计算机网络体系结构.

2020年4月8日计算机工程系吕学松第三章计算机网络体系结构3.1基本概念3.2ISO/OSI开放系统互连参考模型3.3物理层3.4数据链路层3.5网络层3.6传输层3.7会话层和表示层3.8应用层3.9TCP/IP体系2020年4月8日计算机工程系吕学松§3.1基本概念1.实体：能发送和接受信息的任何东西2.协议：两个实体间控制数据交换的规则集合。语法：规定通信双方“如何讲”，即确定协议元素的格式。语义：规定通信双方“讲什么”，即确定协议元素的类型。同步：包括速度匹配、排序和拥塞控制等，即有关事件实现顺序的详细说明。2020年4月8日计算机工程系吕学松peerprocess对等处理虚拟连接物理层protocol物理连接应用层应用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数据数据链路层链路层物理层物理层2020年4月8日计算机工程系吕学松3.网络体系结构网络体系结构是从体系的角度来研究和设计计算机网络体系，其核心是网络系统的逻辑结构和功能分配定义，即描述不同计算机系统之间互连通信的方法和结构，是层和协议的集合。接口：相邻层之间有一个预先定义明确的界面，称为接口，接口定义了服务原语和下层向上层提供的服务。2020年4月8日计算机工程系吕学松4.各层设计问题•链接问题•差错控制•数据流量控制•传输方式•路由选择•拥塞控制2020年4月8日计算机工程系吕学松5.服务类型层与层之间具有服务和被服务的单向依赖关系，下层向上层提供服务，而上层调用下层的服务。面向连接服务：收发的数据不令顺序一致，而且内容也相同。无连接服务：有可能后发的报文反而先收到。6.服务原语请求、指示、响应、确认2020年4月8日计算机工程系吕学松6.服务原语请求：服务调用者请求服务提供者提供某种服务指示：服务提供者告知服务调用者某事件发生响应：服务调用者通知服务提供者响应某件事件确认：服务提供者告知服务调用者关于它的请求的答复2020年4月8日计算机工程系吕学松7.服务与协议服务是各层向它上层提供的一组原语（操作），定义了相邻两层之间的接口。下层为服务提供者，上层为服务调用者。协议是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文的格式及意义的一级规则。实体用协议来实现它们的服务定义。协议与服务的分离，使得计算机网络中采用新通信技术替换落后的通信手段更容易，增强了计算机网络的适应性。2020年4月8日计算机工程系吕学松一、OSI参考模型遵循原则目标站第n层收到的对象应当与源站第n层发出的对象完全一致。§3.2ISO/OSI开放系统互连参考模型2020年4月8日计算机工程系吕学松OSI参考模型OSIRM：开放系统互连参考模型（OpenSystemInterconnectionReferenceModel）OSIRM定义了网络中设备所遵守的层次结构。分层结构的优点：•简化网络的操作•提供设备间兼容性和标准接口•促进标准化工作•结构上可以分隔•易于实现和维护2020年4月8日计算机工程系吕学松二、OSI参考模型各层的功能AllPeopleSeemToNeedDataProcessApplicationPressentationSessionTransportNetworkDatalinkPhysical三、OSI参考模型的特性2020年4月8日计算机工程系吕学松七层功能应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1234567底层:负责网络数据传输高层:负责主机之间的数据传输2020年4月8日计算机工程系吕学松七层功能应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1234567提供应用程序间通信处理数据格式、数据加密等建立、维护和管理会话建立主机端到端连接寻址和路由选择提供介质访问、链路管理等比特流传输2020年4月8日计算机工程系吕学松对等层通信每一层利用下一层提供的服务与对等层通信；每一层使用自己的协议。HostAHostBAPDUPPDUSPDUSegmentPacketFrameBit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四、OSI数据流向2020年4月8日计算机工程系吕学松数据封装数据封装和解封装过程DataDataHDataHH主机服务器交换机路由器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DataDataHDataHH2020年4月8日计算机工程系吕学松一、概述物理层是OSI模型的最低层，它向下直接与传输介质相连接，是开放系统和物理传输介质的接口，向上相邻且服务于数据链路层。它的作用是在数据链路层实体之间提供必需的物理连接，按顺序传输数据位，并进行差错检查。在发现错误时，向数据链路层提出报告。它是连接两个物理设备、为数据链路层提供透明位传输所必须遵循的协议。DTE和DCE§3.3物理层2020年4月8日计算机工程系吕学松二、物理层特性1.机械特性机械特性规定了DTE和DCE实际的物理连接；详细说明了接插件的尺寸，插头的数目，排列方式，以及插头和插座的尺寸，电缆的长度，以及所含导线的数目等。2.电气特性电气特性规定了数据交换信号及有关电路的特性。一般包括最大数据传输速率的说明，信号状态（逻辑电平，通/断，传号/空号）的电压和电流的识别，以及电路特性的说明和与互连电缆相关的规定。2020年4月8日计算机工程系吕学松3.功能特性功能特性规定接口所具有的特定功能，即DTE-DCE之间各信号的信号含义。通常信号线可分为：数据线、控制线、同步线和地线四种。4.规程特性规程特性协议规定了使用交换电路进行数据交换时应遵循的控制步骤，即完成连接的建立、维持、拆除时，DTE和DCE双方在各线路上的动作序列或动作规则。