第3章 计算机网络技术基础

OSI参考模型的层次
• OSI参考模型共有七层，由低到高分别是：物理 层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、 表示层和应用层。
7 6 5 4 3
应用层 表示层 会话层
应用层 表示层 会话层
传输层
网络层
传输层
网络层
2
1
数据链路层
物理层
传输介质
数据链路层
物理层
1．OSI参考模型的特性
• • • • • • （1）是一种将异构系统互联的分层结构； （2）提供了控制互联系统交互规则的标准骨架； （3）定义了一种抽象结构，而并非具体实现的描述； （4）不同系统上的相同层的实体称为同等层实体； （5）同等层实体之间的通信由该层的协议管理； （6）相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供 的服务； • （7）所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服 务； • （8）直接的数据传送仅在最低层实现； • （9）每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响 其它层。
3.1.4 环型拓扑结构
网络中节点计算机连成环型就成为环型 网络。环路上，信息单向从一个节点传送到 另一个节点，传送路径固定，没有路径选择 问题。环型网络实现简单，适应传输信息量 不大的场合。任何节点的故障均导致环路不 能正常工作，可靠性较差。
• 环型网络常使用令牌环来决定哪个节点可以访问 通信系统。 • 环型拓扑结构的优点： • （1）电缆长度短 • （2）适用于光纤 • （3）网络的实时性好 • 环型拓扑结构的缺点： • （1）网络扩展配置困难 • （2）节点故障引起全网故障 • （3）故障诊断困难 • （4）拓扑结构影响访问协议
主机A 应用层协议 7 应用层 表示层协议 表示层 会话层协议
主机B 应用层 表示层 7 6 5 4 3 2
6/7层界面
6 5/6层界面 5 4/5层界面 4 3/4层界面 3
会话层
传输层协议 传输层 网络层协议 网络层 链路层协议 数据链路层 物理层协议 物理层 物 理 媒 介
会话层
传输层 网络层 数据链路层 物理层
3.2 ISO/OSI网络参考模型
建立分层结构的原因和意义 • 建立计算机网络的根本目的是实现数据通信和资 源共享，而通信则是实现所有网络功能的基础和 关键。对于网络的广泛实施，国际标准化组织 ISO（International Standard Organization），经 过多年研究，在1983年提出了开放系统互联参考 模型OSI/RM（Reference Model of Open System Interconnection），这是一个定义连接异种计算 机的标准主体结构，给网络设计者提供了一个参 考规范。
3.2.1 物理层
物理层是OSI模型的最低层，其任务是 实现物理上互连系统间的信息传输。 1.物理层必须具备以下功能 （1）物理连接的建立、维持与释放 （2）物理层服务数据单元传输 （3）物理层管理。
• 2.媒体和互联设备 • 物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、 光纤、无线信道等； • 通信用的互联设备如各种插头、插座等； 局域网中的各种粗、细同轴电缆，T型接/ 插头，接收器，发送器，中继器等都属物 理层的媒体和连接器。
星型的中心节点是主节点，它接收各分 散节点的信息再转发给相应节点，具有中继 交换和数据处理功能。星型网的结构简单， 建网容易，但可靠性差，中心节点是网络的 瓶颈，一旦出现故障则全网瘫痪。
• 星型拓扑结构的访问采用集中式控制策略，采用 星型拓扑的交换方式有电路交换和报文交换。 • 星型拓扑结构的优点： • （1）方便服务 • （2）每个连接只接一个设备 • （3）集中控制和便于故障诊断 • （4）简单的访问协议 • 星型拓扑结构的缺点： • （1）电缆长度和安装 • （2）扩展困难 • （3）依赖于中央节点
3.1.5 其他类型拓扑结构
