计算机网络系统结构

1、计算机网络系统结构,制作: 陈学明,计算机网络系统所具有的共性,1、保证存在一条有效的传输路径； 进行数据链路控制、误码检测、数据重发，以保证实现数据无误码的传输； 2、实现有效的寻址和路径选择，保证数据准确无误的达到目的地； 3、进行同步控制，保证通信双方传输速率的匹配； 对报文进行有效的分组和组合，适应缓冲容量，保证数据传输质量； 4、进行网络用户对话管理和实现不同编码、不同控制方式的协议转换，保证各终端用户进行数据识别。,OSI开放系统参考模型,开放是指系统是按OSI标准建立的，能与其他也按OSI标准建立的系统相互连接。,计算机网络体系结构的形成,相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作

2、才行，而这种“协调”是相当复杂的。 “分层”可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理。,划分层次的概念举例,计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件。 可以将要做的工作进行如下的划分。 第一类工作与传送文件直接有关。 确信对方已做好接收和存储文件的准备。 双方协调好一致的文件格式。 两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 。剩下的工作由下面的模块负责。,两个计算机交换文件,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命令 是按照水平方向的虚线传送的,把文件交给下层模块 进行发送,把收到的文件交给

3、 上层模块,再设计一个通信服务模块,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方,把文件交给下层模块 进行发送,把收到的文件交给 上层模块,通信服务模块,通信服务模块,再设计一个网络接入模块,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,通信服务模块,通信服务模块,网络接入模块,网络接入模块,通信网络,网络 接口,网络 接口,网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。,分层的好处,各层之间是独立的。 灵活性好。 结构上可分割开。 易于实现和维护。 能促进标准化工作。,层数多少要适当

4、,若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。 层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。,定义和划分层次的原则,划分层次要根据理论上需要的不同等级划分 层次的划分要便于标准化 各层内的功能要尽可能的具有相对独立性 相类似的功能应尽可能放在同一层内 各层的划分要便于层与层之间的衔接 各界面的交互要尽量的少 根据需要，在同一层内可以再形成若干个子层次 扩充某一层次的功能或协议，不能影响整体模型的主体结构,OSI 与 TCP/IP体系结构,应用层,运输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7 6 5 4 3 2 1,OSI 的体系结构,应用层,网络接口层,网际层 IP,(

5、各种应用层协议如 TELNET, FTP, SMTP 等),运输层(TCP 或 UDP),TCP/IP 的体系结构,无连接分组交付服务,运输服务 (可靠或不可靠),TCP/IP 的三个服务层次,五层协议的体系结构,TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。 最下面的网络接口层并没有具体内容。 因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构 。,五层协议的体系结构,应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link

6、layer) 物理层(physical layer),数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用进程数据先传送到应用层,加上应用层首部，成为应用层 PDU,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层 PDU 再传送到运输层,加上运输层首部，成为运输层报文,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机

7、 2,运输层报文再传送到网络层,加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,IP 数据报再传送到数据链路层,加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层帧再传送到物理层,最下面的物理层把比特流传送到物理媒体,计算机 1 向计算机 2 发送数据,应用层(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,计算机 1,AP

8、2,AP1,电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理层,计算机 2,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,物理层接收到比特流，上交给数据链路层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部 取出数据部分，上交给网络层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,网络层剥去首部，取出数据部分 上交给运输层,计算机 1 向计算

9、机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,运输层剥去首部，取出数据部分 上交给应用层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层剥去首部，取出应用程序数据 上交给应用进程,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应 用 程 序 数

10、 据,10100110100101 比 特 流 110101110101,注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次,应 用 程 序 数 据,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,10100110100101 比 特 流 110101110101,计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部后 把帧的数据部分交给网络层,H2,T2,H3,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5

11、,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给运输层,H4,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,运输层剥去报文首部后 把报文的数据部分交给应用层,应 用 程 序 数 据,H5,应 用 程 序 数 据,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层剥去应用层 PDU 首部后 把应用程序数据交给应用进程,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,

12、2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,H3,物 理 传 输 媒 体,数 据 部 分,数 据 部 分,数 据 部 分,数 据 部 分,10100110100101 比 特 流 11 010111010,T2,计算机 1,H5,H4,H2,首部,尾部,AP2,AP1,应 用 程 序 数 据,计算机 2,比特,帧,IP数据报 IP分组,TCP报文段 UDP报文段,实体、协议、服务,实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 在协议的控制下，两

