网络协议与体系结构.ppt

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1、数学与计算机学院数学与计算机学院计算机网络数学与计算机学院数学与计算机学院3网络协议及体系结构网络协议及体系结构v1网络协议与体系结构的定义计算机网络是个复杂的系统网络的状况：网络的状况：网络的异质性网络的异质性多种通信媒介多种通信媒介有线、无线。有线、无线。不同种类的设备不同种类的设备通用、专用。通用、专用。不同的操作系统不同的操作系统Unix、Windows。不同的应用环境不同的应用环境固定、移动。固定、移动。不同种类业务不同种类业务分时、交互、实时。分时、交互、实时。宝贵的投资和积累宝贵的投资和积累有形、无形。有形、无形。用户业务的延续性用户业务的延续性不允许出现大的跌宕起伏不允许出现大

2、的跌宕起伏它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。数学与计算机学院数学与计算机学院3网络协议及体系结构网络协议及体系结构v网络异质性问题的解决网络异质性问题的解决v网络体系结构网络体系结构就是使这些用不同媒介连接起来的不同就是使这些用不同媒介连接起来的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作性，并设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作性，并满足各种业务的满足各种业务的需求的一种粘合剂需求的一种粘合剂，它营造了一种它营造了一种“生存空间生存空间”任何厂商的任何产品、以及任何厂商的任何产品、以及任何技术只要遵守任何技术只要遵守这个空间的行为

3、规则这个空间的行为规则，就能够在其中生存，就能够在其中生存并发展。并发展。v网络体系结构网络体系结构解决异质性问题解决异质性问题采用的是分层方法采用的是分层方法。把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决。问题，在不同层上予以解决。就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样。就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样。数学与计算机学院数学与计算机学院v层次结构方法要解决的问题层次结构方法要解决的问题1.网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与（分层与功能）功能）2.

4、各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与（服务与接口）接口）3.通信双方的数据传输要遵循哪些规则？通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）（协议）层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服务与层间接口，协议。层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服务与层间接口，协议。v计算机网络体系结构：计算机网络体系结构：计算机网络的层次结构和各层计算机网络的层次结构和各层协议的集合协议的集合(Network Architecture)。数学与计算机学院数学与计算机学院v网络协议对计算机网络是必不可少的。结点之间交换数据和控制信息时，必须遵守一些事

5、先约定好的规则，这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序网络协议网络协议有三个要素：网络协议有三个要素：n1)语法语法，即数据及控制信息的格式、编码及信号电平等；，即数据及控制信息的格式、编码及信号电平等；n2)语义语义，即发出何种控制信息，完成什么动作以及做出何种应答；，即发出何种控制信息，完成什么动作以及做出何种应答；n3)时序时序，事件或操作执行的顺序关系。，事件或操作执行的顺序关系。v计算机网络需要制定一套复杂的协议集。复杂的计算机网络协议最好的组织方式是层次结构模型。数学与计算机学院数学与计算机学院v网络体系结构：网络体系结构：对计算机网络应该实现的功能进行了精确而详尽地定义，使实

6、现者可以为每一功能层使实现者可以为每一功能层进行硬件设计或进行硬件设计或编写程序，并使之符合相关协议。编写程序，并使之符合相关协议。但要注意的是：但要注意的是：n网络协议或具体功能实现的细节网络协议或具体功能实现的细节这些功能是用什么样的硬件与软件去完成的，则是具体的实现问题，不属于网络不属于网络体系结构的内容，体系结构的内容，因为它们隐含在机器内部，对外部说来因为它们隐含在机器内部，对外部说来是不可见的。是不可见的。数学与计算机学院数学与计算机学院v体系结构实例：体系结构实例：IBM的的SNA(Systems Network Architecture)DEC的的DNA(Digital Net

7、work Architecture)美国国防部的美国国防部的TCP/IP网络结构等网络结构等v不同体系结构的计算机系统互不兼容，难以互不同体系结构的计算机系统互不兼容，难以互连。连。数学与计算机学院数学与计算机学院3.2 ISOOSI基本参考模型基本参考模型 v开开放放系系统统互互联联(Open Open System System Interconnection)Interconnection)基基本本参参考考模模型型是是由由国国际际标标准准化化组组织织(ISOISO)1977)1977年年制制定定的的标标准准化化开开放放式式计计算算机机网网络络层层次次结结构构模模型型，又又称称ISO/OS

