第三章_计算机网络体系结构.

1、2.1 网络体系结构及协议概念网络体系结构及协议概念2.1.1 网络体系结构的概念网络体系结构的概念 计算机网络体系结构与网络协议是计算机网络技术计算机网络体系结构与网络协议是计算机网络技术中的关键。中的关键。 计算机网络的实现需要解决很多复杂的技术问题。计算机网络的实现需要解决很多复杂的技术问题。例如：例如：支持多种通信介质；支持多种通信介质；支持多厂商和异种机互支持多厂商和异种机互联，其中包括软件的通信规定及硬件接口的规范；联，其中包括软件的通信规定及硬件接口的规范；支支持多种业务，如远程登录、数据库、分布式计算等；持多种业务，如远程登录、数据库、分布式计算等；支持高级人机接口。支持高级人

2、机接口。 为了满足以上的种种需求，为了满足以上的种种需求，现代计算机网络就必须现代计算机网络就必须按高度结构化方式分层处理来满足需要。按高度结构化方式分层处理来满足需要。网络体系结构的定义：网络体系结构的定义：网络体系结构是指网络的基本设计思想及方案，并网络体系结构是指网络的基本设计思想及方案，并要定义各个组成部分的功能，从而达到用户要求。而层次要定义各个组成部分的功能，从而达到用户要求。而层次结构是描述体系的基本方法，它的特点是每一层都建立在结构是描述体系的基本方法，它的特点是每一层都建立在前一层基础之上，低层为高层提供服务。层次结构简化了前一层基础之上，低层为高层提供服务。层次结构简化了对

3、复杂的计算机网络的研究工作。对复杂的计算机网络的研究工作。 好处：好处：2.1.2网络协议网络协议网络协议的定义：网络协议的定义：三要素三要素语法语法 (Syntax)：是指：是指构成协议的协议元素的含义构成协议的协议元素的含义，不同，不同 类型的协议元素规定了通信双方所要表达的不同内容。这里类型的协议元素规定了通信双方所要表达的不同内容。这里 的协议元素是指控制信息或命令及应答。的协议元素是指控制信息或命令及应答。 2.1.3 分层原理通信双方通过核实信通信双方通过核实信的格式和内容，来达的格式和内容，来达到写信、阅信并执行到写信、阅信并执行信中内容的目的信中内容的目的 各层之间是独立的。这

4、样的话，某一层可以忽略其他层的各层之间是独立的。这样的话，某一层可以忽略其他层的实现细节，只要知道下一层通过界面实现细节，只要知道下一层通过界面 (接口接口) 所提供的服务。所提供的服务。 利于实现和维护，某个层次实现细节的变化不会影响其它层利于实现和维护，某个层次实现细节的变化不会影响其它层 次。次。结构上可以分割开，各层都可以选择最合适的实现技术。结构上可以分割开，各层都可以选择最合适的实现技术。 整个系统被分解为若干个范围较小的部分，便于实现、调整个系统被分解为若干个范围较小的部分，便于实现、调试和维护。试和维护。 基本概念基本概念关于（）层描述OSI协议时，一般从层次结构的角度出发，将

5、最高层和最低层以外的任何一层称为“第层”，其相邻的上一层为“第层”，其相邻的下一层为“第层”，而层则表示有个层次。 1、实系统 在通信网中，将现实中能够进行信息处理和信息传送的自治整体称为“实系统”。 2、开放实系统 一个实系统与其它实系统之间的通信遵守OSI标准，则称它为“开放实系统”。实体实体表示任何一个可以发送和接收信息的硬件或软件进程，负责完成子系统所承担的处理任务。可以为一个软件模块，或具有一定功能的硬件模块。（）协议（）协议是不同开放系统对等实体进行通信的规则的集合。即两个实体必须使用相同的协议才能通信。（）服务在（）协议的控制下，两个对等的（）层通过对等（）实体的工作，分别为上一

6、层（）层提供服务，同样，（）实体要执行（）协议，还要（）实体为其提供服务。服务访问点在同一系统中，一个（）实体和一个（）实体相互作用时，信息必须穿越上下两层之间的边界，将这样的边界称为服务访问点。（SAP）相邻实体之间允许有多个SAP，但一个只能被一个（）实体使用。.数据单元 数据单元协议数据单元：不同系统某层对等实体协议数据单元：不同系统某层对等实体为实现该层协议所交换的信息单位。为实现该层协议所交换的信息单位。 由：由：协议控制信息协议控制信息PCI 用户数据用户数据服务数据单元：上层服务用户要求服务服务数据单元：上层服务用户要求服务提供者传递的逻辑数据单元。提供者传递的逻辑数据单元。接口

7、数据单元：在同一系统中相邻两层接口数据单元：在同一系统中相邻两层实体的第一次交互中经过层接口的信息实体的第一次交互中经过层接口的信息单元。由：单元。由：接口控制信息接口控制信息接口数据接口数据协议数据单元： 协议数据单元（PDU）是指在不同开放系统的各层对等实体之间，为实现该层协议所交换的信息单元。接口数据单元 接口数据单元式指在同一开放系统的两个相邻层实体之间的一次交互中，进过层间接口的信息单元。服务数据单元： 服务数据单元是指（N）实体为完成（N）服务用户请求的功能所设置的数据单元2.4.3 、服务原语：在OSI-RM中，上层使用下层的服务，必须通过下层交换一些命令，这些命令称为服务原语。

