计算机网络与通信(第2章).ppt

第2章计算机网络体系结构,第2章计算机网络体系结构,2.1概述2.2OSI体系结构2.3TCP/IP体系结构2.4五层体系结构,2.1概述,计算机网络体系结构描述了计算机网络系统的总体架构，是网络功能的结构性的划分。计算机网络的层次结构及各层协议的集合统称计算机网络的体系结构(Architecture)。具有同样体系结构的计算机网络才能无缝地互连。世界上第一个计算机网络体系结构:IBM公司于1974年提出系统网络体系结构(SNA)。开放系统互连参考模型(OSI/RM)分为七层。TCP/IP体系结构为四个层次。五层体系结构。,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。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。,2.2OSI体系结构,2.2.1开放系统互连参考模型,OpenSystemInterconnection/ReferenceModel分层的方法有以下好处：简化了网络的设计与实现。具有层间无关性，系统易于更新。,OSI环境中的数据流,OSI/RM的七个层次,应用层Application,表示层Presentation,会话层session,传输层transport,物理层Physical,数据链路层DataLink,网络层Network,7654321,处理网络应用数据表示主机间通信端到端的连接寻址和最短路径介质访问（接入）二进制传输,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。,划分层次的概念举例,计算机1向计算机2通过网络发送文件。可以将要做的工作进行如下的划分。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。,两个计算机交换文件,文件传送模块,计算机1,计算机2,文件传送模块,只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的,把文件交给下层模块进行发送,把收到的文件交给上层模块,再设计一个通信服务模块,文件传送模块,计算机1,计算机2,文件传送模块,只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方,把文件交给下层模块进行发送,把收到的文件交给上层模块,通信服务模块,通信服务模块,再设计一个网络接入模块,文件传送模块,计算机1,计算机2,文件传送模块,通信服务模块,通信服务模块,网络接入模块,网络接入模块,通信网络,网络接口,网络接口,网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。,OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU,ProtocolDataUnit)。传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：传输层数据段（Segment）网络层分组（包）（Packet）数据链路层数据帧（Frame）物理层比特（Bit）,数据封装,一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程成为封装。封装就是在数据前面加上特定的协议头部。,发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送，还要写明用航空或挂号。,数据,数据,数据段数据包帧比特电脉冲,011101000011000010100101111010110,数据多层封装,OSI各层功能概述,第7层：应用层(Application)为用户的应用程序提供网络通信服务识别并证实目的通信方的可用性使协同工作的应用程序之间进行同步判断是否为通信过程申请了足够的资源应用层协议的例子：远程登录协议Telnet、文件传输协议FTP、超文本传输协议HTTP、域名服务DNS、简单邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3等,第6层：表示层(Presentation)处理被传送数据的表示问题，即信息的语法和语义。如有必要，使用一种通用的数据表示格式在多种数据表示格式之间进行转换。例如：在日期、货币、数值（特别是浮点数）等本地数据表示格式与标准数据表示格式之间进行转换；数据的加解密、压缩/解压缩等,本地表示1,本地表示2,公共表示,公共表示,表示层,传输层,第5层：会话层(Session)建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话。会话：完成一项任务而进行的一系列相关的信息交换。同步（解决失败后从哪里重新开始）设置检查点会话失败后，恢复到最后一个检查点处，而不用从头开始。例如：数据送到打印服务器上打印。接收的数据已被确认，但打印机出现故障。这时没必要再从头开始打印，只要在每页开始处设置检查点，打印出错时只需重传最后一个检查点以后的页面。,第4层：传输层(Transport)为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输服务；屏蔽各类通信子网的差异，使上层不受通信子网技术变化的影响。进行数据分段并组装成报文流；提供“面向连接”（虚电路）和“无连接”（数据报）两种服务；传输差错校验与恢复；信息流控制，防止数据传输过载。