的接收、存储、差错校验、路径选择和转发工作。2.2.存储转发交换方式的应用特点存储转发交换方式的应用特点CCP具有存储功能。CCP具有路经选择功能。CCP具有差错检查和纠错功能。通过CCP可以进行不同线路之间的不同通信速率的转换，还可以进行不同数据格式之间的变换。3.3.存储转发交换方式的分类存储转发交换方式的分类利用存储转发交换原理传送数据时，被传送的数据单元可以分为“报文”和“分组”两类，对应的交换方式可以分为报文交换（message switchi

27、ng）和分组交换（packet switching）两类。分组交换在实际应用中有两种类型。数据报方式（data gram，DG）虚电路方式（virtual circuit，VC）前者是面向无连接的，后者是面向连接的。1.3.81.3.8 差错控制技术差错控制技术1.1.什么是差错？什么是差错？通常，把通过通信信道接收到的数据与原来发送的数据不一致的现象称为“传输差错”，简称为“差错”。2.2.差错的分类与差错出现的可能原因差错的分类与差错出现的可能原因热噪声差错：冲击噪声差错：3.3.无差错传输通常采用的两种控制技术无差错传输通常采用的两种控制技术通常完整的差错控制技术应当包括两个主要内容：差

28、错的检查和差错的纠正。（1）检错法（2）纠错法（又称为正向纠错法）（3）适用场合没有反向信道，无法发回ACK或NAK（肯定应答/否定应答）信息的场合。线路传输时间长，要求重发不经济的场合。4.4.奇偶校验奇偶校验（1）奇校验和偶检验奇偶校验的英文简称为VRC，也被称作“垂直冗余校验”。这是一种以字符为传输单位的校验方法。一个字符由8位组成，低7位是信息字符的ASCII代码，最高位（附加位）为奇偶校验的“校验位”，接收方使用这个附加位来检验传输的正确性。奇偶校验又分为“奇校验”和“偶校验”两种。（2）奇偶校验的工作原理当接收方收到含有附加位的数据之后，它会对收到的数据做与发送端一致的“奇检验”或

29、“偶校验”，并将结果与原来的奇偶校验位核对，如果有错，就要求对方重发。奇偶检验虽然十分简单，但并不是一种安全的差错控制方法。5.5.方块校验方块校验LRC校验的工作原理LRC校验的工作原理与VRC类似，其LRC字符在发送端产生并传输，接收方也产生同样的校验字符，并与从发送端收到的校验字符相比较，如果相同，就认为传输正确，否则通知对方重发。这种方法有较强的检错能力，基本能发现所有一位、两位或三位的错误，从而使误码率降低24个数量级。因此，被广泛地用在计算机通信和某些计算机外设的数据传输中。6.6.循环冗余校验循环冗余校验最精确和最常用的差错控制技术是循环冗余校验，即CRC校验。这是一种较为复杂的

30、校验方法，它将要发送的二进制数据（比特序列）当作一个多项式F（x）的系数。在发送端，用收发双方预先约定的G（x）生成多项式的比特序列去除，求得一个余数多项式；将此余数多项式加到F（x）数据多项式的比特序列之后；发送到接收端。在接收端，用同样的G（x）生成多项式的比特序列去除接收到的比特序列，若能被其整除，则表示传输无误；反之，表示传输有误，通知发送端重发数据，直至传输正确为止。7.7.无差错传输过程中采用两种差错控制机制无差错传输过程中采用两种差错控制机制常用的差错控制机制通过反馈重发的方法实现纠错目的。自动反馈重发，即ARQ（automaticrequest for repeater）有两种

31、：停止等待方式和连续工作方式。（1）停止等待的ARQ协议方式（2）连续的ARQ协议方式1）拉回式方式2）选择重发方式1.41.4 计算机网络协议与体系结构计算机网络协议与体系结构1.4.11.4.1 网络协议网络协议1.1.协议的本质协议的本质在计算机网络的一整套规则中，任何一种协议都需要解决3方面的问题。（1）协议的语法问题（2）协议的语义问题（3）协议的定时问题2.2.协议的功能和种类协议的功能和种类（1）协议的功能分割与重组：寻址：封装与拆装：排序：信息流控制：差错控制同步干路传输连接控制（2）协议的分类标准或非标准协议：直接或间接协议：整体的协议或分层的结构化协议：1.4.21.4.2

32、 计算机网络体系结构计算机网络体系结构1.1.网络分层体系结构的工作原理网络分层体系结构的工作原理将这个复杂的过程划分为四个层次，下面将说明这四个层次的大致工作过程。公 用 载公 用 载波 线 路波 线 路A AB BC CD DA AB BC CD D应 用 管 理 层应 用 管 理 层对 话 管 理 层对 话 管 理 层编 址、路 由 选 择、报 文 分 组 层编 址、路 由 选 择、报 文 分 组 层数 据 链 路 控 制 层数 据 链 路 控 制 层计 算 机 1计 算 机 1计 算 机 2计 算 机 2用 户 1用 户 1用 户 2用 户 22.2.计算机网络体系结构概述计算机网络体

