1、第二章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),本章學(xué)習(xí)要點(diǎn) 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型(ISO/RM)及其7層功能 TCPIP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)； OSI模型與TCPIP協(xié)議模型的比較。,21 ISO/OSI體系結(jié)構(gòu)概述 22 TCPIP的體系結(jié)構(gòu) 23 OSI與TCP/IP參考模型的比較 24 標(biāo)準(zhǔn)化組織,211 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型ISO/RM 212 物理層 213 數(shù)據(jù)鏈路層 214 網(wǎng)絡(luò)層,21 ISO/OSI體系結(jié)構(gòu)概述,211 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型ISO/RM,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：OSI/RM 為了實(shí)現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間以及不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信,1OSI各層的功能概述 第1層：物理層(

2、Physical Layer)，在物理信道上傳輸 原始的數(shù)據(jù)比特(bit)流，提供為建立、維護(hù)和拆除物理鏈 路連接所需的各種傳輸介質(zhì)、通信接口特性等。 第2層：數(shù)據(jù)鏈路層(DataLink Layer)，在物理層提供 比特流服務(wù)的基礎(chǔ)上，建立相鄰節(jié)點(diǎn)之間可靠無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù) 鏈路，通過(guò)差錯(cuò)控制提供數(shù)據(jù)幀在信道上無(wú)差錯(cuò)地傳輸，并 進(jìn)行數(shù)據(jù)流量控制。,第3層：網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer)，為不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸提供建立、維護(hù)和終止網(wǎng)絡(luò)連接的手段，把數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)包(Packet)在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行交換傳送，并且負(fù)責(zé)路由控制 和擁塞控制。 第4層：傳輸層(Transport Layer)，為上層提

3、供端到端( 最終用戶到最終用戶)的透明的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。所謂 透明的傳輸是指在通信過(guò)程中傳輸層對(duì)上層屏蔽了通信傳輸 系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)。,第5層：會(huì)話層(Session Layer)，為表示層提供建立、維護(hù)和結(jié)束會(huì)話連接的功能，并提供會(huì)話管理服務(wù)。 第6層：表示層(Presentation Layer)，為應(yīng)用層提供信息表示方式的服務(wù)，如數(shù)據(jù)格式的變換、文本壓縮和加密技術(shù)等。 第7層:應(yīng)用層(Application Layer)，為網(wǎng)絡(luò)用戶或應(yīng)用程序提供各種服務(wù)，如文件傳輸、電子郵件(E-mail)、 分布式數(shù)據(jù)庫(kù)以及網(wǎng)絡(luò)管理等。,2OSIRM的信息流動(dòng),系統(tǒng)B,數(shù)據(jù),交換數(shù)據(jù),單元的名稱(chēng),

4、報(bào)文,報(bào)文,報(bào)文,報(bào)文,數(shù)據(jù)包,數(shù)據(jù)幀 比特,系統(tǒng)A,圖2.2 OSI/RM的數(shù)據(jù)流動(dòng),212 物理層,物理層是OSIRM的最低層，它直接與物理信道相連，起 到數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸媒體之間的邏輯接口作用，提供建立、 維護(hù)和釋放物理連接的方法，并可實(shí)現(xiàn)在物理信道上進(jìn)行 比特流傳輸?shù)墓δ堋?圖中DTE稱(chēng)為數(shù)據(jù)終端設(shè)備,可以是計(jì)算機(jī)等終端設(shè)備。DCE稱(chēng)為數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備,可以是調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備。信道 可以是有線的,也可以是無(wú)線的，可以是模擬的,也可以是數(shù)字的。,物理層涉及的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面: 1通信接口與傳輸媒體的物理特性 (1)機(jī)械特性 (2)電氣特性 (3)功能特性 (4) 規(guī)程特性,2物理層的