8、 服务原语请求：用户要求服务做某项工作请求：用户要求服务做某项工作指示：用户被告知某事件发生了指示：用户被告知某事件发生了响应：用户表示对某事件的响应响应：用户表示对某事件的响应确认：用户实体收到关于它的请求答复确认：用户实体收到关于它的请求答复服务原语的表示方法： 空间表示法： 在空间表示法中，纵坐标代表层次，服务原语发送的顺序由小圆圈中的数字表示。时间表示法： 纵坐标表示时间。强调服务原语的先后顺序。2、服务类型： 服务是网络中各层实体向其相邻上层提供的一组功能集合。 两大类服务 面向连接服务：每次完整的数面向连接服务：每次完整的数据传输必须经过建立连接、数据传输必须经过建立连接、数据传输

9、、中止三个阶段据传输、中止三个阶段无连接服务：每个报文带有完无连接服务：每个报文带有完整的目的地址，每个报文在系整的目的地址，每个报文在系统中独立传送。统中独立传送。开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RM1983年形成开放系统互联基本参考模型的正式文件，即年形成开放系统互联基本参考模型的正式文件，即ISO 7498国际标准。我国的相应国家标准是国际标准。我国的相应国家标准是GB 9387。 划分层次的原则划分层次的原则各子模块具有相对的独立性，模块之间交互的信息尽可能少，从而各子模块具有相对的独立性，模块之间交互的信息尽可能少，从而尽可能地减少模块之间的依赖性。层次不能太多，也不

10、能少。尽可能地减少模块之间的依赖性。层次不能太多，也不能少。 尽可能地保持各层功能的相对独立性，但又要使各邻接层的功能便尽可能地保持各层功能的相对独立性，但又要使各邻接层的功能便于线接，以构成功能上的单向依赖关系，保证只在相邻层之间建立接口。于线接，以构成功能上的单向依赖关系，保证只在相邻层之间建立接口。 尽可能地把近似的功能集中在一起构成一层，以便于局部化，但对那尽可能地把近似的功能集中在一起构成一层，以便于局部化，但对那些在进程执行过程中所涉及的执行方法显然不同的功能应建立独立的层些在进程执行过程中所涉及的执行方法显然不同的功能应建立独立的层次，以便进行特殊处理。次，以便进行特殊处理。 考

11、虑数据处理的需要。在数据处理过程需要不同的抽象级的地方设立考虑数据处理的需要。在数据处理过程需要不同的抽象级的地方设立单独的层次，而当不需要该服务时，也可以绕过这些子层次。单独的层次，而当不需要该服务时，也可以绕过这些子层次。 应该把层次分成理论上需要的不同等级，每一层只与它的上、下邻层应该把层次分成理论上需要的不同等级，每一层只与它的上、下邻层产生接口，履行其特定的功能。产生接口，履行其特定的功能。 OSI是以综合开发通信协议体系为目的，从系统转移数据是以综合开发通信协议体系为目的，从系统转移数据直至对各系统中的文件、数据库及程序资源的访问调用以及各直至对各系统中的文件、数据库及程序资源的访

12、问调用以及各种通信功能都作为它的标准化对象。种通信功能都作为它的标准化对象。OSI中的中的“开放开放”，是指，是指凡遵守凡遵守OSI标准的系统可以互联，彼此能开放式地进行通信，标准的系统可以互联，彼此能开放式地进行通信，并且确保在导入新的通信业务时能够很容易地追加新的功能。并且确保在导入新的通信业务时能够很容易地追加新的功能。应用层应用层 （A）表示层表示层 （P） 物理层物理层 （PH）会话层会话层 （S）传输层传输层 （T）网络层网络层 （N） 数据链路层数据链路层 （DL） 最底层最底层 最顶层最顶层通信子网OSI中数据流动过程用户看到的数据流向用户看到的数据流向实际数据流向实际数据流向

13、实际数据流向实际数据流向实际数据流向实际数据流向物理层，第一层，物理层，第一层，OSIOSI模型的最低层。该层通过物理介质模型的最低层。该层通过物理介质 ( (如网络电缆如网络电缆) ) 传输无结构的原始位流。物理层完全面向硬件，传输无结构的原始位流。物理层完全面向硬件，它负责通讯计算机问物理链路的建立和维护过程中个方面的工它负责通讯计算机问物理链路的建立和维护过程中个方面的工作。物理层还负责运载由其上各层产生的数据信号。作。物理层还负责运载由其上各层产生的数据信号。 OSI-RM 各层主要功能概述各层主要功能概述 从以上定义可以看出，物理层两个特点是：从以上定义可以看出，物理层两个特点是：

14、物理层主要负责在物理连接上传输二进制比特流。物理层主要负责在物理连接上传输二进制比特流。 1、物理层、物理层物理层接口的特性四个特性：1、机械特性：主要规定DTE/DCE接口连接器的形状和尺寸，引脚数和引脚的安排2、电气特性：主要规定每种电信号的电平，信号脉冲宽度，允许的数据传输速率和最大传输距离3、功能特性：规定接口电路引脚的功能和作用4、规程特性：规定接口电路信号发出的时序，应答关系和操作过程。1、DTE: 数据终端设备，指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和信源。2、DCE: 数据电路端接设备，介于DTE与网络介质之间的设备，用于将DTE发出的数字信号变为适合在传输介质

15、上传输的信号形式，并将它送到传输介质上，和从传输介质上收取发来的信号。物理层的功能1、物理连接的建立和拆除 对于面向连接的服务而言，传输数据时建立连接，数据传输完毕拆除连接2、物理服务数据单元传输 采用同步或异步方式传输数据单元3、物理层管理 功能激活或差错控制DTE与DCE在网络中的位置物理层提供的服务1、物理连接：、物理连接： a:点到点连接，两个数据链路实体的一对一连接点到点连接，两个数据链路实体的一对一连接 b:多点连接，一个数据链路实体与多个数据链路实多点连接，一个数据链路实体与多个数据链路实 体的连接体的连接2、物理服务数据单元：、物理服务数据单元： 串行传输串行传输:传输介质上信

