第3章网络体系结构的基本概念Word格式.docx

1、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

2、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

3、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。

4、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

5、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。

6、 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19771979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

7、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ISO 7498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 1OSI/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。 2OSI/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。 3OSI/RM各层的主要功能 （1）物理层（Phys

8、ical layer）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（Data link layer）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（Network layer）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（Transport layer）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（Session layer）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（Presentation layer）数据格式转换，数据加密

9、与解密，数据压缩与恢复等功能。（7）应用层（Application layer）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TCPIP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

10、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， TCPIP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

11、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

12、、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

13、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 bV（S）0，对发送状态变量初始化 cN（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）aV（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