13、个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。,实体、协议、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。 下面的协议对上面的服务用户是透明的。 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。 服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。,实体、协议、服务,服 务 用 户,第 n 层,第 n + 1 层,服 务 用 户,3.2.1 物理层的概念,物理层是OSI分层结构体系中最重要最基础的一层。它是建立在通信媒

14、体基础上的，实现设备之间的物理接口。物理层不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传媒体，而是指在物理媒体之上的为上一层（数据链路层）提供一个传输原始比特流的物理连接。,物理层定义,在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活，保持和去活提供机械的、电气的、功能特性和规程特性的手段。,3.2.2 物理层需要解决的问题和功能,物理层要解决的一系列问题 实现位操作 数据信号的传输 接口设计 信号传输规程,物理层的主要功能,一、实现发送端和接收端之间的信号同步。 二、为数据链路层提供物理连接,实现比特流的透明传输。 所传输数据的单位是比特.,DTE数据终端设备 DTE产生的是

15、数字信号，接收的也是数字信号 。 DCE数据线路端接设备 DCE为DTE提供了入网的连接点，通常被认为是通信子网中的设备。,DTE 和 DCE,DTE 通过 DCE 与通信传输线路相连,DTE,DCE,DCE,串行比特传输,信号线与控制线,用户环境,通信环境,用户设施,通信设施,DTE,信号线与控制线,用户设施,用户环境,物理层协议的功能,主要是：为了在 DTE DCE 或 DCE DCE 之间把数据信号由一方经过传输媒体传到另一方。,3.2.3 物理层的标准,物理层是分层体系结构的最低层,是所有高层协议的基础。ISO、CCITT、IEEE、EIA等均为物理层制订了相应的标准和建议。,3.2.

16、4 物理层的特性,机械特性 电气特性 功能特性 规程特性,机械特性,机械特性是指实体间硬件连接接口的特性，它主要考虑如下几个方面内容： 接口的形状、大小。 接口引脚的个数、 功能、规格，引脚的分布。 相应通信媒体的参数和特性。,电气特性,电气特性主要处理如下几个问题： 信号产生 传输速率 信号传输 编码,功能特性,功能特性主要反映接口电路的功能，即物理接口各条信号线的用途。功能特性的标准主要由CCITT规定。 功能特性标准主要包括接口线功能规定方法和接口线功能分类两方面的内容。 (1)接口线功能规定方法 接口线功能规定方法有每条接口线有一个功能和每条接口线有多个功能两种规定。 (2)接口线功能

17、分类 接口线功能一般分四类：数据、控制、定时和接地。,规程特性,规程特性反映了利用接口进行传输位流的全过程及事件发生的可能顺序，它涉及到信号传输方式。 接口：接口与传输过程及传输过程中各事件执行的顺序有紧密的联系。 传输方式：可选择的传输方式有单工，单双工，全双工。 传输过程及事件发生执行的先后顺序。,几种常用的物理层标准,EIA RS 232-C接口标准 EIA RS-449接口标准 CCITT的DTEDCE接口标准,目的： 把传输介质的不可靠因素屏蔽起来，通过数据链路层协议的作用，在不可靠的物理线路上进行可靠的数据传输。 功能： 在物理层服务基础上，加上本层功能，向网络层提供服务。,数据链

18、路层,链路层相关概念,链路是数据传输中任何两个相临节点间的点到点的物理线路段，链路间没有任何其他节点存在，网络中的链路是一个很基本的通信单元。 数据链路是一个数据管道，在这个管道上面可以进行数据通信，因此，数据链路除了必须具有一物理线路外，还必须有一些必要的规程用以控制数据的传输。把用来实现控制数据传输规程的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。,帧与报文,帧与报文都是信息传送的基本单位。 对用户而言，数据传输的内容是报文，它是由一定位数的二进制代码按一定规则编制而成的数据信息。 帧是发送方与接收方之间通过链路传送的一个完整的消息组的信息单位。 通信中，一个报文需要几帧进行传输取决于帧的大小

19、和报文的大小。,报文格式与帧格式,报文与帧之间的转换关系,信息数据单元在层间的结构变化,协议数据单元,协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)是在不同站点的各层对等实体之间，实现该层协议所交换的信息单位。 协议数据单元由用户数据和协议控制信息两部分组成。,接口数据单元与服务数据单元,(N)PDU与接口控制信息(N)ICI组成接口数据单元(N)IDU(Interface Data Unit)。 (N)ICI用以控制、协调(N)层实体和(N-1)层实体的操作，(N-1)层实体对(N)IDU中的(N)ICI进行解释并执行相应的操作 从(N)IDU中提取(N)PDU后形成(N-1)层