16、息一位一位向目的地传输传输介质上信息一位一位向目的地传输 并行传输：由若干位信息并排向目的地传输并行传输：由若干位信息并排向目的地传输3、顺序化：、顺序化： 在传输时保证收到的位顺序与发送的一致在传输时保证收到的位顺序与发送的一致4、数据电路标识：、数据电路标识： 提供惟一能标识两相邻系统之间数据电路的标识符提供惟一能标识两相邻系统之间数据电路的标识符5、故障情况报告：、故障情况报告： 物理层内出现差错时能向数据链路实体报告物理层中所检测到的故障和物理层内出现差错时能向数据链路实体报告物理层中所检测到的故障和差错。差错。6、服务质量标准：、服务质量标准： 质量指标包括质量指标包括 误码率、服务

17、可用性、数据传输速率、传输时延误码率、服务可用性、数据传输速率、传输时延 常用的物理层接口简介常用的物理层接口简介1、EIA RS-232-E EIA RS-232是美国电子工业协会依照是美国电子工业协会依照CCITT的相关标准加的相关标准加以具体实现的一个物理层异步通信接口标准。用于在模拟信以具体实现的一个物理层异步通信接口标准。用于在模拟信道环境下传输数据信号。道环境下传输数据信号。 （1）、）、 EIA RS-232-E机械特性：机械特性： EIA RS-232-E规定了一个规定了一个25引脚针状的连接器引脚针状的连接器（DB25接口）用来连接接口）用来连接DTE和和DCE。 （2）、功

18、能特性：）、功能特性： 规定了规定了25针中各个信号的含义。针中各个信号的含义。 （3）电气特性：）电气特性： 采用负逻辑，低于采用负逻辑，低于-3V表示表示1，用高于，用高于3V的电压表示的电压表示 二进二进制制0.最大速率最大速率19.2Kbps，电缆长度，电缆长度15米。米。 （4）规程特性）规程特性 由一组标准信号线与之对应，描叙了接口事件发生的顺序由一组标准信号线与之对应，描叙了接口事件发生的顺序。 面向比特型的数据链路层，其规程传送信息的单面向比特型的数据链路层，其规程传送信息的单位称为帧。帧分为控制帧和信息帧。位称为帧。帧分为控制帧和信息帧。 面向字符型的主要特点是利用已定义好的

19、一组面向字符型的主要特点是利用已定义好的一组控制字符完成数据链路控制功能。控制字符完成数据链路控制功能。 1、数据链路层的功能传输链路 传输链路是用于传输数据的通信信道，由双绞线、光纤、 同轴电缆、微波、卫星通信等构成。 信道分为链路与通路两种：链路：两节点间完全由通信介质连接，中间无网络节点。 通路：两节点间有一条信道，中间可有网络节点中继。 为了在相邻网络实 体间建立、维持、和释放数据链路连接，及传输数据链路服务数据单元。 为保证数据传输的可靠，发送方把用户数据封装成帧，并按顺序传输各帧。并担负将接手的帧进行校验（奇偶校验或CRC校验）看收到的帧是否正确。2、数据链路的服务1、数据链路连接

20、的管理 a:无连接、无应答的服务。要求线路误码率 低，主要传输实时数据如语音 b:有应答，有连接服务。主要是目的方收到帧 后要用应答的方式告诉源方收到帧的情况。 应答有3种: 1、正向应答：收到的帧为正确的就回确认帧 2、双向应答：收到的帧为正确和错误都回确 认帧 3、负向应答：仅当收到出错帧才回答 c:面向服务连接：三个阶段，建立连接、传输数据、 拆除数据链路。2、帧同步：、帧同步： 数据链路层的服务数据单元为帧数据链路层的服务数据单元为帧,帧同步要求数据帧同步要求数据通信的接收端能够从收到的比特流中准确识别出一帧通信的接收端能够从收到的比特流中准确识别出一帧的开始位置和结束位置的开始位置和

21、结束位置,以便协调发送端与接收端之间以便协调发送端与接收端之间的工作的工作,并提供一种有利于提高通信效率的传输方式并提供一种有利于提高通信效率的传输方式 4、顺序和流量控制：、顺序和流量控制： 用于控制数据链路上的帧在相邻节点之间传输。以保用于控制数据链路上的帧在相邻节点之间传输。以保持差错的检测与控制持差错的检测与控制 3、差错的检测和恢复差错的检测和恢复用于检测传来的比特流中是否有出错的。有检错与纠错码用于检测传来的比特流中是否有出错的。有检错与纠错码6、对数据和控制信息的识别：、对数据和控制信息的识别： 有能力区分同一帧中的控制信息和数据信息。有能力区分同一帧中的控制信息和数据信息。5、

22、寻址、寻址 保证每一帧能送达正确的地理位置，同时接收端保证每一帧能送达正确的地理位置，同时接收端也知道发送端是谁也知道发送端是谁7、透明传输：、透明传输： 要求所传的数据无论是怎么样的比特组合，都要求所传的数据无论是怎么样的比特组合，都能够在数据链路层上传输。当所传数据的比特组能够在数据链路层上传输。当所传数据的比特组合与某一控制信息相同时，则必须采取措施，避合与某一控制信息相同时，则必须采取措施，避免接收端将此数据当控制信息。免接收端将此数据当控制信息。高级数据链路控制规程 为在数据链路层实现数据的可靠传输,发送端与接收端双方都应共同遵守一定的协议或规则,这些协议和规则就称为数据链路控制规程

