计算机网络与通信(1 概论)

1、,第1章 计算机网络概述,School of Computer,本章要点： 1. 计算机网络的发展趋势 2. 计算机网络的定义 3. 计算机网络的组成 4.计算机网络的功能 5. 计算机网络的分类 6. 计算机网络主要实现形式 7.计算机网络体系结构模型,计算机网络的目的： 1. 解决信息孤岛问题 2. 解决性能极限问题 单机的极限 【 运行速度，存储】 网络的无限 【密码破译】,1.1.1 计算机网络的发展 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物 一、计算机技术的发展 二、通信技术的发展,三、交换技术的发展,1960s 自动交换机 引入计算机作交换机（如CBX-Computer Bra

2、nch eXchange) ） 数字技术提供广泛服务,四、计算机网络的发展,第一阶段：面向终端的计算机网络（联机系统）- 把远地终端连接至昂贵的主机。, 60年代中后期，利用通信线路将远程终端连至主机。不受地域限制地使用计算机的资源。实现了远程访问系统。 调制解调器 (Modem)的作用：数模/模数转换。 线路控制器(Line Controller)的作用：它的作用是实行串并转换以及简单的传输差错控制。 例：1952年，美国SAGE（半自动地面防空系统），雷达旋风计算机 1960s：SABRE 飞机订票系统（2000多台终端）, 多重线路控制器：一个线路控制器可以和多个远程终端相连。(节约硬件

3、成本)这是最简单的联机系统也称面向终端的计算机通信网。 缺点： 1. 主机负担重（通信处理） 2. 线路利用率低,改进：,增加前端机解决通信问题 增加集中器解决线路利用率问题 例：60年代美国TYMNET医用资料系统, 前端处理机(FEP:Front End Processor)： 用来完成数据通信任务，而让主机专门进行数据的处理。简称前端机。 集中器(concentrator)：为节省通信费用，可在远程终端较密集处加一个集中器。 它是一个智能复用器，可以利用一些终端的空闲时间来传递其他处于工作状态的终端的数据。所用高速线路的容量就可以小于各低速线路容量的总和，从而降低了通信费用。,2. 第二

4、阶段：计算机通信网络（分组交换网络，面向标准的计算机网络）,以信息传输为主要目的 以计算机为信源和信宿 采用标准的体系结构 采用分组交换技术 1969年，ARPANET( Internet的前身),3. 第三阶段：共享资源的计算机网络,以共享资源为主要目的 用户感觉：透明、性能强大、资源丰富 系统特征： 开放：结构、标准开放 集成：各种业务、服务、内容 高速：实时（计算和传输） 智能：智能搜速、处理,第三阶段：共享资源的计算机网络,1990：欧洲原子能研究组织的蒂姆伯纳斯李（Tim Berners-Lee）：第一个Web服务器 1993：第一个浏览器Mosaic 进入Web时代: 共享的资源变

5、成以数据和信息为主 浏览器成为主要的网络工具。,4. 第四阶段：网格,整个Internet看成一台计算能力巨大、存储空间无限、信息资源丰富的单一计算机 无需指定具体设备，无需指定信息的位置，以智能方式自动完成资源分配和信息定位，完成用户交给的任务 像电力网供给电力、自来水管网供给自来水一样 云计算：SaaS(Software-as-a-service)，PaaS(Platform-as-a-Service) ,1.1.2 Internet的发展 因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。 但这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。,ARPA

6、NET(阿帕网),60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。,网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。 网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。 所有的网络节点(node)都同等重要，因而大大提高网络的生存性。 计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。 网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。,ARPANET的特点,资源共享 分散控制 分组交换 分层的网络协议 使用通信控制处理机,1.1.2 Internet的发

7、展,三个阶段： 1. 19691983：起源阶段-简单分组交换 1969：ARPANET，4节点 1972：23节点 1977：111节点 1980：TCP/IP进Unix,1.1.2 Internet的发展,2. 19831993：发展阶段- 三级结构(国家主干、地区、校园) 1983：TCP/IP作为标准协议；ARPANET一分为二 1986：NSFNET骨干网，连接地区网络 1989：T1（1.544Mbps) 1990：ARPANET关闭 ANS公司接管Internet，私营 超文本文件系统、网络服务器（Web Server） 1991：收费 1992：=100万台计算机联网 1993

