数据通信及计算机网络第3章计算机网络体系结构课件PPT

1、第3章 计算机网络体系结构本章主要内容：本章主要内容：网络体系结构网络体系结构开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型 TCP/IP参考模型参考模型 OSI参考模型和参考模型和TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较 本章学习要求：n掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念 n掌握：网络体系结构的层次化研究方法n掌握：OSI参考模型及各层的基本服务功能n掌握：TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本服务 功能与协议族n了解：OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较第3章 计算机网络体系结构引论： 计算机网络是一个非常复杂的系统，为了使不同的厂家网络设备真正做到相互之间的互联互通，就必

2、须要求不同的厂家共同遵守约定的规定和标准，就像我们不同的人之间进行交流，必须要熟悉和掌握双方都能知道的语言。这就是计算机网络体系结构产生的背景。 而如何形成这样一个大家都共同遵守的规定或标准？如何去研究如此复杂的计算机网络？人们采用了一种分而治之的，即一种分层的思想，从而形成了计算机网络体系结构。下面将对这些问题进行了解。第3章 计算机网络体系结构 为了能更加清楚地理解计算机网络体系结构与协议，我们先分析一下实际生活中的邮政系统，如下图所示。第3章 计算机网络体系结构 送运输部门 邮局服务业务 运输部门的邮件运输业务 书写信件 贴邮票 送邮箱 收集信件 盖邮戳 信件分拣 信件打包 路由选择 运

3、输 转送邮局 接收邮包 分发邮件 邮件拆包 信件投递 信件分拣 阅读信件 发信者甲 收信者乙 通信者活动 邮局转送业务 邮局转送业务 邮局服务业务 通信者活动 通信者间约定 邮局服务部门间约定 邮局运输部门间约定 通信者/邮局间服务约定 邮局服务/转送部门间约定 邮局转送/运输部门间约定 取信件 图3-1 邮政系统分层模型 第3章 计算机网络体系结构 人们平时写信时，都有个约定，即信件的格式和内人们平时写信时，都有个约定，即信件的格式和内容。一般必须采用双方都懂的语言文字和文体，开头是对容。一般必须采用双方都懂的语言文字和文体，开头是对方称谓，最后是落款等。这样，对方收到信后才能看懂信方称谓，

4、最后是落款等。这样，对方收到信后才能看懂信中的内容，知道是谁写的，什么时候写的等。信写好之后，中的内容，知道是谁写的，什么时候写的等。信写好之后，必须将信件用信封封装并交由邮局寄发。寄信人和邮局之必须将信件用信封封装并交由邮局寄发。寄信人和邮局之间也要有约定，这就是规定信封写法并贴邮票。邮局收到间也要有约定，这就是规定信封写法并贴邮票。邮局收到信后，首先进行信件的分拣和分类，然后交付有关运输部信后，首先进行信件的分拣和分类，然后交付有关运输部门进行运输，如航空信交付民航，平信交铁路或公路运输门进行运输，如航空信交付民航，平信交铁路或公路运输部门等。这时，邮局和运输部门也有约定，如到站地点、部门

5、等。这时，邮局和运输部门也有约定，如到站地点、时间、包裹形式等。信件送到目的地后进行相反的过程，时间、包裹形式等。信件送到目的地后进行相反的过程，最终将信件送到收信人手中。由上可知，邮政系统可分为最终将信件送到收信人手中。由上可知，邮政系统可分为三层，而且上下层之间，同一层之间均有协定，亦即协议。三层，而且上下层之间，同一层之间均有协定，亦即协议。第3章 计算机网络体系结构n通过上面的邮政收发系统已经了解，信件的传送必须通通过上面的邮政收发系统已经了解，信件的传送必须通过一层一层的人和部门进行来完成，在完成的过程中，过一层一层的人和部门进行来完成，在完成的过程中，人与人之间，部门与部门之间还必

6、须共同遵守约定的协人与人之间，部门与部门之间还必须共同遵守约定的协议。议。n同样的道理也适用于同样的道理也适用于计算机网络这类复杂的大系统计算机网络这类复杂的大系统。如如下下图所示图所示，可将一个计算机网络抽象为若干层。其中可将一个计算机网络抽象为若干层。其中，第第n n层是由分布在不同系统中的处于第层是由分布在不同系统中的处于第n n层的子系统构成层的子系统构成。第3章 计算机网络体系结构网络层次结构示意图n注意：注意：n计算机通信是一个复杂的过程，相互通信的两个计算机计算机通信是一个复杂的过程，相互通信的两个计算机系统必须系统必须高度协调工作高度协调工作才行，而这种才行，而这种“协调协调”

7、是相当复是相当复杂的。杂的。 n“分层分层”可以将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的可以将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。理。 第3章 计算机网络体系结构3.1 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 3.1.1 网络体系结构的定义和发展 网络体系就是为了完成计算机间的通信合作，人们把计算机互联的功能划分成定义明确的层次，并规定了同层次进程通信的协议以及相邻层之间的接口与服务，将这些同层进程间通信的协议以及相邻层接口统称为网络体系结构（Network Architecture）。即计算机网络体系

