计算机通信(第二章)
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第2章网络的结构体系
2．1 2．2 2．3 2．4 网络组织结构 网络功能结构 标准网络体系结构模型 因特网网络结构及其模型
网络的组织结构和网络的功能结构
计算机网络有两种不同的结构概念：网络 的组织结构和网络的功能结构。前一种结构主 要涉及到网络的构型(拓扑结构)、设备的配置 与连接，以及网络的整体布局和构成等；后一 种结构主要涉及到网络功能和服务的模型化， 是从抽象的角度对网络系统进行完整描述和设 计的一种结构概念。本章的前一节讲述网络的 组织结构最后一节以因特网作为实例，剖析一 个实际网络系统的结构特点。
AH PH SH PH NH DH
数据
L7 DATA L6 DATA
L7 DATA L6 DATA
L5 DATA L4 DATA L3 DATA
L5 DATA L4 DATA L3 DATA DT
01010110101001011010110110101010
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2)传输链路L：这里是指物理链路(或 叫“信道”)，它由传输介质和信道设 备构成。
一般地，通信子网中的链路属于高 速传输线路，容量从64Kbps到 2．048Mbps，甚至更高速率(如45Mbps、 155Mbps、622Mbps，甚至达到Gbps数 量级)，它取决于所采用的介质类型和传 输体制。
2．2．2 网络分层体系结构
在功能上，一个网络系统的总体结构， 可以用一种体系结构(Architecture)来描 述。网络体系结构由如下4个要素组成： 网络体系结构= {系统，实体，层，协议}
功能层次化结构模型
负责数据包(Packet)在节点之间进行交换传送及路由和拥塞控制。
负责数据帧节点之间的交换及数据差错和数据流量控制
1结点(Node) 网络中的结点可分为两类：端结点和转接结点。 端结点是指自身拥有或要求计算机资源的用户设 备。如：服务器主机、用户主机或用户终端等， 所以端结点往往是资源结点。同时，端结点又是 网络流的“源”和“宿”。 转接结点是指那些支持网络连通性并在网络中对 数据起转接与交换作用的那些结点，因此它拥有 通信资源。通信网中的结点处理机(交换机)、路 由器、桥接器、集线器和中继器等
OSI各层的功能概述（二）
第3层：网络层(Network Layer)
为传输层的数据传输提供建立、维护和终止网络连 接的手段，把上层来的数据组织成数据包(Packet) 在节点之间进行交换传送，并且负责路由控制和拥 塞控制。
第4层：传输层(Transport Layer)
为上层提供端到端(最终用户到最终用户)的透明的、 可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信 过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细 节。
二进制比特信号在链路上传输
功能层之间数据传递关系
数据在对应层之间的逻辑传输
数 据 物 理 传 输
2．3 标准网络体系结构模型
1977年，国际标准化组织ISO的技术委员 会TC97下设了一个第16专门委员会SCl6， 着手制订“开放系统互连”的有关标准。 该委员会于1979年完成了基于功能分层 网络体系结构概念而开发的抽象模型， 称为开放系统互连参考模型(The Reference Model of Open Systems Interconnection，在后文中简写成OSI／ RM)。
网络图中的结点与链路
2．链路(Link) ຫໍສະໝຸດ Baidu路是支持网络图的连通性而连接两 个结点的连线。 l1～l8都是链路 。 在网络中，它就是指两个结点间数据 流的传输线路(信道)。链路可用各种类型的 传输介质实现，如：电话线、双绞线、同轴 电缆以及无线电线路、卫星线路、微波中继 线路、光纤缆线等 链路又有“物理链路”和“逻辑链路” 之分。前者指物理上实际存在的传输线路， 后者指在两结点间通过通信协议的作用建立 起来的数据联结。
系统B
应用层
7-6接口
表示层协议
表示层
6-5接口 会话层协议
表示层
6-5接口
会话层
5-4接口 传输层协议
会话层
5-4接口
传输层
4-3接口 网络层协议
传输层 网络层
数据链路层协议 3-2接口 网络层协议 数据链路层协议 4-3接口
网络层
3-2接口
网络层
3-2接口
数据链路层
2-1接口 物理层协议
数据链路层
2．2．1 网络分层通信原理
网络中一对计算机系统之间互相传送文件 的最简过程是： (1)源系统首先要接入网络并激活数据通路； (2)源系统要告知目标系统的寻找和识别方 式，以确知目标系统也已接入网络； (3)源系统必须确认目标系统是否准备好接收 数据； (4)源系统的文件传输进程必须与目标系统 的相应进程建立起呼应关系，确保数据传 输过程中的通信联系。