8、：T3（45Mbps） 1993：Mosaic诞生 =国家主干网、地区网、园区网的三级结构; 计算机网络进入Web时代,三级结构的因特网, 各网络之间需要使用路由器来连接。,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,国家主干网,三级结构的因特网, 主机到主机的通信可能要经过多种网络。,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,国家主干网,1.1.2 Internet的发展,3. 1993：飞跃阶段 1995：完全商业化 1996：155Mbps 1998：2.5Gbps 1999：=1000万台 =多级结构Network of Networks,今日的多级结构的因特网,大致上可将因

9、特网分为以下五个接入级 网络接入点 NAP 国家主干网（主干 ISP） 地区 ISP 本地 ISP 校园网、企业网或 PC 机上网用户,网络接入点 NAP （对等点）,多级结构的因特网,大公司,地区 ISP,公司,主干服务 提供者,本地 ISP,地区 ISP,地区 ISP,地区 ISP,本地 ISP,本地 ISP,大公司,大公司,网络接入点 NAP （对等点）,主机到主机的通信可能经过多种 ISP。,用户,因特网,ISP1,ISP2,因特网 服务提供者,用户通过 ISP 上网,根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的 IP 地址数目的不同，ISP 也分成为不同的层次。,一级 ISP,一级 ISP

10、,第一层 ISP,大公司,本地 ISP,大公司,大公司,公司,本地 ISP,本地 ISP,第二层 ISP,第二层 ISP,NAP,NAP,A,B,主机A 本地 ISP 第二层 ISP NAP 第一层 ISP NAP 第二层 ISP 本地 ISP 主机B,第一层 ISP,第二层 ISP,本地 ISP,本地 ISP,本地 ISP,本地 ISP,第一层 ISP,第一层,第二层,第三层,本地 ISP,第二层 ISP,本地 ISP,本地 ISP,本地 ISP,本地 ISP,第二层 ISP,本地 ISP,本地 ISP,第二层 ISP,网络把许多计算机连接在一起,互联网把许多网络连接在一起,ARPANET的

11、成功使计算机网络的概念发生根本变化, 早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网 各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。 分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。 用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。,从主机为中心到以网络为中心,以主机为中心,以分组交换网为中心,1.1.2 Internet的发展,两个比较著名的定律: （1）吉尔德定律(GildersLaw)：主干网带宽的增长速度至少是运算性能增长速度的三倍（每八个月增长一倍） （2）迈特卡夫定律(MetcalfesLaw)：网络的价值与网络使用者数量的平方成正比。 社会和经

12、济价值的估算模式。,因特网的管理,因特网协会 ISOC,因特网研究指导小组 IRSG,因特网研究部 IRTF,因特网工程部 IETF,因特网工程指导小组 IESG,RG,WG,RG,领域,领域,因特网体系结构 研究委员会 IAB,WG,WG,WG,各种RFC之间的关系,因特网草案,建议标准,草案标准,因特网标准,历史的 RFC,实验的 RFC,提供信息的 RFC,6 种 RFC,1.1.3计算机网络的发展趋势,三个主要方向：高速、移动和安全 高速传输介质、高速交换与路由技术、高性能协议、服务质量（QoS）机制以及新的网络实现技术 -3W/5W(Whenever,Wherever,Whateve

13、r, Whoever,Whomever) 大范围、高速度、稳定的移动性将是计算机网络在相当长时间内最主要的研究课题之一 网络安全是保证网络可用的前提,1.1.3计算机网络的发展趋势,多网融合（电信网、电视网、计算机网） 智能性,1.1.3计算机网络的发展趋势,结论： Everything on IP，IP over Everything -完善，而不是废弃IP,1.2.1 计算机网络的定义 将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享的系统。 三种观点： 广义观点：远程处理或进一步达到资源共享。 资源共享观点：独立计算机共享资源。 用户透明观点：

14、象使用单一计算机一样使用网络。,联机多用户系统是面向终端，主机与终端不能共享资源，系统中每个终端分享一台称之为主机的计算机资源。 分布式计算机系统是在分布式计算机操作系统支持下，进行分布式数据库处理和各计算机之间的并行计算工作，也就是说各互连的计算机可以互相协调工作，共同完成一项任务，一个大型程序可以分布在多台计算机上并行运行。 计算机网络系统是在网络操作系统支持下,实现互连的计算机之间的资源共享，计算机网络系统中的各计算机通常是各自独立进行工作的。,1.2.2 计算机网络与通信、网络的关系 通信是基础 以语音通信为主要目的：电话网络或电信网络（固话网络、移动网络，) 以发送电视信号为目的：电

