第三章 开放系统互连参考模型七层协议
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
HDLC数据帧结构
信息帧I，用于实现信息的编号传送；
监督帧S，用于差错控制和流量控制，只包含接收序号；
无编号帧(U 帧) 用于链路的建立和拆除及多种控制功能， 不包含任何确认信息。5 个M （修改）位定义了32 种附 加控制功能。
HDLC 命令和应答 rHDLC 规程定义了18 种命令和13 种应答
上述关于协议和服务的基本概念及相互关系如图所示
四、数据单元
（1）协议数据单元（PDU）
在对等实体之间所传送的数据叫作协议数据单元， 由两部分组成：协议控制信息（PCI）和用户数据 （2）接口数据单元 （IDU）
相邻两层实体间传送的信息叫作接口数据单元，也 由两部分组成：接口控制信息（ICI）和接口数据 （3）服务数据单元 （SDU） 是一种已经在O S I层间进行过转换并删除了其中 的控制信息和转换指令的协议数据单元。
(4) 功能相似的放在同一层。
(5) 根据过去成功的经验分层。
(6) 功能具有独立性,并能局部化时，单设 一层。
(7) 每层只与上下相邻层有接口关系，而 与其他层无关。
(8) 对数据做不同处理时可分层。 (9)在现存标准接口的可用处分层，每层的
功能选择应着眼于国际标准的制定。
三、协议和服务的区别及相互关系
连接，数据报每经过一个中继节点时，都要根据当 时的情况并按照一定的算法为报文建立一个最佳的 传输路由。它不考虑之前已发出的和之后将要发出
的数据报的顺序关系。因此，有可能出现先发出的 数据报比后发出的数据报后到达目标。
数据报 每个分组单独传送 网络为每个分组单独选路，路径可能不同 分组达到顺序可能与发出顺序不同 分组中需要携带完整的目的地址
数据传输 • Close()——释放Socket • Shutdown()——可关闭单方向上的传输
四、常见的网络层次模型
1. OSI/RM参考模型
*20世纪70年代后期，国际标准化组织（ISO）为
了促进异种机互连的研究和发展，制订了一个 参照模型，为协调标准的研制提供了一个共同 基础，允许现存的和正在演变中的标准化活动 有一致的框架和前景。在1983年形成了开放系 统互连（OSI）基本参考模型的正式文件，即著 名的ISO 7498国际标准。
数据报式Socket是一种面向无连接的Socket，针对 面向无连接的UDP服务应用。
常用的Socket编程函数
• Socket( )——建立连接 • Listen( )——监听是否有服务请求 • Accept( )——连接端口的服务请求 • Send( )和recv( )——面向连接的Socket数据传输 • Sendto( )和 Recvfrom( )——面向无连接的Socket
由于面向字符的控制规程效率低下，因而提出了面 向比特的DLC规程。 高级数据链路控制规程HDLC：
信息字段的头尾各加上24bit的控制信息，就构成了一个 完整的HDLC数据帧。其结构如图所示。 （1）标志符F为8bit（01111110）。其作用有三：一是作 为一帧开始和结束的分界符；二是进行帧同步；三是用于 其他信息段的定位。 （2）地址字段A为8bit。 （3）控制字段C共8bit，是最复杂的字段。根据其前面两 个比特取值的不同，可将HDLC数据帧划分为三大类：信 息帧I，监督帧S，无编号帧U （4）帧校验序列（FCS，Frame Check Sequence）字段 共16bit。
2.TCP/IP参考模型
TCP/IP参考模型将网络分成：网络接口层、 网络层、传输层、应用层。
３．LAN参考模型
LAN参考模型是IEEE制定的标准。它将 网络分成：逻辑链路控制层、介质访问 控制层、物理层。
(1) 逻 辑 链 路 控 制 （ LLC ， Logical Link Contral）层
1）线路、链路和数据链路的区别