8、结构是计算机网络的层次、各层次的功能、网络拓扑结构、各层协议和相邻层接口的总称。 l注注1：只是从功能上描述计算机通信网结构只是从功能上描述计算机通信网结构 。l注注2：是抽象的。是抽象的。1网络体系结构的定义n网络体系结构：网络体系结构：n一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集;n网络协议是按层次结构来组织的；n网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构；n网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义；n体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件和软件。 3.1 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 n注：计算机通信的网络体系结构实际上就是结构化功能分层和通信

9、协议(规程)的集合，也就是从逻辑功能上构筑计算机进程之间相互通信的层次化结构、不同系统对等层之间的通信协议以及同一系统相邻层间的接口服务的集合。n层次、接口的概念：层次、接口的概念： n层次（layer）n 接口（interface）3.1 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 n层次（层次（layer）n层次是人们对复杂问题处理的基本方法；n将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；n对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定；n不同的系统分成相同的层次；n不同系统的最低层之间存在着“物理”通信；n不同系统的对等层次之间存在着“虚拟”通信；n对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定；n高

10、层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具体实现方法。 3.1 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 n 接口（接口（interface）n接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点;n同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低层向高层通过接口提供服务;n只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。3.1 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 3.1.1 网络体系结构的定义和发展 2网络体系结构的发展（1）各计算机制造厂商网络体系结构标准化 （2）国际网络体系结构标准化 系统网络体系结构 SNA System Network Archit

11、ecture开放系统互联参考模型OSI/RM 3.1.2 网络体系结构的分层模型（1）实体 Entity（2）服务 Service（3）接口 Interface（4）服务原语 Service Primitive（5）数据单元 Data Unit1OSI/RM模型的相关概念 n1.1.实体和系统实体和系统n实体实体：某一层除一些实际存在的物理设备外，具有数据：某一层除一些实际存在的物理设备外，具有数据收发能力的活动单元。可以是软件实体收发能力的活动单元。可以是软件实体(如进程如进程)，也可，也可以是硬件实体以是硬件实体(如某一接口芯片如某一接口芯片)。n 例：用户应用程序，网卡。例：用户应用程序

12、，网卡。n系统系统：可以是一台计算机或一台网络设备等。：可以是一台计算机或一台网络设备等。n实体能够发送或接收信息，系统可以包含一个或多个实实体能够发送或接收信息，系统可以包含一个或多个实体。体。n位于不同系统的同一层次的实体称为位于不同系统的同一层次的实体称为对等实体对等实体(Peer Entity)。3.1.2 网络体系结构的分层模型n2.2.接口、服务和服务访问点接口、服务和服务访问点n接口接口是相邻两层之间的边界，是相邻两层之间交换信息的是相邻两层之间的边界，是相邻两层之间交换信息的连接点。低层通过接口为上层提供服务，上层通过接口使连接点。低层通过接口为上层提供服务，上层通过接口使用低

13、层提供的服务。用低层提供的服务。n服务服务就是网络中各层向其相邻上层提供的一组功能集合。就是网络中各层向其相邻上层提供的一组功能集合。服务的使用者和提供者通过服务访问点直接联系。服务的使用者和提供者通过服务访问点直接联系。n服务访问点服务访问点SAP (Service Access Point)是指相邻两层是指相邻两层实体之间通过接口调用服务或提供服务的联接点，它是相实体之间通过接口调用服务或提供服务的联接点，它是相邻两层实体的逻辑接口，也可以说邻两层实体的逻辑接口，也可以说N层的层的SAP就是就是N+1层层可以访问可以访问N层的地方，每个层的地方，每个SAP都有惟一的地址，供服务都有惟一的地

14、址，供服务用户间建立连接之用。用户间建立连接之用。3.1.2 网络体系结构的分层模型n接口和服务的概念接口和服务的概念与程序设计中与程序设计中模块之间的函数调用模块之间的函数调用十十分类似，两个程序调用就可以看作是服务使用者和提供分类似，两个程序调用就可以看作是服务使用者和提供者，服务访问点就是调用函数，函数的参数可以看作接者，服务访问点就是调用函数，函数的参数可以看作接口之间的控制信息和传递的数据。口之间的控制信息和传递的数据。n协议协议和和服务服务在概念上是不一样的。在概念上是不一样的。n首先，协议保证了下层服务得以向上层顺利提供，但是首先，协议保证了下层服务得以向上层顺利提供，但是上层用

15、户只能看到下层提供的服务而看不到两层之间的上层用户只能看到下层提供的服务而看不到两层之间的协议；协议；n其次，协议是其次，协议是“水平的水平的”，即协议控制对等实体之间的，即协议控制对等实体之间的通信规则，但是服务是通信规则，但是服务是“垂直的垂直的”，即服务是由下层向，即服务是由下层向上层通过接口提供的。上层通过接口提供的。注意：3.1.2 网络体系结构的分层模型3.3.面向连接的服务和无连接的服务面向连接的服务和无连接的服务n连接连接：在同等层的两个同等实体间所建立的逻辑链路。：在同等层的两个同等实体间所建立的逻辑链路。l面向连接的服务面向连接的服务：利用建立的连接进行数据传输。：利用建立

