通讯与网络第三节.ppt

计算机网络与通信 第三章计算机网络的体系结构 教学目的与要求 了解网络的拓扑结构 协议分层 层间服务 掌握OSI网络模型 INTERNET协议参考模型 了解差错与流量控制 路由算法及拥塞控制等网络关键技术 了解和掌握HDLC协议规程和TCP IP协议规程 作业 第五周交 3 1 3 2 3 3 3 5 计算机网络的体系结构 将多台位于不同地点的计算机设备通过各种通信信道和设备互连起来 以交换信息和共享资源 是个复杂的工程设计问题 计算机网络的体系结构 采用分层结构 将这个复杂的工程设计问题分解成若干个容易处理的子问题 尔后 分而治之 逐个加以解决 使计算机网络中的两个不同系统必须能够相互理解 共同遵守某种互相都能接受的规则 这些规则的集合 称为协议 计算机网络的体系结构 计算机网络的协议实现采用了协议分层结构 如何分层 以及各层中具体采用的协议的总和 称为网络的体系结构 体系结构是个抽象的概念 其具体实现是通过特定的硬件和软件来完成的 网络的拓扑结构 网络上的各节点相互连接的方法和方式 我们称之为网络的拓扑结构 它用来表示网络上的计算机 电缆和其它部件的布局或物理位置 拓扑结构的选择 将对网络的性能 网络需要的设备类型 网络的可扩展性和管理网络的方法有着不同程度的影响 三种标准的拓扑结构 总线型 总线型拓扑也称直线型总线 它用一根称之为干线的电缆以直线方式连接网络上的所有计算机 星型 所有计算机通过电缆连接到一个称为集线器的中央部件 信号通过集线器从一台计算机发送到另一台计算机 环型 环型拓扑结构用一个电缆环连接所有的计算机 总线上的通信 计算机是通过在数据上标记特定计算机的地址 并以电子信号的形式将数据发送到电缆上来通信的 电子信号的形式的网络数据被发送到电缆上的计算机 然而只有地址与最初信号的地址相匹配的计算机才接受信息 一个时刻只有一台计算机能够发送信号 因此网络性能受计算机数量的影臁 总线上的通信 总线型拓扑结构是一种被动型的拓扑结构 计算机只监听 而不负责将数据从一台计算机移送到另一台计算机 数据或电子信号被发送的总线上后 它将沿电缆从一端到另一端来回反弹 使得别的计算机不能发送数据 这种现象称为信号反弹 为了阻止信号反弹 一个称为终端匹配器的部件被连接在电缆的两端 用来吸收信号 总线型拓扑结构网络的扩展 用一个称为柱型连接器的部件连接两段电缆 组成较长电缆 但使用柱型连接器 尤其是多次使用柱型连接器会使信号减弱 产生误差 应尽量避免使用 用一个称为中继器的设备连接两段电缆 组成较长电缆 中继器在发送前会增强信号 使信号传送更长距离而不产生误差 星型拓扑结构的特点 提供集中式的资源和管理 可按需改变和扩充网络 如果中央点出故障 整个网络瘫痪 如果某台计算机活某段电缆出故障 网络的其余部分扔可继续工作 因为所有计算机通过电缆连接到一个中央部件 集线器 这种拓扑结构的网络需要大量电缆 集线器 在星型拓扑结构中 集线器是网络的中央部件 也称为多端口中继器 主动型集线器 也称为有源集线器 它们像中继器那样再生信号并重新传输 主动型集线器需要电源 被动型集线器 也称为无源集线器 它们作为连接点 但不放大或再生信号 信号只是简单地通过集线器 被动型集线器不需要电源 环型拓扑结构特点 环型拓扑结构不需要终端匹配器 信号沿一个方向传送 主动型拓扑结构 每台计算机都增强信号后再继续传送 一台计算机的失败将影响整个网络 环型拓扑结构的通信 令牌传送是环型拓扑结构沿环传送数据的一种方法 令牌是一具有特定数据格式的电子信息 只有得到空标记令牌的网站允许发送数据 空标记为01111111 忙标记为01111110 计算机接到空闲令牌后 将发送数据加上地址 沿环传送 接受计算机复制数据 并在数据上做上标记 表示数据已被接受 最后 数据沿环回到发送计算机 发送计算机删除环上的数据并释放空闲的令牌 令牌环访问控制的基本过程 A 发送前 等待空标记令牌通过B 若得到空标记令牌 将空标记换为忙标记 紧跟着令牌 发送数据C 发送出去的帧在环上循环一周后 回到始发站 有始发站将该帧从环上移下 将忙标记换为空标记 主要拓扑结构的变形 星型总线 一条直线型总线主干上连接了几个星型拓扑结构的网络 特点 一台计算机的失败不整个网络 一台如果集线器某连接点出故障 只影响与该集线器相连接的那段网段和计算机 