线路（Line）、链路（Link）和数据链路是 不同的概念。线路中间没有任何交换节点， 而链路是一条无源的端到端的物理线路段， 在进行数据通信时，两台计算机之间的通信 链路往往是由许多线路串接而成。把实现控 制数据传输的一些规程的硬件和软件加到链 路上就构成了像数据管道一样的数据链路。 有时往往将链路称为物理链路，而将数据链 路称为逻辑链路，即物理链路加上必要的通 信规程就是数据链路。
1）网络层的功能
2）网络层提供的服务
①面向连接服务(虚电路服务)
连接是指两个对等实体之间为进行数据通信而进行的一种 结合。面向连接服务就是在数据交换之前，必须先建立连 接（虚电路），一旦建立了虚电路，则在以后发送的数据 分组中就不必再填上源和目标主机的全网地址，而只需标 上虚电路号。当数据交换结束后，则应该终止这个连接。 通常面向连接服务是一种可靠的报文序列服务，在建立连 接之后，每个用户都可以发送可变长度的报文，这些报文 按顺序发送给远端的用户，报文的接收也是按顺序的。
协议数据单元PDU、接口数据单元IDU和服务数据单元SDU
五、服务存取点
服务存取点（SAP，Service Access Point）是指同 一系统中相邻两层实体之间进行交换信息之处，即 （N）层实体和（N＋1）层实体之间的逻辑接口， 也称为插口（Socket）或端口（Port）。一个（N） 层服务是由一个（N）层实体作用在一个（N）层 SAP上来完成的，虽然两层之间可以允许有多个 SAP，但一个（N）层SAP只能被一个（N）层实 体所使用，并且也只能为一个（N＋1）层实体所 使用；但一个（N）层实体却可以向多个（N ＋1 ） 层提供服务，这称为连接复用；一个（N＋1）层 实体也可以使用多个（N）层SAP，这称为连接分 裂。
中间的传输层为面向应用的上3层遮蔽了跟网 络有关的下3层的详细操作。本质上讲，它建 立在由下3层提供的服务上，为面向应用的高 层提供网络无关的信息交换服务。
1、 物理层 典型问题 多少电压代表1 和0 比特持续多少微秒 传输是否在两个方向 连接如何建立及终止 网络连接器有多少针
2）DTE/DCE接口
3）数据链路控制规程（DLC） ①面向字符的数据链路控制规程：
它利用若干个特殊规定的控制字符控制报文的传送。 报文通常由标题（报头）和正文组成。例如：标题 开始字符SOH；正文开始字符STX等等。标题含有 报文名称、源站地址、目标站地址、发送日期等信 息；正文则是报文的具体内容。
②面向比特的数据链路控制规程：
在开放系统互连参考模型OSI/RM中采用了七层协议 体系结构，除最高层和最低层以外的任何一层，均可记为 （N），表示“第N层”。
在OSI/RM模型中，协议和服务是两个非常重要的不 同概念。控制两个（N）层对等实体进行通信的规则的集 合称为（N）协议；两个（N）层实体间的通信在（N） 协议的控制下，能够使（N）层向上一层提供服务，这种 服务就称为（N）服务，接受（N）服务的（N）层服务 用户是（N＋1）层实体。
件的体 、整， 软体具 件。有 两通信
化是
技处
术理
。
复 杂
问
题
的
一
种
结
构
和所间是 语 协 约必完在 法 议 定须成系 、 又 的遵通统 语 包 集循信中 义 含 合的或两 、 三 。规服实 时 个
则务体 序 要
。素：
语法：数据结构、编码和信号电平 等。
语义：用于协调和差错处理的控制 信息。
时序：传输速率匹配和事件先后顺 序。
2.3 2.2 2.1
vc1
2
A
1
3
vc2
虚电路
B
C B 4
5 C
vc1: A--1--2--4--B vc2: A--1--3--5--C
②无连接服务(数据报服务)
网络层在接收和发送报文时，先为每一个数据
报填上源和目标的全网地址，然后把它作为一个独 立的信息单位传送，在发送之前不需要与目标建立
由于面向连接服务和线路交换的许多特性相似，因此面向 连接服务在网络层中又称为虚电路服务。
源自文库
虚电路服务 在传送数据之前，首先通过虚呼叫建立一条虚电路 所有分组沿同一条路径传送，并且按发出顺序到达 类似电路交换 建立连接之后，分组中只需要携带连接标识 可以在建立连接时协商参数、QoS、开销等
1.3 1.2 1.1 A
系统A 用户A