15、视网络 以数据通信为目的：数据通信网络，是计算机网络的基础或初级形式 计算机网络：实现数据的传输、收集、分配、处理、存储、消费。,1.2.3 计算机网络的应用（功能）,对分散的信息实现集中、实时处理。如订票系统、军事指挥系统。 共享资源 共享数据、共享硬件、共享软件 3. 通信。如Email、chat等 电子化办公与服务 提高RAS（可靠性、可用性和可维护性） 。在资源重复中要提高RAS ，特别是特种行业（证券、军事等）可靠性，可用性、可维护性。 进行分布处理（任务分散化，降低设计复杂性和成本，提高效率） 负载分担（利用时差转移负载） 扩展新的服务项目。教育、医疗、会议、娱乐等。,硬件资源共享

16、（H1共享H2硬件资源） 软件资源共享（H1共享H2软件资源）,数据资源共享（H1共享H2数据资源）,1.3.1 物理组成 1. 硬件 两台以上的计算机及终端设备，统称为主机（host），其中部分host充当服务器，部分host充当客户机。 前端处理机（FEP）或通信处理机通信控制处理机（CCP） 连接设备：路由器、交换机等 通信线路 2. 软件 实现资源管理与共享的软件/服务、工具软件 【网络操作系统，网络应用服务系统】 3.协议,1.3.2 功能组成,通信子网：网络中面向数据传输或者数据通信的部分资源集合，主要支持用户数据的传输；该子网包括传输线路、交换机和网络控制中心等硬软件设施。 资源

17、子网：网络中面向数据处理的资源集合、主要支持用户的应用；该子网由用户的主机资源组成，包括接入网络的用户主机，以及面向应用的外设（例如：终端）、软件和可共享的数据（例如：公共数据库）等。, 资源子网：提供访问网络和处理数据的能力。 通信子网：提供通信功能，实现计算机之间的信息传输。 包括： 网络节点：负责信息的发送、接收、转发 双重作用： 与资源子网接口 转发 传输链路 信号变换装置 注意：通信子网和资源子网的划分是一种逻辑的划分。,网络的核心部分,网络的边缘部分,主机,网络,路由器,1.3.2 功能组成：边缘与核心,端系统,网络边缘：客户机、服务器 网络核心：交换机、路由器、线路,1.3.3

18、要素组成,基本要素：计算机、路由器、交换机、网卡、通信线路、调制解调器等 要素分为节点与链路两类： 1. 节点 服务器：为用户提供各种信息（数据）、服务（功能）WWW，FTP，SMTP，POP3/IMAP，DNS，CA 客户机：访问网络的设备 路由器：实现网络互联 交换机：实现多台设备连接组成网络 2. 链路 负责信号变换与传递 也可分为网络边缘与网络核心两类,按分布范围 按拓扑结构 按交换技术 按协议 按传输介质 按用途 按信息的共享方式 按节点与信道的连接方式,1.4.1 按分布范围分类 1. 广域网WAN (Wide Area Network) ：数10km以上 ， 广域网使用交换技术

19、2. 城域网MAN (Metropolitan Area Network) ：一个城 区，采用广域网的技术，可以认为是较小的广域网。 3. 局域网LAN (Local Area Network) ：一般2.5km， 使用广播技术 4. 个域网PAN(Personal Area Network)：在个人工作地 方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络,范围大约10m,1.4.2 按拓扑结构分类,星型网络：每个终端或计算机都以单独（专用）的线路与一中央计算机相连。 优点：结构简单，建网容易，延迟小，便于管理 缺点：成本高，中心节点对故障敏感,集线器,2.总线型网络,用单总线把各计算机连接

20、起来。 优点：建网容易，增减节点方便，节省线路 缺点：通信效率不高（重负载时） 控制：分布控制,匹配电阻,扩展：树/总线（树总线）,3. 环型网络,计算机经环接口设备连接成一个环。 工作方式：单环或双环，单向传送 优点：线路共享，无需路径选择 缺点：平均路径长，增减节点困难 控制：分布控制,干线耦合器,4.树型网络,分层网络，各计算机组成树状结构 优点：直观 缺点：结构复杂，对故障敏感 控制：集中控制,5.网格型网络（网络型网络）,一般情况：每个节点至少有两条路径与其它节点相连，有规则型和非规则型两种。 优点：可靠性高 缺点：控制复杂，线路成本高 控制：分布控制,6. 混合型网络,多种简单拓扑

