0第二章 计算机网络体系结构

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任务：在两个相邻节点间可靠地传输数据， 使之对网络层呈现为一条无错的链路。
• 功能与服务： 建立与拆除数据链路连接 组帧：帧封装，按顺序传送，处理返回的确认 帧； 定界与同步：产生/识别帧边界； 差错检测/恢复：可靠的传输，CRC，ARQ； 流量控制：抑止发送方的传输速率，使接收方 来得及接收。
邮政系统
• 邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输
银行系统 物流系统 。。。
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1. 计算机网络体系结构的定义
分层方法——把复杂的问题划分为若干个较 小的、单一的局部问题，在不同层上予以解 决。 网络的层次结构方法要解决的问题：
• 网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？ （分层与功能） • 各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？ （服务与接口） • 通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）
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2 数据链路层（data link layer）
链路：一条无源的点到点的物理线路段，中 间没有任何交换节点，也称为物理链路。 数据链路：把实现传输所必须的协议硬件和 软件加到链路上，就构成了数据链路。 数据链路层的功能：链路管理、帧同步、流 量控制、差错控制、将数据和控制信息分开、 透明传输、寻址。
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数据链路层完成的主要功能有： (1) 数据链路的建立、维护与释放的管理工作。 (2) 将传输数据增加的同步信息、校验信息及 地址信息封装成数据帧。 (3) 数据帧传输顺序的控制。 (4) 差错检测与控制。 (5) 数据流量控制。
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广播式信道问题(LAN or Wireless)： 涉及到如何控制对共享信道的访问。 将数据链路层划分为逻辑链路控制(Logical Link Control, LLC)和介质访问控制子层(Media Access Control，MAC)两个子层，由MAC子层 解决介质访问控制问题。 两种主要的介质访问控制方法： - CSMA/CD - TOKEN PASSING Token Ring Token Bus
2.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）
OSI参考模型将网络的不同功能划分为7层
7 6 5 4 3 2 1
应用层Application
表示层Presentation 会话层session 传输层transport 网络层Network 数据链路层Data Link 物理层Physical
处理网络应用 数据表示 主机间通信 端到端的连接
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计算机网络中，层、协议和层间接口的集合 被称为计算机网络体系结构。
• 换句话说：体系结构包括三个内容：分层结构与
每层的功能，服务与层间接口，协议。
最早的网络体系结构源于IBM的SNA；
• 其它的网络体系结构还有DEC的DNA等
由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构 国际标准是OSI/RM； 应用广泛:TCP/IP体系结构
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层次结构方法的优点
独立性强——耦合程度低
• 上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方 法。
适应性强
• 只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。
易于实现和维护
• 把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子 单元：
使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。 使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。
飞行航线
一系列的步骤
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空中旅行的组织: 从另一种不同的角度观察
机票 (购买) 行李 (托运) 机票 (投诉) 行李 (认领) 旅客 (到达) 飞机 (着陆) 飞行航线 飞行航线 层次的观点： 每层实现一种特定的服务 – 通过自己内部的功能 – 依赖自己的下层提供的服务
旅客 (出发)
飞机 (起飞) 飞行航线
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2. 网络体系结构的分层原理
基本概念：
实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。 对等层：两个不同系统的同级层次。 对等实体：分别位于不同系统对等层中的两个实体 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之 间的操作及下层对上层的服务。 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口 提供给其相邻上层。 协议：通信双方在通信中必须遵守的规则。
监控格式（S帧）
无编号格式（U帧）
1
1
0
1
S
M
P/F
P/F
N（R）
M
1.信息帧（I） 2.监控帧（S） 3.无编号帧（U）
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2.3 HDLC的平衡型和非平衡型的操作环境（P37） 1.通信站的类型：主站、次站、复合站 2. HDLC数据链路控制的非平衡操作环境
命令 主站 次站 响应 次站 非平衡式结构
02 · · · · · 60 8C 67 05 A2