服务层
系统B 用户B
需要证实 的服务
Request Confirm
不需要证实 的服务
Request
Indication Response
时 间
Indication
Socket编程简介
常用的Socket类型有两种：流式Socket和数据报式 Socket。
流式Socket是一种面向连接的Socket，针对面向连 接的TCP服务应用。
这些命令和应答是为适应各种应用而设置 的，对 某一特定的应用只需其中的某些命令和应答。 初始化连接 数据传输 差错控制 连接终止
3、 网络层
网络层是OSI模型的第三层，其主要功 能是分组传送、路由选择和流量控制，实 现端到端通信系统中中间节点的路由选择； 就是将网络地址翻译成对应的物理地址， 并决定如何将数据从发送方路由到接收方。
实体、服务存取点、连接
六、服务原语
服务原语（Service Primitive）是指服务用户与服务 提供者之间进行交互时所要交换的一些必要信息。 OSI/RM规定了四种服务原语类型，如表所示。
从使用服务原语的角度考虑，可将服务分为需
要证实的服务和不需要证实的服务两大类，前者每 次服务要使用全部四种服务原语，而后者只使用两 种服务原语，如图所示
层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的 功能。每一层不必知道下面一层是如何实现的，只 要知道下层通过层间接口提供的服务是什么，以及 本层应向上层提供什么样的服务，就能独立地设计。 由于系统已经被分解为相对简单的若干层次，故易 于实现和维护。当由于技术的变化或其它原因某层 的实现需要更新或替换时，只要它和上、下层的接 口服务关系不变，则其它层次都不受影响，从而具 有很大的灵活性。分层结构易于交流、易于理解和 易于标准化，对于计算机网络这种涉及两个和更多 个实体间通信的系统就更有其优越性。
2、计算机网络体系结构——指网络通信功能的 层次构成、各层的通信协议规范和相邻层的接 口协议规范的集合模型。
3、层次式结构
两个系统中实体间的通信是一个十分复杂的 过程，为了减少协议设计和调试过程的复杂性，大 多数网络的实现都按层次的方式来组织，每一层完 成一定的功能，每一层又都建立在它的下层之上。 不同的网络，其层的数量、各层的名字、内容和功 能不尽相同，然而在所有的网络中，每一层都是通 过层间接口向上一层提供一定的服务，而把这种服 务是如何实现的细节对上层加以屏蔽。
第3章 计算机网络体系结构
网络体系结构 OSI参考模型 TCP/IP体系结构
3.1 网络体系结构
一、 网络体系结构的基本概念
1、网络层次体系结构主要包括四个要素：
实体、系统、层、 协议。
的 任 何 东 西 。
信 息 和 处 理 信 息
系 统 中 能 够 收 发
部常息包 分一处含 的个理一 有系和个 机统通或 结总信多 合是功个 。硬能实
(2) 介 质 访 问 控 制 （ MAC ， Media Access Contral）层
(3) 物理层
3.2 OSI参考模型
最低3层（1-3）是依赖网络的，牵涉到将两 台通信计算机链接在一起所使用的数据通信 网的相关协议
高三层（5-7）是面向应用的，牵涉到允许两 个末端用户应用进程交互作用的协议，通常 是由本地操作系统提供的一套服务。
DTE（数据终端设备）——指网络中用 于处理用户数据的设备，是计算机的信 源与信宿。通常是一台计算机；
DCE（数据电路端接设备）——是介于 DTE与网络中传输介质之间的设备，例 如：调制解调器
DTE通过DCE与通信传输线路相连
2、 数据链路层
数据链路层是OSI模型的第二层，通 过一些数据链路层协议和链路控制规程， 在不太可靠的物理链路上实现可靠的数 据传送；它控制网络层与物理层之间的 通信，并对网络层提供服务。
二、网络层次划分的原则
1980 年 ，H.Zimmerman 提出了网络层 次划分的基本原则： (1) 层次适中，当必须要有不同级的抽象 时，设立一层。 (2) 界面清晰，当所提供的服务容易描述 时，作为层次间的界面，应使通过界面的 信息量最少。 (3) 当某层功能实现技术明显地与别层不 同时，单独设立一层。