21、结构的网络连接而成的复杂的网络。,1.4.3 按交换技术分类,计算机与计算机之间、计算机与终端之间或终端与终端之间为交换信息所用数据格式和交换装置的方式。 电路交换网络 报文（message）交换网络 分组（packet）交换网络（包交换网络） 信元交换网络（ATM网络） 广播网络,1. 电路交换（Circuit Switching),5 部电话机两两相连，需 10 对电线。 N 部电话机两两相连，需 N(N 1)/2对电线。 当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。,电信网中使用交换机,“交换”(switching)的含义 转接把一条电话线转接到另一条电话

22、线，使它们连通起来。 从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。,电路交换举例,A 和 B 通话经过四个交换机 通话在 A 到 B 的连接上进行 在通话期间,A和B始终占用端到端的传输带宽,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,电路交换的特点,电路交换必定是面向连接的 三个阶段：建立连接,通信,释放连接 专用线路,独占资源 通信线路的利用率很低,浪费资源 时延小,2. 报文交换(Message Switching),把要传送的信息整体作为一个报文 报文中有目的地址 存储-转发方式 充分利用线路容量 报文

23、大小无限制，交换局要有大容量磁盘 时延相当长,3. 分组交换(Packet Switching),在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段，加上首部构成分组（包）。 采用存储-转发技术，以分组为单位传送,数 据 1,数 据 2,数 据 3,分组首部的重要性,每一个分组的首部都含有地址等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。,接收端收到分组后剥去首部还原成报文。,数 据 1,首部,数 据 2,首部,数 据 3,首部,数 据 1,数 据 2,数 据 3,原始报文,两种方法

24、,数据报（Datagram） 每个分组独立的寻找路径 虚电路（Virtual Circuit） 任何分组发送前，建立一条逻辑连接，预先计划好路径,数据报,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H5发送分组,2,1,结点交换机,主机,数据报方式的特点,用户间通信不必建立连接 每个分组独立寻找路径 分组不一定按序到达 资源利用率高 对故障适应力强 时延较大,虚电路,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H5发送分组,2,1,主机,虚电路方式的特点,用户间通信必须建立连

25、接 分组按序到达 资源利用率高 时延较小,分组交换的优点,高效 动态分配传输带宽，对通信链 路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由 （数据报）。 迅速 包的平均延迟小 可靠 完善的网络协议；自适应的路 由选择协议使网络有很好的生 存性。,分组交换带来的问题,分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。,三种交换的比较,小结： 电路交换缺点： 当线路中某段出现问题，则无法进行通信。 线路的利用率很低，浪费线路资源。 因各种终端传输速率不一样，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难互相进行通信 电路交换优点：当

26、传送时间远大于连接建立时间时，用电路交换最好。,小结： 分组交换与报文交换优点： 分组交换和报文交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个 网络的信道利用率。 分组交换比报文交换的时延小，但其节点交换机必须具有更强的处理能力。 分组交换和报文交换传送数据比电路交换灵活，不因为某条线路不能使用而造成通信不能进行。 分组交换与报文交换缺点： 在各节点存储转发时需要排队，会造成一定的延时。 分组交换中各分组必须携带控制信息而造成一定的开销。 整个分组交换网需要专门的管理和控制机制。,注意节点交换机有多个端口,A,B,C,D,E,H1,H5,H2,H4,H3,H6,高速链路,结点 交换机,

27、1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,交换机,在交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线。 交换机处理分组的过程是： 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）； 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发； 把分组送到适当的端口转发出去。,主机和交换机的作用不同,主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。 交换机对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机。,4. 信元交换网络 传输的单位为信元，比分组更小； 可采用不完全存储-转发方式（称为直通式交换方式），即当输出线路为空时，信元可不暂存，直接转发出去。,5. 广播网络 节点发送信息

28、时采用广播方式 ； 传输线路是共享的； 多个节点都要发送信息时，如何分配发送权。,1.4.4 按协议分类 按协议的分类应指明协议的区分方式。比如按网络层的协议来分类，可以分为IP网、IPX网等，无线网络可以分为Wi-Fi网络、蓝牙网络等。,1.4.5 按传输介质分类 分为有线网络和无线网络两大类。 有线网络：双绞线网络、同轴电缆网络、光纤网络、光纤同轴混合网络等。 无线网络：无线电、微波、红外等类型。 按照使用介质的方式，计算机网络经历了三代： 第一代：使用电信号。 第二代：混用光、电信号。在骨干网上使用光信号，在连接处（如交换机、路由器等）需要进行光电转换。 第三代：全光信号。在传输的全过程