5、數(shù)據(jù)交換單元為二進(jìn)制比特 為了傳輸比特流，可能需要對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制或編碼，使之成為模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)或光信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)在不同的傳輸介質(zhì)上傳輸。 3比特的同步 物理層規(guī)定了通信的雙方必須在時(shí)鐘上保持同步的方法，比如異步傳輸和同步傳輸?shù)取?4線路的連接 物理層還考慮了通信設(shè)備之間的連接方式，比如，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接中，兩個(gè)設(shè)備之間采用了專(zhuān)用鏈路連接，而在多點(diǎn)連接中，所有的設(shè)備共享一個(gè)鏈路。 5物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 物理拓?fù)涠x了設(shè)備之間連接的結(jié)構(gòu)關(guān)系，如星型拓?fù)?、環(huán)型拓?fù)浜途W(wǎng)狀拓?fù)涞取?6傳輸方式 物理層也定義了兩個(gè)通信設(shè)備之間的傳輸方式，如單工、半雙工和全雙工。,213 數(shù)據(jù)鏈路層,數(shù)據(jù)鏈路層是OS

6、IRM的第2層，它通過(guò)物理層提供的比特流服務(wù)，在相鄰節(jié)點(diǎn)之間建立鏈路，傳送以幀(Frame)為單位的數(shù)據(jù)信息，并且對(duì)傳輸中可能出現(xiàn)的差錯(cuò)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，向網(wǎng)絡(luò)層提供無(wú)差錯(cuò)的透明傳輸。,數(shù)據(jù)鏈路層涉及到的具體內(nèi)容有以下幾點(diǎn): 幀 數(shù)據(jù)鏈路層要將網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)分成可以管理和控制的數(shù)據(jù)單元， 稱(chēng)其為幀。 物理地址尋址 數(shù)據(jù)鏈路層要在幀中的頭部加入一個(gè)控制信息(DH)，其中包含 了源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的地址，這個(gè)地址也被稱(chēng)為物理地址（網(wǎng) 卡號(hào)碼）.,圖2.4 自動(dòng)反饋重發(fā)ARQ的3種方法,差錯(cuò)控制與流量控制,接入控制,當(dāng)兩個(gè)或者更多的節(jié)點(diǎn)共享通信鏈路時(shí)，由數(shù)據(jù)鏈路層確定在某一時(shí)間內(nèi)該由哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，接

7、入控制技術(shù)也稱(chēng)為媒體訪問(wèn)控制技術(shù)。媒體訪問(wèn)控制技術(shù)是決定局域網(wǎng)特性的關(guān)鍵技術(shù),214 網(wǎng)絡(luò)層,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層就是通信子網(wǎng)的最高層，它在數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)的基礎(chǔ)上向資源子網(wǎng)提供服務(wù)。 網(wǎng)絡(luò)層的作用是實(shí)現(xiàn)分別位于不同網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)包傳輸.,網(wǎng)絡(luò)層涉及的概念有以下幾個(gè): 1. 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 2邏輯地址尋址 3路由功能 4流量控制及擁塞控制 5高層簡(jiǎn)介,（1）電路交換 電路交換，也稱(chēng)為線路交換，它是一種直接的交換方式， 為一對(duì)需要進(jìn)行通信的節(jié)點(diǎn)之間提供一條臨時(shí)的專(zhuān)用通道， 即提供一條專(zhuān)用的傳輸通道，既可以是物理通道又可以是 邏輯通道(使用時(shí)分或頻分復(fù)用技術(shù))

8、。,1.數(shù)據(jù)交換技術(shù),電路交換具有下列特點(diǎn)： 呼叫建立時(shí)間長(zhǎng)而且存在損失。在電路建立過(guò)程中，由于 交換網(wǎng)繁忙等原因，而使建立失敗，用戶需要掛斷重?fù)埽?這稱(chēng)為呼損。 通信雙方必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式和 傳輸控制等一致才能完成通信。 一旦電路建立后，數(shù)據(jù)以固定的速率傳輸，適用于實(shí)時(shí)大批 量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。 電路建立，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，直至通信鏈路拆除為止，信道是 專(zhuān)用的，因此電路信道利用率較低。 系統(tǒng)不具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，系統(tǒng)不具備差錯(cuò)控制能力， 無(wú)法發(fā)現(xiàn)與糾正傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)差錯(cuò)。,（2）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換,存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式又可以分為報(bào)文存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換與報(bào)文分 組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，報(bào)文分組

