第2章 网络体系结构 计算机网络课件

1、例子：两个哲学家讨论哲学问题1. 两个哲学家使用不同的语言2. 两个哲学家位于不同的国家哲学知识翻译通信哲学家翻译秘书结构哲学家1.翻译1.秘书1.哲学家2.翻译2.秘书2.消息给远程翻译的信息给远程秘书的信息(3)(2)(1)(3)(2)(1)各层独立。每一层不需要知道下层是如何实现的，只需要知道层间的接口和所提供的服务。灵活性好。当任意层发生变化时，只要接口不变，上下层均不受影响。结构上分开。各层可采用最适合的技术。易于实现和维护。促进标准化。由于每一层及其提供的服务都有明确的定义。1. 根据功能需要分层2. 每层的功能明确3. 每层的功能选择有利于制定国际标准4. 每层的接口信息量尽可能

2、少5. 层数足够多：避免不同的功能混于同一层 层数不能太多：避免体系结构过于庞大 研究方法：按功能抽象分层按功能抽象分层定义层间的接口和提供的服务定义层间的接口和提供的服务定义同层间通信的规则定义同层间通信的规则协议协议网络体系结构的定义： 层层 服务服务 协议协议第3层第3层第3层协议3/2层接口第2层第2层第2层协议2/1层接口第1层第1层第1层协议物 理 媒 介主机A主机B层、协议和接口n实体（entity）是指层中的活动元素，它可以是软件（如进程），也可以是硬件（如网卡、智能输入/输出芯片），不同网络层次中的实体实现的功能可以相同。n(n)层和层和(n)实体实体n(n)层层：指在网络体

3、系结构中的某特定层 (n+1)层：指(n)层的相邻上层(n-1)层：指(n)层的相邻下层n(n)实体实体：(n)层中具有数据收发能力的活动单元。一般就是该层的软件进程或者实现该层协议的硬件单元。n(n)对等实体对等实体(同等实体同等实体)：位于不同子系统的同一层的实体间的互称。 (n)连接连接：(n+1)实体利用(n)实体提供的服务而建立的联系。 (n+1)层对等实体要进行通信必须通过相邻下层以及下面各层通信来完成，即调用相邻下层的服务来完成。n协议协议 protocol：计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则。n协议的组成：协议的组成：n1. 语法（syntax)：以二进

4、制形式表示的命令和相应的结构n2. 语义（semantics)：由发出的命令请求，完成的动作和回送的响应组成的集合n3. 定时关系（timing)：有关事件顺序的说明n服务服务Service：(n)实体向(n+1)实体提供的相互通信的能力 。是(n+1)实体能看见的(n)实体提供的功能集合，包括：n (n)实体自己提供的某些功能。n从(n-1)层及以下各层及本地系统得到的服务。n通过与对等实体通信而得到的功能(n)服务提供者：服务提供者：n 提供(n)服务的下一层实体。n 直接的(n)服务提供者： (n)层实体。n 间接的(n)服务提供者： (n)层及其以下各层的实体。n(n)服务用户服务用户

5、：n 接受(n)服务的上一层实体。n 直接的(n)服务用户： (n+1)层实体。n 间接的(n)服务用户： (n+1)层及其以上各层的实体。服务访问点服务访问点SAP 服务访问点SAP（Service Access Point）任何层间服务是在接口的SAP上进行的；每个SAP有唯一的识别地址；每个层间接口可以有多个SAP。在网络中信息传送的单位，称为数据单元。对等实体在协议的控制下交换信息相邻层实体按服务交换信息数据单元包括：l 协议数据单元 PDUl 接口数据单元 IDUl 服务数据单元 SDUICISDUICISDUIDUSAPPCISDU(n)PDUSAP：服务访问点IDU：接口数据单元

6、SDU：服务数据单元PDU：协议数据单元ICI：接口控制信息PCI：协议控制信息（n+1）（n）接口 定义：不同系统定义：不同系统(n)对等实体为实现该层协议所交换对等实体为实现该层协议所交换的信息单位，称为的信息单位，称为(n)协议数据单元协议数据单元(n)PDU。 (n)PDU的具体格式如下： (n) PCI (n) 用户数据 (n)PCI 为(n)协议控制信息，是为实现(n)协议而在传送的数据的首部或尾部加的控制信息，如：地址、差错控制信息、序号信息等。(n) 用户数据为(n)层实体为提供(n)服务而传送的信息。考虑到协议的要求，如时延、效率等因素，(n)PDU的大小一般都有一定的长度要

7、求。 定义：在同一系统的相邻两层实体的一次交互中，定义：在同一系统的相邻两层实体的一次交互中，经过层间接口的信息单元，称为经过层间接口的信息单元，称为(n)接口数据单元接口数据单元。 (n)IDU的具体格式如下： (n) ICI (n) 接口数据 (n)ICI 为(n)接口控制信息，协议在通过层间接口时，需要加一些控制信息，如通过多少字节、或要求的服务质量等。(n)ICI只对PDU 通过接口时有作用，进入下层后丢弃。(n)接口数据为通过接口传送的信息内容。 定义：定义：(n)服务用户所要求传递的逻辑数据单元称为服务用户所要求传递的逻辑数据单元称为(n)服务数据单元服务数据单元。(n)SDU与(