2020年4月8日计算机工程系吕学松三、物理层接口举例RS-232C2020年4月8日计算机工程系吕学松1.机械特性2020年4月8日计算机工程系吕学松2.电气特性RS-232信号电平（采用“负逻辑”）状态“0”(Hight)“1”(Low)驱动器逻辑电平+3V～+15V-3V～-15V名称SpaceMark表4-12020年4月8日计算机工程系吕学松过渡区过渡区逻辑0（Max）逻辑0（Min）逻辑1（Max）逻辑1（Min）逻辑0（Max）逻辑0（Min）逻辑1（Max）逻辑1（Min）噪声边界噪声边界逻辑0逻辑0逻辑1逻辑1信号线地线2020年4月8日计算机工程系吕学松3.功能特性4.规程特性2020年4月8日计算机工程系吕学松一、数据链路层设计问题1.为网络层提供服务数据链路层的功能是为网络层提供服务。其基本服务是将源机器中来自网络层的数据传输给目的机器的网络层。•无确认的无连接服务•有确认的无连接服务•有确认的面向连接服务§3.4数据链路层2020年4月8日计算机工程系吕学松2.帧传输对于数据链路层，通常的方法是把比特流分成离散的帧，并对每一个帧计算出校验和。3.差错控制为了保证可靠传送，常采用的方法是向数据发送方提供有关接收方接收情况的反馈信息。4.流量控制处理发送方的传送能力比接收方接收能力大的问题——流量控制2020年4月8日计算机工程系吕学松二、差错检测和纠正1.纠错码2.检错码三、数据链路层协议2.面向比特型链路协议2020年4月8日计算机工程系吕学松1.面向字符型•以字符为单位•允许同步和异步传输方式•采用字符填充实现透明传输2.面向比特型•以比特为单位•允许同步和异步传输方式•采用比特填充实现透明传输三、数据链路层协议2020年4月8日计算机工程系吕学松3.HDLC——高级数据链路层控制协议面向比特透明传输－零比特填充法运行于同步串行线路接收站地址标志控制段数据信息帧校验标志8位8位8位不定长16位8位2020年4月8日计算机工程系吕学松基本工作模式•站点类型主站\从站\混合站(primary\secondary\combined)•链路结构非平衡\对称\平衡unbalanced\symmetrical\balanced•通信模式一般响应模式\异步响应模式\异步平衡模式NRM(Normalresponsemode)ARM(Asynchronousresponsemode)ABM(Asynchronousbalancedmode)2020年4月8日计算机工程系吕学松HDLCUnbalancedUnbalancedNRM(NormalResponseMode)•主站控制通信•从站必须经过主站的允许才能通过响应的方式发送数据•从站之间的通信必须经过主站UnbalancedARM(AsynchronousResponseM)•从站可在信道空闲时发起通信•从站之间的通信必须经过主站主站从站commandresponseresponse2020年4月8日计算机工程系吕学松HDLCSymmetrical对称•通过两条独立的信道将通信站分为两个部分,一部分象主站一样工作,另一部分象从站一样工作•在每条信道上，都以主－从方式通信commandresponsecommandresponseprimarysecondarysecondaryprimary2020年4月8日计算机工程系吕学松HDLCBalancedHDLCABM(AsynchronousBalancedM)•使用混合站•站点地位相等，任意一方都可以发起通信•与对称方式的区别是仅使用了一个信道•与LAN的区别是仅定义了两点通信而不是多点通信command/responsecommand/responsecombinedstationcombinedstation2020年4月8日计算机工程系吕学松基本格式帧类型HDLC帧格式标志控制地址数据校验和标志881688≥0011111100发送序号P/F应答序号10类型P/F应答序号11类型P/F类型信息帧监控帧无编号帧00011011RRREJRNRSREJSABMDISCUI建链拆链无序号信息帧差控流控连接管理捎带应答2020年4月8日计算机工程系吕学松网络层主要负责控制通信子网的操作，实现网络上任一节点的数据准确、无差错地传输到其他节点。它涉及的是将源端发出的分组包经过各种途径传送到目标端。网络层必须了解通信网络的拓扑结构，并选择通过子网的适当路径。§3.5网络层2020年4月8日计算机工程系吕学松一、网络层设计1.为传输层提供的服务•服务应与通信子网技术无关•通信子网的数量、类型和拓扑结构对于传输层来说是隐蔽的•传输层能获得的网络地址应采用统一的编号方式，即使跨越了多个LAN和WAN2.网络层的内部结构3.虚电路子网和数据报子网的比较2020年4月8日计算机工程系吕学松二、路由选择算法网络层的主要功能是将分组从源端机器选定的路由送到目的端机器。路由选择算法和它们使用的数据结构是网络层设计的一个主要任务。路由选择算法是网络层软件的一部分，负责确定所收到分组应传送的路线。•正确性•简单性•健壮性•稳定性•公平性•最优性2020年4月8日计算机工程系吕学松各种路由选择算法：1.最优化原则2.最短路由选择3.扩散法4.距离矢量路由算法5.链路状态路由选择6.分级路由选择7.移动主机的路由选择2020年4月8日计算机工程系吕学松三、拥塞控制算法1.什么是拥塞2.造成拥塞的因素3.拥塞控制的基本原理4.拥塞预防策略5.虚电路子网中的拥塞控制2020年4月8日计算机工程系吕学松传输层的主要任务是为从源端计算机到目的机提供可靠的、价格合理的数据传输，而与当前网络或使用的网络无关。§3.6传输层2020年4月8日计算机工程系吕学松一、传输层服务1.提供给高层的服务2.服务质量3.传输服务原语二、传输协议的要素1.寻址2.建立连接3.释放连接2020年4月8日计算机工程系吕学松一、会话层会话层的主要功能是在传输层所提供的基础上，为两主机的用户进程建立会话连接，提供会话服务，控制两个实体之间的数据交换及释放功能，即用于管理两个计算机系统连接间的通信流。二、表示层