9、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式又可以 分為數(shù)據(jù)報(bào)與虛電路方式。,報(bào)文交換 分組交換 數(shù)據(jù)報(bào)分組交換 虛電路分組交換,報(bào)文交換的特點(diǎn)如下： 源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在通信時(shí)不需要建立一條專(zhuān)用的通路。 與電路交換相比，報(bào)文交換沒(méi)有建立電路和拆除電路所 需的等待和時(shí)延。 電路利用率高，節(jié)點(diǎn)間可根據(jù)電路情況選擇不同的速度傳 輸，能高效地傳輸數(shù)據(jù)。 要求節(jié)點(diǎn)具備足夠的報(bào)文數(shù)據(jù)存放能力，一般節(jié)點(diǎn)由微機(jī) 或小型機(jī)擔(dān)當(dāng)。 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿?，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)中都進(jìn)行差錯(cuò) 控制，即檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。,分組交換,分組是一組包含數(shù)據(jù)和呼叫控制信號(hào)的二進(jìn) 制數(shù)，把它作為一個(gè)整體加以轉(zhuǎn)接，這些數(shù) 據(jù)、呼叫控制信號(hào)以及可能附加的差錯(cuò)控制 信息都是

10、按規(guī)定的格式排列的。,數(shù)據(jù)報(bào)分組交換,分組交換方式簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)據(jù)報(bào)傳輸方式，作為基本傳輸單位 的“小報(bào)文”被稱(chēng)為數(shù)據(jù)報(bào)。,圖2.5 數(shù)據(jù)報(bào)的工作方式,數(shù)據(jù)報(bào)的特點(diǎn)如下： 同一報(bào)文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過(guò)通信子網(wǎng)。 同一報(bào)文的不同分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)或 丟失現(xiàn)象。 每一個(gè)報(bào)文在傳輸過(guò)程中都必須帶有源節(jié)點(diǎn)地址和目的節(jié)點(diǎn)地址。 使用數(shù)據(jù)報(bào)方式時(shí)，數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通 信，但不適用于長(zhǎng)報(bào)文、會(huì)話式通信。,虛電路分組交換 虛電路就是兩個(gè)用戶的終端設(shè)備在開(kāi)始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù) 之前需要通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)建立邏輯上的連接，用戶不需要在發(fā) 送和接收數(shù)據(jù)時(shí)清除連接。,圖2.6 虛

11、電路的工作方式,虛電路的特點(diǎn)如下： 類(lèi)似于電路交換，虛電路在每次報(bào)文分組發(fā)送之前必須在 源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間建立一條邏輯連接，也包括虛電路 建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路拆除3個(gè)階段。 一次通信的所有報(bào)文分組都從這條邏輯連接的虛電路上通過(guò)， 因此，報(bào)文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，只需 要攜帶虛電路標(biāo)識(shí)號(hào)。報(bào)文分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)丟失、 重復(fù)與亂序的現(xiàn)象。 報(bào)文分組通過(guò)每個(gè)虛電路上的節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)只需要做差錯(cuò)檢測(cè)， 而不需要做路徑選擇。 通信子網(wǎng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以和任何節(jié)點(diǎn)建立多條虛電路連接。,2邏輯地址尋址,數(shù)據(jù)鏈路層的物理地址只是解決了在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的尋址問(wèn)題。 如果一個(gè)數(shù)據(jù)包從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)

