数据通信与计算机网络——第1章 概述.ppt

1 数据通信与计算机网络 第3版 课件杨心强陈国友编著电子工业出版社2007年6月 2 数据通信与计算机网络第1章概述 3 第1章概述 教学目的了解通信系统模型的作用了解模拟通信 数字通信和数据通信的含义了解数据通信系统的组成和分类 以及数据通信网络了解计算机网络的发展过程 领会其定义 分类 功能 应用及主要性能指标掌握计算机网络体系结构的成因 OSI RM TCP IP 以及若干重要概念了解标准及其制定机构 学习内容通信系统模型模拟通信 数字通信和数据通信数据通信系统及其网络计算机网络概述计算机网络的体系结构标准及其制定机构 4 第1章 内容提纲 1 1通信系统模型1 2模拟通信 数字通信和数据通信1 3数据通信系统及网络1 4计算机网络概述1 5计算机网络的体系结构1 6标准及其制定机构 5 1 1通信系统模型 6 1 1通信系统模型 续1 源系统源点它是生成数据的设备 如计算机输出的数字比特流 发送器通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够成为在传输系统中进行传输的电磁信号 典型的发送器是调制器 它将计算机输出的数字比特流转换成可在电话网上传输的模拟信号 传输系统传输线或网络系统 目的系统接收器接收来自传输系统的信号 并将其转换成终点可处理的信息 典型的接收器是解调器 它把来自传输线路上的模拟信号进行解调 还原出发送端产生的数字比特流 终点获取来自接收器数据的设备 7 第1章 内容提纲 1 1通信系统模型1 2模拟通信 数字通信和数据通信1 3数据通信系统及网络1 4计算机网络概述1 5计算机网络的体系结构1 6标准及其制定机构 8 1 2模拟通信 数字通信和数据通信1 2 1模拟通信 数字通信 消息有多种形式 如符号 文字 数据 话音 图形 图像等 连续消息指消息的状态随时间是连续变化的 如话音等 离散消息指消息的状态是离散的 如符号 数据等 消息通过不同的信号来传输 它有两种基本形式 模拟信号指该信号的波形可以表示为时间的函数 数字信号指该信号的幅度只能取有限离散值 如0和1 9 1 2 1模拟通信 数字通信 续1 以模拟信号来传送消息的通信方式称为模拟通信 而传输模拟信号的通信系统称为模拟通信系统 以数字信号来传送消息的通信方式称为数字通信 而传输数字信号的通信方式称为数字通信系统 模拟信号和数字信号在传输过程中可以相互变换 即A D和D A 10 1 2 1模拟通信 数字通信 续2 数字通信与模拟通信相比较优点 抗干扰性强 保密性好 设备易于集成 便于计算机处理等 缺点 占用较多的带宽 信道利用率低 11 1 2 2数据通信 数据通信指由源点产生的数据 按照一定的通信协议 形成数据流在信道中传送到终点的过程 主要是 人 机 或 机 机 通信 数据通信包括数据传输 数据交换和数据处理 所以 数据通信研究的内容 包括传输 通信接口和通信处理三个方面 12 第1章 内容提纲 1 1通信系统模型1 2模拟通信 数字通信和数据通信1 3数据通信系统及网络1 4计算机网络概述1 5计算机网络的体系结构1 6标准及其制定机构 13 1 3数据通信系统及网络1 3 1数据通信系统 1 数据通信系统的组成终端设备子系统由数据终端设备及有关的传输控制设备组成 数据传输子系统由传输信道和两端的数据电路终接设备组成 数据处理子系统指包括通信控制器在内的电子计算机 14 1 3 1数据通信系统 续1 2 数据通信系统的分类按照传输和设备子是否与处理子系统相连接脱机系统联机系统按照处理子系统对数据处理的形式联机实时系统远程批处理系统分时处理系统 15 1 3 2数据通信网络 在一个通信系统中 任意两台设备之间直接相连是不切实际的 有效的解决方法是把所有设备都连接到一个通信网络上 数据通信网络由硬件和软件两部分组成 硬件指数据传输设备 数据交换设备和通信线路等 软件指支持硬件配置实现网络协议功能的各种程序 16 按照覆盖的物理范围分类广域网指覆盖范围很广的远程网络 由结点交换机及其连接的线路组成 目前主要采用分组交换技术 局域网指通过通信线路 把较小地域范围内的各种设备连接在一起的通信网络 城域网指覆盖范围界于前两者之间的 面向企业的公用网络 无线网络可分三类 即系统互连 无线LAN 无线广域网 1 3 2数据通信网络 续1 17 第1章 内容提纲 1 1通信系统模型1 2模拟通信 数字通信和数据通信1 3数据通信系统及网络1 4计算机网络概述1 5计算机网络的体系结构1 6标准及其制定机构 18 1 4计算机网络概述1 4 1计算机网络的发展过程 计算机网络是通信技术与计算机技术密切结合的产物 