8、IISO/OSI参参考考模型。模型。v1.标准开放系统互连基本参考模式（OSI/RM）的目的：制定一系列计算机网络互连的标准，这些标准n（1）能够支持异种计算机之间的互连和通信；n（2）能够支持多种通信媒体n（3）能够支持多种业务处理；n（4）能够支持高级的人机接口；能够具有可扩充能力。数学与计算机学院数学与计算机学院v2.OSI子模块（层）划分的原则（1）各层（子模块）具有相对的独立性，层间交互的信息最少；（2）各层（子模块）只能引用其下层提供的服务（单向调用）；（3）在使用下层服务的基础上，各层完成特定的通信功能（增值服务）。v数学与计算机学院数学与计算机学院层次结构方法的优点层次结构方法

9、的优点把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护维护定义并提供了具有兼容性的标准接口定义并提供了具有兼容性的标准接口使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块独立性强独立性强上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务黑箱方法黑箱方法适应性强适应性强只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变变一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每个区域的网络可单独

10、升级或改造个区域的网络可单独升级或改造数学与计算机学院数学与计算机学院2.开放系统互联参考模型）应用层应用层Application表示层表示层Presentation会话层会话层session传输层传输层transport物理层物理层Physical数据链路层数据链路层Data Link网络层网络层Network7 76 65 54 43 32 21 1处理网络应用处理网络应用数据表示数据表示主机间通信主机间通信端到端的连接端到端的连接寻址和最短路径寻址和最短路径介质访问（接入）介质访问（接入）二进制传输二进制传输数学与计算机学院数学与计算机学院v需要强调：需要强调：OSIOSI参考模型并非具

11、体实现的描述，它只是一个为参考模型并非具体实现的描述，它只是一个为制定标准而提供的概念性框架。制定标准而提供的概念性框架。在在OSIOSI中，只有各种协议是可以实现的，网络中的中，只有各种协议是可以实现的，网络中的设备只有与设备只有与OSIOSI和有关协议相一致时才能互联。和有关协议相一致时才能互联。互连的系统必须具有相同的层次结构。数学与计算机学院数学与计算机学院vISO/OSI七层协议物理层链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层链路层网络层传输层会话层表示层应用层接收信息的进程发送信息的进程图2-1七层参考模型数据流的物理传输层间的逻辑通信每一层执行功能并将信息送往下一层每一层执行功能

12、并将信息送往上一层数学与计算机学院数学与计算机学院数学与计算机学院数学与计算机学院网络体系结构的几个基本概念v协议协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、准或约定。则、准或约定。(=语义语义+语法语法+规则规则)不同层具有各自不同的协议不同层具有各自不同的协议。v实体：实体：任何可以发送或接收信息的硬件任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。软件进程。v对等层对等层：两个不同系统的同名层次。：两个不同系统的同名层次。v对等实体：对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。位于不同系统的同名层次中的两个实体。协议作用在对等实体之间。协议作用在

13、对等实体之间。v接口：接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。的操作及下层对上层的服务。v服务服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。供给其相邻上层。数学与计算机学院数学与计算机学院v服务原语互连系统内部层次之间的局部流控所需的原语和参数,以及层次之间交换状态信息的原语和参数都不包括在OSI服务定义中。对于面向连接的服务,有四种形式的服务原语,即请求原语,指示原语,响应原语和确认原语。这些原语表示在图3.8中。数学与计算机学院数学与计算机学院图3.8抽象的服务

14、原语数学与计算机学院数学与计算机学院3.数据传输v各个实体之间的信息传输是由各种数据单元实现的。这些数据单元表示在图3.12中。图3.12各种数据单元数学与计算机学院数学与计算机学院v(N)协议控制信息通过(N-1)连接在两个(N)实体之间交换,用以协调(N)实体之间的合作。v(N)用户数据来自(N)实体为之服务的(N+1)实体。v(N)实体并不了解也不解释其内容。v(N)协议数据单元包含(N)协议控制信息,也可能包含(N)用户数据。v(N)接口控制信息是在(N+1)实体和(N)实体之间交换的信息,用以协调两个实体间的合作。数学与计算机学院数学与计算机学院v(N)接口数据是(N+1)实体交给(