23、.(DLCP,Data Link Control Procedure)解决的问题有:数据编码格式,数据控制字符,报文格式,呼叫及应答方式,传输步骤,差错控制方式,通信方式,同步方式,信息传输数率等。 数据链路控制规程分为：面向字符型传输控制规程面向比特型传输控制规程HDLC的概念 HDLC是由IBM公司推出的面向比特型的数据传输规程（SDLC）经ISO修改而来。 协议的特点是所传输的一帧数据可以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束，故称面向比特的协议。 HDLC定义了3种类型的站，2种配置和三种数据传送形式。 3种类型的站 主站：功能是发出命令帧，接收响应

24、帧，并负责整个链路的控制 次站：功能是发出响应帧，接收主站的命令帧，并配合主站参与部分链路控制复合站：兼具主站与次站的功能。2种链路配置 非平衡配置：由一个主站和一个次站组成点到点结构，或由一个主站和多个次站组成点到多点结构，支持半双工和全双工结构。平衡配置：双方都由一个主站和一个次站以对称形式构成，或双方均由符合站构成。支持半双工和全双工结构。3种数据传输方式： 正常响应方式：用于非平衡配置。特点是只有主站才能发起向次站的数据传送，次站只能以响应帧的形式回答主站 异步响应方式：用于非平衡配置和平衡配置中的点到点链路结构。特点是不需要等待主站的特殊指令就可以向主站发送响应帧 异步平衡方式：用于

25、平衡配置。每个站都为符合站，可以平等发起数据传输。HDLC的帧格式2、面向位的传输 通过HDLC（高级数据链路控制协议）将帧分为信息帧和控制帧。 标志 站址 控制 信息 帧校验 标志 01111110 8位 8位 任意长 16位 01111110 1 SDLCHDLC标志字符标志字符 SDLCHDLC协议规定，所有信息传输必须以协议规定，所有信息传输必须以一个标志字符开始，且以同一个字符结束。这个标一个标志字符开始，且以同一个字符结束。这个标志字符是志字符是01111110，称标志场（，称标志场（F）。从开始标志到）。从开始标志到结束标志之间构成一个完整的信息单位，称为一帧结束标志之间构成一个

26、完整的信息单位，称为一帧（Frame）。所有的信息是以帧的形式传输的，而）。所有的信息是以帧的形式传输的，而标志字符提供了每一帧的边界。接收端可以通过搜标志字符提供了每一帧的边界。接收端可以通过搜索索“01111110”来探知帧的开头和结束，以此建立帧来探知帧的开头和结束，以此建立帧同步。同步。 SDLCHDLC协议规定以协议规定以01111110为标志字节，为标志字节，但在信息场中也完全有可能有同一种模式的字符，但在信息场中也完全有可能有同一种模式的字符，为了把它与标志区分开来，所以采取了为了把它与标志区分开来，所以采取了0位插入和位插入和删除技术。具体作法是发送端在发送所有信息（除删除技术

27、。具体作法是发送端在发送所有信息（除标志字节外）时，只要遇到连续标志字节外）时，只要遇到连续5个个1，就自动插，就自动插入一个入一个0当接收端在接收数据时（除标志字节）如当接收端在接收数据时（除标志字节）如果连续接收到果连续接收到5个个1，就自动将其后的一个，就自动将其后的一个0删除，删除，以恢复信息的原有形式。以恢复信息的原有形式。这种这种0位的插入和删除过位的插入和删除过程是由硬件自动完成的，比上述面向字符的程是由硬件自动完成的，比上述面向字符的数据透数据透明明容易实现容易实现 2地址场和控制场地址场和控制场 在在标志标志场之后，可以有一个地址场场之后，可以有一个地址场A（Address）

28、和一个）和一个控制控制场场C（Contro1）。地址场）。地址场用来规定与之通信的次站的地址。用来规定与之通信的次站的地址。 控制场可规定若干个命令。控制场可规定若干个命令。SDLC规定标志场规定标志场和控制场的宽度为和控制场的宽度为8位。位。HDLC则允许标志场可为任则允许标志场可为任意长度，控制场为意长度，控制场为8位或位或16位。接收方必须检查每个位。接收方必须检查每个地址字节的第一位，如果为地址字节的第一位，如果为0，则后边跟着另一个，则后边跟着另一个地址字节；若为地址字节；若为1，则该字节就是最后一个地址字，则该字节就是最后一个地址字节。同理，如果控制场第一个字节的第一位为节。同理，

29、如果控制场第一个字节的第一位为0，则还有第二个控制场字节，否则就只有一个字节。则还有第二个控制场字节，否则就只有一个字节。 3信息场信息场 跟在控制场之后的是信息场跟在控制场之后的是信息场I（Information）。）。I场包含有要传送的数据，亦成为数据场。并不是每一场包含有要传送的数据，亦成为数据场。并不是每一帧都必须有信息场。即信息场可以为帧都必须有信息场。即信息场可以为0，当它为，当它为0时，时，则这一帧主要是控制命令。则这一帧主要是控制命令。 4帧校验场帧校验场 紧跟在信息场之后的是两字节的帧校验场，帧校紧跟在信息场之后的是两字节的帧校验场，帧校验场称为验场称为FC（Frame Ch

30、eck）场，）场， 校验序列校验序列FCS（Frame check Sequence）。）。SDLCHDLC均采用均采用16位循环冗余校验码位循环冗余校验码CRC （Cyclic Redundancy Code），其生成多项式为），其生成多项式为CCITT多项式多项式X16+X12+X5+1。除了标志场和自动插入的。除了标志场和自动插入的0位位外，所有的信息都参加外，所有的信息都参加CRC计算。计算。 CRC的编码器在发的编码器在发送码组时为每一码组加入冗余的监督码位。接收时译送码组时为每一码组加入冗余的监督码位。接收时译码器可对在纠错范围内的错码进行纠正，对在校错范码器可对在纠错范围内的错码