这两种技术既相互渗透又密切结合主要体现在两个方面 1 通信技术为多台计算机之间进行信息传输和交换提供了必要的手段 2 计算机技术应用于各个通信领域 极大地提高了通信系统的各项性能 计算机网络已经历了由单一网络向互联网发展的过程 19 1 4 1计算机网络的发展过程 续1 1 单一计算机网络的发展过程计算机问世之初 因数量少 价格贵 设置集中 使用不便 用户在终端上输入数据通过线路送往远地计算机 是计算机与通信相结合的开始 单一计算机网络的发展过程分三个阶段第一阶段早期的计算机为了提高资源利用率 采用批处理的工作方式 为适应终端与计算机的连接 出现了多重线路控制器 以单个计算机为中心的远程联机系统 称为面向终端的计算机通信网络 20 1 4 1计算机网络的发展过程 续2 随着终端个数的增多 终端与计算机的通信对批处理造成了额外开销 因而出现了前置处理机FEP来取代多重线控制器 同时在终端密集处设置集中器或复用器 21 1 4 1计算机网络的发展过程 续3 第二阶段60年代后期 又出现多台主计算机通过通信线路互连构成的计算机网络 主计算机承担着数据处理和通信双重任务 为了提高主计算机的数据效率 出现了通信控制处理机CCP CCP负责通信控制任务 而主计算机仅负责数据处理 从而引成了处于内层的各CCP构成的通信子网 而处于外层的主计算机和终端构成的资源子网 ARPA网是以通信子网为中心的典型代表 在ARPA网中 负责通信控制处理的CCP称为接口报文处理机IMP 或称结点机 以存储转发方式传送分组的通信子网称为分组交换网 22 1 4 1计算机网络的发展过程 续4 23 1 4 1计算机网络的发展过程 续5 第三阶段单一计算机网络产生了很好的经济效益和社会效益 它的主要不足是没有统一的网络体系结构 从而造成不同制造商生产的计算机及网络产品互连困难 1977年国际标准化组织为适应计算机网络向标准化发展的趋势 成立了专门研究机构 并提出了 开放系统互连参考模型OSI RM OSI是一个设计计算机网络的国际标准化的框架结构 因多种原因 后来又出现非标准化的而事实上的国际标准TCP IP 24 1 4 1计算机网络的发展过程 续6 2 因特网的发展过程因特网的发展分三个阶段第一阶段从单一的ARPANET发展为互联网 1969年 创建的第一个分组交换网ARPANET只是一个单个的分组交换网 不是互联网 20世纪70年代中期 ARPA开始研究多种网络互连的技术 这导致互联网的出现 1983年 ARPANET分解成两个 一个实验研究用的科研网ARPANET 人们常把1983年作为因特网的诞生之日 另一个是军用的MILNET 1990年 ARPANET正式宣布关闭 实验完成 25 1 4 1计算机网络的发展过程 续7 互联网的概念示意图 26 1 4 1计算机网络的发展过程 续8 internet和Internet的区别以小写字母i开始的internet 互联网或互连网 是一个通用名词 它泛指由多个计算机网络互连而成的网络 以大写字母I开始的的Internet 因特网 则是一个专用名词 它指当前全球最大的 开放的 由众多网络相互连接而成的特定计算机网络 它采用TCP IP协议族作为通信的规则 且其前身是美国的ARPANET 27 1 4 1计算机网络的发展过程 续9 第二阶段建成三级结构的因特网 1986年 NSF建立了国家科学基金网NSFNET 它是一个三级计算机网络 分为主干网 地区网和校园网 1991年 美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营 并开始对接入因特网的单位收费 1993年因特网主干网的速率提高到45Mb s T3速率 28 1 4 1计算机网络的发展过程 续10 三级结构的因特网 29 1 4 1计算机网络的发展过程 续11 第三阶段建立多层次ISP结构的因特网 从1993年开始 由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的因特网主干网 即服务提供者网络 所替代 用户通过因特网提供者ISP上网 1994年开始创建了4个网络接入点NAP NetworkAccessPoint 分别由4个电信公司经营 NAP就是用来交换因特网上流量的结点 在NAP中安装有性能很好的交换设施 到本世纪初 美国的NAP的数量已达到十几个 1994年起 因特网逐渐演变成多层次ISP结构的网络 1996年 主干网速率为155Mb s OC 3 1998年 主干网速率为2 5Gb s OC 48 万维网WWW的出现更促进了因特网的发展 见表1 1 30 1 4 1计算机网络的发展过程 续12 