,数据报与虚电路的概念数据报：无连接的服务；虚电路：面向连接的服务数据报每个分组作为一个独立的信息单位传送特征：不需要连接，也无需确认完整的网络地址（源和目的）信道利用率低不保证按序到达；每个分组均需进行路由选择虚电路传输前先建立一条逻辑连接，传输结束后拆除特征：需要建立连接仅在建立连接时需要全网地址，传输时用虚电路号按序到达；仅在建立连接时需要路由选择两类虚电路：永久虚电路租用后便永久建立，退租后拆除。交换虚电路需要通信时建立，通信结束便拆除。,传输层的特点传输层以上各层：面向应用；以下各层：面向传输。传输层位于资源子网和通信子网的交界处，起着承上启下的作用。与网络层的部分服务有重叠交叉。如何平衡取决于两者的功能划分。真正意义上的从源到目标实现“端到端”连接的层。1-3层：链接,中继；4-7层：端到端,第3层：网络层(Network)在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接。功能和服务最佳路由选择和数据包中转流量控制和拥塞控制差错检测与恢复流量统计和记账,路由选择如何在多条通信路径中找一条最佳路径？依据：速度,距离(步跳数),价格,拥塞程度路由器路由表建立与维护静态：人工设置，只适用于小型网络动态：运行过程中根据网络情况自动地动态维护路由算法距离向量算法：RIP、CGP等链路状态算法：OSPF等,第2层：数据链路层(DataLink)在物理线路上提供可靠的数据传输，使之对网络层呈现为一条无错的线路。所关心的问题包括：物理地址、网络拓扑；组帧：把数据封装在帧中,按顺序传送,并处理返回的确认帧；定界与同步：产生/识别帧边界；差错恢复：采用重传（ARQ）的方法；流量控制：收发双方传输速率的匹配。,广播式信道问题(LANorWireless)：涉及到如何控制对共享信道的访问。将数据链路层划分为逻辑链路控制(LogicalLinkControl,LLC)和介质访问控制子层(MediaAccessControl，MAC)两个子层，由MAC子层解决介质访问控制问题。两种主要的介质访问控制方法：-CSMA/CD-TOKENPASSINGTokenRingTokenBus,MAC子层的地址,网络中的每台主机都必须有一个48位(6Byte)的全局地址，它是该主机在全球范围的唯一标识符，与其物理位置无关。(比较IP地址)该全局地址称为MAC地址，也称为物理地址，通常固化在网卡上。当一台计算机插上一块网卡后，该计算机的物理地址就是该网卡的MAC地址。MAC地址的例子(以十六进制表示)：02608C6705A2,链路层帧的结构,A：MAC地址字段，包括源地址和目的地址C：控制字段FCS：帧检验序列，一般采用CRC校验。其校验范围包括A、C和Data字段,网络层的分组被封装在帧的Data域中,第1层：物理层(Physical)实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械的、电气的、过程的和功能的特性。数据终端设备DTE、数据通信设备DCEDTE用于处理用户数据的设备。如计算机、路由器。DCE用于把DTE发出的数字信号转换成适合于在传输介质上传输的形式。如MODEM。,RS-232串行口,、RS-232串型口从接口的类型上分可分为两种：一种是9针的串型口，一种是25针的串型口；25针的串型口为国际标准，但它目前只有9针在使用，所以后来IBM公司把它缩减为9针，目前它的最大传输速率为921.6Kb/s，最高位为八位。,RS-232串行口的使用,RS-232串行口各管角功能一览表：,前一页,后一页,RS-232串口探讨,RS-232串行口的使用,前一页,后一页,RS-232串口探讨,RS-232串行口的使用,前一页,后一页,RS-232串口探讨,RS-232串行口的使用,9针RS-232串行口各管角功能一览表：,前一页,后一页,RS-232口探讨,RS-232串行口的使用,RS-232串行口电气输出特性：,前一页,后一页,RS-232串口探讨,、RS-232C为EIA和TIA制定的通用物理层接口标准，支持非均衡式电路，当时最高速率为64kbps。最新的说明版本为V.24。以前称为RS-232，他代表国际组织规范。EIA为电子工业联合会。电子传输标准的解释组织；TIA为电信工业联合会。JIS为日本工业标准，它的缩写为(JapaneseIndustrialStandards)、CCITT为国际电话与电报顾问委员会，它的缩写为（InternationalTelephoneandTelegraphConsultativeCommittee）。DB-9即IBM公司的9针缩减规范标准。常规名称：即国际标准英文含义的缩写。,注释说明：,2.2.2OSI的一些基本概念,实体和对等实体协议和协议数据单元协议(Protocol)是某一个层次中指导实体之间通信的规则。包含三个方面的要素：语法语义同步协议数据单元(ProtocolDataUnit,PDU)由两部分组成：本层的协议控制信息和用户数据。,2.2.2OSI的一些基本概念,服务、服务访问点和服务原语N层实体在N层协议的控制下可以向N+1层实体提供服务(Service)实现N+1层所需要的某种功能服务有如下两种形式：面向连接的服务(Connection-OrientedService)无连接的服务(ConnectionlessService)服务访问点(ServiceAccessPoint,SAP)是上下层实体之间信息交换的接口。服务原语(ServicePrimitive)描述提供的服务，定义服务规范，规定通过SAP所必需传递的信息。