两系统之间的系统联系协议 系统与网络之间的接入协议 数据在通信链路中传输过程要有传输、交换、 路由、差错、流量等等控制协议 因此，任一对应用实体之间的通信，实际上是 同时在不同层次上“对等实体”的各自协调工 作(即分层通信过程)来配合完成的。基于这种 功能上分层的通信概念，即形成了网络系统的 分层体系结构(Layered Architecture)。
OSI各层的功能概述（三）
第5层：会话层(Session Layer)
为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能， 并提供会话管理服务。
第6层：表示层(Presentation Layer)
为应用层提供信息表示方式的服务，如数据格式的 变换、文本压缩、加密技术等。
第7层：应用层(Application Layer)
(3)通信软件：驻留在结点处理机中 的通信软件完成如下功能。
①对传输数据的排队、处理与缓冲，实 施存储—转发控制； ②通路管理(路由选择)，网络流控制(流 量控制和拥塞控制)； ③差错控制； ④网络状态监视、错误报告、故障诊断 等。
2．1.3 网络的拓扑结构
2．2 网络功能结构
网络功能结构，也即用抽象方法观 察网络内部功能的一种分层化结构。 网络功能的分层结构，是实现网络 的完整设计概念，或者说是一种高 度结构化的网络描述与设计技术。
网络的子网结构
(1)结点处理机SW：又称结点交换机，主 要完成3个功能。
①网络接口功能：实现用户子网与通信 子网的接口协议，接收／发送用户数据， 监控数据传输状态； ②数据转接功能：对进网传输的用户数 据提供中继功能； ③网络控制功能：为进网的用户数据提 供路由选择、网络流控制以及对网络状 态的监控等。
2．通信子网
通信子网完全由转接结点和链路按 某种构型互连而成的网络系统，它为用 户子网提供传输和交换用户数据的服务 能力。所以，通信子网又被称为主干网 或骨架网(Backbone Network)。 通信子网由转接结点设备(结点处理 机或交换机)、高速传输链路或网络(如 DDN、SONET、SDH等)，以及驻留在这 些结点设备中的通信软件组成。
2-1接口
数据链路层
物理层协议 2-1接口
物理层
物理传输信道
物理层
物理层
物理传输信道
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开放系统互联参考模型分层结构
OSI的分层模型
系统A 第7层 第6层 第5层 第4层 第3层 第2层 第1层
应用层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
7-6接口 应用层协议
系统B
应用层
7-6接口
表示层协议
表示层
6-5接口 会话层协议
表示层
6-5接口
会话层
5-4接口 传输层协议 网络层协议
1．OSI／RM分层原则和模型框架
OSI／RM分层原则 (1)模型的层次不能太多，以免造成系统结构的繁冗。 (2)模型的层次也不能太少，以免使完全不同的功能硬 凑在一个层内。 (3)当必须区分不同类型的功能群的抽象时，就应设置一 个层次。 (4)每一个层次都应该能完成对该层次的准确的定义和适 当的描述。 (5)每一个层次仅与它相邻的上、下层发生服务接口，并 且分层边界的确定应着眼于使通过界面流通的信息量最 小。 (6)每一层功能的选择应着眼于使该层协议标准化，包 括采用现有的有关国际标准和定义新的标准。
2．1 网络组织结构
网络的组织结构是表征通信网的重要特性之一。 2．1．1 网络的组成结构 1.网络的组织结构描述 网络：{结点，链路} N={v，L} 其中v表示结点集合，上是链路集合。 V={V1、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6、 V7) L={l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7、l8}
会话层
5-4接口
传输层
4-3接口
传输层
4-3接口
网络层
3-2接口 数据链路层协议
网络层
3-2接口
数据链路层
2-1接口 物理层协议
数据链路层
2-1接口
OSI/RM
物理层
物理传输信道
物理层
基于OSI的通信模型结构
中间节点 系统A 第7层 第6层 第5层 第4层 第3层 第2层 第1层
应用层
7-6接口 应用层协议
“通路”的概念。通路(path)是指 从一个源结点到宿结点所经过的一串结 点和链路的有序集。 {v1、l1、v2、l3、 v4、l6、v5、l7、v6}就是一条端到端通 路。
2．1．2 网络的子网结构
1．用户子网 “用户子网”又称资源子网，是主要由 资源结点和部分转接结点构成的本地网 络系统，它是用户资源配置与管理；数 据处理和操作应用的环境。 该子网中主要有主机H，网络接入和控制 设备C以及端设备T等 3类设施组成。