基于ISP三多层结构的因特网概念示意图 31 1 4 1计算机网络的发展过程 续13 上述三个阶段在时间划分上并非截然分开而是有部分重叠的 这是因为网络的演进是逐渐的而不是突然的 下一代因特网计划由于因特网存在着技术上和功能上的不足 加上用户数量猛增 使得现有的因特网不堪重负 1996年美国的一些研究机构和34所大学提出研制和建造新一代因特网的设想 同年10月美国总统克林顿宣布在今后5年内用5亿美元的联邦资金实施 下一代因特网计划 即 NGI计划 NextGenerationInternetInitiative 32 1 4 1计算机网络的发展过程 续14 下一代因特网计划 NGI 目标开发下一代网络结构 以比现有的因特网高100倍的速率连接至少100个研究机构 以比现在的因特网高1000倍的速率连接10个类似的网点 端到端的传输速率要超过100Mb s至10Gb s 使用更加先进的网络服务技术和开发许多带有革命性的应用 如远程医疗 远程教育 有关能源和地球系统的研究 高性能的全球通信 环境监测和预报 紧急情况处理等 NGI计划使用超高速全光网络 能实现更快速的交换和路由选择 同时具有为一些实时 realtime 应用保留带宽的能力 在整个因特网的管理和保证信息的可靠性和安全性方面也会有很大的改进 33 1 4 1计算机网络的发展过程 续15 3 因特网在我国的发展过程我国计算机网络起步于20世纪80年代 1980年进行联网试验 并组建各单位的局域网 1989年11月 第一个公用分组交换网建成运行 1993年建成新公用分组交换网CHINANET 80年代后期 相继建成各行业的专用广域网 1994年4月 我国用专线接入因特网 64kb s 1994年5月 设立第一个WWW服务器 1994年9月 中国公用计算机互联网启动 目前已建成9个全国性公用性计算机网络 2个在建 2004年2月 建成我国下一代互联网CNGI主干试验网CERNET2开通并提供服务 2 5 10Gb s 34 1 4 2计算机网络的定义 计算机网络精确定义至今尚未统一 计算机网络最简单的定义 以实现远程通信为目的 一些互连的 独立自治的计算机的集合 互连 是指各计算机之间通过有线或无线通信信道彼此交换信息 独立自治 则强调它们之间没有明显的主从关系 1970年 美国信息学会联合会的定义 以相互共享资源 硬件 软件和数据 方式而连接起来 且各自具有独立功能的计算机系统之集合 此定义有三个含义 一是网络通信的目的是共享资源 二是网络中的计算机是分散 且具有独立功能的 三是有一个全网性的网络操作系统 35 1 4 2计算机网络的定义 续1 随着计算机网络体系结构的标准化 计算机网络的定义 计算机网络具有三个主要的组成部分 三大组成要素 即 能向用户提供服务的若干主机 由一些专用的通信处理机 即通信子网中的结点交换机 和连接这些结点的通信链路所组成的一个或数个通信子网 为主机与主机 主机与通信子网 或者通信子网中各个结点之间通信而建立的一系列协议 计算机网络与分布式系统的最主要区别在于整个系统中的各计算机对用户的透明性 36 1 4 3计算机网络的分类 计算机网络分类方法至今没有统一 常见的有 1 按拓扑结构分类 37 1 4 3计算机网络的分类 续1 常见的有 2 按覆盖范围分类分为互联网 广域网 局域网 城域网和个人区域网 3 按通信方式分类分为广播网络和点到点网络 4 按服务对象分类分为公用网和专用网 5 把用户接入因特网的网络 38 1 4 3计算机网络的分类 续2 把用户接入到因特网的网络 接入网又称为本地接入网或居民接入网 这是一类比较特殊的计算机网络 由于把用户从家中接入到因特网可采用多种技术 于是就出现了可以使用多种接入网技术连接到因特网的情况 通常由ISP提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的 桥梁 作用 在因特网发展初期 多数用户利用电话线拨号接入因特网 速率很低 每秒几千比特到几十千比特 近年来 由于出现了多种宽带接入技术 宽带接入网才成为因特网领域中的一个热门课题 39 1 4 4计算机网络的功能及应用 1 计算机网络的功能资源共享数据通信提高了可靠性均衡负荷提供灵活的工作环境2 计算机网络的应用在工业 农业 交通 邮电 教育 金融 科研 军事等领域都获得了越来越广泛的应用 40 1 4 5计算机网络的性能指标 计算机网络的性能常用若干个性能指标来描述 主要性能指标 包括速率 带宽 吞吐量 时延 时延带宽积和利用率 除主要性能指标外 还有一些非性能特征 如费用 质量 标准化 可靠性 可扩性 可升级性和可维性等 也对计算机网络的性能有很大的影响 41 1 4 