15、N)实体发往远端的另一个(N+1)实体的信息,或者是(N)实体收到的,由远端(N+1)实体发来的,送往本地(N+1)实体的信息。v(N)接口数据单元是(N+1)实体和(N)实体在一次交互作用中通过服务访问点传送的信息单位，由(N)接口控制信息和(N)接口数据组成。v(N)服务数据单元是通过(N)连接从一端传送到另一端的(N)接口数据的集合,这个集合在传送期间保持其标识不变。数学与计算机学院数学与计算机学院v基于分层原则的基于分层原则的OSI特点：特点：（1）互连的系统必须具有相同的层次结构；（2）只有相同层次的实体（功能的实施者）才能进行有意义的通信，并且只能借助于其下层的服务来实现。数学与计

16、算机学院数学与计算机学院OSIOSI各层功能概述各层功能概述n第第7层：应用层层：应用层(Application)为用户的应用程序提供网络通信服务为用户的应用程序提供网络通信服务 识别并证实目的通信方的可用性识别并证实目的通信方的可用性使协同工作的应用程序之间进行同步使协同工作的应用程序之间进行同步判断是否为通信过程申请了足够的资源判断是否为通信过程申请了足够的资源应用层协议的例子：应用层协议的例子：远程登录协议远程登录协议Telnet、文件传输协议文件传输协议FTP、超文本传输协议超文本传输协议HTTP、域名服务域名服务DNS、简单邮件传输协议简单邮件传输协议SMTP、邮局协议邮局协议POP

17、3等等数学与计算机学院数学与计算机学院n第第6层：表示层层：表示层(Presentation)处理被传送数据的表示问题，即信息的语法和语义。处理被传送数据的表示问题，即信息的语法和语义。如有必要，使用一种通用的数据表示格式在多种数如有必要，使用一种通用的数据表示格式在多种数据表示格式之间进行转换。据表示格式之间进行转换。例如：在日期、货币、数值（特别是浮点数）等本例如：在日期、货币、数值（特别是浮点数）等本地数据表示格式与标准数据表示格式之间进行转换；地数据表示格式与标准数据表示格式之间进行转换；本地表示本地表示1本地表示本地表示2公共表示公共表示公共表示公共表示表示层表示层传输层传输层数学与

18、计算机学院数学与计算机学院ISOOSI基本参考模型基本参考模型v计算机联网的最终目的是实现用户之间的数据交换。而不同的计算机可能采用不同的数据表示。不同的计算机可能采用不同的数据表示。v例例如如在在不不同同的的机机器器上上常常用用不不同同的的代代码码来来表表示示字字符符串串(ASCIIASCII或或EBCDIC)EBCDIC)、整整型型数数(反反码码或或补补码码)以以及机器字的不同字节顺序等。及机器字的不同字节顺序等。PC机采用的是ASCII码，而IBM主机采用的是EBCDIC码，对于同样一个整数，有些机器可能采用2个字节表示，而有些计算机系统则可能采用4个字节表示数学与计算机学院数学与计算机

19、学院v3、OSI的层次：的层次：七层体系结构：OSI参考模型将网络的不同功能划分为参考模型将网络的不同功能划分为7层层OSIOSI七层模型从下到上分别为七层模型从下到上分别为：物理层物理层(Physical Layer)Physical Layer)数据链路层数据链路层(Data Link Layer)Data Link Layer)网络层网络层(Network Layer)Network Layer)运输层运输层(Transport Layer)Transport Layer)会话层会话层(Session Layer)Session Layer)表示层表示层(Presentation Lay

20、er)Presentation Layer)应用层应用层(ApplicationApplication Layer)Layer)。数学与计算机学院数学与计算机学院v如：PC机采用的是ASCII码，而IBM主机采用的是EBCDIC码，v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。v所以需要在数据传输时进行数据格式的转换。图2-7两台计算机之间的信息交换基于ASCII码的计算机基于EBCDIC码的计算机网络48454C4C4FC8C5D3D3D6ASCII码“HELLO”EBCDIC码“HELLO”数学与计算机学院数学与计算机学院ISOOSI基本参考模型基本