,2.3TCP/IP体系结构,Internet使用TCP/IP体系结构。网络接口层严格说并不是一个独立的层次，没有定义什么具体的协议。网际层、传输层和应用层是TCP/IP的主要内容。,对应的OSITCP/IPTCP/IP主要协议,TCP/IP四层协议的表示方法举例,应用层传输层网际层网络接口层,主机A,主机B,路由器,网络2,网络1,应用层传输层网际层网络接口层,网际层网络接口层,4321,2.4五层体系结构,AndrewS.Tanenbaum建议了计算机网络的五层体系结构。根据Internet的实际情况，以TCP/IP体系结构为基础，综合了TCP/IP和OSI两种体系结构。自下而上分别为:物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。,ISO/OSI五层体系结构TCP/IP,2.4五层体系结构,五个层次的功能简述如下：物理层为数据链路层提供透明的比特流(BitStream)传输服务，向下与物理媒体相连，规定连接物理媒体的网络接口规范。物理层涉及网络接口机械的、电气的、功能的和规程的规范。数据链路层负责在单个链路上的节点间传送称为帧(Frame)的PDU，在不太可靠的物理链路上可以实现可靠的传输。对于广播链路进行链路的访问控制。为了实现传输的可靠性，可以提供流量控制和差错控制。提供传输透明性。,2.4五层体系结构,网络层负责计算机间的通信，在分组交换网络上传送称为分组或包(Packet)的PDU，从源结点通过中间转发结点逐跳地(HopbyHop)将分组传送到目的结点。实现网络互连，路由优化。传输层负责应用进程间的通信，为两个应用进程之间提供端到端(EndtoEnd)的数据传输服务。为应用进程提供一条端到端的逻辑信道,在源结点和目的结点的两个传输层实体之间，不涉及线路中间的路由器等中间系统。通信连接，流量控制、拥塞控制和差错控制。应用层对应OSI的高三层，对应TCP/IP的应用层，提供面向用户的网络服务。,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,应用进程数据先传送到应用层,加上应用层首部，成为应用层PDU,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,应用层PDU再传送到传输层,加上传输层首部，成为传输层报文,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,传输层报文再传送到网络层,加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,IP数据报再传送到数据链路层,加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,数据链路层帧再传送到物理层,最下面的物理层把比特流传送到物理媒体,计算机1向计算机2发送数据,应用层(applicationlayer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,计算机1,AP2,AP1,电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层,计算机2,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,物理层接收到比特流，上交给数据链路层,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,网络层剥去首部，取出数据部分上交给传输层,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,传输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,我收到了AP1发来的应用程序数据！,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,应用程序数据,10100110100101比特流110101110101,注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次,应用程序数据,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,10100110100101比特流110101110101,计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层,H2,T2,H3,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给传输层,H4,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,传输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层,应用程序数据,H5,应用程序数据,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程,计算机1向计算机2发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,我收到了AP1发来的应用程序数据！,2.5实体、协议、服务和服务访问点,实体(entity)表