首先，所谓开放系统(Open System)，是指任何信息 系统(主要是指计算机系统)只要遵循这一国际标准进 行构造，它就能与世界上所有遵循这同一标准的其他 系统互相通信。否则，就是封闭系统。 系统(System)本来是指在现实世界中按一定关系或规 则工作在一起的一组物体或一组部件，但是在OSI模型 概念中， “系统”则有其更加宽广的特殊含义。 实系统(Real System) 它可以是一台或多台计算机以 及和这些计算机相关的软件、外部设备、终端、操作 员、数据传输手段等的集合。 若这种实系统在与其他实系统通信时遵守OSI／RM标 准，也就是给它赋予了开放系统的环境，则这个实系 统就成了开放实系统(Open Real System)。
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OSI各层的功能概述
第1层：物理层(Physical Layer)
在物理信道上传输原始的数据比特（bit）流， 提供为建立、维护和拆除物理链路连接所需 的各种传输介质、通信接口特性等。
第2层：数据链路层(Data Link Layer)
在物理层提供比特流服务的基础上，建立相 邻节点之间的数据链路，通过差错控制提供 数据帧在信道上无差错地传输，并进行数据 流量控制。
计算机间的分层通信示意图
高层协议
通信链路
在一个计算机系统中，任何能完成某一特定功 能的进程或程序，都可称为一个实体(Entity) 。 要完成两台计算机之间某一应用的通信，要求 两系统中对等实体之间密切地协调工作。实现 这种协调工作的规则称为协议(Protocol)或规 程(Procedure)。也就是说，这种通信是依靠 不同层次上的对等实体间在某种协议控制下的 通信。 如两系统间互相连接并传输文件数据要有如下 协议的联结：
为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输、 电子邮件(E-mail)、分布式数据库、网络管理等。
OSI/RM的信息流动
系统A
应用进程
系统B
应用进程
数据
数据
交换数据 单元的名称 报文 报文 报文 报文 数据包 数据帧 DT 比特
数据 AH PH SH PH NH DH
L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1 L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1
2．1 2．2 2．3 2．4 网络组织结构 网络功能结构 标准网络体系结构模型 因特网网络结构及其模型
网络的组织结构和网络的功能结构
计算机网络有两种不同的结构概念：网络 的组织结构和网络的功能结构。前一种结构主 要涉及到网络的构型(拓扑结构)、设备的配置 与连接，以及网络的整体布局和构成等；后一 种结构主要涉及到网络功能和服务的模型化， 是从抽象的角度对网络系统进行完整描述和设 计的一种结构概念。本章的前一节讲述网络的 组织结构最后一节以因特网作为实例，剖析一 个实际网络系统的结构特点。
AH PH SH PH NH DH
数据
L7 DATA L6 DATA
L7 DATA L6 DATA
L5 DATA L4 DATA L3 DATA
L5 DATA L4 DATA L3 DATA DT
01010110101001011010110110101010
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2)传输链路L：这里是指物理链路(或 叫“信道”)，它由传输介质和信道设 备构成。
一般地，通信子网中的链路属于高 速传输线路，容量从64Kbps到 2．048Mbps，甚至更高速率(如45Mbps、 155Mbps、622Mbps，甚至达到Gbps数 量级)，它取决于所采用的介质类型和传 输体制。
2．2．2 网络分层体系结构
在功能上，一个网络系统的总体结构， 可以用一种体系结构(Architecture)来描 述。网络体系结构由如下4个要素组成： 网络体系结构= {系统，实体，层，协议}
功能层次化结构模型
负责数据包(Packet)在节点之间进行交换传送及路由和拥塞控制。
负责数据帧节点之间的交换及数据差错和数据流量控制
1结点(Node) 网络中的结点可分为两类：端结点和转接结点。 端结点是指自身拥有或要求计算机资源的用户设 备。如：服务器主机、用户主机或用户终端等， 所以端结点往往是资源结点。同时，端结点又是 网络流的“源”和“宿”。 转接结点是指那些支持网络连通性并在网络中对 数据起转接与交换作用的那些结点，因此它拥有 通信资源。通信网中的结点处理机(交换机)、路 由器、桥接器、集线器和中继器等
OSI各层的功能概述（二）
第3层：网络层(Network Layer)
为传输层的数据传输提供建立、维护和终止网络连 接的手段，把上层来的数据组织成数据包(Packet) 在节点之间进行交换传送，并且负责路由控制和拥 塞控制。
第4层：传输层(Transport Layer)
