通信网第3章计算机网络体系结构.ppt

1,计算机网络体系结构,Computer Network Architecture,第3章,计算机网络,网络拓扑结构,A,B,C,D,3,3.1 网络体系结构,为实现计算机间的通信，将每个计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，规定了对等层间进程通信的协议以及相邻层间的接口和服务（网络体系结构）。,3.1.1 网络体系结构的定义,尤如结构化程序设计对复杂问题的模块化分层处理那样。,4,1969年，世界上公认ARPANET是第一个计算机网络； 资源共享 分布式控制 分组交换方式 从逻辑上分为通信子网和资源子网 采用层次化网络结构,ARPANET,1974年，IBM公司首先公布了SNA（系统网络体系结构）,SNA,ISO/OSI-RM,1977年，ISO网络标准化，设SC16。1984年制定OSI-RM,5,独立性强。功能分层：本层功能相对独立，向上层提供服务，向下层要求完成服务； 功能简单。 适应性强。只要层间接口不变，允许层内功能修改，或取消。 利于实现和维护。,3.1.2 网络体系结构的分层原理,6,协议：一组规则的集合，是交互双方必须遵守的约定。 通信协议：是一套语义和语法规则，用来规定有关实体在通信过程中的操作。 层次性 可靠性 有效性,3.1.3 通信协议,7,网络协议的三要素：,语义：对构成协议的协议元素含义的解释。即“讲什么”。 语法：对所表达的内容的数据结构形式的一种规定。即“怎么讲”。 同步（规则）：事件实现顺序的说明。,网络协议实质上是实体间通信时所使用的一种语言。,8,定义了一种抽象结构，而并非描述具体的实现。 提供了控制互连系统交互规则的标准框架。 具有异构计算机系统互连的层次结构。 不同系统的相同层次实质上是对等层实体。 对等层实体间的通信由相应层的规程加以管理。 相邻层之间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务。 所提供的服务是面向连接的虚电路服务或无连接的数据报服务。 各层完成所定义的功能具有独立性，即修改本层功能不会影响其它层。,3.2 ISO-OSI/RM,OSI-RM参考模型所表征的特性如下:,9,OSI三级抽象的概念,OSI协议,OSI的服务,OSI的参考模型,体系结构,协议规范 严格约束,抽象接口 服务原语,10,分层原则：,层次合理； 层间边界确保通信量少、交互次数少、描述量少； 每层功能独立，明确的定义； 每层功能尽量局部化； 应保留经实际证明有效的层次； 考虑数据处理的需要； 每一层只与相邻的上、下层产生接口，业务； 有利于数据通信和处理，接口标准化时，应建边界。,1. 计算机通信网的信息流动,对等实体间的通信过程,端到端,计算机网分层模型,14,2. 服务访问点（SAP）,（N+1）实体2,（N+1）实体1,（N）实体1,（N）实体2,（N-1）实体1,（N-1）实体2,15,OSI模型的每一层都是一种类型的功能的集合，由多个模块组成。,实体：执行协议规定的一部分功能的功能模块，具有相对独立性。,服务访问点（SAP）：相邻层间实体的交互作用点，即逻辑接口。,相邻层实体间允许有多个SAP，一个SAP只能被一个（N）实体所使用，也只能为一个（N+1）实体所使用。,16,一个（ N ）实体可向多个（N）SAP提供服务，称“连接复用”，向上复用； 一个（ N+1 ）实体可使用多个（N）SAP，称“连接分离”，向下复用； 两个（N+1）实体之间的信息交换，通过各自对应的（N）-SAP利用（N）协议建立一个（N）连接来实现的。 一个SAP中可有多个连接端点（CEP）。每个连接的两端必须使用不同的连接端点。,3. 数据单元,(N-1)层,(N-1)_SAP,(N)层,(N)_SAP,18,服务原语（Service Primitive）,Request 请求原语 简写 req Indication 指示原语 ind Response 响应原语 resp Confirm 证实原语 conf,原语名字 原语类型 原语参数,请求建立传输连接的服务原语,T_CONNECT.request(被叫地址、主叫地址、优先级别、服务质量、用户数据）,1,4,3,2,用户A,请求,确认,用户B,响应 指示,实体,实体,PDU,(N -1)层,N层,(N+1)层,对等实体,空间表示,用户A,请求,确认,用户B,指示,响应,时间t,(Request),(Confirm),0,t,t,t,t,3,1,2,(Indication),(Response),(b),时间表示,21,1. DTE和DCE 2. 物理层特性： （1）机械特性 （2）电气特性 （3）功能特性 （4）规程特性,3.3 OSI/RM各层概述,3. 物理层提供的服务 （1）物理连接 （点点、多点连接） （2）物理SDU （3）顺序化 （4）数据电路标识 （5）故障报告 （6）服务质量,（误码率、数据率、传输延迟、服务可用性）,3.3.1 物理层,22,物理层功能： （1）物理连接的建立、拆除 （2）物理数据单元传输 异步传输 同步传输 （3）物理层管理,23,1. 