网络的其余部分扔可继续工作 星型环 一个含实际环的集线器上连接了几个星型拓扑结构的网络 协议分层 为简化问题 减少协议设计的复杂性 计算机网络的体系结构按层或级的方式来组织 即协议是分层次的 每一层都建立在下层之上 每一层的目的都是上层提供一定的服务 并对上层屏蔽服务实现的细节 图3 4计算机网络的层次模型 对等实体间的通信 不同系统中的相同层实体叫对等实体 对等实体间通信须遵守同层协议 一台机器上的n层实体与另一台机器上n层实体间通信所使用的协议 称之为第n层协议 数据并不是在两个对等实体间直接传送 而是由发送方实体将数据逐次层层传递给它的下一层 直至最下层 通过物理介质实现实际通信 到达接收方 由接收方最下层逐次层层向上传递直至对等实体 完成对等实体间的通信 层次体系结构 除了在物理媒体上进行的是实通信外 其余各对等层实体间进行的都是虚通信 对等层的虚通信必须遵循该层的协议 n层的虚通信是通过n 1 n层间接口处n 1层提供的服务以及n 1层的通信 通常也是虚通信 来实现的 分层原则 每层的功能应是明确的 并且相互独立 当某一层具体实现方法更新时 只要保持层间接口不变 不会对邻层造成影响 层间接口清晰 跨越接口的信息量应尽可能少 层数应适中 若太少 则层间功能划分不明确 多种功能混杂在一层中 造成每一层的协议太复杂 若太多 则体系结构过于复杂 各层组装时的任务要困难得多 最重要的分层原则 目标站第n层收到的对象应当与源站第n层发出的对象完全一致 计算机网络层次结构模型OSI OSI模型是一种具有指导作用的抽象模型 并不是计算机网络协议的具体实现实例 在OSI模型的基础上 计算机网络协议的具体实现还有很多灵活性和可扩展空间 OSI模型 从下到上依次为 图3 5 物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层 各层功能 物理层 第1层 在物理信道上传输比特流 解决数据终端设备 DTE 与通信设备 DCE 之间的接口问题 接口标准 由机械 电气 功能 规程等四个特性构成 数据链路层 第2层 变换数据帧和比特流 在相邻两节点间无差错传输数据帧 为网络层所提供的服务有 建立和拆除数据链路 逻辑通道 帧传输 差错与流量控制 数据链路管理 各层功能 网络层 第3层 将报文分组从物理连接的一端传到另一端 实现点到点通信 主要功能是将逻辑地址翻译成物理地址 使传输层可使用逻辑地址 根据网络状态 优先级等确定路由 分组交换 拥塞控制和流量控制 传输层 第4层 向上层提供一个标准通用的界面 使上层和通信子网的细节相隔离 保证无错误地 顺序地 无丟失地 无重复地在源主机和目标主机间传送报文 主要功能是将消息重新打包 发送端 长消息 数据包 接受端 小数据包 大数据包 接受确认 流量控制 错误处理等 各层功能 会话层 第5层 在联网计算机之间建立 建立和使用一种称之为会话的链接 并使用这个链接进行通信 使双方操作相互协调 表示层 第6层 网络翻译者 定义了联网计算机之间交换信息的格式和语法 应用层 第7层 是开放系统的互连环境的最高层 不同的应用层为特定类型的网络应用提供访问网络服务的手段和窗口 代表直接支持用户应用的服务 如文件传送 数据库访问 电子邮件等 各层功能 物理层正确利用传输媒介 数据链路层走通每个节点 网络层选择路由 传输层找到对方主机 会话层指出对方实体是谁 表示层决定用什么语言交谈 应用层指出做什么事 物理层 物理层的功能 为在物理媒体上建立 维持和终止传输数据比特流的物理连接 解决数据终端设备 DTE 与通信设备 DCE 之间的接口问题 提供机械 电气 功能和过程的手段 物理层的协议 为了确保当一方发送二进制比特 1 或 0 时 对方应能正确地收到此信号 并识别出来 对于媒体信道上应有多少条线 相应的插头和插座的机械形状和大小 插针的个数和排列 什么电信号 如多少伏电压 代表 1 和什么电信号代表 0 1比特的持续时间是多长 每个插针或每条线传输的是什么信号 如电源或数据或控制等 和它们之间应按什么顺序升起或落下 最初的连接应如何建立 传输完成后连接又如何终止 数据链路层的功能 差错控制 原始的物理连接 由于外界噪声干扰等因素 在传输比特流时可能发生差错 数据链路层的一个主要功能就是通过校验 确认和反馈重发等