16、的连接进行数据传输。n例如例如：打电话就是面向连接服务的一个缩影，有一个明：打电话就是面向连接服务的一个缩影，有一个明显的建立连接、传输数据和拆除连接的过程。显的建立连接、传输数据和拆除连接的过程。n优点优点：可靠性高，而且可以保证数据顺序传输，比较适：可靠性高，而且可以保证数据顺序传输，比较适合于数据量大、实时性要求较高的数据传输应用场合。合于数据量大、实时性要求较高的数据传输应用场合。n永久性连接服务永久性连接服务/非永久性连接服务。非永久性连接服务。3.1.2 网络体系结构的分层模型l无连接的服务无连接的服务：类似于发电报，电报发出后并不能马上：类似于发电报，电报发出后并不能马上确认对方

17、是否已经收到。通信前，无需在两个同等层实确认对方是否已经收到。通信前，无需在两个同等层实体之间事先建立连接，通信链路资源完全在数据传输过体之间事先建立连接，通信链路资源完全在数据传输过程中动态地进行分配。程中动态地进行分配。n缺点缺点：不需要维护连接的开销，但是可靠性较低，也不：不需要维护连接的开销，但是可靠性较低，也不能保证数据的传输顺序。能保证数据的传输顺序。n优点优点：灵活方便，信道的利用率高，特别适合于短报文：灵活方便，信道的利用率高，特别适合于短报文的传输。的传输。3.1.2 网络体系结构的分层模型n4.4.服务原语服务原语n服务通常是由一系列的服务原语来描述的。所谓服务通常是由一系

18、列的服务原语来描述的。所谓原语原语，就是不可再细分的意思。就是不可再细分的意思。n在同一系统中，在同一系统中，N+1层实体向层实体向N层实体请求服务时，层实体请求服务时，用户和服务提供者之间要进行交互的信息即为用户和服务提供者之间要进行交互的信息即为服务原服务原语语。n常用的服务原语有如下几种：常用的服务原语有如下几种：n请求请求(Request) 、指示、指示(Indication) n响应响应(Response)、确认、确认(Confirm)n注：注：网络中低层通过服务访问点向相邻高层提供服务，网络中低层通过服务访问点向相邻高层提供服务，而高层则通过原语或过程调用相邻低层的服务。而高层则通

19、过原语或过程调用相邻低层的服务。3.1.2 网络体系结构的分层模型3.1.2 网络体系结构的分层模型n5.5.协议数据单元协议数据单元n协议数据单元协议数据单元PDU (Protocol Data Unit)是不同系统是不同系统同等实体之间通过协议所交换信息的单位。同等实体之间通过协议所交换信息的单位。n其格式一般由协议控制信息其格式一般由协议控制信息PCI和用户数据组成。和用户数据组成。n6.6.服务和协议的服务和协议的关系关系n服务服务是对高一层而言的，由一系列服务原语组成的，它是对高一层而言的，由一系列服务原语组成的，它位于层次接口的位置，表示低层为上层提供哪些操作功位于层次接口的位置，

20、表示低层为上层提供哪些操作功能，至于这些功能是如何实现的，完全不是服务考虑的能，至于这些功能是如何实现的，完全不是服务考虑的范畴。范畴。n协议协议相当于一种工具，是同层次对等实体之间的，有关相当于一种工具，是同层次对等实体之间的，有关协议数据单元的格式、含义及控制规则的集合。协议数据单元的格式、含义及控制规则的集合。n层次层次对外的服务都是在本层协议的支持下完成的，且每对外的服务都是在本层协议的支持下完成的，且每一层可以根据需要选择或改变本层所使用的协议，而不一层可以根据需要选择或改变本层所使用的协议，而不影响高层的软件实现。影响高层的软件实现。3.1.2 网络体系结构的分层模型3.1.2 网

21、络体系结构的分层模型图3-2 计算机网络分层体系结构示意图 2、分层原理 3.1.2 网络体系结构的分层模型3、分层的好处 （1）独立性强（2）灵活性好（3）易于实现和维护（4）能够促进标准化3.1.2 网络体系结构的分层模型4、分层的原则 （1）层次不能太多，也不能太少。 （2）应在接口服务描述工作量最小、穿过相邻边界相互作用次数最少或 通信量最小的地方建立边界。 （3）每层应当实现一个定义明确的功能。 （4）每一层的功能要尽量局部化。 （5）每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际标准。 （6）同一节点内相邻层次之间通过接口通信，每一层只与它的上、下邻 层产生接口，规定相应的业务。 （7

22、）不同节点的同等层按照协议实现同等层之间的通信。n在网络通信系统中，两个实体要实现相互通信，它们必须在网络通信系统中，两个实体要实现相互通信，它们必须具有相同的语言，交流什么、怎样交流及何时交流等是数具有相同的语言，交流什么、怎样交流及何时交流等是数据通信双方都必须共同遵守的规则，这些规则的集合称为据通信双方都必须共同遵守的规则，这些规则的集合称为协议协议(Protocol)。n规定了数据通信双方用于规定了数据通信双方用于“交谈交谈”的一套语义和语法规则。的一套语义和语法规则。3.1.3 网络协议n以两个人打电话为例说明协议的概念：以两个人打电话为例说明协议的概念：n甲拨号甲拨号乙方电话振铃乙