20、服务数据单元(N-1)SDU。 (N-1)SDU是发送给对方(N-1)实体的数据信息单位。,数据链路层的功能,实现系统实体间二进制信息块的正确传输，通过进行必要的同步控制、差错控制、流量控制，为网路层提供可靠、无错误的数据信息。,帧同步是指收方应当从收到的比特流中准确地区分帧的起始与终止。 链路管理就是对数据链路层连接的建立、维持和释放的操作。 差错控制 在链路传输帧过程中，由于种种原因不可避免的会出现到达帧为错误帧或帧丢失的情况。 流量控制 在数据传输过程中，如果对信息流量控制不好就会产生严重的过载和死锁情况，造成数据传输不能正常进行。,透明传输 在数据链路层中，对所传输的数据无论它们是由什

21、么样的比特组合起来的，在数据链路上都应该能够传输，这就是透明传输。 识别数据和控制信息 寻址 在多点连接进行数据传输时，要保证每一帧被送到正确的地方，接收方要能够知道谁是发送方，这就需要具有寻址功能。,通信控制规程,通信控制规程又称传输控制规程。它是为实现传输控制所制定的一些规格和顺序。数据通信过程包括五个阶段：线路连接、确定发送关系、数据传输、传输结束、拆线。每个阶段中都有一定的规定，完成特定的任务。在通信控制规程中涉及到数据编码、同步方式、传输控制字符、报文格式、差错控制、应答方式、传输控制步骤、通信方式和传输速率等内容。,帧定界与同步,数据链路层帧由若干字段构成，各字段之间如何标识和分界

22、，这就是定界问题。 同步是如何使收发双方取得一致，即如何确定一帧的开始和结束，以保证接收不产生帧定界错误。 数据链路层必须把物理层传送来的比特流组合成帧，其目的是为了利于差错控制。当传输出错时，只须将有错的帧重传，不必重发送全部数据。,字节计数法,用一个特殊字符表示一帧的开始，再用一个字段标明本帧的字节数。目的节点数据链路层读该帧的字节计数值，就可以确定帧的结束位置。面向字节计数的同步规程采用的这种方法。,字符填充法,用特定字符定界一帧的开始和结束。当帧的数据字段出现同类字符时，就在其前面填加一个转义字符DLE加以区分。面向字符的同步规程采用的这种方法,比特填充法,用一个标志字段（例如0111

23、1110）放在一帧的首和尾，标志一帧的开头和结束。采用比特填充的方法避免信息字段中出现相同模式的字段。面向比特的高级数据链路控制规程就是采用的这种方法。,违例编码法,用非法编码序列作为帧的开头和结束标志。例如，数据采用曼彻斯特编码，而在帧的开头和结束处采用位中间没有跳变的编码方式，使开头和结束字段与数据字段编码方式不同，从而可以确定帧的边界。,完全理想化的数据传输所基于的两个假定,假定 1： 链路是理想的传输信道，所传送的任何数据既不会出差错也不会丢失。 假定 2： 不管发方以多快的速率发送数据，收方总是来得及收下，并及时上交主机。 这个假定就相当于认为：接收端向主机交付数据的速率永远不会低于

24、发送端发送数据的速率。,具有最简单流量控制的数据链路层协议,现在去掉上述的第二个假定。但是，仍然保留第一个假定，即主机 A 向主机 B传输数据的信道仍然是无差错的理想信道。然而现在不能保证接收端向主机交付数据的速率永远不低于发送端发送数据的速率。 由收方控制发方的数据流，乃是计算机网络中流量控制的一个基本方法。,两种情况的对比（传输均无差错）,A,B,DATA,DATA,DATA,DATA,送主机 B,送主机 B,送主机 B,送主机 B,A,B,DATA,送主机 B,DATA,送主机 B,时 间,不需要流量控制,需要流量控制,实用的停止等待协议,时 间,A,B,送 主 机,ACK,送 主 机,

25、ACK,(a) 正常情况,四种情况,停止等待协议的算法,这里不使用否认帧（实用的数据链路层协议大都是这样的），而且确认帧带有序号 n。 按照习惯的表示法，ACKn 表示“第 n 1 号帧已经收到，现在期望接收第 n 号帧”。 ACK1 表示“0 号帧已收到，现在期望接收的下一帧是 1 号帧”； ACK0 表示“1 号帧已收到，现在期望接收的下一帧是 0 号帧”。,停止等待协议中数据帧和确认帧的发送时间关系,A,B,DATA,DATA,ACK,传播时延 tp,处理时间 tpr,确认帧发送时间 ta,传播时延 tp,处理时间 tpr,时间,两个成功发送的 数据帧之间的 最小时间间隔,数据帧的 发送