为上层提供端到端(最终用户到最终用户)的透明的、 可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信 过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细 节。
二进制比特信号在链路上传输
功能层之间数据传递关系
数据在对应层之间的逻辑传输
数 据 物 理 传 输
2．3 标准网络体系结构模型
1977年，国际标准化组织ISO的技术委员 会TC97下设了一个第16专门委员会SCl6， 着手制订“开放系统互连”的有关标准。 该委员会于1979年完成了基于功能分层 网络体系结构概念而开发的抽象模型， 称为开放系统互连参考模型(The Reference Model of Open Systems Interconnection，在后文中简写成OSI／ RM)。
网络图中的结点与链路
2．链路(Link) ຫໍສະໝຸດ Baidu路是支持网络图的连通性而连接两 个结点的连线。 l1～l8都是链路 。 在网络中，它就是指两个结点间数据 流的传输线路(信道)。链路可用各种类型的 传输介质实现，如：电话线、双绞线、同轴 电缆以及无线电线路、卫星线路、微波中继 线路、光纤缆线等 链路又有“物理链路”和“逻辑链路” 之分。前者指物理上实际存在的传输线路， 后者指在两结点间通过通信协议的作用建立 起来的数据联结。
系统B
应用层
7-6接口
表示层协议
表示层
6-5接口 会话层协议
表示层
6-5接口
会话层
5-4接口 传输层协议
会话层
5-4接口
传输层
4-3接口 网络层协议
传输层 网络层
数据链路层协议 3-2接口 网络层协议 数据链路层协议 4-3接口
网络层
3-2接口
网络层
3-2接口
数据链路层
2-1接口 物理层协议
数据链路层
2．2．1 网络分层通信原理
网络中一对计算机系统之间互相传送文件 的最简过程是： (1)源系统首先要接入网络并激活数据通路； (2)源系统要告知目标系统的寻找和识别方 式，以确知目标系统也已接入网络； (3)源系统必须确认目标系统是否准备好接收 数据； (4)源系统的文件传输进程必须与目标系统 的相应进程建立起呼应关系，确保数据传 输过程中的通信联系。
两系统之间的系统联系协议 系统与网络之间的接入协议 数据在通信链路中传输过程要有传输、交换、 路由、差错、流量等等控制协议 因此，任一对应用实体之间的通信，实际上是 同时在不同层次上“对等实体”的各自协调工 作(即分层通信过程)来配合完成的。基于这种 功能上分层的通信概念，即形成了网络系统的 分层体系结构(Layered Architecture)。
OSI各层的功能概述（三）
第5层：会话层(Session Layer)
为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能， 并提供会话管理服务。
第6层：表示层(Presentation Layer)
为应用层提供信息表示方式的服务，如数据格式的 变换、文本压缩、加密技术等。
第7层：应用层(Application Layer)
(3)通信软件：驻留在结点处理机中 的通信软件完成如下功能。
①对传输数据的排队、处理与缓冲，实 施存储—转发控制； ②通路管理(路由选择)，网络流控制(流 量控制和拥塞控制)； ③差错控制； ④网络状态监视、错误报告、故障诊断 等。
2．1.3 网络的拓扑结构
2．2 网络功能结构
网络功能结构，也即用抽象方法观 察网络内部功能的一种分层化结构。 网络功能的分层结构，是实现网络 的完整设计概念，或者说是一种高 度结构化的网络描述与设计技术。
网络的子网结构
(1)结点处理机SW：又称结点交换机，主 要完成3个功能。
①网络接口功能：实现用户子网与通信 子网的接口协议，接收／发送用户数据， 监控数据传输状态； ②数据转接功能：对进网传输的用户数 据提供中继功能； ③网络控制功能：为进网的用户数据提 供路由选择、网络流控制以及对网络状 态的监控等。
2．通信子网
通信子网完全由转接结点和链路按 某种构型互连而成的网络系统，它为用 户子网提供传输和交换用户数据的服务 能力。所以，通信子网又被称为主干网 或骨架网(Backbone Network)。 通信子网由转接结点设备(结点处理 机或交换机)、高速传输链路或网络(如 DDN、SONET、SDH等)，以及驻留在这 些结点设备中的通信软件组成。
2-1接口
数据链路层
物理层协议 2-1接口
物理层
物理传输信道
物理层
物理层
物理传输信道
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开放系统互联参考模型分层结构
OSI的分层模型
系统A 第7层 第6层 第5层 第4层 第3层 第2层 第1层
应用层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
7-6接口 应用层协议
系统B
应用层
7-6接口
表示层协议
表示层
6-5接口 会话层协议
表示层
6-5接口
会话层