21、参考模型v为为了了让让采采用用不不同同数数据据表表示示法法的的计计算算机机之之间间能能够够相互通信并交换数据，相互通信并交换数据，v在在通通信信过过程程中中使使用用抽抽象象的的数数据据结结构构(如如抽抽象象语语法法表表示示 ASN.1)ASN.1)来来表表示示传传送送的的数数据据，而而在在机机器器内内部仍然采用各自的标准编码。部仍然采用各自的标准编码。v管管理理这这些些抽抽象象数数据据结结构构，并并在在发发送送方方将将机机器器的的内内部部编编码码转转换换为为适适合合网网上上传传输输的的传传送送语语法法以以及及在在接接收收方方做做相相反反的的转转换换等等工工作作都都是是由由表表示示层层来来完完成

22、成的。的。v另另外外，表表示示层层还还涉涉及及数数据据压压缩缩和和解解压压、数数据据加加密和解密等工作。密和解密等工作。数学与计算机学院数学与计算机学院ISOOSI基本参考模型基本参考模型v表示层功能总结：表示层功能总结：数据变换数据变换n把应用层送入的字符变换为相应的代码把应用层送入的字符变换为相应的代码数据格式化数据格式化n把输入的数据按照一定的格式加以组织和把输入的数据按照一定的格式加以组织和改变改变数据压缩及数据加密数据压缩及数据加密数学与计算机学院数学与计算机学院n第第5层：会话层层：会话层(Session)建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话。建立、管理和中止不同机器上的

23、应用程序之间的会话。会话：完成一项任务而进行的会话：完成一项任务而进行的一系列相关的信息交换一系列相关的信息交换。同步（解决失败后从哪里重新开始）同步（解决失败后从哪里重新开始）设置检查点设置检查点会话失败后，恢复到最后一个检查点处，会话失败后，恢复到最后一个检查点处，而不用从头开始。而不用从头开始。例如：数据送到打印服务器上打印。接收的数据已被确认，但打印机例如：数据送到打印服务器上打印。接收的数据已被确认，但打印机出现故障。这时没必要再从头开始打印，只要在每页开始处设置检查出现故障。这时没必要再从头开始打印，只要在每页开始处设置检查点，打印出错时只需重传最后一个检查点以后的页面。点，打印出

24、错时只需重传最后一个检查点以后的页面。数学与计算机学院数学与计算机学院传输层功能传输层功能v第第4层：传输层层：传输层(Transport)连接管理定义允许两个用户象直接连接一样交谈的规则流量控制（FlowControl)传输层定义了端用户之间的流量控制，数据链路协议定义了两个中间相邻接点的流量控制差错检测（ErrorDetection)数据链路层提供了可靠的链路传输，但在路由器将含有分组的帧重新格式化，可能会出现影响分组内容的错误。帧校验和是在新帧创建后计算的，包含了错误数据。传输层的差错检测用于检测此错误。对用户请求的响应包括发送和接收数据拥塞控制（congestioncontrol)数学

25、与计算机学院数学与计算机学院ISOOSI基本参考模型基本参考模型v传输层在ISO模型中所处的位置会话层表示层应用层物理层链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层链路层网络层传输层物理层链路层网络层物理层链路层网络层图2-4传输层和网络层、会话层的关系传输协议数学与计算机学院数学与计算机学院传输层的特点传输层的特点传输层以上各层：传输层以上各层：面向应用面向应用；以下各层：以下各层：面向传输面向传输。传输层传输层位于资源子网和通信子网的交界处，起着承上启下的位于资源子网和通信子网的交界处，起着承上启下的作用。作用。与网络层的部分服务有重叠交叉。如何平衡取决于两者的功与网络层的部分服务有重叠交叉