33、系结构概述面对日益复杂化的网络系统，必须采用结构化的方法来描述网络系统的组织、结构和功能，才能够很好地研究、设计和实现网络系统。3.3.层次化体系结构中的基本概念层次化体系结构中的基本概念（1）协议（protocol）协议是一种通信约定。（2）层次（layer）层次是人们对复杂问题的一种基本处理方法。（3）实体（Entity）在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体组成。（4）接口（interface）接口就是同一节点内，相邻层之间交换信息的连接之点。（5）层次性模型结构（Network Architecture）一个功能完备的计算机网络系统，需要使用一整套复杂的协议集。4.4.网络体系结构的

34、研究意义网络体系结构的研究意义各层之间相互独立。结构上独立分割。灵活性好。易于实现和维护。有益于标准化的实现。网络体系结构化分的基本原则是：把应用程序和网络通信管理程序分开；同时又按照信息在网络中传输的过程，将通信管理程序分为若干个模块；把原来专用的通信接口转变为公用的、标准化的通信接口。从而，使得网络具有了更大的灵活性，也使得网络系统的建设、改造和扩建的工作更加简化。由此，大大降低了网络系统运行、维护的成本，提高了网络的性能。1.4.3 OSI七层参考模型一、一、ISOISO与与OSIOSI七层参考模型的关系七层参考模型的关系1.ISO的名称国际标准化组织即ISO（International

35、 Standards Organization）2.ISO的组成3.ISO主要贡献“七层模型”二、二、OSIOSI参考模型的各层功能参考模型的各层功能下面来介绍OSI参考模型的七层，以及每层协议所完成的具体功能。1.1.物理层（物理层（physicalphysical layerlayer）物理层是OSI参考模型的最低层，也是OSI模型的第1层。物理层的功能用一句话表示就是“物理层的任务就是透明地传送比特流”。为了实现物理层的功能，该层所涉及的内容主要有以下几个方面：（1）通信连接端口与传输媒体的物理和电气特性（2）比特数据的同步和传输方式（3）网络的物理拓扑结构（4）物理层完成的其他功能2.

36、2.数据链路层（数据链路层（datadata linklink layerlayer）数据链路层是OSI模型的第2层，负责建立和管理节点间的链路。该层的主要功能用一句话表示就是：在物理层的基础上，“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”。数据链路层的具体工作是接收将来自物理层的位流形式的数据，并加工（封装）成帧，传送到上一层；同样，也将来自上层的数据帧，拆装为位流形式的数据转发到物理层；并且，还负责处理接收端发回的确认帧的信息，以便提供可靠的数据传输。3.3.网络层（网络层（networknetwork layerlayer）网络层

37、是OSI模型的第3层，它是OSI参考模型中最复杂的一层，也是通信子网的最高一层。它在下两层的基础上向资源子网提供服务。网络层的主要任务用一句话表示就是“为分组交换网上的不同主机提供通信”。4.4.传输层（传输层（transporttransport layerlayer）传输层是OSI模型的第4层。一般来说，OSI下3层的主要任务是数据通信，上3层的任务是数据处理。该层的主要任务用一句话表示就是“向用户提供可靠的端到端的服务，处理数据包的传输差错、数据包的次序、处理传输连接管理等传输方面的问题，以保证报文的正确传输”。5.5.会话层（会话层（sessionsession layerlayer）

38、会话层是OSI模型的第5层，它是用户应用程序和网络之间的接口，其主要任务用一句话表示就是：“负责维护两个实体之间的传输链接，确保点点的传输不被中断，并进行会话管理和管理数据交换”。我们将不同实体之间的表示层的连接称为会话。6.6.表示层（表示层（presentationpresentation layerlayer）表示层是OSI模型的第6层，其主要功能用一句话表示就是“处理两个通信系统中，用户信息的表示方面的问题，如数据的编码、数据格式的转换、数据的压缩与恢复和加密解密”等。7.7.应用层（应用层（applicationapplication layerlayer）应用层是OSI参考模型的最

39、高层，它是计算机用户，以及各种应用程序和网络之间的接口，其功能用一句话表示就是：“直接向用户提供服务的接口，完成用户希望在网络上完成的各种工作”。应用层为用户提供各种的常见服务和协议有：文件服务、目录服务、文件传输服务（FTP）、远程登录服务（Telnet）、电子邮件服务（E-mail）、打印服务、安全服务、网络管理服务、数据库服务等。8.8.七层模型的小结七层模型的小结由于OSI是一个理想的模型，因此，一般网络系统只涉及其中的几层，很少有系统能够具有所有的7层，并完全遵循它的规定。在OSI的7层模型中，每一层都提供一个特殊的网络功能。从网络功能的角度观察：下4层主要完成通信子网的功能，上3层