12、跨越到另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，就需要使用網(wǎng)絡(luò)層的邏輯地址。 當(dāng)傳輸層傳遞給網(wǎng)絡(luò)層一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，網(wǎng)絡(luò)層就在這個(gè)數(shù)據(jù)包的頭部加入控制信息，其中就包含了源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的邏輯地址。,3路由功能,路由選擇就是根據(jù)一定的原則和算法在傳輸通路 中選出一條通向目的節(jié)點(diǎn)的最佳路由。,4流量控制及擁塞控制,在通信子網(wǎng)內(nèi)，由于出現(xiàn)過(guò)量的數(shù)據(jù)包而引起網(wǎng)絡(luò)性能下 降的現(xiàn)象稱(chēng)為擁塞。 擁塞控制主要解決的問(wèn)題是如何獲取網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生擁塞的信 息，從而利用這些信息進(jìn)行控制，以避免由于擁塞而出現(xiàn)數(shù)據(jù) 包的丟失以及嚴(yán)重?fù)砣a(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)死鎖的現(xiàn)象。,5高層簡(jiǎn)介,（1）傳輸層 傳輸層是資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)的接口和橋梁，它完 成了資源子網(wǎng)中兩節(jié)點(diǎn)間

13、的直接邏輯通信，實(shí)現(xiàn)了通信 子網(wǎng)端到端的可靠傳輸。 （2）會(huì)話層 會(huì)話層是利用傳輸層提供的端到端的服務(wù)向表示層 或會(huì)話用戶提供會(huì)話服務(wù) . （3）表示層 表示層處理的是OSI系統(tǒng)之間用戶信息的表示問(wèn)題。 (4) 應(yīng)用層 應(yīng)用層是OSIRM的最高層，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與最終 用戶間的接口，它包含了系統(tǒng)管理員管理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所涉 及的所有問(wèn)題和基本功能。,22 TCPIP的體系結(jié)構(gòu),221 TCPIP的概述,TCPIP：是指?jìng)鬏斂刂茀f(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議，由它的兩個(gè)主要協(xié)議即 TCP協(xié)議和IP協(xié)議而得名。,TCPIP協(xié)議具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 開(kāi)放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費(fèi)使用，并且獨(dú)立于特定的計(jì) 算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)。 獨(dú)

14、立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)中， 更適用于互聯(lián)網(wǎng)中。 統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案使得整個(gè)TCPIP設(shè)備在網(wǎng)中 都具有惟一的地址。 國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。,222 TCP/IP的層次結(jié)構(gòu),TCPIP共有4個(gè)層次，它們分別是網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層、 傳輸層和應(yīng)用層。TCPIP的層次結(jié)構(gòu)與OSI層次結(jié)構(gòu)的 對(duì)照關(guān)系如圖2.7所示,圖2.7 OSI模型與TCP/IP模型的對(duì)照,1網(wǎng)絡(luò)接口層 TCPIP模型的最低層是網(wǎng)絡(luò)接口層，也被稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn) 層，它包括了能使用TCPIP與物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的協(xié)議， 且對(duì)應(yīng)著OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。,2網(wǎng)際層 網(wǎng)際層所執(zhí)行的主要功能是處理來(lái)自傳輸層的分組，將分 組形成數(shù)據(jù)包(IP數(shù)據(jù)包)，并為該數(shù)據(jù)包在不同的網(wǎng)絡(luò)之 間進(jìn)行路徑選擇，最終將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)發(fā)送到目的主機(jī)。,3傳輸層 網(wǎng)絡(luò)接口層的傳輸層也被稱(chēng)為主機(jī)至主機(jī)層，與0SI 的傳輸層類(lèi)似，它主要負(fù)責(zé)主機(jī)到主機(jī)之間的端對(duì)端可靠 通信，該層使用了兩種協(xié)議來(lái)支持兩種數(shù)據(jù)的傳送方法， 它們是TCP協(xié)議和UDP協(xié)議。,4應(yīng)用層 在TCPIP模型中，應(yīng)用程序接口是最高層，它與OSI 模型中的高3層的任務(wù)相同，都是用于提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比 如文件傳輸、遠(yuǎn)程登錄、域名服務(wù)和簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理等。,23 OSI與TCP/IP參考模型的比較,OSI和TCP/IP有著許多的共同點(diǎn)： 采用