5计算机网络的性能指标 续1 1 速率指连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率 又称数据率 datarate 或比特率 bitrate 比特 bit 是计算机中数据量的单位 也是信息论中使用的信息量的单位 Bit来源于binarydigit 意思是一个 二进制数字 因此一个比特就是二进制数字中的一个1或0 单位是b s bit s或bps 即bitpersecond 有时也用kb s Mb s Gb s等 速率指的是额定速率或标称速率 42 1 4 5计算机网络的性能指标 续2 2 带宽带宽 bandwidth 有两种不同的意义 指某个信号具有的频带宽度 单位是赫 或千赫 兆赫 吉赫等 如话音信号的带宽是3 1kHz 300Hz 3400Hz 指计算机网络的通信线路所能传送数据的能力 即在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的 最高数据率 单位是b s bit s 因此 带宽 是数字信道所能传送的 最高数据率 的同义语 更常用的带宽单位是 千比每秒 即kb s 103b s 兆比每秒 即Mb s 106b s 吉比每秒 即Gb s 109b s 和太比每秒 即Tb s 1012b s 43 1 4 5计算机网络的性能指标 续3 数字信号流随着时间的变化关系在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄 44 1 4 5计算机网络的性能指标 续4 3 吞吐量指单位时间内通过某个网络 或信道 接口 的数据量 吞吐量常用于对现实世界中的网络的一种测量 以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制 如100M以太网的吞吐量实为70M 45 1 4 5计算机网络的性能指标 续5 4 时延指数据 一个报文或分组或比特 从网络 或链路 的一端传送到另一端所需的时间 时延由四个部分组成 1 传输时延 发送时延 指主机或路由器发送数据帧所需要的时间 也就是从发送数据帧的第一个比特算起 到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间 46 1 4 5计算机网络的性能指标 续6 2 传播时延电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间 例 自由空间中电磁波的传播速率为3 0 105km s铜线电缆中电磁波的传播速率为2 3 105km s光缆中电磁波的传播速率为2 0 105km s注意 信息传输速率 即发送速率 和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念 虽然它们只有一字之差 但不能将传输时延和传播时延混为一谈 47 1 4 5计算机网络的性能指标 续7 3 处理时延指主机或路由器为处理分组所花费的时间 包括分析分组的首部 从分组中提取数据部分 进行差错检验或查找适当的路由等 4 排队时延指分组进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理 以及路由器确定了转发接口后 还要在输出队列中排队等待转发所产生的时延 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量 当网络的通信量很大时 会发生队列溢出 使分组丢失 这相当于处理时延为无穷大 注意 上述哪一种时延在总时延中占主导地位 必须具体分析 48 1 4 5计算机网络的性能指标 续8 数据在网络中经历的总时延就是传输时延 传播时延和处理时延和排队时延之和 注意 在总时延中 哪一种时延占主导地位 必须具体分析 例 一个100MB M表示220 1048576 的数据块在带宽为1Mb s M表示106 的光纤信道上传输时的各种时延 传输时延100 1048576 8 106 838 9s传播时延1000km为5ms 1km为5 s处理时延视计算机处理速度而定 总时延 传输时延 传播时延 处理时延 排队时延 49 1 4 5计算机网络的性能指标 续9 四种时延产生的地方 50 1 4 5计算机网络的性能指标 续10 51 1 4 5计算机网络的性能指标 续11 往返时延往返时延RTT Round TripTime 表示从发送端发送数据开始 到发送端收到来自接收端的确认应答所经历的时延 如果接收端收到数据后立即发送确认 这相当于传播时延的两倍 例 设某段链路的传播时延为20ms 则它的往返时延RTT 40ms 