23、方电话振铃乙拿起电话并通话乙拿起电话并通话通话完毕通话完毕挂断电话挂断电话n甲乙两者使用的电话号码就甲乙两者使用的电话号码就“语法语法” n乙的电话振铃是一个信号，表示有电话打进，乙选择接电乙的电话振铃是一个信号，表示有电话打进，乙选择接电话，这一系列的动作包括了控制信号、响应动作等话，这一系列的动作包括了控制信号、响应动作等“语义语义” n通话过程的因果顺序通话过程的因果顺序“时序时序”n注注1：协议设计协议设计兼顾协议的效率和灵活性，开放性。兼顾协议的效率和灵活性，开放性。n注注2 2：通信协议实质上是实体间通信时所使用的一种语言。通信协议实质上是实体间通信时所使用的一种语言。3.1.3

24、网络协议 这里，甲乙公司都可以看作是网络结点，而经理、助手和秘书是一个个的通信实体。处于不同结点的相同层次的实体叫做对等实体。 而协议实际上是对等实体之间的通信规则的约定。比如两个公司的秘书之间就有收发传真、和普通信函的协议，高级助理之间都遵照标准公函的协议，经理之间当然也有协议，不过那就是商人们的事情了。 通信系统采用了层次化结构的优点：独立性强/适应性强/易于实现和维护/易于标准化3.1.3 网络协议n网络通信协议的特点是层次性,可靠性和有效性。 n协议的分层可以将复杂的问题简单化 n协议可靠性和有效性是正常和正确通信的保证，只有协议可靠和有效，才能实现系统内各种资源共享。n注意：通信协议

25、实质上是实体间通信时所使用的一种语言 网络协议的特点网络协议的特点3.1.3 网络协议nOSI-RM体系结构体系结构n1 9 7 9 年 ， I S O 公 布 了 开 放 系 统 互 联 参 考 模 型OSI/RM(Open System Interconnection/Reference Model)。n在OSI中 的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其它任何系统进行通信；3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RM应用层应用层传输层传输层网络层网络层表示层表示层会话层会话层数据链路层数据链路层物理层物理层7 76 65

26、54 43 32 21 1OSI参考模型中参考模型中高高层，面向层，面向信信息处理息处理。OSI参考模型中参考模型中低低层，面向层，面向数数据通信据通信。3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RMOSI构造了堆栈式的七层模型：构造了堆栈式的七层模型：OSIOSI参考模型参考模型n在上图中，OSI的最高层是应用层，面向用户提供应用服务，最底层是物理层，连接传输介质实现真正的数据通信。n物理层到应用层之间从下到上依次为数据链路层、网络层、传输层、会话层和表示层。n层与层之间的联系是通过各层之间的接口来进行的，上层通过接口向下层提出服务请求，而下层通过接口向上层提供服务。n两个用户

27、计算机通过网络进行通信时，除物理层之外，其余各对等层之间均不存在直接的通信关系，而是通过各对等层之间的通信协议来进行通信。3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RMn注意：如上图所示，虚线表示各对等层之间是通过通信协议进行通信的，没有物理上的连接，只有两物理层之间通过传输介质才能进行真正的数据通信。物理层的主要功能：n利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物理连接；n实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务；n物理层的数据传输单元是比特。 3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RM数据链路层的主要功能：n在物理层提供的服务基础上，数据链路

28、层在通信的实体间建立数据链路连接；n传输以“帧”为单位的数据包；n采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。 网络层的主要功能：n通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径；n为数据在节点之间传输创建逻辑链路；n实现拥塞控制、网络互连等功能。3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RM传输层的主要功能：n向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务；n处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题；n传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层。会话层的主要功能：n负责维护两个节点之间的传输链接，以便确保点-

29、点传输不中断；n管理数据交换。3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RM表示层的主要功能：n用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；n数据格式变换；n数据加密与解密；n数据压缩与恢复。应用层的主要功能:n为应用程序提供了网络服务;n应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步;n建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RM现在把以上所述各层的现在把以上所述各层的主要功能归纳如下：主要功能归纳如下：应用层：应用层：与用户应用进程的接口，即相当于与用户应用进程的接口，即相当于 做什么？做什么

30、？ 表示层：表示层：数据格式的转换，即相当于数据格式的转换，即相当于 对方看起来像什么？对方看起来像什么？ 会话层：会话层：会话的管理与数据传输的同步，即相当于会话的管理与数据传输的同步，即相当于 轮到谁轮到谁讲话和从讲话和从 何讲起？何讲起？ 传输层：传输层：从端到端全网络透明的传输报文，即相当于从端到端全网络透明的传输报文，即相当于 对方对方在何处？在何处？ 网络层：网络层：分组交换和路由选择，即相当于分组交换和路由选择，即相当于 走那条路可以到走那条路可以到达该处？达该处？ 数据链路层：数据链路层：在链路上无差错的传送帧，即相当于在链路上无差错的传送帧，即相当于 每一步每一步该怎么走？该