5-4接口 传输层协议 网络层协议
1．OSI／RM分层原则和模型框架
OSI／RM分层原则 (1)模型的层次不能太多，以免造成系统结构的繁冗。 (2)模型的层次也不能太少，以免使完全不同的功能硬 凑在一个层内。 (3)当必须区分不同类型的功能群的抽象时，就应设置一 个层次。 (4)每一个层次都应该能完成对该层次的准确的定义和适 当的描述。 (5)每一个层次仅与它相邻的上、下层发生服务接口，并 且分层边界的确定应着眼于使通过界面流通的信息量最 小。 (6)每一层功能的选择应着眼于使该层协议标准化，包 括采用现有的有关国际标准和定义新的标准。
2．1 网络组织结构
网络的组织结构是表征通信网的重要特性之一。 2．1．1 网络的组成结构 1.网络的组织结构描述 网络：{结点，链路} N={v，L} 其中v表示结点集合，上是链路集合。 V={V1、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6、 V7) L={l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7、l8}
会话层
5-4接口
传输层
4-3接口
传输层
4-3接口
网络层
3-2接口 数据链路层协议
网络层
3-2接口
数据链路层
2-1接口 物理层协议
数据链路层
2-1接口
OSI/RM
物理层
物理传输信道
物理层
基于OSI的通信模型结构
中间节点 系统A 第7层 第6层 第5层 第4层 第3层 第2层 第1层
应用层
7-6接口 应用层协议
“通路”的概念。通路(path)是指 从一个源结点到宿结点所经过的一串结 点和链路的有序集。 {v1、l1、v2、l3、 v4、l6、v5、l7、v6}就是一条端到端通 路。
2．1．2 网络的子网结构
1．用户子网 “用户子网”又称资源子网，是主要由 资源结点和部分转接结点构成的本地网 络系统，它是用户资源配置与管理；数 据处理和操作应用的环境。 该子网中主要有主机H，网络接入和控制 设备C以及端设备T等 3类设施组成。
首先，所谓开放系统(Open System)，是指任何信息 系统(主要是指计算机系统)只要遵循这一国际标准进 行构造，它就能与世界上所有遵循这同一标准的其他 系统互相通信。否则，就是封闭系统。 系统(System)本来是指在现实世界中按一定关系或规 则工作在一起的一组物体或一组部件，但是在OSI模型 概念中， “系统”则有其更加宽广的特殊含义。 实系统(Real System) 它可以是一台或多台计算机以 及和这些计算机相关的软件、外部设备、终端、操作 员、数据传输手段等的集合。 若这种实系统在与其他实系统通信时遵守OSI／RM标 准，也就是给它赋予了开放系统的环境，则这个实系 统就成了开放实系统(Open Real System)。
ý Ý Ê ¾ ý Ý ¥ ª Ê ¾ µ Ô ý Ý ¥ ª Ê ¾ µ Ô ¨Ä ±Î Ö é ²³ ¡ Ö È Ø ò Ð ±Ì Ð Á « ä é Ê ´ Ê ½ Ö
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Ó Ã Ê ¾ » ° Ê ä Â ç
² ã ² ã ² ã ² ã ² ã
ý Ý ´ ²ã Ê ¾ Á  ² ï Î À í ² ã
Ê ¾ Á  ² ý Ý ´ ²ã ï Î À í ² ã
OSI各层的功能概述
第1层：物理层(Physical Layer)
在物理信道上传输原始的数据比特（bit）流， 提供为建立、维护和拆除物理链路连接所需 的各种传输介质、通信接口特性等。
第2层：数据链路层(Data Link Layer)
在物理层提供比特流服务的基础上，建立相 邻节点之间的数据链路，通过差错控制提供 数据帧在信道上无差错地传输，并进行数据 流量控制。
计算机间的分层通信示意图
高层协议
通信链路
在一个计算机系统中，任何能完成某一特定功 能的进程或程序，都可称为一个实体(Entity) 。 要完成两台计算机之间某一应用的通信，要求 两系统中对等实体之间密切地协调工作。实现 这种协调工作的规则称为协议(Protocol)或规 程(Procedure)。也就是说，这种通信是依靠 不同层次上的对等实体间在某种协议控制下的 通信。 如两系统间互相连接并传输文件数据要有如下 协议的联结：
为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输、 电子邮件(E-mail)、分布式数据库、网络管理等。
OSI/RM的信息流动
系统A
应用进程
系统B
应用进程
数据
数据
交换数据 单元的名称 报文 报文 报文 报文 数据包 数据帧 DT 比特
数据 AH PH SH PH NH DH
L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1 L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1