31、进行纠正，对在校错范 围内的错码进行校验，但不能纠正。超出校、纠错范围内的错码进行校验，但不能纠正。超出校、纠错范围之外的多位错误将不可能被校验发现围之外的多位错误将不可能被校验发现 。HDLC的帧类型 HDLC定义了定义了3种不同类型的帧，信息帧（种不同类型的帧，信息帧（I），），监督帧（监督帧（S），无编号帧（），无编号帧（U） 信息帧信息帧（I） 当控制字段的第一比特为当控制字段的第一比特为0时，该帧为信息帧，时，该帧为信息帧，N（S）为发送帧序号，）为发送帧序号，N（R）为接受序号。）为接受序号。监督帧（监督帧（S） 当控制字段的第当控制字段的第1、2比特为比特为10时，则对应的帧时，

32、则对应的帧为监督帧，监督帧可告诉发送方发接收的情况及要为监督帧，监督帧可告诉发送方发接收的情况及要接的帧号。共有接的帧号。共有4种监督帧：种监督帧： 1、00 RR帧帧 接收准备好接收准备好 2、01 RNR 接收未准备好。接收未准备好。 3、10 REJ 拒绝接收拒绝接收 4、11 SREJ 选择拒绝接收选择拒绝接收无编号帧无编号帧(U)： 控制字段的第控制字段的第1、2比特为比特为11时，为无编号帧，时，为无编号帧，主要起控制作用。主要起控制作用。数据链路连接与物理连接的关系数据链路连接与物理连接的关系 链路两端处于关闭状态时链路两端处于关闭状态时: 开机两端由于没有建立数据链路开机两端由

33、于没有建立数据链路,传输传输不可靠不可靠. 数据链路从建立到释放阶段数据链路从建立到释放阶段,物理线路物理线路处于活动状态处于活动状态,这段时间称为数据链路生存这段时间称为数据链路生存期期. 链路两端的节点从开机到关机的时间链路两端的节点从开机到关机的时间称为物理连接成存期称为物理连接成存期. 数据链路层的目的 为了在相邻网络实体间建立、维持、和释放数据链路连接，及传输数据链路服务数据单元。 为保证数据传输的可靠，发送方把用户数据封装成帧，并按顺序传输各帧。并担负将接手的帧进行校验（奇偶校验或CRC校验）看收到的帧是否正确。 从从OSIOSI参考模型的角度，网络层所提供的服务可以分为两类：参考

34、模型的角度，网络层所提供的服务可以分为两类： 无连接网络服务中两实体之间的通信不需要事先建立好一个连接。无连接网络服务有三种类型：数据报 (datagram)、确认交付 (confirmed delivery) 和请求回复 (request reply)。 面向连接的网络服务又称为虚电路 (Virtual Circuit) 服务，它具有网络连接建立、数据传输和网络连接释放三个阶段，是可靠的报文分组按顺序传输的方式。 1、网络层功能、网络层功能 完成网络中任意主机之间的数据传输，利用数据链完成网络中任意主机之间的数据传输，利用数据链路层的功能将每个数据报从源端传输到目的端路层的功能将每个数据报从

35、源端传输到目的端 具 体 功 能 1）建立和拆除网络连接）建立和拆除网络连接2）路由选择和中继）路由选择和中继3）网络连接多路复用）网络连接多路复用4）分段和组块）分段和组块5）传输和流量控制）传输和流量控制6）差错的检测与恢复）差错的检测与恢复2、网络层提供的数据报和虚电路服务、网络层提供的数据报和虚电路服务1）数据报服务）数据报服务 a:)数据报传输方式数据报传输方式 网络层从传输层接受报文并拆分为报文分组，把网络层从传输层接受报文并拆分为报文分组，把每一个分组作为一个独立的信息单位传送，每个数据报每一个分组作为一个独立的信息单位传送，每个数据报经过一个节点时都要根据一定的算法为其选择一条

36、路径。经过一个节点时都要根据一定的算法为其选择一条路径。 b)数据报服务的特征数据报服务的特征 不需要建立连接不需要建立连接 每个数据报都附有网络地址每个数据报都附有网络地址 要求路由选择要求路由选择 数据报不能保证按序到达目的地数据报不能保证按序到达目的地 对故障的适应强对故障的适应强 易于平衡网络流量易于平衡网络流量2）虚电路服务）虚电路服务 a:)虚电路传输方式虚电路传输方式 传输数据之前要在源主机和目的主机之间建传输数据之前要在源主机和目的主机之间建立一条网络连接，即虚电路。立一条网络连接，即虚电路。 b:)虚电路服务的特征虚电路服务的特征 要求先建立连接要求先建立连接 全网地址。仅呼

37、叫时需填全网地址。全网地址。仅呼叫时需填全网地址。 路由选择。仅呼叫时需路由选择路由选择。仅呼叫时需路由选择 按序到达。分组按指定虚电路号依次到达达按序到达。分组按指定虚电路号依次到达达 可靠性高可靠性高 适用于交互式操作适用于交互式操作 虚电路分类虚电路分类永久虚电路：两个主机之间永永久虚电路：两个主机之间永久性连接的虚电路，无论是发送久性连接的虚电路，无论是发送方和接收方都不须要在通信时建方和接收方都不须要在通信时建立和拆除虚电路立和拆除虚电路呼叫虚电路：源和目的主机呼叫虚电路：源和目的主机之间因通信需要临时建立的虚之间因通信需要临时建立的虚电路，通信结束后要拆除。电路，通信结束后要拆除。