26、。如何平衡取决于两者的功能划分。能划分。真正意义上的从源到目标实现真正意义上的从源到目标实现“端到端端到端”连接连接 的层。的层。1-3层：链接中继；层：链接中继；4-7层：端到端层：端到端数学与计算机学院数学与计算机学院传输协议（传输协议（Transport protocol)是整个网络体系是整个网络体系结构中的关键协议之一结构中的关键协议之一实现进程到进程的可靠通信服务实现进程到进程的可靠通信服务通信进程通信进程传输层为应用进程之间提供逻辑通信，网络层为主传输层为应用进程之间提供逻辑通信，网络层为主机之间提供逻辑通信机之间提供逻辑通信将多对进程通信复用到一条网络连接上将多对进程通信复用到一

27、条网络连接上向高层用户屏蔽了低层通信子网的细节（网络向高层用户屏蔽了低层通信子网的细节（网络拓扑、协议等）拓扑、协议等）数学与计算机学院数学与计算机学院端口号定义端口号定义v传输层根据端口号来决定把报文提交给某个应用进程v熟知端口（Well-knownport)：IANA负责分配给一些常用的应用程序，范围：11024。如ftp21,telnet23,smtp25等。v注册端口：102449151。IANA不指派也不控制。可在IANA注册以防止重复。v动态端口：4915265535。IANA不指派也不控制。客户端进程动态生成。数学与计算机学院数学与计算机学院端口号端口号TCP和和UDP都用端口都

28、用端口(socket)号把信息传到上层。号把信息传到上层。端口号指示了正在使用的上层协议。端口号指示了正在使用的上层协议。FTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCP UDP应用层应用层传输层传输层保留的端口号：保留的端口号：255，公共应用，公共应用255-1023，公司，公司1023，未规定，未规定数学与计算机学院数学与计算机学院n第第3层：网络层层：网络层(Network)路由器连接两个网络路由器连接两个网络在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接。在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接。功能和服务功能和服务最佳路由选择和最佳路由选择和数据包

29、中转数据包中转 路由路径路由路径流量控制和拥塞控制流量控制和拥塞控制差错检测与恢复差错检测与恢复流量统计和记账流量统计和记账数学与计算机学院数学与计算机学院What is Routing?ABCR1R2R3R4DEFR5数学与计算机学院数学与计算机学院v路由选择路由选择 路由路径路由路径如何在多条通信路径中找一条最佳路径？如何在多条通信路径中找一条最佳路径？依据：速度依据：速度,距离距离(步跳数步跳数),价格价格,拥塞程度拥塞程度路由表建立与维护路由表建立与维护n静态：人工设置，只适用于小型网络静态：人工设置，只适用于小型网络n动态：运行过程中根据网络情况自动地动态维护动态：运行过程中根据网络

30、情况自动地动态维护路由算法路由算法数学与计算机学院数学与计算机学院What is Routing?R3ABCR1R2R4DEFR5R5FR3ER3DNextHopDestinationDDDD163241DataOptions(ifany)DestinationAddressSourceAddressHeaderChecksumProtocolTTLFragmentOffsetFlagsFragmentIDTotalPacketLengthT.ServiceHLenVer20 bytes 数学与计算机学院数学与计算机学院What is Routing?R3ABCR1R2R4DEFR5R5FR3

31、ER3DNextHopDestinationDD数学与计算机学院数学与计算机学院路由表的基本内容路由表的基本内容目的网络目的网络路由路由(下一站点下一站点)距距 离离直接AB路由器路由器A的路由表的路由表直接.1.1.2.1001数学与计算机学院数学与计算机学院v路由协议的核心就是路由算法，即需要何种算法来获得路由表中的各路由表项。数学与计算机学院数学与计算机学院ISOOSI基本参考模型基本参考模型n第第2层：数据链路层层：数据链路层(Data Link)链路：链路：是一条无源的点到点的物理线路是一条无源的点到点的物理线路数据链路数据链路：物理线路和控制传输的协议，也称为逻：物理线路和控制传输