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–链路层帧的结构
Data
网络层的分组被封 装在帧的Data域中
A
C
FCS
校验区间
A：MAC地址字段，包括源地址和目的地址 C：控制字段
FCS：帧检验序列，一般采用CRC校验。其校验 范围包括A、C和Data字段
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2.1 HDLC的帧格式（P37）
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层次功能的分布式实现
机票 (购买) 机票 (投诉) 行李 (认领) 旅客 (到达) 飞机 (着陆)
起飞机场
行李 (托运) 旅客 (出发) 飞机 (起飞)
中间空中交通枢纽
飞行航线 飞行航线
飞行航线
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到达机场
层次化方法在其它领域的应用
程序设计
• 把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实 现，如操作系统。
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系统A
实体 服务 对等实体 对等层
系统B
接口
物理网络
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3. 通信协议
人际交流的协议:
• 人类之间 • “我有一个问题.” • “现在几点了?” … 说明发送的消息 … 说明接收到某消息 后所应采取的行动 … 说明动作的次序
通信协议:
• 计算机之间 • 网络中所有的通信活 动都是由协议所控制
RS232C没 有规定固 定的接口 外观
• 25针 • 9针
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RS-232C功能特性
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信号时序（接收）
• H：Host（DTE），M：Modem（DCE） • 设备握手
DTR：H→M（保持，表示H已可以工作） DSR：H←M（保持，表示M已可以工作）
• 监视载波信号
DCD：H←M←载波（表示数据链已建立）
协议可以由软件或硬件来实现：
• 网络通信协议软件、网络驱动程序 • 网络硬件
常用协议组：
• TCP/IP（Windows、Unix、Linux、…） • NetBEUI（Windows） • IPX/SPX（NetWare、Windows）
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2. 2 ISO/OSI参考模型
图2.1 七层协议参考模型
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2.5 HDLC数据传输的过程 建立链路 数据传输
链路拆除
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※ 3 网络层（network layer,internet layer） • 任务：选择合适的路由，把分组从源端传送到 目的端。 • 功能与服务：
在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接 路由选择和分组中转 流量控制和拥塞控制 多路复用：为多个传输层实体提供网络连接服务 分段与组合：大数据块分段，小数据块组合 差错检测与恢复 流量统计和记账
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–MAC子层的地址
网络中的每台主机都必须有一个48位(6Byte)的全 局地址，它是该主机在全球范围的唯一标识符，与其 物理位置无关。(比较IP地址) 该全局地址称为MAC地址，也称为物理地址，通 常固化在网卡上。 当一台计算机插上一块网卡后，该计算机的物理地 址就是该网卡的MAC地址。 MAC地址的例子(以十六进制表示)：
• 接收数据
RD： H←M←数据调制信号
• 断开连接
DCD消失、H撤除DTR、M撤除DSR
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信号时序（发送）
• 设备握手
DTR：H→M（保持） DSR：H←M（保持）
• 请求发送
RTS：H→M（保持），M→载波，在对方产生DCD CTS：H←M（保持）
• 发送数据
TD：H→M→数据调制信号
• 断开连接
H撤除RTS/DTR M撤除CTS/DSR，停止发送载波
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RS-449标准
传输距离<1200m 速率：<2Mbps 是RS-232C的替代标准，但是因厂商对 RS-232C的广泛支持，目前仍然以RS232C为主要应用。 应用于宽带电路
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RS-449
37针
第二章 计算机网络体系结构
2. 1
引言 网络体系结构提出的背景——计算机网络的复杂性、 异质性
• 不同的通信介质——有线、无线、… … • 不同种类的设备——主机、路由器、交换机、复用设 备、… … • 不同的操作系统——Unix、Windows、… … • 不同的软/硬件、接口和通信约定（协议） • 不同的应用环境——固定、移动、… … • 不同种类业务——分时、交互、实时、… … • 宝贵的投资和积累——有形、无形、… … • 用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏
F 开始标志 A 地址字段 C 控制字段 I 信息字段 FCS 帧校验序列 F 结束标志

标志F 地址字段A 控制字段C 信息字段I 帧校验序列FCS
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2.2 HDLC的命令和响应
控制字段格式 信息传输格式（I帧） 控制字段的位 1 0 2 3 4 5 P/F 6 7 8 N（S） N（R）
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对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组 织网络的结构，以达到：