信息帧I，用于实现信息的编号传送；
监督帧S，用于差错控制和流量控制，只包含接收序号；
无编号帧(U 帧) 用于链路的建立和拆除及多种控制功能， 不包含任何确认信息。5 个M （修改）位定义了32 种附 加控制功能。
HDLC 命令和应答 rHDLC 规程定义了18 种命令和13 种应答
上述关于协议和服务的基本概念及相互关系如图所示
四、数据单元
（1）协议数据单元（PDU）
在对等实体之间所传送的数据叫作协议数据单元， 由两部分组成：协议控制信息（PCI）和用户数据 （2）接口数据单元 （IDU）
相邻两层实体间传送的信息叫作接口数据单元，也 由两部分组成：接口控制信息（ICI）和接口数据 （3）服务数据单元 （SDU） 是一种已经在O S I层间进行过转换并删除了其中 的控制信息和转换指令的协议数据单元。
(4) 功能相似的放在同一层。
(5) 根据过去成功的经验分层。
(6) 功能具有独立性,并能局部化时，单设 一层。
(7) 每层只与上下相邻层有接口关系，而 与其他层无关。
(8) 对数据做不同处理时可分层。 (9)在现存标准接口的可用处分层，每层的
功能选择应着眼于国际标准的制定。
三、协议和服务的区别及相互关系
连接，数据报每经过一个中继节点时，都要根据当 时的情况并按照一定的算法为报文建立一个最佳的 传输路由。它不考虑之前已发出的和之后将要发出
的数据报的顺序关系。因此，有可能出现先发出的 数据报比后发出的数据报后到达目标。
数据报 每个分组单独传送 网络为每个分组单独选路，路径可能不同 分组达到顺序可能与发出顺序不同 分组中需要携带完整的目的地址
数据传输 • Close()——释放Socket • Shutdown()——可关闭单方向上的传输
四、常见的网络层次模型
1. OSI/RM参考模型
*20世纪70年代后期，国际标准化组织（ISO）为
了促进异种机互连的研究和发展，制订了一个 参照模型，为协调标准的研制提供了一个共同 基础，允许现存的和正在演变中的标准化活动 有一致的框架和前景。在1983年形成了开放系 统互连（OSI）基本参考模型的正式文件，即著 名的ISO 7498国际标准。
数据报式Socket是一种面向无连接的Socket，针对 面向无连接的UDP服务应用。
常用的Socket编程函数
• Socket( )——建立连接 • Listen( )——监听是否有服务请求 • Accept( )——连接端口的服务请求 • Send( )和recv( )——面向连接的Socket数据传输 • Sendto( )和 Recvfrom( )——面向无连接的Socket
由于面向字符的控制规程效率低下，因而提出了面 向比特的DLC规程。 高级数据链路控制规程HDLC：
信息字段的头尾各加上24bit的控制信息，就构成了一个 完整的HDLC数据帧。其结构如图所示。 （1）标志符F为8bit（01111110）。其作用有三：一是作 为一帧开始和结束的分界符；二是进行帧同步；三是用于 其他信息段的定位。 （2）地址字段A为8bit。 （3）控制字段C共8bit，是最复杂的字段。根据其前面两 个比特取值的不同，可将HDLC数据帧划分为三大类：信 息帧I，监督帧S，无编号帧U （4）帧校验序列（FCS，Frame Check Sequence）字段 共16bit。
2.TCP/IP参考模型
TCP/IP参考模型将网络分成：网络接口层、 网络层、传输层、应用层。
３．LAN参考模型
LAN参考模型是IEEE制定的标准。它将 网络分成：逻辑链路控制层、介质访问 控制层、物理层。
(1) 逻 辑 链 路 控 制 （ LLC ， Logical Link Contral）层
1）线路、链路和数据链路的区别
线路（Line）、链路（Link）和数据链路是 不同的概念。线路中间没有任何交换节点， 而链路是一条无源的端到端的物理线路段， 在进行数据通信时，两台计算机之间的通信 链路往往是由许多线路串接而成。把实现控 制数据传输的一些规程的硬件和软件加到链 路上就构成了像数据管道一样的数据链路。 有时往往将链路称为物理链路，而将数据链 路称为逻辑链路，即物理链路加上必要的通 信规程就是数据链路。