1.树型拓扑结构 树型网络是分层结构，适用于分级管理 和控制系统。网络中，除叶节点及其联机 外，任一节点或联机的故障均只影响其所 在支路网络的正常工作。
头端
节点
节点
• 图3-6 树型网络拓扑结构
• 2.星型环型拓扑结构
主干环
接线盒
3.1.6 拓扑结构的选择原则
拓扑结构的选择往往和传输介质的选择 和介质访问控制方法的确定紧密相关。选 择拓扑结构时，应该考虑的主要因素有以 下几点： （1）服务可靠性 （2）网络可扩充性 （3）组网费用高低（或性能价格比）。
• • • • • • • • •
1.表示层的主要功能 （1）语法转换 （2）传送语法的选择 （3）常规功能 2.表示层提供的服务 （1）数据转换和格式转换 （2）语法选择 （3）数据加密与解密 （4）文本压缩
3.2.7 应用层
• OSI的7层协议从功能划分来看，下面6层主 要解决支持网络服务功能所需要的通信和 表示问题，应用层则提供完成特定网络功 能服务所需要的各种应用协议。 • 应用层是OSI的最高层，直接面向用户，是 计算机网络与最终用户的接口。负责两个 应用进程（应用程序或操作员）之间的通 信，为网络用户之间的通信提供专用程序。
•
• （2）面向连接和无连接的服务 • 下层能够向上层提供的服务有两种基本形 式：面向连接和无连接的服务。 • 面向连接的服务是在数据传输之前先建立 连接，主要过程是：建立连接、进行数据 传送，拆除链路。面向连接的服务，又称 为虚电路服务。 • 无连接服务没有建立和拆除链路的过程， 一般也不采用可靠方式传送。不可靠（无 确认）的无连接服务又称为数据报服务。
3.2.3 网络层
• 网络层是通信子网与资源子网之间的接口， 也是高、低层协议之间的接口层。网络层 的主要功能是路由选择、流量控制、传输 确认、中断、差错及故障的恢复等。当本 地端与目的端不处于同一网络中，网络层 将处理这些差异。
• • • • • • • •
1.网络层的主要功能 （1）建立和拆除网络连接 （2）分段和组块 （3）有序传输和流量控制 （4）网络连接多路复用 （5）路由选择和中继 （6）差错的检测和恢复 （7）服务选择
3.2.2 数据链路层
• 数据链路可以粗略地理解为数据信道。数 据链路层的任务是以物理层为基础，为网 络层提供透明的、正确的和有效的传输线 路，通过数据链路协议，实施对二进制数 据正确、可靠的传输。 • 数据链路的建立、拆除、对数据的检错、 纠错是数据链路层的基本任务。
• • • • • • • • •
2/3层界面 2
1/2层界面 1
1
2．有关OSI参考模型的技术术语
• 在OSI参考模型中，每一层的真正功能是 为其上一层提供服务。在对这些功能或服 务过程以及协议的描述中，经常使用如下 一些技术术语： （1）数据单元
① ② ③ ④ ⑤ 服务数据单元SDU（Service Data Unit） 协议数据单元PDU（Protocol Data Unit） 接口数据单元IDU（Interface Data Unit） 服务访问点SAP（Service Access Point） 服务原语（Primitive）
3.3 数据传输控制方式
• 数据和信息在网络中是通过信道进行传输 的，由于各计算机共享网络公共信道，因 此如何进行信道分配，避免或解决通道争 用就成为重要的问题，就要求网络必须具 备网络的访问控制功能。介质访问控制 （MAC）方法是在局域网中对数据传输介 质进行访问管理的方法。
3.3.1 具有冲突检测的载波侦听多路访问
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
3.1.2 总线型拓扑结构
总线结构中，各节点通过一个或多个通 信线路与公共总线连接。总线型结构简单、 扩展容易。网络中任何节点的故障都不会 造成全网的故障，可靠性较高。
• 总线型结构是从多机系统的总线互联结构演变而 来的，又可分为单总线结构和多总线结构，常用 CSMA/CD和令牌总线访问控制方式。
中继器wenku.baidu.com
图3-3 总线型网络拓扑结构的扩展
•总线型结构的优点： •（1）电缆长度短，易于布线和维护 •（2）可靠性高 •（3）可扩充性强 •（4）费用开支少 • • • • • 总线型结构的缺点： （1）故障诊断困难 （2）故障隔离困难 （3）中继器等配置 （4）实时性不强
