第3章网络体系结构的基本概念Word格式.docx

第3章网络体系结构的基本概念Word格式.docx

《第3章网络体系结构的基本概念Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章网络体系结构的基本概念Word格式.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

本章是要通过学习，使学生了解服务器设备选择的要求和特点，以及设备的安装。

实践分析：

通过网络体系结构的学习，了解网络各层的功能和实现，以及他们的区别。

问题思考：

对一些重要的内容，对学生启发教学，并提出问题，使他们能够自己思考了解、理解。

具体问题：

1、网络通信协议的功能。

2、什么是OSI/RM？

3、计算机网络被划分成几层，各层的功能是什么？

第一节协议和体系结构

一、网络通信协议（Protocol）

数据链路是由物理链路和逻辑链路组成的。

其中，逻辑链路就是由协议和相应的规程组成的。

1．协议的定义

也称为网络协议。

网络通信中要完成的包括：

信息表示、对话控制、顺序控制、路由选择、链路管理、差错控制、信号传送与接收等问题,这些都是可以通过相关的协议来实现的。

定义：

为网络数据通信而制定的规则称之为网络协议。

网络协议3个要素：

语法、语义和同步（时序）。

（1）语法：

数据和控制信息的结构和格式。

【目的地址，源地址，以及相应的位置】

（2）语义：

控制信息的含义。

【何种控制信息需要发出，响应如何】

（3）同步：

即通信中事件的实现顺序。

【举例：

说话的过程，来说明问题。

】

2．网络协议的层次结构

计算机网络需要实现的任务是复杂的，所以协议也必然会是很复杂。

要单独通过一个模块实现是很复杂的，实现和更新都不方便，所以采用层次结构模型来描述网络协议。

每一层定义了一个或多个协议，以完成相应的部分的通讯功能。

【举实际中的例子来说明，公司的层次；

邮局的例子】

（1）分层的概念。

体现了“分工合作”的思想。

每一层只需要关心自己所需要做的工作。

这种结构化的设计方法，各层次相对独立、界限分明，以便网络的硬件和软件分别去实现。

（2）服务的概念。

下层向上层提供“服务”，上层使用下层的“服务”，同时又为更高一层提供自己的“服务”。

【区别：

协议是水平的关系，服务是垂直的关系】

（3）接口的概念。

接口是相邻层间交换信息的连接点。

低层向高层通过接口提供服务。

【就像是电视的遥控器，只要使用就可以了，不用了解内部的功能构造】

（4）对等实体的概念。

每一层次中包括两个实体，称为对等实体。

（5）通信协议的概念。

网络中各层的对等实体之间都将进行通信，需要有一套双方都遵守的规则──通信协议。

（6）层次结构的概念。

二、网络体系结构

1．网络体系结构的定义

定义：

计算机网络的所有功能层次，各层次的通信协议以及相邻层次间接口的所有集合。

2．网络体系结构的分层原则

网络协议都采用层次结构。

不同网络协议的分层方法会有很大差异。

分层考虑原则：

（1）各层功能明确。

具有自己特定的，与其他层次不同的基本功能。

（2）接口清晰简洁。

要求通过接口的信息量最小。

（3）层次数量适中。

避免层次太多而引起系统和协议复杂化。

（4）强调标准化。

各层功能的划分和设计应强调协议的标准化。

3．网络体系层次结构的优点

采取层次结构具有如下一些优点：

（1）各层相互独立：

只要知道下一层服务，而不需了解其实现的细节。

（2）灵活性好：

某一层发生变化时，只要层间接口不变，则上、下层均不受影响。

（3）实现技术最优化：

分层结构使得各层都可以选择最优的实现技术，并不断更新。

（4）易于实现和维护：

可以在较小范围内来实现、调试和维护，操作要简便。

（5）促进标准化：

各层的功能和所提供的服务都可以进行确定、说明，这有助于促进标准化。

4．网络体系结构实例

（1）网络体系结构SNA。

IBM公司于1974年提出的。

（2）数字网络结构DNA。

DEC公司于1975年提出的一个以分层方法设计的网络体系结构。

（3）开放系统互连参考模型OSI/RM。

国际标准化组织ISO于1978年提出的最著名的网络互连国际标准协议。

（4）局域网参考模型IEEE802标准。

IEEE802标准是由IEEE802委员会（美国电气和电子工程师学会的局域网标准委员会）制定的。

（5）传输控制协议/互联网协议TCP/IP。

形成于1977～1979年间，其最早起源于ARPAnet参考模型。

虽然TCP/IP协议与OSI/RM标准有一定的差异。

但由于它是因特网上采用的实际协议标准，并被公认为当前的工业标准或“事实上的标准”。

（6）宽带综合业务数字网B-ISDN。

第二节OSI/RM参考模型

之前，大的计算机公司都定义了自己的网络体系结构。

这些层次的划分，功能的分配与采用的技术术语差异极大。

不同的协议之间却无法直接相连。

所以需要，制定一个国际标准的网络体系结构也就势在必行了。

国际标准化组织ISO于1983年正式发布了著名的ISO7498标准：

“开放系统互联参考模型”OSI/RM。

只是一个技术规范，而不是工程规范。

OSI/RM是在市场已有的计算机网络体系结构基础上，博采众长，而形成的。

一、OSI参考模型

1．OSI/RM的7层模型

从第l层到第7层的命名为：

