计算机网络体系结构探讨专题

计算机网络体系结构探讨专题计算机网络体系结构

网络体系结构发展的背景——网络的状况多种通信媒介——有线、无线…不同种类的设备——通用、专用…不同的操作系统——Unix、Windows…不同的应用环境——固定、移动…不同种类业务——分时、交互、实时…它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境——网络的异质性。网络异质性问题的解决网络体系结构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，并满足各种业务的需求的一种粘合剂，它营造了一种“生存空间”任何厂商的任何产品、以及任何技术只要遵守这个空间的行为规则，就能够在其中生存并发展。网络体系结构解决异质性问题采用的是分层方法——把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决。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？（分层与功能）2.各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口）3.通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）网络接入网络接入通信服务文件传送通信服务文件传送通信网络文件及文件传送命令与通信有关的报文计算机网络的分层通信计算机1计算机2网络接口网络接口分层结构的优点各层独立灵活性好各层对上层屏蔽下层的差异性易于实现和维护便于标准化计算机网络体系结构的基本概念层：系统中能提供某一种或一类服务功能集合的“逻辑构造”实体：实体指任何可发送或接收信息的硬件或者软件进程网络每层中至少有一个实体（entity）。可以是软件实体（如进程）或硬件实体（如网卡）。许多情况下实体是一个特定的软件模块。对等实体（peerentity）：不同设备中同一层内的实体网络通信是对等实体之间的通信，由协议（传输控制规程）控制协议通信双方在通信过程中必须遵循的一组规则和约定协议主要是由语法、语义、时序三要素组成①语法：通信双方在通信中交换数据时，用户数据与控制信息的结构与格式。②语义：数据格式中各部分（协议元素）表示何种信息，以及完成的动作与做出的响应。③时序：指的是对事件实现顺序的详细说明服务服务（service）就是网络中各层向其相邻上层提供的一组操作，即本层的功能在分层结构中，每一层的目的都是向上层提供服务，使用下层提供的服务服务是垂直的，由层间接口提供，某层的服务实现细节对上层屏蔽协议是控制两个对等层实体进行通信的规则的集合协议控制下对等实体间的通信，使本层能向上层提供服务要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议协议是水平的，在对等实体之间传递。服务是垂直的，在同一节点相邻层之间调用。协议和服务的区别与联系接口同一节点系统内相邻层之间交换信息的连接点低层对高层的服务通过接口提供接口不变，底层的功能不变网络体系结构网络体系结构=｛层，协议，接口｝74年，IBM首先公布了世界上第一个商品化的计算机网络体系结构---系统网络体系结构（SNA，SystemNetworkArchitecture），凡遵循SNA的网络设备可互连77年3月，ISO的TC97成立SC16专门研究“开放系统互连”，并于84年提出了开放系统互连参考模型，即著名的ISO7498国际标准，记为OSI/RM。“开放系统”指能遵照某种共同的标准互连而相互作用的系统ISO/OSI体系结构产生背景ISO/OSIRM结构特点ISO/OSIRM采用分层结构化方法在OSI中采用三级抽象：参考模型（即体系结构）、服务定义、协议规范（即协议规格说明OSI/RM中，采用7层的体系结构OSI/RM并非一般的工业标准，而是为制定标准用的概念性框架应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层通信子网承上启下直接面向用户，为应用程序提供接口和服务数据转换、加密、压缩会话管理，协商进程间通信方式向上层提供独立于网络的、可靠数据传输寻址和路由选择，将分组传给正确的主机成帧，差错、流量控制规定物理信号形式、接口、速率OSI七层参考模型资源子网OSI/RM特征分析高三层：面向应用，负责信息处理，属于资源子网低三层：面向通信，负责信息传递，属于通信子网传输层：承上启下主机中包含全部七层的功能交换节点一般只包括低三层或低两层的功能物理通信：层间纵向的信息交换虚拟通信：横向对等层间的信息交换应用层表示层传输层会话层网络层数据链路层物理层应用层表示层传输层会话层网络层数据链路层物理层应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议传输介质主机A主机B网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层应用进程应用进程网络中间节点交换设备的OSI参考模型路由器路由器OSI/RM中的重要概念服务访问点数据单元服务原语在同一系统中相邻两层的实体交换信息的地方，称为服务访问点（ServiceAccessPoint,SAP）表示上下层实体间的逻辑接口上层实体是通过下层的服务访问点SAP使用下层所提供的服务。每个SAP有唯一的识别地址；每个层间接口可以有多个SAP服务访问点SAP数据单元-信息传递的单位