在复杂的互联网中 往返时延应包括各中间结点的处理时延和转发数据的发送时延 52 1 4 5计算机网络的性能指标 续12 5 时延带宽积时延带宽积是指时延与带宽之乘积 时延带宽积 传播时延 带宽 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度 例 设某段链路的传播时延为20ms 带宽为10Mb s 则时延带宽积为20 10 3 10 106 20 105bit 53 1 4 5计算机网络的性能指标 续13 6 利用率利用率分为信道利用率和网络利用率 信道利用率指在规定时间内信道上用于传输数据的时间比例 完全空闲的信道的利用率是零 网络利用率指全网络的信道利用率的加权平均值 信道利用率并非越高越好 54 1 4 5计算机网络的性能指标 续14 时延与网络利用率的关系根据排队论的理论 当某信道的利用率增大时 该信道引起的时延也就迅速增加 若令D0表示网络空闲时的时延 D表示网络当前的时延 则在适当的假定条件下 可以用下面的简单公式表示D和D0之间的关系 U是网络的利用率 数值在0到1之间 55 1 4 5计算机网络的性能指标 续15 时延与利用率的关系 56 第1章 内容提纲 1 1通信系统模型1 2模拟通信 数字通信和数据通信1 3数据通信系统及网络1 4计算机网络概述1 5计算机网络的体系结构1 6标准及其制定机构 57 1 5计算机网络的体系结构 本节讲述分层次的体系结构是计算机网络最基本的概念 这些概念虽然较为抽象 但它是计算机网络的基础内容 因此 大家一定要很好地掌握这些基本概念 这将对今后的学习和提高大有帮助 58 1 5 1层次型的体系结构 计算机网络是一个非常复杂的系统 相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行 而这种 协调 是相当复杂的 以两台计算机通过网络互相传送文件为例 除两者之间必须有一条物理链路外 还涉及到许多工作要做 如 源端用命令 激活 一条数据通路 源端确认连接正常 目的端已做发接收准备 源端与目的端传输文件的格式必须一致 当网络出现故障时 应有适当措施来保证目的端能够正确接收到文件 59 1 5 1层次型的体系结构 续1 这些工作需要通信双方密切配合和协同工作 在具体工程实现上 是将它分解成若干个子任务 然后再独立实现每个子任务 这就 分层 设计的思想 早在设计APRANET时就提出了分层的方法 分层 可将庞大而复杂的问题 转化为若干较小的局部问题 而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理 60 1 5 1层次型的体系结构 续2 划分层次的概念假设两台计算机通过网络传送文件 可以将要做的工作划分为如下三类 1 第一类工作与传送文件直接有关 确信对方已做好接收和存储文件的准备 双方协调好一致的文件格式 两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 剩下的工作由下面的模块负责 2 第二类工作与通信服务有关 设立通信服务模块 便于上层模块利用它所提供的通信服务 3 第三类工作与网络接入有关 构造网络接入模块 负责与网络接口细节有关的工作 并向上层提供服务 61 1 5 1层次型的体系结构 续3 设计一个交换文件模块 62 1 5 1层次型的体系结构 续4 设计一个通信服务模块 63 1 5 1层次型的体系结构 续5 再设计一个网络接入模块 64 1 5 1层次型的体系结构 续6 网络协议计算机网络中的各主机之间要做到有条不紊地交换数据 必须遵循事先约定好的规则 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题 同步含有时序的意思 为进行网络中的数据交换而建立的规则 标准或约定即网络协议 networkprotocol 简称为协议 65 1 5 1层次型的体系结构 续7 网络协议主要由以下三个要素组成 1 语法数据与控制信息的结构或格式 2 语义需要发出何种控制信息 完成何种动作以及做出何种响应 3 同步事件实现顺序的详细说明 协议有两种类型 一种是文字描述 另一种是程序代码 无论哪种协议都需对交换的信息作出精确解释 66 1 5 1层次型的体系结构 续8 分层的原则当需要有一个不同等级的抽象时 就应当有一个相应的层次 每一层的功能应当是非常明确的 层与层的边界应该选择得使通过这些边界的信息量尽量地少些 难点 层次太少会使每一层协议太复杂 太多则在描述和综合各层的系统工程任务时产生较大困难 67 1 5 1层次型的体系结构 续9 分层的好处各层之间是独立的 灵活性好 