数据链路层的目的 2. 数据链路层的功能和服务： （1）数据链路连接的建立和释放 无应答、无连接服务 有应答、无连接服务 面向连接服务 （2）数据链路数据单元帧、信元 （3）数据链路连接的分链（多链路） （4）定界、同步、流控、差错控制,3.3.2 数据链路层,24,3. 数据链路层协议 （1）面向字符 （2）面向比特 IBM SDLC ISO HDLC ITU-T X.25 LAPB FRN LAPF N-ISDN LAPD ACCESS Network LAPV,25,网络层功能： （1）建立/拆除网络连接 （2）路径选择和中继 （3）网络连接多路复用 （4）分段和组块 （5）传输和流控、阻塞控制 （6）加速数据传递 （7）复位 （8）差错检测和恢复 （9）网络服务选择,3.3.3 网络层,26,2. 数据报（DG）和虚电路（VC）： （1）数据报服务 无连接服务 不要建立连接 采用全网地址 要求路由选择 DG可能无序到达目的地 对故障的适应性能强 （2）虚电路服务 面向连接服务 永久虚电路 （PVC） 交换虚电路 （SVC）,27,虚电路服务与数据报服务的比较：,28,3. 路由选择（或路径控制）： 指网络中节点根据通信子网的运行状况（可用的数据链路、各条链路中的信息流量），按照一定的策略选择一可用的传送路径，将信息发往目的地DTE。,A,B,C,D,E,F,G,H,29,（1） 路由选择时机： 网络路由选择算法是网络层软件的重要组成部分。 路由选择的频度取决于选择的时机。,面向连接VC服务 路由选择的频度低，既每次在呼叫建立连接时，需选择一次路径，后续的数据分组均沿已建立的VC路径传送（会话路径选择）； 无连接的DG服务 路由选择的频度高。,30,（2） 路由选择算法： 要求： 正确性 简单化 健壮性（Robustness） 稳定性 公平性（Fairness） 最优化,31,（3） 路由选择算法分类： 根据源节点发送分组的方向： 全路（扩散式） 多路（选择扩散式） 单路选择 非自适应式 静态 固定式 自适应式 动态 孤立式 分布式 集中式,3.3.4 传输层,通信子网,5 7,4,3 1,5 7,4,3 1,端到端连接 End-to-End,透明传输,33,1. 传输层功能,（1）传输地址 网络地址 （2）多路复用 / 分割 （3）传输连接的建立与释放（面向连接） （4）分段与重组 （5）组块与分块,MTU,34,2. 传输层协议类型,35,网络服务可分为三种类型：,(1) A型网络服务 具有小的残留差错率和小的可通告差错率。 (2) B型网络服务 具有小的残留差错率和大的可通告差错率。 (3) C型网络服务 具有大的残留差错率。,传输层协议级别与网络层可提供的服务有关。,36,会话：两个用户进程之间为完成一次完整的通信而建立会话连接。,3.3.5 会话层,通信子网,6,4,5,6,4,5,会话连接,37,会话连接的基本概念：,会话层以上高层协议是面向应用的； 会话实体之间可透明、可靠的数据传输； 会话层的目的：提供一个面向用户的连接服务，给合作的会话用户之间的对话和活动提供组织和同步所必须的手段，以便对数据的传送提供控制和管理。,38,4,5,4,5,会话连接,协调对话；半双工方式，如两人电话交谈； 同步：当交谈中有一方未听清，自然会要求重复讲一次； 标记（令牌）：区分双方交谈的不同内容，以令牌作为界限。,示例：,39,会话连接 传输连接 1 : 1 n : 1 1 : n,1. 会话层功能：,40,数据令牌和数据交换 交互式半双工常规的数据交换，采用令牌制；只有取得数据令牌的一方，才能发送数据；确保会话有序进行。 （1）加速数据传送；（无令牌、流控约束） （2）特权数据传送； （无令牌、有流控约束） （3）能力数据传送。( 控制会话 层本身：在两个活 动之间的时间内传送，且只有同时持有数据、同步和活动 令牌时才能发送。）,41,活动管理 何谓“活动”？会话服务用户之间的交互对话可划分为不同的逻辑单元，每个逻辑单元就称活动。,传送文件 A,传送文件 B,传送文件 C,活动1,活动2,活动3,会话,中断,42,同步和同步管理 （1）用户的会话可由对话单元组成。 （2）一个对话单元是基本的交换单元，且每个对话单元都是单向的、连续的。 （3）主同步点：表示前一个对话单元的结束，下一个对话单元的开始； （4）次同步点：一个对话单元的内部可设置次同步点，用于对话单元数据结构的变化。 （5）再同步。,43,1. 目的：提供应用实体之间通信时所涉及的信息表示，即应用数据的语法，不涉及应用数据对应用层的意义（语义）。,3.3.6 表示层,7,6,7,6,表示连接,公共信息表示： 抽象语法记法 ASN.1,44,功能： （1）数据语法转换； （2）数据语法的表示； （3）为应用用户提供执行会话服务原语； （4）表示连接管理； （5）管理当前所需的数据结构集； （6）数据加密/解密（第11章），数据压缩/恢复。,45,应用层目的：作为用