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1、10/21/2019,主题8：在庞大而复杂的Internet中，如何实现数据通信？计算机网络体系结构P24,讲师：左瑞娟 邮箱：zuoruijuan QQ：21376809,2,如何激活物理连接、传送数据,终止物理连接使原始的数据比特流能在物理媒体上传输 如何识别接收数据的计算机 如何确定目标计算机是否开机或联网正常 如何确定对方已做好文件接收和存储的准备 如何处理传输中出现的各种错误 不同的通信介质有线（双绞线、同轴电缆、光缆）、无线信道等 不同种类的设备主机、路由器、交换机、接收器、发送器、中继器、集线器、互连设备，各种插头、插座，LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接、插头，等 不同的物理
2、连接方式点对点 多点连接 广播连接 不同的软/硬件、接口和通信约定（协议） 异种机不同的计算机体系结构采用的数据表示法不同EBCDIC码（IBM）、ASCII码，需进行数据格式转换 不同的操作系统UNIX、Windows等 不同的应用环境固定、移动等 ,当然不是！,1.计算机网络中是不是所有设备连接在一起就能通信呢？,3,想一想： 收信人与发信人之间、邮局之间，是在直接通信吗？ 发送端，邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？ 接收端，邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？,生活中的分层和协议实例,不是，是通过下一层提供的服务，实现对等层的通信，实际通信在最底层完成。,封装,拆分,封装,拆分,协
3、议,分层,那解决复杂的网络通信的基本思想是什么呢？,分层+协议P24,4,计算机网络中，层、协议和层间接口的集合被称为计算机网络体系结构。 换句话说：体系结构包括三个内容：分层结构与每层的功能、服务与层间接口、协议。 网络体系结构中： 每层可能会有若干个协议 一个协议只属于一个层次 协议可以由软件或硬件来实现： 网络通信协议软件、网络驱动程序 网络硬件,什么是计算机网络体系结构？,5,由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构OSI/RM最终在市场化方面失败了 实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构 事实上的(de facto)国际标准,“开放系统互连参考模型”，一种非垄断的体系结构,两个重要
4、的计算机网络体系结构模型,6,OSI七层协议体系结构（该标准失败了，未投入实际应用）,互联物理传输媒体,资源子网,通信子网,主机A,主机B,7,8,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,9,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应用层 PDU 再传送到运输层,加上运输层首部，成为运输层报文,运输层负责向两个主机中进程之间的通信提供服务，具有复用功能、分用功能,多个应用进程可同时使用运输层的服务
5、,运输层把收到的信息分别交付给上面应用层的相应进程,运输层主要协议：1.TCP(传输控制协议)面向连接的，数据传输单位是报文段，可提供可靠的交付 2. UDP（用户数据报协议）无连接的，数据传输单位为用户数据报,10,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,运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）,11,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,12,主机 1
6、向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,13,主机 1 向主机 2 发送数据,应用层(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,主机 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,主机 2,14,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,物理层接收到比特流，上交给数据链路层,15,主机 1 向主机 2 发送数据,5
7、,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,16,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,网络层剥去首部，取出数据部分 上交给运输层,17,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,运输层剥去首部，取出数据部分 上交给应用层,18,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应用层剥去首部，取出应用程序数据 上交
8、给应用进程,19,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,20,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,21,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,10100110100101 比 特 流 1101
9、01110101,计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路层,22,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,T2,23,H3,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给运输层,24,H4,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,运输层剥去报文首部后 把报文的数据部分交给应用层,25,应
10、 用 程 序 数 据,H5,应 用 程 序 数 据,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,26,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,27,应用层（Presentation Layer ）P28,应用层直接为用户的应用进程提供服务（如支持电子邮件的SMTP协议、支持远程登录Telnet协议、支持万维网的HTTP协议等，支持文件传输的FTP协议等等）。应用
11、层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵守的协议 应用层协议的例子： TCP/IP: Telnet、SMTP、FTP、DNS、HTTP、,28,传输层协议负责将源主机应用程序产生的数据可靠的传输到目的主机使用这些数据的应用程序中。 PDU：数据段（报文，报文段） 只存在于端主机中； 实现源主机到目的主机“端到端”的连接 在这一点上与网络层的区别是什么？,网络层：为主机之间提供逻辑传输 传输层：为应用进程之间提供逻辑传输 二者之间类比 主机：单位的传达室 进程：单位中的职工 应用层报文：信件 网络层协议=邮局的投递服务，只负责递送到传达室 传输层协议=传达室的收发服务，负责递送到每个职工,传输层
12、（Transport Layer）P28,29,功能： 地址映射： 源端网络进程地址映射到网络地址，或反之； 复用/分用： 应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到运输层，然后共用网络层提供的服务。 运输层把收到的消息分别交付给应用层中的相应进程 进行数据分段并在目的端重组 提供“面向连接” 和“无连接” 两种服务： TCP（传输控制协议）面向连接到，数据传输的单位是报文段（segment），提供可靠交付 UDP（用户数据报协议）无连接的，数据传输单位是用户数据报，不保证提供可靠交付 传输差错校验与恢复； 流量控制，防止数据传输过载。 拥塞控制,30,传输层的任务,31,将数据设法从源端经过
13、若干个中间节点传送到目的端，负责最佳路径选择和包的转发 PDU：分组或IP数据报 网络层的主要协议是无连接的IP 协议及许多路由选择协议,网络层（Network Layer，Internet Layer）P28,32,功能： 消除网络的异构性 寻址、路由选择和分组中转 分段与组合：大数据块分段（把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组，小数据块组合,33,链路层的任务,两节点间可靠的数据传输,Ethernet, X.25, ATM, ,34,在相邻节点间的链路上传输帧数据 PDU：帧（Frame) 功能： 建立与拆除数据链路连接 组帧：将从物理层接受到的比特流组合成数据块（帧）即帧封装，按顺
14、序传送，处理返回的确认帧 物理寻址：MAC地址/物理地址 定界与同步：产生/识别帧边界 错误检测/恢复：当物理层接受到的信息有所丢失或存在干扰信息，处理传输差错，进行可靠的传输,数据链路层（Data Link Layer）P28,35,物理层（Physical Layer）P29,物理层的任务是透明的传送比特流。 传输的基本单位：比特(bit) ， 服务：串行和并行 物理层协议主要规定： 机械：物理连接时插头和插座的尺寸、插针或插孔芯数及排列方式，等 电气：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大传输距离等 功能：接口引（线）脚的功能和作用 规程：规定了数据交换时的控制步骤，包括信号
15、时序，应答关系，操作过程，使得比特流传输得以完成,36,RS-232-C,外形为25针或9针的D形连接器 通信速率（b/s）： 100、300、600、1200、2400、4800、9600、19.2K、33.6K、56K 信号电平： 逻辑“1”：-3V-15V 逻辑“0”：+3V+15V 引脚定义：,37,38,39,TCP/IP是由数十个具有层次结构的协议组成的一个协议集。 TCP和IP是该协议集中的两个最重要的核心协议。 TCP/IP是Internet上的标准通信协议集。 TCP/IP标准以“请求注释”（RFC）文档发布： TCP RFC 768, UDP RFC793 IP RFC 791 DNS RFC 1034, 1035, FTP RFC 959, 1635,TCP/IP参考模型26,40,41,TCP/IP与OSI/RM的对应关系,42,沙漏计时器形状的 TCP/IP协议族,HTTP,SMTP,DNS,FTP,TCP,UDP,IP,网际层,网络接口层,运输层,应用层,网络接口