结构上可分割开 易于实现和维护 能促进标准化工作 层数的确定若层数太少 就会使每一层的协议太复杂 层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难 68 1 5 1层次型的体系结构 续10 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构 architecture 是计算机网络的各层及其协议的集合 换句话说 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义 实现 implementation 是在遵循这种体系结构的前提下 用何种硬件或软件完成这些功能的问题 体系结构是抽象的 而实现则是具体的 是真正在运行的计算机硬件和软件 69 1 5 2OSI参考模型 1974年 IBM公司最先宣布了按照分层方法制订的系统网络体系结构SNA SystemNetworkArchitecture 1977年 ISO专门研究不同体系结构的计算机互连问题 并成立专门机构 1983年 形成了开放系统互连基本参考模型OSI RM的正式文件 即ISO7498国际标准 只要遵循OSI标准 一个系统就可以和位于世界上任何地方的 也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信 20世纪80年代 许多大公司和一些国家政府机构都支持OSI 70 1 5 2OSI参考模型 续1 71 1 5 2OSI参考模型 续2 OSI模型有七个层次 7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 运输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层 72 1 5 3TCP IP参考模型 因特网使用的TCP IP参考模型 73 1 5 3TCP IP参考模型 续1 TCP IP参考模型有四个层次 4 应用层该层向用务提供一组常用的应用程序 为不同主机上的进程或应用之间提供通信 3 传输层该层提供端对端系统的数据传送服务 2 互联网层该层使用网际协议实现穿越多个网络的路由选择功能 1 网络接入层该层是端系统和通信子网之间的接口 实现端系统与其相连的网络进行数据交换 74 1 5 4OSI与TCP IP的比较 75 1 5 4OSI与TCP IP的比较 续1 OSI与TCP IP参考模型的相同点均采用层次结构 均以协议栈为基础 栈中协议彼此相互独立 各层功能大体相似 76 1 5 4OSI与TCP IP的比较 续2 OSI与TCP IP参考模型的不同点对服务 接口和协议这三个概念的处理上 OSI非常明确 但TCP IP且未加区分 这使得OSI中的协议具有更好的隐蔽性 OSI是模型在先协议在后 这意味着模型具有通用性 而TCP IP却相反 这使得后者未必能够适合其他的协议栈 OSI和TCP IP的层次不同 OSI的网络层同时支持面向连接和无连接服务 但运输层只支持面向连接服务 而TCP IP的网络层只有一种无连接服务模式 但在运输层同时支持两种服务模式 TCP IP较早就有较好的网络管理 OSI后来才考虑网管问题 77 1 5 4OSI与TCP IP的比较 续3 到20世纪90年代初 整套OSI国际标准都制订出来了 但却几乎找不到有什么厂家生产出符合OSI标准的商用产品 因为因特网抢先覆盖了世界相当大的范围 这说明 OSI虽获得了一些理论研究的成果 但在市场化方面已失去了竞争能力 OSI失败的原因可归纳为 OSI标准的制定周期太长 无法及时进入市场 使得按OSI标准生产的设备失去了良好的投资时机 OSI的层次划分并也不太合理 有些功能在多个层次中重复出现 OSI模型及相应服务和协议过于复杂 难以实现 即便实现 运行效率也很低 主管机构未能把握正确的发展方向 运用技术箦略不当 OSI本身存在的不足 78 1 5 4OSI与TCP IP的比较 续4 两种国际标准 1 法律上的 dejure 国际标准OSI 但没有得到市场的认可 2 非国际标准TCP IP且获得了最广泛的应用 成为事实上的 defacto 国际标准 人们在实践中认识到OSI存在的不足 吸取了TCP IP获得成功的经验 综合OSI和TCP IP的优点 认为OSI的上三层 会话层 表示层和应用层 可合而为一 但下四层 物理层 数据链路层 网络层和运输层 必不可少 于是 就采取折中的办法 采用只有五个层次的结构简洁 概念清楚的网络体系结构 79 1 5 4OSI与TCP IP的比较 续5 五层协议的体系结构 应用层 applicationlayer 