服务数据单元SDU（ServiceDataUnit）

送往对等层实体的用户数据---“净荷”协议数据单元PDU（ProtocolDataUnit）

同等层水平方向传送的数据单元，由SDU+送往同层对等实体的协议控制信息PCI接口数据单元IDU（InterfaceDataUnit）

在相邻层接口间传送的数据单元，由PDU+送往下层的接口控制信息ICI（N）PCI（N）SDU（N）PDU（N-1）ICI（N-1）IDU（N-1）SDU（N-1）ICI（N-1）PCI（N-1）PDU（N）层（N-1）层SDU、PDU和IDU间的关系注意：1、在数据的传输过程中相邻层和对等层之间都伴随着控制信息的传递。2、PDU在OSI各层名称不同。“服务”在形式上是用一组服务原语（Serviceprimitives）来描述的指服务用户与提供者之间交互时所交换的一些必要信息上层实体通过服务原语向下层实体请求服务，下层实体用原语报告服务情况。服务原语服务原语类型请求（Request）指示（Indication）响应（Response）证实（Confirm）意义一个实体希望得到某种服务把关于某一事件的信息告诉某一实体一个实体愿意响应某一事件把一个实体的服务请求加以确认并告诉它OSIRM规定的四种服务原语及其意义服务分为需要证实的服务和不需要证实的服务两类，前者使用全部四种服务原语，而后者使用两种服务原语系统A用户ARequestConfirmRequest需要证实的服务不需要证实的服务服务层系统B用户BIndicationResponseIndication服务用户服务用户协议服务提供者SAPSAP提供服务交换原语交换原语相邻两层之间关系的概括计算机间数据传输，首先需打包，称为封装，即在数据之前携带特定的协议头部（报头,PCI）数据协议头如同发送邮件：信封写有源地址和目的地址，还要写明用航空或挂号…数据数据封装TCP头应用层数据应用层数据TCP头应用层数据IP头帧头TCP头应用层数据IP头帧尾TCP/IP协议的封装应用层传输层网际层数链层物理层OSI/RM最底层，直接面向承担数据传输的物理媒体传输单位：比特物理层的任务：在物理媒体上为数据链路层提供比特流的物理连接，而不考虑信息的意义与构成。物理层协议：网络物理设备（DTE与DCE）间的接口标准物理层的作用：使各种DTE与DCE之间能连接在一起协调工作，透明地传送比特流。机械特性电气特性功能特性规程特性物理层协议的四个特性

描述接插件的规格尺寸、引脚数量、排列及锁定装置等如：EIARS-232使用ISO2110标准。规定DTE为插针（DB-25-P），DCE为插孔（DB-25-S）EIA-232-E标准（RS-232-C）

EIA69年制定的RS-232-C。RS表示EIA推荐标准，232是标号，C是标准RS-232后的第三个修订版。1987年1月，经修改后名为EIA-232-D。1991年修订为EIA-232-E。由于标准修改不多，现在厂商仍用旧名，称“提供232接口”机械特性8.48cm(最大）8.23cm(最小）EIARS-232C接口标准接收和发送器电路特性的说明，信号的波形、结构、电平、正负逻辑、传输速率及传输距离等。如:EIARS-232采用负逻辑逻辑0：+5V～+15V逻辑1：-5V～-15V数据传输率：0～20kbps传输距离：15米电气特性如:RS-232定义了25针连接器中的20条连接线，常用有10条或9个引脚（“保护地”