32、的协议，也称为逻辑链路辑链路图2-2链路与数据链路链路控制节点交换机链路控制节点交换机数据链路ModemModem链路数据传输数学与计算机学院数学与计算机学院ISOOSI基本参考模型基本参考模型v数据链路层最重要的作用就是通过数据链路层数据链路层最重要的作用就是通过数据链路层协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输传输为了保证数据传输的可靠性，发送方把用户数据封为了保证数据传输的可靠性，发送方把用户数据封装成帧，并按顺序传送各帧。装成帧，并按顺序传送各帧。但由于物理线路的不可靠，因此发送方发出的数据但由于物理线路的不可靠，因此发送方发出的数据帧有

33、可能在线路上发生出错或丢失帧有可能在线路上发生出错或丢失(所谓丢失实际上所谓丢失实际上是数据帧的帧头或帧尾出错是数据帧的帧头或帧尾出错)，从而导致接收方不能正确接收到数据帧。从而导致接收方不能正确接收到数据帧。数学与计算机学院数学与计算机学院ISOOSI基本参考模型基本参考模型v为了保证能让接收方对接收到的数据进行正确为了保证能让接收方对接收到的数据进行正确性判断，发送方为每个数据块计算出性判断，发送方为每个数据块计算出C R C(循环循环冗余检验冗余检验)并加入到帧中，这样接收方就可以通并加入到帧中，这样接收方就可以通过重新计算过重新计算 C R C来判断数据接收的正确性。来判断数据接收的正

34、确性。v一旦接收方发现接收到的数据有错，则发送方一旦接收方发现接收到的数据有错，则发送方必须重传这一帧数据。必须重传这一帧数据。v然而，相同帧的多次传送也可能使接收方收到然而，相同帧的多次传送也可能使接收方收到重复帧，因此数据链路层必需解决由于帧的损坏、重复帧，因此数据链路层必需解决由于帧的损坏、丢失和重复所带来的问题。丢失和重复所带来的问题。数学与计算机学院数学与计算机学院ISOOSI基本参考模型基本参考模型v数数据据链链路路层层要要解解决决的的另另一一个个问问题题是是防防止止高高速速发发送方的数据把低速接收方送方的数据把低速接收方“淹没淹没”。v因因此此需需要要某某种种流流量量控控制制机机

35、制制使使发发送送方方得得知知接接收收方当前还有多少缓存空间。方当前还有多少缓存空间。在在广广域域网网中中，数数据据链链路路层层负负责责主主机机I I M M P P、I I M M PI M PPI M P之间数据的可靠传输；之间数据的可靠传输；而而在在局局域域网网中中，数数据据链链路路层层负负责责主主机机之之间间数数据据的的可可靠传输。靠传输。n在在ARPANETARPANET建建网网初初期期，分分组组交交换换网网中中的的结结点点交交换换机机曾曾被被称称为接口报文处理机为接口报文处理机IMP(Interface Message Processor)IMP(Interface Message

36、Processor)。n但但IMPIMP这这一一名名词词现现已已不不再再使使用用。连连接接在在网网络络之之间间的的结结点点交交换机现在都被称为换机现在都被称为路由器路由器(router)router)。数学与计算机学院数学与计算机学院数据链路层所关心的问题包括：数据链路层所关心的问题包括：物理地址、网络拓扑物理地址、网络拓扑；组帧：把数据封装在帧中组帧：把数据封装在帧中,按顺序传送按顺序传送,并处理返回并处理返回的确认帧；的确认帧；定界与同步：产生定界与同步：产生/识别帧边界；识别帧边界；差错恢复差错恢复：采用重传（：采用重传（ARQ）的方法；的方法；流量控制流量控制：收发双方传输速率的匹配。

37、：收发双方传输速率的匹配。数学与计算机学院数学与计算机学院n第第1层：物理层层：物理层(Physical)实现在物理媒体上透明地传送实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。原始比特流。定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械的、电定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械的、电气的、过程的和功能的特性。气的、过程的和功能的特性。数据终端设备数据终端设备DTE、数据通信设备数据通信设备DCEDTE用于处理用户数据的设备。如计算机、用于处理用户数据的设备。如计算机、路由器。路由器。DCE用于把用于把DTE发出的数字信号转换成适合发出的数字信号转换成适合于在传输介质上传输的形式。如于在传输介质上传输的形式。

