第二章网络体系结构

物理层介绍
功能特性: 规定了接口信号的来源、作用以及其它信号之
间的关系。即某一条线上某一个电压表示何种 意义。 规程特性： 规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤， 这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成。 即对于不同功能的各种事件的出现顺序。
数据链路层介绍
主要功能：将源机网络层来的数据可靠的传输到相邻 节点的目标机网络层。
机械特性：
规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及 排列方式、锁定装置形式等。
图 常用连接机械特性 接口形状、数量、序列等
物理层
电气特性： 规定了在物理连接上导线的电气连接及有关的
电路的特性，一般包括：接收器和发送器电路 特性的说明、表示信号状态的电压/电流电平 的识别、最大传输速率的说明、以及与互连电 缆相关的规则等。 即0和1用什么电压表示的问题
– 工作过程： – 连接建立 – 数据传送 – 释放连接 优缺点：面向连接服务比较适合于在一定期间内要向
同一目的地发送许多报文的情况。对于发送很短的 零星报文，面向连接服务的开销就显得过大了。
无连接的服务
在无连接服务的情况下，两个实体之间的通信不需要 先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事 先进行预定保留。这些资源将在数据传输时动态地进 行分配。
OSI分层原则：
– 根据不同层次的抽象分层 – 每层应当实现一个定义明确的功能 – 每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际标准 – 各层间边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量 – 层数应该适当。
OSI模型示意图
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
比特填充 法
该法以一组特定的比特模式(如01111110)来标志一帧 的起始与终止。本节稍后要详细介绍的HDLC规程即 采用该法。为了不使信息位中出现的与该特定模式相 似的比特串被误判为帧的首尾标志，可以采用比特填 充的方法。比如，采用特定模式01111110，则对信息 位中的任何连续出现的5个“1”，发送方自动在其后插 入一个“0”，而接受方则做该过程的逆操作，即每收 到连续5个“1”，则自动删去其后所跟的“0”，以此恢 复原始信息，实现数据传输的透明性。比特填充很容 易由硬件来实现，性能优于字符填充方法。
无连接服务三种类型
数据报（datagram）。它的特点不需要接收端做任何响应，因 而是一种不可靠的服务。数据报常被描述为“尽最大努力支付” （best effort delivery）。 想象“电报”
证实交付（confirmed delivery）。它又称为可靠的数据报。这 种服务对每一个报文产生一个证实给发方用户，不过这个证实不 是来自接收端的用户而是来自提供服务的层。这种证实只能保证 报文已经发给远端的目的站了，但并不能保证目的站用户已收到 这个报文。 想象“挂号邮件”
(网 络 接 口 层 )
TCP/IP参 考 模 型 与OSI对 照
比较OSI和TCP/IP
TCP/IP一开始就考虑了多种异构网络的互连问题，并将网络协 议IP作为TCP/IP的重要组成部分。而OSI开始只考虑使用一种标 准的公用数据网将各种不同的系统连接，后来在网络层中划分出 一个子层来完成类似功能。
用户数据
系统B 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
2.1.1 计算机网络体系结构概念
名词：网络体系结构 网络的体系结构定义：指计算机网络的各层及
其协议的集(architecture)。或精确定义义为这 个计算机网络及其部件所应完成的功能。计算 机网络的体系结构综合了OSI和TCP/IP的优点， 本身由5层组成：应用层、运输层、网络层、 数据链路层和物理层。
OSI模型各层功能——物理层
功能：负责提供和维护物理线路，并检测处理争用冲 突，提供端到端错误恢复和流控制。
物理层位于 OSI参与模型的最低层，它直接面向实际 承担数据传输的物理媒体(即信道)。物理层的传输单 位为比特。物理层是指在物理媒体之上为数据链路层 提供一个原始比特流的物理连接。
物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信道所需 的机械的、电气的、功能性的和规程性的特性。其作 用是确保比特流能在物理信道上传输。
数据链路层其他功能
防止高速的发送方的数据把低速的接收方“淹 没”。
广播式网络在数据链路层在还要处理控制对共 享信道的访问。数据链路层的一个特殊子层 （媒体访问子层），就是专门处理这个问题。
网络层介绍
功能：在数据路层提供的两个相邻端点之间的 数据帧的传送功能和确定分组从源端到目的端 的“路由选择”。