29、使用光信号，不需要进行光电转换。 目前处在第二代，正向第三代演进。,1.4.6 按用途分类 从用户角度分公共网络和专用网络，从位置与角色分为主干网、接入网和驻地网。 公共网络：该网络能为所有的用户服务。例如公用DDN网、SDH网等。 专用网络：专门为特定的对象建造的网络，其他人不能随便使用，例如军事网络、特定的保密网络等。 主干网：指一个网络的核心部分，负责将其它部分连接在一起组成完整的网络，承载了主要的通信量，要求最好的性能和可靠性。 接入网：用户驻地网至网络运营商主干网之间的网络 。 驻地网：指用户端将用户设备连接到接入网的小型网络。,广域网、城域网、接入网以及局域网的关系,城域网,城域网

30、,接入网,接入网,接入网,接入网,接入网,接入网,广域网,局域网,局域网,校园网,企业网,1.4.7 按信息的共享方式分类,C/S网络（B/S）： 分布式 共享信息存放在服务器上 客户机向服务器发出命令或请求；服务器分析、处理，把结果送给客户机；客户机按给定的格式呈现结果 P2P网络 ：既是客户机，又是服务器，地位对等，会带来一些问题，如安全问题。,1.客户服务器方式,客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。 客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。 客户是服务请求方，服务器是服务提供方。,运行 客户 程序,网络边缘,网络核心,运行 服务器

31、程序,A,B,客户,服务器,客户 A 向服务器 B 发出请求服务， 而服务器 B 向客户 A 提供服务。,客户软件的特点,在进行通信时临时成为客户，但它也可在本地进行其他的计算。 被用户调用并在用户计算机上运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信。 可与多个服务器进行通信。 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。,服务器软件的特点,在共享计算机上运行。当系统启动时即自动调用并一直不断地运行着。 被动等待并接受来自多个客户的通信请求。 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。 专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。,2. 对等连接方式,对等连接是指两个主机在通信时并不区

32、分哪一个是服务请求方还是服务提供方。 只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P 软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。,对等连接方式的特点,对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。 例如主机 C 请求 D 的服务时，C 是客户，D 是服务器。但如果 C 又同时向 F提供服务，那么 C 又同时起着服务器的作用。,网络边缘,网络核心,运行 P2P 程序,运行 P2P 程序,D,C,E,F,运行 P2P 程序,运行 P2P 程序,1.4.8 按节点与信道的连接方式分类,1. 点点信道型网络

33、：每个信道连接一对节点。 非相邻节点之间的通信需通过其它节点转发。 如星型、环型、树型、网格型 2. 共享信道型（多点信道型）网络：所有节点共享一条信道，可以看成都相邻。每个节点所发送的信息可被所有节点收到 如总线型、卫星广播网,1. 直接连接的网络 所有节点直接连接到一个信道上 采用广播方式发送信息 例如：总线型、共享星型 问题：冲突 2.多跳转发型网络 发送者与接收者不直接相连 通信需要经过多个中间节点转发（每段链路称为一跳， hop） 使用交换方式（存储转发）,1.6.1 网络体系结构与层次结构 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。 “分层”可将庞大

34、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。,1.定义 网络体系结构是指构成计算机网络的各组成部分及计算机网络本身所必须实现的功能的精确定义 例：SNA，DNA，OSI，TCP/IP,2. 体系结构的层次结构特征,层次结构是描述和研究体系结构的基本方法，体系结构总是具有可分层特性。 优点： 易于理解，易于交流，易于标准化 易于实现，易于调试 易于更新（替换单个模块） 易于抽象,3.分层原则,各层之间界面清晰自然，易于理解，相互交流尽可能少 各层功能的定义独立于具体实现的方法 保持下层对上层的独立性，单向使用下层提供的服务,4. 分层方法,折中： 层次的清晰

35、程度与运行效率间的折中 层次数量的折中 分层方法 按物理边界与逻辑边界划分 线路MODEM接口通信软件OS网络软件应用软件 改变编址方式时划分新的层次 按模块功能划分 借用已有的国际标准,1.6.2 协议与接口 1. 协议 协议是指通信双方实现相同功能的相应层之间的交往规则。 一个网络协议主要由以下三个要素组成： (1) 语法，即数据与控制信息的结构或格式；对数据结构、电平信号等的统一规定。 (2) 语义，规定各部分的含义及其操作。如:需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种应答；在何种条件下数据必须重发或丢弃。 (3) 时序，即规定通信事件实现顺序及其详细说明。 2. 接口 同一系统内