31、怎么走？ 物理层：物理层：将比特流放到物理媒体上传送，即相当于将比特流放到物理媒体上传送，即相当于 对上一对上一层的每一步应该怎样利用物理媒体？层的每一步应该怎样利用物理媒体？ 3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RM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 层应用进程A应用进程B比特序列帧分组报文数据单元数据单元数据数据传输介质主机A主机A主机B主机BOSI环境中的数据流 n注1：物理层、数据链路层和网络层为下三层，统称为低层，构成了开放的网络通信平台，实现OSI参考模型面向

32、通信(含传输和交换)的功能。 注2：OSI参考模型的高层(或称为上三层)为会话层、表示层和应用层，主要面向用户的应用进程，进行分布的信息处理。 注3：中间的第四层为传输层，它是计算机通信的关键层次，为高低层间提供接口与服务，起与通信两端桥接的作用。 注4：通信子网内的交换设备仅包括下三层功能。 3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RMnOSI参考模型总结参考模型总结nOSI参考模型中，采用的是三级抽象： 1、 体系结构（architecture） 2、服务定义（service definition） 3、协议说明（protocol specification）n1、体系结构

33、n开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包括的可能的服务；n作为一个框架来协调和组织各层协议的制定；n对网络内部结构最精炼地概括与描述。n 3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RMn2、服务定义n详细地说明了各层所提供的服务；n某一层的服务就是该层及其以下各层的一种能力；n低层的服务是通过接口向上一层提供的;n各层所提供的服务与这些服务是如何实现的无关；n定义了层与层之间的接口与各层使用的原语，但不涉及接口是具体实现的。 n3、协议说明n每一层都有特定的协议，规范操作。3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RMISO划分七层结构的基本原则：划分七层

34、结构的基本原则：n网中各结点都具有相同的层次；网中各结点都具有相同的层次；n不同结点的同等层具有相同的功能；不同结点的同等层具有相同的功能；n同一结点内相邻层之间通过接口通信；同一结点内相邻层之间通过接口通信；n每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；n不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RMOSI参考模型的特征为：参考模型的特征为：(1)采用了有利于异构计算机系统互连、互通的层次化结构。(2)是一种抽象的标准框架，也是OS

35、I中最高一级的抽象，而不是具体实现的描述。(3)在不同开放实系统的对等(Peer)层之间的通信由此层的协议管理。(4)在同一开放实系统的相邻层间的接口定义了服务关系和操作原语。(5)可提供的服务为面向连接的或无连接的数据服务。(6)每层实体执行所定义的功能，修改某层的功能不应影响其他层。3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RMn七层七层OSI参考模型参考模型具有以下优点：具有以下优点：n（1）简化了相关的网络操作。）简化了相关的网络操作。n（2）提供即插即用的兼容性和不同厂商之间的标准接口。）提供即插即用的兼容性和不同厂商之间的标准接口。n（3）使各个厂商能够设计出具有互操

36、作性的网络设备，）使各个厂商能够设计出具有互操作性的网络设备，加快数据通信网的发展。加快数据通信网的发展。n（4）防止以各区域网络的变化影响另一个区域的网络，）防止以各区域网络的变化影响另一个区域的网络，因此，每一个区域的网络都能单独快速升级。因此，每一个区域的网络都能单独快速升级。n（5）把复杂的网络问题分解为小而简单的问题，易于学）把复杂的网络问题分解为小而简单的问题，易于学习和操作。习和操作。3.2 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RM3.2.1 物理层 Physical Layer 2、物理层的特性（1）机械特性（2）电气特性（3）功能特性（4）规程特性1、DTE和DC

37、E物理层的内容介绍，主要从以下四个方面：物理层的内容介绍，主要从以下四个方面： 3.2.1 物理层 Physical Layer 4、物理层提供的服务 （1）物理连接 -下面介绍（2）物理服务数据单元（3）顺序化（4）数据链路标识（5）服务质量指标（6）故障情况报告（1）物理连接的建立、维持与拆除 （2）数据传输 （3）物理层管理 3、物理层的功能 3.2.1 物理层 Physical Layer 4、物理层提供的服务-补充下面内容 （1）物理连接 主站 从站 从站 从站 主站 从站 从站 从站 图3-4 物理连接形式 (a) 点到点连接 (b) 多点连接n补充内容：物理信道的连接方式补充内容

38、：物理信道的连接方式n1、点到点连接方式、点到点连接方式n 终端（或计算机）与计算机之间可以直接地或者通过调制解调器，用线路（拨号线路或专用线路）进行连接。当两者之间的通信量较大时，可采用这种点到点的连接方式。 3.2.1 物理层 Physical Layer n2、 多点连接方式多点连接方式n 多点方式即多个终端（或计算机）通过一条公用总线直接或通过调制解调器与计算机相连。 3.2.1 物理层 Physical Layer n3、 集中式连接集中式连接n 将多个相距不远的终端连接到多路复用器或集线器上，再用一条传输线路将复用器或集线器与计算机相连。3.2.1 物理层 Physical Lay