1）网络层的功能
2）网络层提供的服务
①面向连接服务(虚电路服务)
连接是指两个对等实体之间为进行数据通信而进行的一种 结合。面向连接服务就是在数据交换之前，必须先建立连 接（虚电路），一旦建立了虚电路，则在以后发送的数据 分组中就不必再填上源和目标主机的全网地址，而只需标 上虚电路号。当数据交换结束后，则应该终止这个连接。 通常面向连接服务是一种可靠的报文序列服务，在建立连 接之后，每个用户都可以发送可变长度的报文，这些报文 按顺序发送给远端的用户，报文的接收也是按顺序的。
协议数据单元PDU、接口数据单元IDU和服务数据单元SDU
五、服务存取点
服务存取点（SAP，Service Access Point）是指同 一系统中相邻两层实体之间进行交换信息之处，即 （N）层实体和（N＋1）层实体之间的逻辑接口， 也称为插口（Socket）或端口（Port）。一个（N） 层服务是由一个（N）层实体作用在一个（N）层 SAP上来完成的，虽然两层之间可以允许有多个 SAP，但一个（N）层SAP只能被一个（N）层实 体所使用，并且也只能为一个（N＋1）层实体所 使用；但一个（N）层实体却可以向多个（N ＋1 ） 层提供服务，这称为连接复用；一个（N＋1）层 实体也可以使用多个（N）层SAP，这称为连接分 裂。
中间的传输层为面向应用的上3层遮蔽了跟网 络有关的下3层的详细操作。本质上讲，它建 立在由下3层提供的服务上，为面向应用的高 层提供网络无关的信息交换服务。
1、 物理层 典型问题 多少电压代表1 和0 比特持续多少微秒 传输是否在两个方向 连接如何建立及终止 网络连接器有多少针
2）DTE/DCE接口
3）数据链路控制规程（DLC） ①面向字符的数据链路控制规程：
它利用若干个特殊规定的控制字符控制报文的传送。 报文通常由标题（报头）和正文组成。例如：标题 开始字符SOH；正文开始字符STX等等。标题含有 报文名称、源站地址、目标站地址、发送日期等信 息；正文则是报文的具体内容。
②面向比特的数据链路控制规程：
在开放系统互连参考模型OSI/RM中采用了七层协议 体系结构，除最高层和最低层以外的任何一层，均可记为 （N），表示“第N层”。
在OSI/RM模型中，协议和服务是两个非常重要的不 同概念。控制两个（N）层对等实体进行通信的规则的集 合称为（N）协议；两个（N）层实体间的通信在（N） 协议的控制下，能够使（N）层向上一层提供服务，这种 服务就称为（N）服务，接受（N）服务的（N）层服务 用户是（N＋1）层实体。
件的体 、整， 软体具 件。有 两通信
化是
技处
术理
。
复 杂
问
题
的
一
种
结
构
和所间是 语 协 约必完在 法 议 定须成系 、 又 的遵通统 语 包 集循信中 义 含 合的或两 、 三 。规服实 时 个
则务体 序 要
。素：
语法：数据结构、编码和信号电平 等。
语义：用于协调和差错处理的控制 信息。
时序：传输速率匹配和事件先后顺 序。
2.3 2.2 2.1
vc1
2
A
1
3
vc2
虚电路
B
C B 4
5 C
vc1: A--1--2--4--B vc2: A--1--3--5--C
②无连接服务(数据报服务)
网络层在接收和发送报文时，先为每一个数据
报填上源和目标的全网地址，然后把它作为一个独 立的信息单位传送，在发送之前不需要与目标建立
由于面向连接服务和线路交换的许多特性相似，因此面向 连接服务在网络层中又称为虚电路服务。
源自文库
虚电路服务 在传送数据之前，首先通过虚呼叫建立一条虚电路 所有分组沿同一条路径传送，并且按发出顺序到达 类似电路交换 建立连接之后，分组中只需要携带连接标识 可以在建立连接时协商参数、QoS、开销等
1.3 1.2 1.1 A
系统A 用户A
服务层
系统B 用户B
需要证实 的服务
Request Confirm