38、3、路由选择、路由选择a:)路由选择的含义：路由选择的含义： 指在网络中的节点根据通信网络的情况按照一定的策略为数据指在网络中的节点根据通信网络的情况按照一定的策略为数据报选择一条可用的传输路径。将其发往目的主机。它是网络层报选择一条可用的传输路径。将其发往目的主机。它是网络层的主要功能之一。与网络传输的性能密切相关。的主要功能之一。与网络传输的性能密切相关。b:)路由选择的时机路由选择的时机 在虚电路服务在虚电路服务 中，仅在呼叫建立阶段需要路由选择。中，仅在呼叫建立阶段需要路由选择。 在数据报服务中，每个分组的都需要进行路由选择。在数据报服务中，每个分组的都需要进行路由选择。c:)路由选择

39、算法要求：路由选择算法要求： 正确性正确性 即为分组从源到目的选择一条正确的路径即为分组从源到目的选择一条正确的路径 简单性简单性 实现方便，减少相应的开销实现方便，减少相应的开销 健壮性健壮性 能适用多种网络拓扑结构的变化能适用多种网络拓扑结构的变化 稳定性稳定性 算法是可靠的算法是可靠的 公平性和最优化公平性和最优化 保证每个节点都有机会传送信息保证每个节点都有机会传送信息2、路由选择算法1、最短通路路由选择算法：、最短通路路由选择算法：2、扩散式路由选择算法、扩散式路由选择算法3、选择扩散式路由选择算法、选择扩散式路由选择算法4、固定路由选择算法、固定路由选择算法5、随即路由选择算法、随

40、即路由选择算法6、查表路由选择算法、查表路由选择算法7、孤立路由选择算法、孤立路由选择算法8、分布式路由选择算法、分布式路由选择算法9、集中式路由选择算法、集中式路由选择算法10、混合式路由选择算法、混合式路由选择算法 流量控制流量控制的功能是：1、防止网络因过载而造成吞吐量下降而导致的 网络延时增大。2、避免死锁。3、在相互竞争的各用户之间公平地分配资源网络层功能 完成网络中任意主机之间的数据传输，利用数据链路层的功能将每个数据报从源端传输到目的端 具 体 功 能 1）建立和拆除网络连接）建立和拆除网络连接2）路由选择和中继）路由选择和中继3）网络连接多路复用）网络连接多路复用4）分段和组块

41、）分段和组块5）传输和流量控制）传输和流量控制6）差错的检测与恢复）差错的检测与恢复1、传输层的功能、传输层的功能 1:)映射传输层地址到网络地址映射传输层地址到网络地址 一对一一对一 一条传输连接惟一的一条网络一条传输连接惟一的一条网络 连接连接 多路复用多路复用 一条网络国连接支撑多条传输路径一条网络国连接支撑多条传输路径 分割分割 多条网络连接支撑一条传输路径多条网络连接支撑一条传输路径 2:)多路复用与分割多路复用与分割 3:)传输连接的建立和释放传输连接的建立和释放 为两个会晤实体建立传输连接为两个会晤实体建立传输连接 4:)分段和重新组装分段和重新组装 根据需要将传输服务数据单元分

42、段为多个网络服务数根据需要将传输服务数据单元分段为多个网络服务数 据单元，接收后在反向操作。据单元，接收后在反向操作。 5:)组合与分解组合与分解 当用户数据很少时，将多个传输层分组合并到当用户数据很少时，将多个传输层分组合并到一个网络层分组中进行传输。接收端则方向操作一个网络层分组中进行传输。接收端则方向操作2、端口、端口 传输层使用端口和上层通信。端口是作为进程传输层使用端口和上层通信。端口是作为进程通信的惟一标识。参与通信的进程，在通信前必通信的惟一标识。参与通信的进程，在通信前必须知道对方的端口号。须知道对方的端口号。 端口号获得的方式：端口号获得的方式： 通信双方预先约定通信双方预先

43、约定 用户自己开发的通信程用户自己开发的通信程序序 常用此方法。常用此方法。 使用系统保留。系统会保留一些公共端口使用系统保留。系统会保留一些公共端口 从名字服务器或目录服务器获得从名字服务器或目录服务器获得3、流量控制和缓存、流量控制和缓存 传输层通常利用可变滑动窗口协议来实现收发传输层通常利用可变滑动窗口协议来实现收发双方处理能力不匹配的问题。双方处理能力不匹配的问题。会话层，第五层，允许不同的计算机建立、使用和会话层，第五层，允许不同的计算机建立、使用和结束一种称为结束一种称为“会话会话”的连接。的连接。(会话是在两个工作站之会话是在两个工作站之间进行是高度结构化的对话。间进行是高度结构

44、化的对话。) 会话层负责管理对话。它会话层负责管理对话。它完成名称识别及其他两个应用程序通过网络通信所必需完成名称识别及其他两个应用程序通过网络通信所必需的功能，如安全性。的功能，如安全性。 会话层完成的主要功能有：会话层完成的主要功能有： 会话连接到传输连接的映射。会话连接到传输连接的映射。 数据传送。包括会话的常规数据、加速数据等数据传送。数据传送。包括会话的常规数据、加速数据等数据传送。 会话连接的恢复和释放。会话连接的恢复和释放。 会话管理。包括同步和浮动的管理系。会话管理。包括同步和浮动的管理系。 令牌管理。令牌管理。 活动管理。活动管理。 表示层，第六层，定义了在连网计算机间交换信