26、时间,tf,设置的 重传时间,tout,停止等待协议 ARQ 的优缺点,优点：比较简单 。 缺点：通信信道的利用率不高，也就是说，信道还远远没有被数据比特填满。 为了克服这一缺点，就产生了另外两种协议，即连续 ARQ 和选择重传 ARQ。这将在后面进一步讨论。,需要注意：,(1) 接收端只按序接收数据帧。虽然在有差错的 2号帧之后接着又收到了正确的 3 个数据帧，但接收端都必须将这些帧丢弃，因为在这些帧前面有一个 2 号帧还没有收到。虽然丢弃了这些不按序的无差错帧，但应重复发送已发送过的最后一个确认帧（防止确认帧丢失）。 (2) ACK1 表示确认 0 号帧 DATA0，并期望下次收到 1 号

27、帧；ACK2 表示确认 1 号帧 DATA1，并期望下次收到 2 号帧。依此类推。,需要注意：,(3) 结点 A 在每发送完一个数据帧时都要设置该帧的超时计时器。如果在所设置的超时时间内收到确认帧，就立即将超时计时器清零。但若在所设置的超时时间到了而未收到确认帧，就要重传相应的数据帧（仍需重新设置超时计时器）。 在等不到 2 号帧的确认而重传 2 号数据帧时，虽然结点 A 已经发完了 5 号帧，但仍必须向回走，将 2号帧及其以后的各帧全部进行重传。连续 ARQ 又称为Go-back-N ARQ，意思是当出现差错必须重传时，要向回走 N 个帧，然后再开始重传。,需要注意：,(4) 以上讲述的仅仅

28、是连续 ARQ 协议的工作原理。协议在具体实现时还有许多的细节。例如，用一个计时器就可实现相当于 N 个独立的超时计时器的功能。,滑动窗口的概念,发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口 。 发送窗口用来对发送端进行流量控制。 发送窗口的大小 WT 代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧。,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,发送窗口,WT,不允许发送这些帧,允许发送 5 个帧,(a),接收端设置接收窗口,在接收端只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。 若接收到的数据帧落在接收窗口之外，则一律将其丢弃。 在连续 ARQ 协议中，接收

29、窗口的大小 WR = 1。 只有当收到的帧的序号与接收窗口一致时才能接收该帧。否则，就丢弃它。 每收到一个序号正确的帧，接收窗口就向前（即向右方）滑动一个帧的位置。同时发送对该帧的确认。,不允许接收这些帧,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,WR,准备接收 0 号帧,(a),滑动窗口的重要特性,只有在接收窗口向前滑动时（与此同时也发送了确认），发送窗口才有可能向前滑动。 收发两端的窗口按照以上规律不断地向前滑动，因此这种协议又称为滑动窗口协议。 当发送窗口和接收窗口的大小都等于 1时，就是停止等待协议。,发送窗口的最大值,当用 n 个比特进行编号时，若接收窗口的大小为 1，则只有在发送

30、窗口的大小 WT 2n 1时，连续 ARQ 协议才能正确运行。 例如，当采用 3 bit 编码时，发送窗口的最大值是 7 而不是 8。,信道利用率,由于每个数据帧都必须包括一定的控制信息(如帧的序号、地址、同步信息以及其他的一些控制信息)，所以即使连续不停地发送数据帧，信道利用率(即扣除全部的控制信息后的数据率与信道容量之比)也不可能达到 100 %。 当出现差错时(这是不可避免的)，数据帧的不断重传将进一步使信道利用率降低。,最佳帧长,若数据帧的帧长取得很短，那么控制信息在每一帧中所占的比例就增大，因而额外开销增大，这就导致信道利用率的下降。 若帧长取得太长，则数据帧在传输过程中出错的概率就

31、增大，于是重传次数将增大，这也会使信道利用率下降。 由此可见，存在一个最佳帧长，在此帧长下信道的利用率最高。,选择重传 ARQ 协议,可加大接收窗口，先收下发送序号不连续但仍处在接收窗口中的那些数据帧。等到所缺序号的数据帧收到后再一并送交主机。 选择重传 ARQ 协议可避免重复传送那些本来已经正确到达接收端的数据帧。 但我们付出的代价是在接收端要设置具有相当容量的缓存空间。 对于选择重传 ARQ 协议，若用 n 比特进行编号，则接收窗口的最大值受下式的约束,WR 2n/2,面向比特的链路控制规程 HDLC,1974年，IBM 公司推出了面向比特的规程SDLC (Synchronous Data