38、如MODEM。数学与计算机学院数学与计算机学院物理层的特性包括：物理层的特性包括：机械特性机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格：物理连接器的尺寸、形状、规格电气特性电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数据传：信号电平，脉冲宽度，频率，数据传送速率，最大传送距离等送速率，最大传送距离等功能特性功能特性：接口引脚的功能作用：接口引脚的功能作用规程特性规程特性：信号时序，应答关系，操作过程：信号时序，应答关系，操作过程数学与计算机学院数学与计算机学院vISO/OSI七层协议层次功能7.应用层 提供电子邮件、文件传输等用户服务6.表示层 转换数据格式，数据加密和解密5.会话层 通信同步，错误恢复和事

39、务操作4.传输层 网络决策，实现分组和重新组装3.网络层 路由选择，计费信息管理2.链路层 错误检测和校正，组帧1.物理层 数据的物理传输数学与计算机学院数学与计算机学院v(1)物理层（PH），确定物理设备接口，提供点点的比特流传输的物理链路；(2)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；(3)网络层（N），利用路由技术，实现用户数据的端端传输；(4)运输层（T），屏蔽子网差异，用户要求和网络服务之间的差异；(5)会话层（S），提供控制会话和数据传输的手段；(6)表示层（P），解决异种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；(7)应用层（A），利用下层

40、的服务，满足具体的应用要求。数学与计算机学院数学与计算机学院层次结构模型中数据的实际传送过程层次结构模型中数据的实际传送过程vISO/OSI七层协议物理层链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层链路层网络层传输层会话层表示层应用层接收信息的进程发送信息的进程图2-1七层参考模型数据流的物理传输层间的逻辑通信每一层执行功能并将信息送往下一层每一层执行功能并将信息送往上一层数学与计算机学院数学与计算机学院层次结构模型中数据的实际传送过程层次结构模型中数据的实际传送过程vISO/OSI参考模型数学与计算机学院数学与计算机学院层次结构模型中数据的实际传送过程层次结构模型中数据的实际传送过程v从从图图

41、中中可可见见，整整个个开开放放系系统统环环境境由由作作为为信信源源和和信信宿宿的的端端开开放放系系统统及及若若干干中中继继开开放放系系统统通通过过物物理理媒体连接构成。媒体连接构成。v这这里里的的端端开开放放系系统统和和中中继继开开放放系系统统，都都是是国国际际标准标准OSI7498OSI7498中使用的术语。中使用的术语。v通通俗俗地地说说，它它们们相相当当于于资资源源子子网网中中的的主主机机和和通通信子网中的节点机信子网中的节点机(IMP)IMP)。v只只有有在在主主机机中中才才可可能能需需要要包包含含所所有有七七层层的的功功能能，而而在在通通信信子子网网中中的的IMPIMP一一般般只只需

42、需要要最最低低三三层层甚甚至至只要最低两层的功能只要最低两层的功能就可以了。就可以了。数学与计算机学院数学与计算机学院层次结构模型中数据的实际传送过程层次结构模型中数据的实际传送过程v对等通信的实质对等通信的实质OSI参考模型禁止不同主机的对等层之间的直接通参考模型禁止不同主机的对等层之间的直接通信。信。v实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一台主机的对应层通信。与另一台主机的对应层通信。v上层使用下层提供的服务上层使用下层提供的服务Service user；v下层向上层提供服务下层向上层提供服务Service provider。以以不同国籍的人

43、进行信息交流为例。不同国籍的人进行信息交流为例。(见下页图见下页图)数学与计算机学院数学与计算机学院网络服务的分层协议实现v实例1数学与计算机学院数学与计算机学院对等通信示例：中德教师之间的对话对等通信示例：中德教师之间的对话问题：问题：中国教师与德国教师之间、翻译之间，他们是在直接通信吗？中国教师与德国教师之间、翻译之间，他们是在直接通信吗？翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？中德教师、翻译各使用谁提供的什么服务？中德教师、翻译各使用谁提供的什么服务？“你好你好”“Hello”传真传真中国中国教师教师翻译翻译秘书秘书“Hallo”“Hello”传真传真德国德国