8、n)PDU的用户数据部分的关系： 由于(n)PDU的大小一般都有一定的长度要求。因此， (n)PDU的用户数据部分可能是经过分段或合并的(n)SDU。两者的关系为：1:1、1:n、n:1。 (n)SDU (n)PCI (n)PCI提问：为什么(n)PDU的大小一般都有一定的长度要求？ 过大或者过小会怎么样？(n+1)PDU(n+1)PDU(n)SDU(n)PDU(n)SDU(n)PDU(n-1)PDU(n)连接(n)协议(n)实体(n+1)实体(n-1)连接(n)PCI(n)UD(n-1)PDU(n+1)(n-1)(n)(n)SDU(n)SDU(n)SAP(n)SDU(n)SDU(n)SAP(

9、n)IDU(n)ID(n)ICI(n+1)(n)(n-1)连接u基于连接的服务当使用服务传送数据时，首先建立连接，然后使用该连接传送数据。使用完后，关闭连接。特点：可靠，顺序性好。u无连接服务直接使用服务传送数据，每个包独立进行路由选择。 特点：不可靠，顺序性差。u无连接服务种类l数据报（datagram）l证实交付（confirmed delivery）l请求应答（request-reply）服务在形式上是由一组接口原语（或操作）来描述的。当(n+1)实体向(n)实体请求(n)服务时，服务提供者和服务用户间需要交流一些必要信息，以说明要求的服务的一些情况，这些信息即服务原语。服务原语可分为四

10、种类型：u请求（Request）u指示（Indication）u响应（Response）u确认（Confirm）原语是由若干条机器指令构成的一段程序，用以完成特定功能。原语在执行过程中不可分割。面向连接服务的原语执行过程1234565678计算机1计算机2（N+1）（N）（N+1）（N）12345678910时间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物理介质网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层通信子网内部协议应用协议表示协议会话协议运输协议协议数据单元名称APDUPPDUSPDUTPDU分组帧比特7654321层次第第1层：物理层层

11、：物理层(Physical)n实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。n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。n物理层的特性包括：物理层的特性包括：n机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格n电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数据传送电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数据传送速率，最大传送距离等速率，最大传送距离等n功能特性：接口引脚的功能作用功能特性：接口引脚的功能作用n规程特性：信号时序，应答关系，操作过程规程特性：信号时序，应答关系，操作过程第第2层：数据链路层层：数据链路层(Data Link) n在物理线路上提供可

12、靠的数据传输，使之对网络层呈现为一条无错的线路。n所关心的问题包括：n物理地址、网络拓扑；n组帧：把数据封装在帧中,按顺序传送,并处理返回的确认帧；n定界与同步：产生/识别帧边界；n差错恢复：采用重传（ARQ）的方法；n流量控制：收发双方传输速率的匹配。n广播式共享信道的访问控制第第3层：网络层层：网络层(Network) n 在源结点与目的结点之间建立、维护、终止网络的连接。n功能和服务n最佳路由选择和数据包中转n流量控制和拥塞控制n差错检测与恢复n流量统计和记账第第4层：传输层层：传输层(Transport) n为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输服务；屏蔽各类通信子网的差异，使上层不

13、受通信子网技术变化的影响。n进行数据分段并组装成报文流。n提供“面向连接”（虚电路）和“无连接”（数据报）两种服务。n传输差错校验与恢复。n信息流控制，防止数据传输过载。n传输层以上各层：面向应用；以下各层：面向传传输层以上各层：面向应用；以下各层：面向传输。传输层位于资源子网和通信子网的交界处，输。传输层位于资源子网和通信子网的交界处，起着承上启下的作用。起着承上启下的作用。n与网络层的部分服务有重叠交叉。如何平衡取决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能划分。于两者的功能划分。n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”连接的连接的层。层。n 1-

14、3层：链接层：链接,中继；中继；n 4-7层：端到端层：端到端传输层特点传输层特点第第5层：会话层：会话层层(Session) n建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话。的会话。n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一系列相关的信息交换换。n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）n设置检查点设置检查点会话失败后，恢复到最后一个检查会话失败后，恢复到最后一个检查点处，而不用从头开始。点处，而不用从头开始。n例如：数据送到打印服务器上打印。接收的数据已例如：数据送到打印服务器上打印。接收的数

15、据已被确认，但打印机出现故障。这时没必要再从头开被确认，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点，打印出错始打印，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。时只需重传最后一个检查点以后的页面。第第6层：表示层层：表示层(Presentation)n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。在多种数据表示格式之间进行转换。n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；数据的加/解密、压缩/解压缩等。第第7层：应用层层：应用层(Application)n为用户的应用程序提供网络通信服务 n识别并证实目的通信方的可用性n使协同工作的应用程序之间进