39、er 物理层物理层位于位于OSI参考模型的最底层，向下直接与物理传输参考模型的最底层，向下直接与物理传输介质相连接。介质相连接。n该层定义了电缆如何连接到网卡上，以及需要用何种传该层定义了电缆如何连接到网卡上，以及需要用何种传送技术在电缆上发送数据。它还定义了位同步及检查。送技术在电缆上发送数据。它还定义了位同步及检查。物理层描述了软件与硬件之间的实际连接，定义其上层物理层描述了软件与硬件之间的实际连接，定义其上层数据链路层所使用的访问方法。数据链路层所使用的访问方法。n物理层协议是各种网络设备进行互联时必须遵守的底层物理层协议是各种网络设备进行互联时必须遵守的底层协议。协议。n物理层的主要特

40、点是：物理层的主要特点是： l主要负责在物理连接上传输二进制比特流。主要负责在物理连接上传输二进制比特流。l提供为建立、维护和释放物理连接所需要的机械、电气、提供为建立、维护和释放物理连接所需要的机械、电气、功能和规程的特性。功能和规程的特性。3.2.1 物理层 Physical Layer n两个相关的概念：n数据终端设备数据终端设备DTE (Data Terminal Equipment)DTE (Data Terminal Equipment)是网络中是网络中用于处理用户数据的设备，是计算机网络中的数据源，用于处理用户数据的设备，是计算机网络中的数据源，是资源子网的实体。通常是一台计算机

41、，也可以是是资源子网的实体。通常是一台计算机，也可以是I/OI/O设设备。备。n数据电路端接设备数据电路端接设备DCE (Data Circuit Terminating DCE (Data Circuit Terminating Equipment)Equipment)是介于是介于DTEDTE和网络传输介质之间的设备，将和网络传输介质之间的设备，将DTEDTE发出的数字信号按顺序变为适合在传输介质上传输的发出的数字信号按顺序变为适合在传输介质上传输的信号形式，并将它送到传输介质上；同时，又可以从传信号形式，并将它送到传输介质上；同时，又可以从传输介质上接收远方传输来的信号，并将它转换为计算机

42、输介质上接收远方传输来的信号，并将它转换为计算机能接收的数字信号形式并送往计算机。能接收的数字信号形式并送往计算机。3.2.1 物理层 Physical Layer n注1：通信接口特性是指DTE和DCE之间连接的物理特性。n注2：这种连接特性与所选用的DCE类型、传输信道（模拟/数字）、通信方式（半双工/全双工）和通信速率有关。n注3：物理层标准主要描述了通信接口的相关特性。包括机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。 注意：数据通信接口特性注意：数据通信接口特性3.2.1 物理层 Physical Layer n例如，通过电话线进行计算机通信时所用的调制解制器。例如，通过电话线进行计算机通

43、信时所用的调制解制器。nDTEDTE和和DCEDCE之间的接口标准之间的接口标准物理层接口协议物理层接口协议。物理层的功能：物理层的功能：n(1)(1)物理连接的建立、维持和拆除物理连接的建立、维持和拆除n(2)(2)物理服务数据单元传输（同步和异步）物理服务数据单元传输（同步和异步）n(3)(3)物理层管理（如功能的激活和差错控制物理层管理（如功能的激活和差错控制) )3.2.1 物理层 Physical Layer n物理层的四个特性：n（1）机械特性）机械特性n物理连接时所使用可接插连接器的形状和尺寸，以及连接物理连接时所使用可接插连接器的形状和尺寸，以及连接器中引脚的数量与排列等。器中

44、引脚的数量与排列等。n（2）电气特性）电气特性n在物理连接上传输二进制比特流时线路上信号电平高低、在物理连接上传输二进制比特流时线路上信号电平高低、阻抗匹配、传输速率与距离限制。阻抗匹配、传输速率与距离限制。n（3）功能特性）功能特性n物理接口上各条信号线的功能分配和准确定义，说明某些物理接口上各条信号线的功能分配和准确定义，说明某些连线上出现的某一电平所表示的意义。连线上出现的某一电平所表示的意义。n（4）规程特性）规程特性n定义了信号线进行二进制比特流传输的一组操作过程。定义了信号线进行二进制比特流传输的一组操作过程。3.2.1 物理层 Physical Layer 典型的物理层协议典型的

45、物理层协议RS 232CRS 232C协议协议（1）机械特性：）机械特性：25针连接器（针连接器（DB-25接口），在接口），在DTE一侧采用一侧采用孔式结构，在孔式结构，在DCE一侧采用针式结构，两连接器间最长连接一侧采用针式结构，两连接器间最长连接线为线为15米，并且针式和孔式结构插头米，并且针式和孔式结构插头/插座引线的排列顺序插座引线的排列顺序不同。不同。（2）电气特性：采用单端发送单端接收、双极性电源供电的）电气特性：采用单端发送单端接收、双极性电源供电的非非平衡式平衡式电路，其逻辑电路，其逻辑“1”电平为电平为-15V-5V，逻辑，逻辑“0”电平电平为为+5V+15，-5V+5V为