44、教师教师翻译翻译秘书秘书对交谈内容的共识对交谈内容的共识用英语对话用英语对话使用传真通信使用传真通信P3P2P1物理通信线路物理通信线路数学与计算机学院数学与计算机学院P3P2P1对等层通信的实质对等层通信的实质：对等层实体之间对等层实体之间虚拟通信虚拟通信 下层向上层提供服务下层向上层提供服务实际通信在最底层完成实际通信在最底层完成右图给出了对等层通信右图给出了对等层通信更一般的抽象。更一般的抽象。2 1 3 2 1物理通信线路物理通信线路 3 N+1 N N-1 N+1 N N-1Pn-1PnPn+1系统系统A系统系统B消息消息数学与计算机学院数学与计算机学院数据封装数据封装一台计算机要发

45、送数据到另一台计算机，数据首先必一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程成为封装。须打包，打包的过程成为封装。封装就是在数据前面加上特定的协议头部。封装就是在数据前面加上特定的协议头部。发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送，还要写明用航空或挂号封中发送，还要写明用航空或挂号。数数 据据协议头协议头数数 据据数学与计算机学院数学与计算机学院数据数据 段头段头数据数据 段头段头数据数据网络头网络头帧头帧头 段头段头数据数据网络头网络头帧尾帧尾数据多层封装数据多层封装封装封装拆封拆封数学与计算机学院数学与计算机学

46、院OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为元统称为协议数据单元协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。而传输层及以下各层的而传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的另外还有各自特定的名称：名称：传输层传输层数据段数据段（Segment）网络层网络层分组分组（数据报）（数据报）（Packet）数据链路层数据链路层数据帧数据帧（Frame）物理层物理层比特比特（Bit）数学与计算机学院数学与计算机学院实际例子：实际例子：TCP/IPTCP/IP协议的封装协议的封装 TCP头头应用层数据应用层数据应用层数据应用层数据 TCP头

47、头应用层数据应用层数据IP头头帧头帧头 TCP头头应用层数据应用层数据IP头头帧尾帧尾应用层应用层 传输层传输层 网际层网际层 数链层数链层 数学与计算机学院数学与计算机学院vOSI参考模型中每一层都要依靠下一层提供的服务。参考模型中每一层都要依靠下一层提供的服务。v为了提供服务，下层把上层的为了提供服务，下层把上层的PDU作为本层的数据作为本层的数据封封装装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成数据传输所需的数据传输所需的控制信息控制信息。v这样，数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装这样，数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程

48、。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层面实际上被包封了多层“信封信封”。v但是，某一层只能识别由对等层封装的但是，某一层只能识别由对等层封装的“信封信封”，而，而对于被封装在对于被封装在“信封信封”内部的数据仅仅是拆封后将其提内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。交给上层，本层不作任何处理。数学与计算机学院数学与计算机学院v层次结构模型中数据的实际传送过程如图9-5所示。v数据的实际传递过程数学与计算机学院数学

49、与计算机学院应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层传输介质传输介质系统系统A系统系统B用户数据用户数据用户数据用户数据数学与计算机学院数学与计算机学院v图中发送进程送给接收进程的数据，图中发送进程送给接收进程的数据，v实际上是经过发送方各层从上到下传递到物理实际上是经过发送方各层从上到下传递到物理媒体；媒体；v通过物理媒体传输到接收方后，通过物理媒体传输到接收方后，v再经过从下到上各层的传递，最后到达接收进再经过从下到上各层的传递，最后到达接收进程。程。vOSIOS

50、I数据流数据流v通过一个网络的数据流动动画示意通过一个网络的数据流动动画示意数学与计算机学院数学与计算机学院v在在发发送送方方从从上上到到下下逐逐层层传传递递的的过过程程中中，每每层层都都要要加加上上适适当当的的控控制制信信息息，即即图图中中和和H7H7、H6H6、。、H1H1，统统称称为为报报头头。到到最最底底层层成成为为由由“0”“0”或或“1”“1”组组成成和和数数据据比比特特流流，然然后后再再转转换换为为电电信信号号在在物物理理媒媒体体上上传传输输至至接接收收方方。接接收收方方在在向向上上传传递递时时过过程程正正好好相相反反，要要逐逐层层剥剥去去发发送送方方相应层加上的控制信息。相应层