36、部相邻层之间的交往规则。,协议与接口示例,协议功能,线路管理：建立、释放连接 寻址：标识主体 差错控制 流量控制 路由选择 同步控制：位、字符、帧、状态同步 数据分段与装配 排序 数据转换 安全管理、计费管理等,接口,层次的表示方法：N层 实体：活动的元素（软件或硬件）。一般指进程或子程序,网络体系结构是计算机网络中的层次、各层的协议以及层间的接口的集合 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。 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,1.6.3 服务与

37、服务质量,为紧相邻的上层提供的功能调用，每层只能调用紧相邻的下层提供的服务。 服务访问点：提供服务的接口。 服务是通过服务访问点提供的,服务的分类,面向连接的服务与无连接的服务 有应答服务与无应答服务 可靠服务与不可靠服务,服务的类别,（1）面向连接的服务与无连接服务 面向连接的服务：传输数据之前，通信双方先建立连接（connection) 包括建立连接、传输数据、释放连接三步骤 例：打电话 无连接的服务：通信双方直接传送数据而不事先建立联系。 例：写信,（2） 有应答的服务与无应答的服务,有应答：接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答。传输系统内部自动实现。 例：文件传输 无应答：接收方不

38、自动给出应答。若需应答，由高层实现。 例：WWW服务，信件。,（3）可靠的服务与不可靠的服务,可靠：自动应答、出错重传。 例：文件传输 不可靠：尽力而为。 例：ping,服务质量QoS 网络提供优先服务的一种能力 通常用延迟、带宽等参数衡量 不同的应用对服务质量的要求不尽相同,服务原语,服务是通过原语实现的。 原语的类型： 请求(request) 指示(indication) 响应(response) 证实(confirm),四种原语间的关系,实体、协议、服务和服务访问点,Application Layer Presentation Layer Session Layer Transport

39、Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer,数据链路层,7 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,5 会话层,6 表示层,1. OSI（Open System Interconnect）模型 ISO于1978年提出，包括七层。,1.6.4 网络体系结构模型,各层主要功能,物理层 在链路上透明地传输位。 机械特性、电气特性、功能特性、规程特性 主要涉及问题： 线路配置：设备如何物理连接，线路如何 确定数据传输模式：单向、双向传输或轮流交替 信号形式：选用什么信号传输，电信号或光信号 编码：0和1如何表示 传输介质,数

40、据链路层：把不可靠的信道变为可靠的信道，在链路上无差错地传送帧。 主要涉及问题： 点对点传输：将数据从一个节点到下一个节点。 地址：即节点的物理地址。 访问控制：当多个设备连到同一条链路上时，需确定哪个设备访问链路。 流量控制：协调发送方和接收方之间速度。 差错控制：恢复出错的数据帧。 帧同步：即接收方和发送方时钟同步。,网络层：在源节点目的节点之间进行路由选择、拥塞控制、顺序控制、传送包（分组），保证报文的正确性。 主要涉及问题： 源站到目的站的传输：有效地将分组从源站传输到目的站。 逻辑地址：分组头中的源地址和目的地址。 路由选择：决定分组的传输路径。 拥塞控制：如果出现过多的分组将会产生

41、阻塞通路，形成瓶颈。要控制分组，避免出现拥塞。 网络互连：当分组要跨越多个网络才能到达目的地时，就要解决寻址方式、分组长度以及使用的协议等问题。,传输层：提供端端间可靠的、透明的数据传输，保证报文顺序的正确性、数据的完整性。 主要涉及问题： 端到端数据传输：从源端传输数据到目的端。 服务访问点(SAP)：确保数据传输到目的端。 对数据进行分段，待其到达目的端后，再装配数据，使其重新还原。 连接控制：决定是否经单一通道传输数据。,会话层：建立通信进程的逻辑名字与物理名字之间的联系，提供进程之间建立、管理和终止会话的方法，处理同步与恢复问题。 主要涉及问题： 会话管理：怎样将数据组成子会话。 会话同步：确定用什么次序传送对话单元给传输层。 对话控制：确定由谁发送，以及在什么时候发送。 会话终止：确定在会话终止以前数据交换已完成。,表示层：实现数据转换（格式、压缩、加密等），提供标准的应用接口、公用的通信服务、公共数据表示方法。 主要涉及问题： 变换：将发送方的数据编码转换为标准的数据编码，在到达目的地后，在转换成接收方地数据编码。 加密 压缩 应用层：它负责网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，对用户不透明的各种服务，如Email。,各层作用范围