46、过渡区，不做定义。数据传输速为过渡区，不做定义。数据传输速率一般为率一般为300、600、1200、2400、4800、9600、19200bps等。等。（3）功能特性：）功能特性：DB-25连接器连接器25针中的针中的20个针及其信号的含个针及其信号的含义。义。（4）规程特性：定义了）规程特性：定义了DTE与与DCE通过通过RS 232接口连接时，各接口连接时，各信号线在建立、维持和拆除物理连接及传输比特信号时的时信号线在建立、维持和拆除物理连接及传输比特信号时的时序要求。序要求。(a)9针针; (b)15针针; (c)25针针; (d)37针针; (e)34针针 机械特性：机械特性： IS

47、O标准化的五种连接器规格标准化的五种连接器规格 几种电气特性电路几种电气特性电路RS232C功能特性：针脚特性DTE 通过 DCE 与通信传输线路相连 DTEDCEDCE串行比特传输RS232C接口信号线与控制线通信环境用户设施通信设施DTERS232C接口信号线与控制线用户设施典型典型MODEM典型典型MODEMn典型RS232接口连线(1) 保护地(2) 发送数据(3) 接收数据(4) 请求发送(5) 允许发送(6) DCE 就绪(7) 信号地(8) 载波检测(20) DTE 就绪(22) 振铃指示DTEDCE计算机或终端调制解调器n注：除了RS232协议外，还有其他标准。n 如：RS-4

48、49 由 3 个标准组成。即：nRS-449nRS-423-AnRS-422-A nRS -449标准的机械特性规定使用37针的标准连接器。保持与RS -232C接口的兼容性, 使得在采用新的接口标准时不必变更基于RS -232C接口的设备接口。这一方面是通过RS -449标准的电气特性和功能特性实现的。 3.2.1 物理层 Physical Layer n RS -422A标准是平衡方式的, 采用的是平衡发送器和差分接收器, 使用双线来传输信号, 增强了抗共模干扰能力。在距离为10 m时, 速率可达10 Mb/s; 在距离增加到1000 m时, 速率仍可达100 kb/s。 ITU V.11

49、建议中所规定的电气特性与RS -422A电气特性相类似。n n RS -423A标准是非平衡方式的, 采用的是单端发送器和差动接收器。由于采用了差分接收, 可以获得比RS -232C更好的传输特性。在距离为10 m时, 速率可达300 kb/s; 在距离增加到1 000 m时, 速率为3 kb/s。 3.2.1 物理层 Physical Layer 3.2.2 数据链路层 Data Link Layer 1、链路与数据链路节点交换机 节点交换机 链路 控制 Modem Modem 链路 控制 链路 数据链路 数据链路 图3-5 链路与数据链路 n链路链路(link)是一条无源的点到点的物理线路

50、段，中间没有是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。任何其他的交换结点。n 注1：一条链路只是一条通路的一个组成部分。n数据链路数据链路(data link) 除了物理线路外，还必须有通信协除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了软件加到链路上，就构成了数据链路数据链路。n注2：现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。n注3：一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。 3.2.2 数据链路层 Data Link Layer 3.2

51、.2 数据链路层 Data Link Layer 图图3-6 从层次结构上看数据的传送从层次结构上看数据的传送 高层高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系统系统A网络层网络层链路层链路层物理层物理层网络层网络层链路层链路层物理层物理层高层高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系统系统B路由器路由器1路由器路由器2n常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。n帧帧(Frame)数据链路层中的信息传输单位。（帧分为数据链路层中的信息传输单位。（帧分为帧头、信息和帧尾帧头、信息和帧尾3个字段，帧中包含地址、控制、数据个字段，帧

52、中包含地址、控制、数据及校验码等信息。）及校验码等信息。）节点节点帧帧3.2.2 数据链路层 Data Link Layer n数据链路层的作用数据链路层的作用是对物理层传输原始比特流的功能的是对物理层传输原始比特流的功能的加强，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻加强，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，即使之对网络层表现为一条无辑上无差错的数据链路，即使之对网络层表现为一条无差错的数据链路。数据链路层的基本功能是向网络层提差错的数据链路。数据链路层的基本功能是向网络层提供透明的和可靠的数据传送服务。供透明的和可靠的数据传送服务。n透明传输透明传输是指该层上

53、传输的数据的内容、格式及编码方是指该层上传输的数据的内容、格式及编码方式没有限制，也没有必要解释信息结构的意义；不管所式没有限制，也没有必要解释信息结构的意义；不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在物理链路上传数据是什么样的比特组合，都应当能够在物理链路上传送。传送。3.2.2 数据链路层 Data Link Layer n为了达到可靠传输，数据链路层必须具备一系列相应的为了达到可靠传输，数据链路层必须具备一系列相应的功能，主要有：如何将比特流组织成数据链路协议数据功能，主要有：如何将比特流组织成数据链路协议数据单元单元帧帧；如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何；如何控制帧在物理信道上