不需要证实 的服务
Request
Indication Response
时 间
Indication
Socket编程简介
常用的Socket类型有两种：流式Socket和数据报式 Socket。
流式Socket是一种面向连接的Socket，针对面向连 接的TCP服务应用。
这些命令和应答是为适应各种应用而设置 的，对 某一特定的应用只需其中的某些命令和应答。 初始化连接 数据传输 差错控制 连接终止
3、 网络层
网络层是OSI模型的第三层，其主要功 能是分组传送、路由选择和流量控制，实 现端到端通信系统中中间节点的路由选择； 就是将网络地址翻译成对应的物理地址， 并决定如何将数据从发送方路由到接收方。
实体、服务存取点、连接
六、服务原语
服务原语（Service Primitive）是指服务用户与服务 提供者之间进行交互时所要交换的一些必要信息。 OSI/RM规定了四种服务原语类型，如表所示。
从使用服务原语的角度考虑，可将服务分为需
要证实的服务和不需要证实的服务两大类，前者每 次服务要使用全部四种服务原语，而后者只使用两 种服务原语，如图所示
层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的 功能。每一层不必知道下面一层是如何实现的，只 要知道下层通过层间接口提供的服务是什么，以及 本层应向上层提供什么样的服务，就能独立地设计。 由于系统已经被分解为相对简单的若干层次，故易 于实现和维护。当由于技术的变化或其它原因某层 的实现需要更新或替换时，只要它和上、下层的接 口服务关系不变，则其它层次都不受影响，从而具 有很大的灵活性。分层结构易于交流、易于理解和 易于标准化，对于计算机网络这种涉及两个和更多 个实体间通信的系统就更有其优越性。
2、计算机网络体系结构——指网络通信功能的 层次构成、各层的通信协议规范和相邻层的接 口协议规范的集合模型。
3、层次式结构
两个系统中实体间的通信是一个十分复杂的 过程，为了减少协议设计和调试过程的复杂性，大 多数网络的实现都按层次的方式来组织，每一层完 成一定的功能，每一层又都建立在它的下层之上。 不同的网络，其层的数量、各层的名字、内容和功 能不尽相同，然而在所有的网络中，每一层都是通 过层间接口向上一层提供一定的服务，而把这种服 务是如何实现的细节对上层加以屏蔽。
第3章 计算机网络体系结构
网络体系结构 OSI参考模型 TCP/IP体系结构
3.1 网络体系结构
一、 网络体系结构的基本概念
1、网络层次体系结构主要包括四个要素：
实体、系统、层、 协议。
的 任 何 东 西 。
信 息 和 处 理 信 息
系 统 中 能 够 收 发
部常息包 分一处含 的个理一 有系和个 机统通或 结总信多 合是功个 。硬能实
(2) 介 质 访 问 控 制 （ MAC ， Media Access Contral）层
(3) 物理层
3.2 OSI参考模型
最低3层（1-3）是依赖网络的，牵涉到将两 台通信计算机链接在一起所使用的数据通信 网的相关协议
高三层（5-7）是面向应用的，牵涉到允许两 个末端用户应用进程交互作用的协议，通常 是由本地操作系统提供的一套服务。
DTE（数据终端设备）——指网络中用 于处理用户数据的设备，是计算机的信 源与信宿。通常是一台计算机；
DCE（数据电路端接设备）——是介于 DTE与网络中传输介质之间的设备，例 如：调制解调器
DTE通过DCE与通信传输线路相连
2、 数据链路层
数据链路层是OSI模型的第二层，通 过一些数据链路层协议和链路控制规程， 在不太可靠的物理链路上实现可靠的数 据传送；它控制网络层与物理层之间的 通信，并对网络层提供服务。
二、网络层次划分的原则
1980 年 ，H.Zimmerman 提出了网络层 次划分的基本原则： (1) 层次适中，当必须要有不同级的抽象 时，设立一层。 (2) 界面清晰，当所提供的服务容易描述 时，作为层次间的界面，应使通过界面的 信息量最少。 (3) 当某层功能实现技术明显地与别层不 同时，单独设立一层。