运输层 transportlayer 网络层 networklayer 数据链路层 datalinklayer 物理层 physicallayer 80 1 5 4OSI与TCP IP的比较 续6 各层的主要功能应用层 applicationlayer 确定进程间通信的性质以满足用户的需求 直接为用户的应用进程提供服务 进程是指正在运行的程序 应用层为应用进程提供所需要的信息交换和远地操作 应用层还要为作为互相作用的应用进程的用户代理 useragent 来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能 因特网中的应用层协议很多 如支持万维网应用的HTTP协议 支持email的SMTP 支持文件传送的FTP协议等 81 1 5 4OSI与TCP IP的比较 续7 运输层 transportlayer 传输层 传送层 负责主机中两个进程之间的通信 端到端通信 端到端传输 多个进程复用网络层的传输功能 分用功能 运输层协议仅存在于主机之中 结点交换机中没有 因特网的运输层使用两种协议 面向连接的传输控制协议 TCP 和无连接的用户数据报协议 UDP 面向连接服务提供可靠的交付 而无连接服务不保证提供可靠的交付 即 尽最大努力交付 82 1 5 4OSI与TCP IP的比较 续8 网络层 networklayer 负责为分组交换网上的不同主机提供通信 将运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包 或将数据链路层送来的帧 除去头和尾 拆卸成分组或包 路由选择 选择合适的路由 使发送站的运输层所传下来的分组能够按照地址找到目的主机 由广播信道构成的分组交换网 路由选择很简单 拥塞控制 控制进入网络的流量 因特网主要的网络层协议 网际协议IP InternetProtocol 和其他协议 如ARP RARP ICMP和IGMP 83 1 5 4OSI与TCP IP的比较 续9 数据链路层 datalinklayer 简称链路层 在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据 把一条有可能出错的实际链路 转变为让网络层向下看去好像是一条不出错的链路 将网络层送来的分组组装成帧 或将物理层上交的比特流作为帧进行处理 数据链路层还具有链路管理 差错控制 流量控制 同步 透明传输 寻址等功能 84 1 5 4OSI与TCP IP的比较 续10 物理层 physicallayer 透明地传送比特流 考虑用多大的电压代表 1 或 0 以及当发送端发出比特 1 时 在接收端如何识别出这是比特 1 而不是比特 0 确定连接电缆的插头应当有多少根脚以及各个脚应如何连接 透明 是一个很重要的术语 它表示某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样 85 1 5 5若干重要概念 1 应用进程间的通信下面以五层体系结构为例 说明两个进程之间的通信 假设计算机1的应用进程AP1与计算机2的应用进程AP2进行通信 86 1 5 5若干重要概念 续1 计算机1向计算机2发送数据 续1 1 应用进程间的通信 87 1 5 5若干重要概念 续2 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续2 88 1 5 5若干重要概念 续3 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续3 89 1 5 5若干重要概念 续4 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续4 90 1 5 5若干重要概念 续5 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续5 91 1 5 5若干重要概念 续6 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续6 92 1 5 5若干重要概念 续7 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续7 93 1 5 5若干重要概念 续8 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续8 94 1 5 5若干重要概念 续9 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续9 95 1 5 