40、主要完成资源子网的功能。三、三、OSIOSI模型层次的划分特点和数据流模型层次的划分特点和数据流1.1.OSIOSI参考模型的层次划分的原则参考模型的层次划分的原则网络中各节点都划分为相同的层次结构。不同节点的相同层次都有相同的功能。同一节点内各相邻层次之间通过接口，按照接口协议进行通信。每一层使用下层提供的服务，并向上层提供服务。不同节点之间按同等层按照协议实现对等层之间的通信。2.2.OSIOSI参考模型中的数据流参考模型中的数据流数据通信中的数据流动情况如图1-23所示。在发送方节点内，它的上层和下层之间传输数据。在接收方节点内，这七层的功能又依次发挥作用，并将各自的“控制头”去掉，即“

41、拆封”，同时完成各层相应的功能，在OSI参考模型中，当系统1作为发送节点，系统2作为接收节点时，发送节点和接收节点中的数据传输的数据流。1.4.4TCP/IP四层参考模型一、一、ARPAARPA与与TCP/IPTCP/IP参考模型的关系参考模型的关系1.1.ARPAARPA的名称与组成的名称与组成美国国防部高级研究计划局即ARPA（Advanced Research Projects Agency）成功地开发出著名的TCP/IP协议（transmission control protocol/internet protocol），它提供了连接不同厂家计算机主机的通信协议是事实上的工业标准。2.

42、2.ARPAARPA的主要贡献的主要贡献其中两个主要协议是：网际协议（IP）传输控制协议（TCP）二、二、TCP/IPTCP/IP参考模型各层的功能参考模型各层的功能将各个通信协议分配到：网络接口层（主机-网络层）、网际层（IP层，或互连层）、传输层和应用层等4层中。OSI与TCP/IP协议的分层比较参见表1-5。1.网络接口层（network access）网络接口层为TCP/IP协议的底层，也被称为链路层或主机-网络层。2.网际层（IP）TCP/IP协议的网际层，也称Internet层、IP层、网间网络层。它与OSI模型的网络层相对应。3.传输层（TCP）传输层协议为TCP（transmi

43、ssion control ptotocol），因此传输层也被称为TCP层。4.应用层TCP/IP协议的应用层与OSI模型的上三层对应，该层提供了各种应用程序使用的协议。三、三、IEEEIEEE与局域网参考模型的关系与局域网参考模型的关系1.1.IEEEIEEE的名称与组成的名称与组成2.2.IEEEIEEE的组成的组成3.3.IEEEIEEE 802802标准系列标准系列IEEE802是一个标准体系，为了适应局域网的发展，它不断研究、制定和增加新的标准。目前，主要包括如下标准系列。802.1A：定义概述、体系结构。802.1B：定义寻址、网络互连和网络管理。802.2：定义LLC逻辑链路控制

44、层的服务与功能。802.3：定义CSMA/CD总线的介质访问控制方法与物理层技术规范。802.3i：定义10BASET访问控制方法与物理层技术规范。802.3u：定义100BASET访问控制方法与物理层技术规范。802.3ab：定义1000BASET访问控制方法与物理层技术规范。802.3z：定义1000BASE-X访问控制方法与物理层技术规范。802.4：定义令牌传送总线访问控制方法与物理层技术规范。802.5：定义令牌传送环访问控制方法与物理层技术规范。802.6：定义城域网（MAN）访问控制方法与物理层技术规范。802.7：定义宽带局域网访问控制方法与物理层技术规范。802.8：定义FD

45、DI光纤局域网访问控制方法与物理层技术规范。802.9：定义综合数据/语音的局域网的网络标准。802.10：定义网络安全规范与数据保密的标准。802.11：定义无线局域网访问控制方法与物理层技术规范。802.12：定义100BASEVG访问控制方法与物理层技术规范。四、四、IEEEIEEE 802802局域网的实现模型局域网的实现模型1.物理层IEEE802物理层的主要功能是：编码、解码、时钟的提取、发送、接收和载波检测功能，提供与数据链路层的接口。由于物理层负责物理连接，并在传输介质上传输比特流；因此它描述和规定了所有与传输介质接口的特性，如接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性等。2.MAC和LLC两个子层在IEEE 802参考模型中，与OSI模型中的数据链路层相对应的是介质存取控制（MAC）和逻辑链路控制（LLC）两个子层。介质存取控制层（MAC）的主要功能是控制对传输介质的访问。它在物理层的基础上进行无差错通信，并维护和管理通信链路。发送信息时，负责将数据封装成数据帧；接收数据时，负责数据的拆装过程。具有差错控制功能。实现和维护MAC协议。寻址，并执行地址识别。逻辑链路控制层（LLC）的主要功能是提供面向连接的虚电路和无连接的数据单元服务，它集中了与传输介质无关的部分，负责数据帧的封装和拆装，为网络层提供网络服务的逻辑接口。