54、的传输，包括如何处理传输差错处理传输差错( (差错控制差错控制) )，如何协调收发双方的数据传，如何协调收发双方的数据传输速率输速率( (流量控制流量控制) )，以防止接收方因来不及处理发送方，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。n在面向连接的服务时，为两个网络实体之间提供数据链在面向连接的服务时，为两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放管理，即路通路的建立、维持和释放管理，即链路管理链路管理。3.2.2 数据链路层 Data Link Layer n注意：数据链路层注意：数据链路层介于物理层和网络层之间，能

55、够把介于物理层和网络层之间，能够把物理层传输来的原始数据打包成帧。负责数据链路信物理层传输来的原始数据打包成帧。负责数据链路信息从源节点传输到目的节点的数据传输与控制，例如息从源节点传输到目的节点的数据传输与控制，例如连接的建立、维护与拆除、异常情况处理、差错控制连接的建立、维护与拆除、异常情况处理、差错控制与恢复、信息格式等，检测和校正物理层可能出现的与恢复、信息格式等，检测和校正物理层可能出现的差错，并为两系统之间提供一条无差错的链路。差错，并为两系统之间提供一条无差错的链路。3.2.2 数据链路层 Data Link Layer n（1）数据链路的建立与拆除）数据链路的建立与拆除 n（2

56、）帧传输和帧同步）帧传输和帧同步n（3）差错与流量控制）差错与流量控制n（4）数据链路管理）数据链路管理n（1）数据链路的建立与拆除）数据链路的建立与拆除n在链路两端的节点要进行通信前，必须首先确认对方已处于就绪状态，并交换一些必要的信息以对帧序号初始化，然后才能建立连接。在传输过程中则要维持该连接。如果出现差错，需要重新初始化，重新自动建立连接。传输完毕后则要释放连接。 2、数据链路层的主要功能：3.2.2 数据链路层 Data Link Layer n（2）帧传输和帧同步）帧传输和帧同步n为了使传输中发生差错后只将出错的有限数据进行重发为了使传输中发生差错后只将出错的有限数据进行重发，数据

57、链路层将比特流组织成帧并以帧为单位传送。数，数据链路层将比特流组织成帧并以帧为单位传送。数据链路层的帧应包含寻址信息和用来检测错误的信息，据链路层的帧应包含寻址信息和用来检测错误的信息，同时帧的组织结构必须设计成使接收方能够从物理层收同时帧的组织结构必须设计成使接收方能够从物理层收到的比特流中明确地区分出帧的起始与终止。这是一个到的比特流中明确地区分出帧的起始与终止。这是一个看起来简单，实现起来却并不容易的问题。这是帧同步看起来简单，实现起来却并不容易的问题。这是帧同步要解决的问题。由于网络传输中很难保证定时的正确和要解决的问题。由于网络传输中很难保证定时的正确和一致，所以不能采用依靠时间间隔

58、关系来确定一帧的起一致，所以不能采用依靠时间间隔关系来确定一帧的起始与终止的方法。始与终止的方法。 3.2.2 数据链路层 Data Link Layer n帧同步方法帧同步方法n 1. 字节计数法字节计数法n 字节计数法以一个特殊字符表示一帧的起始，并以一字节计数法以一个特殊字符表示一帧的起始，并以一个专门字段来标明帧内的字节数。接收方可以通过对该个专门字段来标明帧内的字节数。接收方可以通过对该特殊字符的识别，从比特流中区分出帧的起始，并从专特殊字符的识别，从比特流中区分出帧的起始，并从专门字段中获知该帧中随后跟随的数据字节数，从而可确门字段中获知该帧中随后跟随的数据字节数，从而可确定出帧的

59、终止位置。定出帧的终止位置。 n 采用字节计数法时，如果用于计数的字段出错，即采用字节计数法时，如果用于计数的字段出错，即失去了帧边界划分的依据，将造成灾难性的后果。由于失去了帧边界划分的依据，将造成灾难性的后果。由于这个原因，字符计数法已经很少被采用。这个原因，字符计数法已经很少被采用。3.2.2 数据链路层 Data Link Layer n 2. 使用字符填充的首尾定界符法使用字符填充的首尾定界符法n 使用字符填充的首尾定界符法用一些特定的字符使用字符填充的首尾定界符法用一些特定的字符来定界一帧的起始与终止，面向字符的同步协议来定界一帧的起始与终止，面向字符的同步协议BSC(Binary

60、 Synchronous Communication)便是典便是典型例子。为了不使数据信息位中出现的与特定字符相同型例子。为了不使数据信息位中出现的与特定字符相同的字符被误判为帧的首尾定界符，可以在这种数据字符的字符被误判为帧的首尾定界符，可以在这种数据字符前填充一个转义控制字符前填充一个转义控制字符(DLE)以示区别，从而达到数以示区别，从而达到数据的透明性。据的透明性。3.2.2 数据链路层 Data Link Layer n 3. 3. 使用比特填充的首尾定界符法使用比特填充的首尾定界符法n 使用比特填充的首尾定界符法以一组特定的比特模式使用比特填充的首尾定界符法以一组特定的比特模式(