32、 Link Control)。 后来 ISO 把 SDLC 修改后称为 HDLC (High-level Data Link Control)，译为高级数据链路控制，作为国际标准ISO 3309。 CCITT 则将 HDLC 再修改后称为链路接入规程 LAP (Link Access Procedure)。不久，HDLC 的新版本又把 LAP 修改为 LAPB，“B”表示平衡型(Balanced)，所以 LAPB 叫做链路接入规程(平衡型)。,HDLC 的帧结构,标志字段 F (Flag) 为 6 个连续 1 加上两边各一个 0 共 8 bit。在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。,

33、比特,8,8,8,可变,16,8,信息 Info,标志 F,标志 F,地址 A,控制 C,帧检验序列 FCS,透明传输区间,FCS 检验区间,网络层概述,网络层的主要功能就是实现整个网络系统内连接，为运输层提供整个网络范围内两个终端用户之间数据传输的通路。,网络层所研究和解决的问题,为上一层运输层提供服务。 路径选择。路径选择又称路由选择，它解决的问题是：在具有许多节点的广域网里，通过哪一条或哪几条通路能将数据从信源主计算机传送到信宿主计算机中。 流量控制。数据链路层的流量控制是针对数据链路相邻节点进行的。网络层的流量控制是对整个通信子网内的流量进行控制，是对进入分组交换网的通信量进行控制。

34、连接的建立、保持和终止问题。,路径选择,路径选择是网络层中最重要的一项服务。路径选择的质量对网络质量起着决定性的作用。,流量控制,网络层中的流量是指计算机网络中的通信量，即计算机网络中的报文流或分组流。网络层流量控制的作用就是保证通信子网提供能使信息在节点之间畅通无阻，顺利流通的通路。它的主要功能是： 防止网络过载而引起的网络数据吞吐量下降和延时增加 避免死锁 公平的在用户之间分配资源,网络层所提供的服务,面向连接的网络服务和无连接的网络服务。 所谓连接是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。 面向连接的网络服务是在数据交换之前，必须先建立连接，当数据交换结束后，终止这个连接。 无连接服

35、务是两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，通信所需的资源无需事先预定保留，所需的资源是在数据传输时动态地进行分配的。 面向连接的服务是可靠的报文序列服务；无连接服务却不能防止报文的丢失、重发或失序，但无连接服务灵活方便，并且迅速。,网络层提供的两种服务,在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的服务（“面向连接”还是“无连接”）曾引起了长期的争论。 争论焦点的实质就是：在计算机通信中，可靠交付应当由谁来负责？是网络还是端系统？,电信网的成功经验让网络负责可靠交付,面向连接的通信方式 建立虚电路(Virtual Circuit)，以保证双方通信所需的一切网络资源。 如果再使用可靠传输的网

36、络协议，就可使所发送的分组无差错按序到达终点。,应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层,应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层,虚电路服务,H1,H2,虚电路,H1 发送给 H2 的所有分组都沿着同一条虚电路传送,虚电路是逻辑连接,虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。 请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。,因特网采用的设计思路,网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。 网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分

37、组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。 网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限。,尽最大努力交付的好处,由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，而且价格低廉（与电信网的交换机相比较）。 如果主机（即端系统）中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由网络的主机中的运输层负责（包括差错处理、流量控制等）。 采用这种设计思路的好处是：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。 因特网能够发展到今日的规模，充分证明了当初采用这种设计思路的正确性。,应用层

38、 运输层 网络层 数据链路层 物理层,应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层,数据报服务,H1,H2,IP 数据报,丢失,H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送,虚电路服务与数据报服务的对比,有关路由选择协议的几个基本概念,理想的路由算法 算法必须是正确的和完整的。 算法在计算上应简单。 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，这就是说，要有自适应性。 算法应具有稳定性。 算法应是公平的。 算法应是最佳的。,关于“最佳路由”,不存在一种绝对的最佳路由算法。 所谓“最佳”只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。 实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法。 路由选择是个非常复杂的问题 它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。 路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变化有时无法事先知道。,从路由算法的自适应性考虑,静态路由选择策略即非自适应路由选择，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。 动态路由选择策略即自适应路由选择，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。,分层次的路由选择协议,因特网采用分层次的路由选择协议。 因特网的规模非常大。如果让所有的路由器知道所有的网络应怎样到达，则这种路由表将非常大，处理起来也太花时间。而所有这些路由器之间交换路由信息所需的带