3.1.3 星型拓扑结构
• • • • •
1.传输层的特性 （1）连接与传输 （2）传输层服务 2.传输层的主要功能 3.传输层协议
3.2.5 会话层
• 会话层、表示层和应用层一起构成OSI/RM 的高层，会话层位于OSI模型面向信息处理 的高三层中的最下层，它利用传输层提供 的端到端数据传输服务，具体实施服务请 求者与服务提供者之间的通信，属于进程 间通信的范畴。 • 会话层还对会话活动提供组织和同步所必 须的手段，对数据传输提供控制和管理。
1.链路层的主要功能 （1）链路管理 （2）帧的装配与分解 （3）帧的同步 （4）流量控制与顺序控制 （5）差错控制 （6）使接收端能区分数据和控制信息 （7）透明传输 （8）寻址
• • • • • •
2.数据链路层的主要协议 （1）ISO1745-1975 （2）ISO3309-1984 （3）ISO7776 3.链路层产品 独立的链路产品中最常见的是网卡，网桥也是链 路产品。 • 数据链路层将本质上不可靠的传输媒介变成可靠 的传输通路提供给网络层。在IEEE802．3情况下， 数据链路层分成两个子层：一个是逻辑链路控制， 另一个是媒体访问控制。
• • • • • • • • •
1.会话层的主要功能 （1）提供远程会话地址 （2）会话建立后的管理 （3）提供把报文分组重新组成报文的功能 2.会话层提供的服务 （1）会话连接的建立和拆除 （2）与会话管理有关的服务 （3）隔离 （4）出错和恢复控制
3.2.6 表示层
• 表示层为应用层服务，该服务层处理的是 通信双方之间的数据表示问题。为使通信 的双方能互相理解所传送信息的含义，表 示层就需要把发送方具有的内部格式编码 为适于传输的比特流，接收方再将其译码 为所需要的表示形式。 • 数据传送包括语义和语法两个方面的问题。 OSI模型中，有关语义的处理由应用层负责， 表示层仅完成语法的处理。
•
• • • • • •
不同的拓扑结构其信道访问技术、网络性能、 设备开销等各不相同，分别适应于不同场合。它影 响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等 方面，是研究计算机网络的主要环节之一。 计算机网络的拓扑结构主要是指通信子网的 拓扑结构，常见的一般分为以下几种： 1.总线型 2.星型 3.环型 4.树型 5.网状型
• 冲突检测/载波侦听（CSMA/CD法） • CSMA/CD是基于IEEE802．3标准的以太网中采用的 MAC方法，也称为“先听后发、边发边听”。它的工作方 式是要传输数据的节点先对通道进行侦听，以确定通道中 是否有别的站在传输数据，若信道空闲，该节点就可以占 用通道进行传输，反之，该节点将按一定算法等待一段时 间后再试，并且在发送过程中进行冲突检测，一旦有冲突 立即停止发送。通常采用的算法有三种：非坚持CSMA、 1-坚持CSMA、P-坚持CSMA。 • 目前，常见的局域网，一般都是采用CSMA/CD访问控制 方法的逻辑总线型网络。用户只要使用Ethernet网卡，就 具备此种功能。
第三章 计算机网络技术基础
3.1 计算机网络的拓扑结构
• 3.1.1 什么是计算机网络的拓扑结构 • 网络拓扑是指网络连接的形状，或者是网 络在物理上的连通性。 • 网络拓扑结构能够反映各类结构的基本特 征，即不考虑网络节点的具体组成，也不 管它们之间通信线路的具体类型，把网络 节点画作“点”，把它们之间的通信线路 画作“线”，这样画出的图形就是网络的 拓扑结构图。
• 2.网络层提供的服务 • OSI/RM中规定，网络层中提供无连接和面 向连接两种类型的服务，也称为数据报服 务和虚电路服务。 • 3.路由选择
3.2.4 传输层
• 传输层是资源子网与通信子网的接口和桥 梁。传输层下面三层（属于通信子网）面 向数据通信，上面三层（属于资源子网） 面向数据处理。因此，传输层位于高层和 低层中间，起承上启下的作用。它屏蔽了 通信子网中的细节，实现通信子网中端到 端的透明传输，完成资源子网中两节点间 的逻辑通信。它是负责数据传输的最高一 层，也是整个七层协议中最重要和最复杂 的一层。