45、息表示层，第六层，定义了在连网计算机间交换信息的格式。可将它看作网络的翻译器。当来自不同系统，的格式。可将它看作网络的翻译器。当来自不同系统，如如IBM、Apple和和Sun的计算机需要通信时，就需要完成的计算机需要通信时，就需要完成一定量的翻译和字节重新排序工作。一定量的翻译和字节重新排序工作。 6、表示层、表示层处理有关被传送数据的表示问题，屏蔽不同计算机在处理有关被传送数据的表示问题，屏蔽不同计算机在信息表示方面的差异。信息表示方面的差异。 目的功能功能向应用进程提供信息的语法表示，对不同语法表示进向应用进程提供信息的语法表示，对不同语法表示进行转换管理等，使采用不同语法表示的系统之间能

46、进行通行转换管理等，使采用不同语法表示的系统之间能进行通信，而不必考虑对反使用什么样的语言。信，而不必考虑对反使用什么样的语言。 7、应用层、应用层应用层，第七层，是应用层，第七层，是OSI模型的最顶层。该层的服模型的最顶层。该层的服务是直接支持用户应用程序，如用于文件传输、数据库务是直接支持用户应用程序，如用于文件传输、数据库访问和电子邮件的软件。换句话说，它是应用程序进程访问和电子邮件的软件。换句话说，它是应用程序进程访问网络服务的窗口。需要通过网络发送的信息在这一访问网络服务的窗口。需要通过网络发送的信息在这一层进入层进入OSI模型，并最终从接受方计算机模型，并最终从接受方计算机OSI模

47、型的应用模型的应用层退出。层退出。 从应用业务的角度考虑，从应用业务的角度考虑，OSIOSI模型可分为三个层次：模型可分为三个层次： 应用层协议。应用层协议。 会话层和表示层协议，在该协议中，有许多是为了实现会话层和表示层协议，在该协议中，有许多是为了实现应用层的功能，并在该层控制下使用。应用层的功能，并在该层控制下使用。 物理层、数据链路层、网络层和传输层协议，该层物理层、数据链路层、网络层和传输层协议，该层协议提供传送会话层和表示层协议的信道。协议提供传送会话层和表示层协议的信道。 OSI七成协议各层功能小结七成协议各层功能小结应用层应用层传输层传输层网络互联层网络互联层网络接口层网络接口

48、层应用层应用层表示层表示层物理层物理层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层OSI参考模型参考模型OSI参考模型参考模型应用层应用层网络接口层网络接口层传输层传输层网络互联层网络互联层Internet及TCP/IP协议簇 Internet是由多个网络互联而成的一个单一而庞是由多个网络互联而成的一个单一而庞大的网络集合，是建立在计算机网络之上的网络。大的网络集合，是建立在计算机网络之上的网络。在组织结构上，在组织结构上，Internet由称为由称为路由器路由器(Router)、交换机交换机(switch)等网络设备连结起来的众多计算机等网络设备连结起来的众多计算机网络所组成。网

49、络所组成。 网上的计算机都网上的计算机都遵循遵循TCP/IP协议协议。TCP/IP以层以层次化的对等通信特点管理着网上的信息交换。由于次化的对等通信特点管理着网上的信息交换。由于TCP/IP协议的开放性，使得众多的能够遵循协议的开放性，使得众多的能够遵循TCP/IP的网络都加入到的网络都加入到Internet中，成为中，成为Internet的一部分。的一部分。1、Internet的工作模式的工作模式 InternetInternet上几乎所有应用层服务都采用上几乎所有应用层服务都采用客户客户/ /服服务器模式务器模式，服务通过两个进程分工合作完成：，服务通过两个进程分工合作完成：一一个主动请求

50、、一个被动响应；一个启动通信，一个主动请求、一个被动响应；一个启动通信，一个等待通信。个等待通信。 这里这里“客户客户”和和“服务器服务器”指的是运行程序，指的是运行程序，它们一般运行在不同的主机中，但也可以位于同它们一般运行在不同的主机中，但也可以位于同一台主机中。一台主机中。请求服务请求服务响应请求响应请求Internet的工作原理TCPIP3 41 25 67 8路路由由器器路路由由器器TCP/IP重组信息重组信息 2、Internet的技术基础TCP/IP协议簇 网络协议是网络中各台计算机之间进行通信的网络协议是网络中各台计算机之间进行通信的一种语言基础和规范准则，它定义了计算机进行一

51、种语言基础和规范准则，它定义了计算机进行信息交换所必须遵循的规则。在每个计算机网络信息交换所必须遵循的规则。在每个计算机网络中，都必须有一套统一的协议，否则计算机之间中，都必须有一套统一的协议，否则计算机之间无法进行通信。无法进行通信。 InternetInternet能以惊人的速度发展是与能以惊人的速度发展是与TCP/IPTCP/IP的贡的贡献分不开的。献分不开的。 TCP/IP是一系列网络协议集的总称是一系列网络协议集的总称含有上百个协议；含有上百个协议；TCP和和IP是最基本、最重要的是最基本、最重要的两个协议；两个协议；TCP协议向网络应用程序提供协议向网络应用程序提供基本的通信连接等

52、服务，基本的通信连接等服务，IP协协议负责为互连的网络及计算机议负责为互连的网络及计算机提供通信等服务。提供通信等服务。物理层物理层OSIOSI参考模型参考模型TCP/IPTCP/IP模型模型2层交换机、HUBTCP/IP协议分层模型协议分层模型 相应网络设备相应网络设备MACMAC地址地址IPIP地址地址端口号端口号进程号进程号路由器/3层交换机访问地址访问地址链路层链路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应用层应用层网络网络接口层接口层传输层传输层网络层网络层应用层应用层1、TCP/IP网络接口层 指定如何通过网络物理地发送数据，包括如何指定如何通过网络物理地发送数据，包括如