请求回答（request-reply）。这种类型的数据报是收端用户每 收到一个报文，就向发端用户发送一个应答报文。事务（即 transaction，又可译为事务处理或交易）中的“一问一答”方式 的短报文，以及数据库中的查询，都很适合使用这种类型的服务。
2.2 OSI参考模型7层层次结构
OSI —Open System Interconnection开放式系统 互连标准（区别:ISO--International Standards Organization国际标准化组织)
另一特征：它不需要通信的两个实体同时是活跃的 （即处于激活态）。当发送端的实体正在进行发送时， 它才必须是活跃的。这时接收端的实体并不一定必须 是活跃的。只有当接收端的实体正在进行接收时，它 才必须是活跃的。
优缺点：无连接服务灵活方便和比较迅速。但无连接 服务不能防止报文的丢失、重复或失序。无连接服务 特别适合于传送少量零星的报文。
为达到这一目的，数据链路层必须具备一系列相应的 功能，它们主要有：如何将数据组合成数据块，在数 据链路层中将这种数据块称为帧，帧是数据链路层的 传送单位；如何控制帧在物理信道上的传输，包括如 何处理传输差错，如何调节发送速率以使之与接收方 相匹配；在两个网路实体之间提供数据链路通路的建 立、维持和释放管理。
• 是第2章中的重点部分
2.3.1 TCP/IP体系结构
OSI
TCP/IP
7 应 用 层 4 应 用 层
报 文 流
6 表 示 层
5 会 话 层
4 运 输 层 3 运 输 层
报 文 段
3 网 络 层 2 网 络 层 （ IP层 ） IP 数
2 数 据 链 路 层1 通 信 子 网 层
据 报
1 物 理 层
表示层
解决数据格式的转换 OSI环境的低五层提供透明的数据传输，应用层负责
处理语义，而表示层则负责处理语法，由于各种计算 机都可能有各自的数据描述方法，所以不同类型计算 机之间交换的数据，一般需经过格式转换才能保证其 意义不变。表示层要解决的问题是如何描述数据结构 并使之与具体的机器无关，其作用是对原站内部的数 据结构进行编码，使之形成适合于传输的比特流，到 了目的站再进行解码，转换成用户所要求的格式。 表示层的主要功能为：语法转换 、语法协商 、语法 转换 。
应用层介绍
提供与用户应用有关的功能。
网络浏览 电子邮件 文件传输 虚拟终端软件 过程作业输入 目录查询 各种通用和专用的功能
综合
1－3层通过通信子网链接 4－7层是“端到端”的链接
2.3 TCP/IP分组交换网协议
• TCP/IP（Transmission control protocol/Internet protocol）， 即传输控制协议/网际协议。
网络层关系到通信子网的运行控制，体现了网 络应用环境中资源子网访问通信子网的方式， 是OSI模型中面向数据通信的低三层(也即通信 子网)中最为复杂、关键的一层
运输层介绍
从会话层接收数据，必要时把它分成较小的单 元传递，并确保到达对方的各段信息正确无误， 即确保会话层不受硬件技术变化影响。
建立运输连接，提高吞吐量，降低费用 使多路复用对会话层透明 真正的源到目的的“端到端”层 解决跨网络连接的建立和拆除 流量控制
原则：
– 每一层功能应非常明确。 – 层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。 – 层数应适中。若层数太少，则造成每一层的协议太复杂；若层
数太多，则体系结构过于复杂，使描述和实现各层功能变得困 难。
数据传输过程
系统A 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
用户数据 传输介质
可供选择的答案： A、B、C：1．接口；2．协议；3．服务；4．关系；5．调用；
6．连接。 D、E：1．表示；2．数据链路；3．网络；4．会话；5．运输；
6．应用。 答题填空：A( )；B( )；C( )；D( )；E( )。
答案：2、3、5、5、3
服务类型
面向连接的服务（虚电路服务，类似“电话通 信系统模式”）
计算机网络的原理体系结构
5 应用层 应用层提供OSI服务 4 运输层 运输层实现端到端的数据发送 3 网络层 网络层实现分组传送 2 数据链 数据链路层实现无差错帧传送
路层 1 物理层 物理层实现透明地传送比特流
名词：网络协议
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准 或约定称为网络协议。
网络协议主要由下列三个要素组成： ①语法 （即用户数据与控制信息的结构和格式)；② 语义(即需要发出何种控制信息，以及完成的 动作与做出的响应)；③时序(即对事件实现顺 序的详细说明，指出事件的顺序以及速度匹 配)。
网络服务
接口、服务、调用
层 n+1 接口
层n 接口
n+1 层服务 n 层服务
层 n+1 层n
调用 服务
层1
层1
计算试
1．在ISO／OSI参考模型中，同层对等实体间进行信息交换时必 须遵守的规则称为(A)，相邻层间进行信息交换时必须遵守的规 则称为(B)，相邻层间进行信息交换时使用的一组操作原语称为 (C)。(D)层的主要功能是提供端到端的信息传送，它利用(E)层提 供的服务来完成此功能。