5若干重要概念 续10 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续10 96 1 5 5若干重要概念 续11 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续11 97 1 5 5若干重要概念 续12 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续12 98 1 5 5若干重要概念 续13 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续12 99 1 5 5若干重要概念 续14 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续12 100 1 5 5若干重要概念 续15 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续12 101 1 5 5若干重要概念 续16 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续12 102 1 5 5若干重要概念 续17 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续12 103 1 5 5若干重要概念 续18 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续12 104 1 5 5若干重要概念 续19 1 应用进程间的通信 计算机1向计算机2发送数据 续12 105 1 5 5若干重要概念 续20 2 实体 协议 服务和服务访问点实体 entity 指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程 实体通常指一个特定的软件模块 协议 protocol 是控制两个对等实体进行通信的规则的集合 协议的语法定义了所交换信息的结构或格式 协议的语义定义了源端和目的端所要完成的操作 在协议的控制下 两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务 要实现本层协议 还需要使用下层所提供的服务 106 1 5 5若干重要概念 续21 实体 协议 服务和服务访问点 续1 协议是很复杂的通信规则协议必须将各种不利的条件事先都估计到 而不能假定一切情况都是很理想和很顺利的 必须非常仔细地检查所设计协议能否应付所有的不利情况 应当注意 事实上难免有极个别的不利情况在设计协议时并没有预计到 在出现这种情况时 协议就会失败 因此实际上协议往往只能应付绝大多数的不利情况 107 1 5 5若干重要概念 续22 实体 协议 服务和服务访问点 续2 服务 service 指同一开放系统中某一层向它的上一层提供的操作 但不涉及这些操作的具体实现 协议和服务是两种截然不同的概念 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议 亦即下面的协议对上面的服务用户是透明的 协议是 水平的 即协议是控制对等实体之间通信的规则 服务是 垂直的 即服务是由下层向上层通过层间接口提供的 108 1 5 5若干重要概念 续23 实体 协议 服务和服务访问点 续3 服务访问点SAP ServiceAccessPoint 指同一开放系统中相邻层的实体提供服务的交互处 是位于相邻层的界面上 也就是相邻层实体交互的逻辑接口 又称端口 port 在OSI参考模型中 对等层实体传送数据的单元 称为协议数据单元PDU ProtocolDataUnit 相邻层实体间传送数据的单元 称为服务数据单元SDU ServiceDataUnit 相邻层实体通过SAP一次交互信息的数据单元 称为接口数据单元IDU interfaceDataUnit SDU可以与PDU不一样 既可以是多个SDU合成一个PDU 也可以是一个SDU划分为几个PDU 109 1 5 5若干重要概念 续24 实体 协议 服务和服务访问点 续4 相邻两层之间的关系 110 1 5 5若干重要概念 续31 3 客户服务器模式 Client Server 客户和服务器是指通信过程中所涉及的两个应用进程 C S模式描述了两者之间的服务和被服务的关系 是因特网最常用的通信模式 C S模式有两个特点 非对等作用和异步通信 在C S模式中 客户是服务的请求方 服务器则是服务的提供方 在操作过程中 采取客户主动请求的方式 111 1 5 5若干重要概念 续32 客