53、何将比特流转换成电信号。将比特流转换成电信号。 TCP/IP一般通过Internet串行线路协议或点对点协议在串行线路上传送数据。 该层一般有具体网路商开发。TCP/IP只在该层留有通往上层的接口。 具体网络有以太网、令牌环、以太网、令牌环、FDDI、X.25、帧中继、帧中继、RS-232、v.352、TCP/IP网络层网络层TCP/IPTCP/IP协议栈协议栈应用层网络接口层网络层网络层传输层IPICMPARPRARP主要功能主要功能 路由选择；路由选择； 数据分组中转；数据分组中转； 流量控制；流量控制； 拥塞控制；拥塞控制； 差错检测与恢复；差错检测与恢复； 地址解析；地址解析； 地址转

54、换；地址转换；网络层协议协议协议功功 能能IP网间协议网间协议(Internet Protocol)(Internet Protocol)。对数据分组进行无连。对数据分组进行无连接的最佳传路由选择，同时为接的最佳传路由选择，同时为ICMPICMP、TCPTCP、UDPUDP提供分提供分组发送服务。组发送服务。ARP地址解析协议地址解析协议(Address Resolution Protocol)(Address Resolution Protocol)。将。将IPIP地址映射为网络接口层地址映射为网络接口层 MACMAC地址（硬件地址）。地址（硬件地址）。RARP 反向地址解析协议反向地址解析

55、协议(Reverse Address Resolution (Reverse Address Resolution Protocol)Protocol)。将。将MACMAC地址映射为地址映射为IPIP地址。地址。ICMP 网间报文控制协议网间报文控制协议(Internet Control Message (Internet Control Message Protocol)Protocol)。处理路由器和主机间的差错和传送控制。处理路由器和主机间的差错和传送控制。1、网络互连协议、网络互连协议IP（Internet Protocol） IP协议是协议是TCP/IP的核心，提供一种的核心，提供一

56、种无连接的、无连接的、不可靠不可靠的网络服务。详细定义了计算机通信应该的网络服务。详细定义了计算机通信应该遵循的具体细节，定义了分组如何构成，以及路遵循的具体细节，定义了分组如何构成，以及路由器如何将一个分组传递到目的地。由器如何将一个分组传递到目的地。IP主要功能如下：（1）定义IP数据报（2）管理Internet中的地址（3）为IP数据报执行路由选择功能（4）必要时对数据报分段与重组网络层协议及应用IP 数据报格式版本数据报总长度32 bitsdata (可变长度,一般为一个 TCP 或UDP 数据段)16-bit 标识符报头校验和生存时间32 bit 源IP地址IP 协议版本号首部长度首

57、部长度 (bytes)用于分包/重装数据报长数据报长度度 (bytes)报头长度服务类型服务 “类型” 标志片偏移协议生命周期(在经过每个路由器后递减)32 bit 目的IP地址选项 (if any)E.g. 时间戳,记录路由标记, 定义要访问的路由器4位位版本4位位头长8位位服务类型16位位总长16位位标识0DFMF13位位分段偏移8位位生命期8位位协议16位位头校验和源IP地址目的IP地址选项0 4 8 16 312020字节字节的固定的固定头长头长 IP数据报格式TCP/IP中的编址中的编址 在使用TCP/IP协议的互联网中，有三个等级的地址：物理（链路）地址，IP（网络）地址，以及端口

58、地址。每一种地址属于TCP/IP体系结构中的特定层。 下图为TCP/IP中的各种地址与层次的关系： 1. 物理地址物理地址 物理地址也叫做链路地址，是节点的地址。物理地址包物理地址也叫做链路地址，是节点的地址。物理地址包含在数据链路层使用的帧中，是最低一级的地址。绝大多数含在数据链路层使用的帧中，是最低一级的地址。绝大多数的局域网使用的局域网使用6字节（字节（48位）的物理地址，写成位）的物理地址，写成12个十六进制个十六进制数字，每两个字节由一个连字符分隔开。如：数字，每两个字节由一个连字符分隔开。如：07-01-02-01-2C-4B。 2. IP地址地址 在在Internet的环境中仅使

59、用物理地址是不够的，因为不的环境中仅使用物理地址是不够的，因为不同的网络可以使用不用的地址格式。因此，需要一种通用的同的网络可以使用不用的地址格式。因此，需要一种通用的编址系统，使每一台主机能被惟一的标识，而不用管底层使编址系统，使每一台主机能被惟一的标识，而不用管底层使用的物理网络是怎么样的。用的物理网络是怎么样的。IP地址就是为了这个目的而设计地址就是为了这个目的而设计的。目前的的。目前的IP地址是地址是32位地址，可以用来标识连接在位地址，可以用来标识连接在Internet上的每一台主机。在上的每一台主机。在Internet没有两台主机具有相同的没有两台主机具有相同的IP地址。地址。TC

60、P/IP中的编址中的编址（2）IP地址62786500020381210110 号码 可区分范围 0203学校 6278 0203北京 010-6278 0203中国86-010-6278 0203世界Internet210.39.15.15202.112.0.36202.112.0.33RIP地址地址在全球互联网上，可在全球互联网上，可唯一标识的主机地址唯一标识的主机地址电话号码电话号码在全球电话网上，可在全球电话网上，可唯一标识的电话号码唯一标识的电话号码MAC地址和网络地址的比较地址和网络地址的比较MAC 地址第二层非结构化（平面）由网卡决定(不可改变)物理地址一个比喻（你的姓名）网络地