物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。

2．OSI/RM中的对等实体和7层协议

各层协议定义了相应层的协议控制信息的规则。

3．OSI/RM各层的主要功能

（1）物理层（Physicallayer）

物理层实现透明地传送比特流，为数据链路层提供物理连接。

（2）数据链路层（Datalinklayer）

数据链路层在通信的实体之间负责建立、维持和释放数据链路连接。

（3）网络层（Networklayer）

通过路由算法，选择最适当的路径，并实现差错检测、流量控制与网络互连等功能。

（4）运输层（Transportlayer）

运输层完成端到端的差错控制、流量控制等。

它为高层提供端到端可靠、透明的数据传输。

（5）会话层（Sessionlayer）

组织两个会话进程之间的数据传输同步，并管理数据的交换。

（6）表示层（Presentationlayer）

数据格式转换，数据加密与解密，数据压缩与恢复等功能。

（7）应用层（Applicationlayer）

开放系统与用户应用进程的接口，为OSI用户提供管理和分配网络资源的“服务”，如：

文件传送和电子邮件等。

【举例子说明各层的功能。

应用层（应用层、表示层、会话层）：

这次通信要做什么?

运输层：

对方的位置在哪里?

网络层：

到达对方位置走哪条路?

数据链路层：

沿途中的每一步怎样走?

物理层：

每一步怎样实际使用物理介质?

各层的数据单位使用了各自的名称：

物理层：

比特流。

数据单位为帧。

分组，数据报。

运输层、会话层、表示层和应用层：

报文。

二、TCP/IP参考模型

TCP／IP体系结构是在计算机网络的发展过程中所产生的，虽然并不完美，但是也没有什么大的缺陷，并被大多数的网络所使用。

对于厂商和用户来说，没有必要更换相应的体系结构。

所以，TCP／IP体系结构是计算机网络的事实标准。

层次

主要协议

应用层

HTTP、FTP、SMTP、DNS、DSP、Telnet、WAIS……

传输层

TCP、UDP、DVP……

网络层

IP、ICMP、AKP、RARP、UUCP……

接口层

Enternet、Arpanet、PDN……

第三节物理层

完成物理链路连接的建立、维持与释放；

传输物理服务数据单元；

进行物理层管理。

网络中传输介质是多种多样的。

一、物理层的特性

1．机械特性

机械特性规定接口所用接线器的形状、几何尺寸、引线数目和排列方式等。

【插座大小尺寸、个插脚】

2．电气特性

规定信号线的连接方式相关的电气参数。

【1或O的电平范围、速率和距离限制】

3．功能特性．

对接口连线的功能的定义。

【数据信号线、控制信号线、定时信号线、接地线】

4．规程特性

规定了数据传输时的控制过程和步骤。

【链路建立、维持和解释】

【可以举例说明这几种不同的特想的区别】

第四节数据链路层

一、数据链路层的基本概念

1．数据链路

物理链路的基础上，使用控制规程，构成数据链路。

并形成了有一定格式的数据帧。

一条链路上可以产生多条数据链路。

2．数据链路层的基本功能

物理链路不可靠的。

数据链路层要在物理层提供物理连接的基础上，向网络层提供可靠的数据传输。

所以数据链路层的功能：

（1）链路管理。

链路两端建立、维持和释放数据链路。

（2）帧的装配。

数据单元是帧，封装和解封数据帧。

（3）帧同步。

接收端能够识别出一个帧的开始和结束。

（4）寻址。

在多点式链路中，要知道哪个结点发来的数据，就必须知道发送端的地址。

【MAC地址】

（5）差错控制。

保证相邻结点之间数据传输的正确性。

采用检错重传方法。

（6）流量控制。

相邻结点之间的流量控制。

使接收端来得及接收，以防止接收能力不足而造成的数据丢失。

实现收发双方速度匹配。

【停止等待协议、连续ARQ协议和选择重传ARQ协议】

【网络层、运输层中也需要解决流量控制问题】

（7）透明传输

二、停止等待协议

1．停止等待协议原理

基本思想是：

发送端对发送的数据帧加上校验码并进行顺序编号，每次按顺序发送一个帧，然后等待接收端的响应帧，并且根据响应帧来决定发送下一个帧还是重发原来的帧。

具体操作：

1．发送结点：

a．从主机中取出一个数据帧

b．V（S）＝0，对发送状态变量初始化

c．N（S）＝V（S），再将发送状态变量的值写

入到发送序号中，并将数据帧送入发送缓冲区中。

D．再将缓冲区中的数据帧发送出去。

（但是仍然保留副本在缓冲区中。

）

E．设置超时计时器（设置适当的超时重发时间，tout，一般为大于一次正常数据帧传输与应答信息传输时间的总和。

F．等待。

（等待后面的情况中一种的出现）

G．若是接收到确认信息ACK。

则从主机中取出一个新的数据帧，并为其确定新的状态变量，和序号。

（在这里我们只选用1个比特位来承载序号信息，所以只有两种可能，所以更新状态变量时，使用公式V（S）=1-V（S），就可以了。

）然后再转入第三步。

H．若是收到否认帧，则转入第四步，重传数据。

I．若是超时，则还是转入第四步，重传数据。

2．接收方（协议）

a．V（R）=0。

接收的状态变量初始化，值等于发送方发送的数据帧的序号。

以便于识别接收。

B．等待。

等待发送的数据帧的到来。

C．当接受到一个数据帧时，就开始检错，无错则执行后面的算法。

有错则执行第8步。

D．如果N（S）=V（R）,则说明接收到正确的数据帧，可以接着执行后