第三章 计算机网络体系结构ppt课件

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1、2 1网络体系结构及协议概念 2 1 1网络体系结构的概念 计算机网络体系结构与网络协议是计算机网络技术中的关键 计算机网络的实现需要解决很多复杂的技术问题 例如 支持多种通信介质 支持多厂商和异种机互联 其中包括软件的通信规定及硬件接口的规范 支持多种业务 如远程登录 数据库 分布式计算等 支持高级人机接口 为了满足以上的种种需求 现代计算机网络就必须按高度结构化方式分层处理来满足需要 网络体系结构的定义 网络体系结构是指网络的基本设计思想及方案 并要定义各个组成部分的功能 从而达到用户要求 而层次结构是描述体系的基本方法 它的特点是每一层都建立在前一层基础之上 低层为高层提供服务 层次结构

2、简化了对复杂的计算机网络的研究工作 好处 2 1 2网络协议网络协议的定义 网络协议是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合 2 1 3分层原理 各层之间是独立的 这样的话 某一层可以忽略其他层的实现细节 只要知道下一层通过界面 接口 所提供的服务 利于实现和维护 某个层次实现细节的变化不会影响其它层次 采用层次化结构的好处 结构上可以分割开 各层都可以选择最合适的实现技术 整个系统被分解为若干个范围较小的部分 便于实现 调试和维护 易于标准化 基本概念关于 层描述OSI协议时 一般从层次结构的角度出发 将最高层和最低层以外的任何一层称为 第 层 其相邻的上一层为 第 层 其相邻的下一层为

3、 第 层 而 层则表示有 个层次 1 实系统在通信网中 将现实中能够进行信息处理和信息传送的自治整体称为 实系统 2 开放实系统一个实系统与其它实系统之间的通信遵守OSI标准 则称它为 开放实系统 实体实体表示任何一个可以发送和接收信息的硬件或软件进程 负责完成子系统所承担的处理任务 可以为一个软件模块 或具有一定功能的硬件模块 协议 协议是不同开放系统对等实体进行通信的规则的集合 即两个 实体必须使用相同的 协议才能通信 服务在 协议的控制下 两个对等的 层通过对等 实体的工作 分别为上一层 层提供服务 同样 实体要执行 协议 还要 实体为其提供服务 服务访问点在同一系统中 一个 实体和一个

4、 实体相互作用时 信息必须穿越上下两层之间的边界 将这样的边界称为服务访问点 SAP 相邻实体之间允许有多个SAP 但一个 只能被一个 实体使用 数据单元数据单元 协议数据单元 不同系统某层对等实体为实现该层协议所交换的信息单位 由 协议控制信息PCI用户数据 服务数据单元 上层服务用户要求服务提供者传递的逻辑数据单元 接口数据单元 在同一系统中相邻两层实体的第一次交互中经过层接口的信息单元 由 接口控制信息 接口数据 协议数据单元 协议数据单元 PDU 是指在不同开放系统的各层对等实体之间 为实现该层协议所交换的信息单元 接口数据单元接口数据单元式指在同一开放系统的两个相邻层实体之间的一次交

5、互中 进过层间接口的信息单元 服务数据单元 服务数据单元是指 N 实体为完成 N 服务用户请求的功能所设置的数据单元 2 4 3 服务原语 在OSI RM中 上层使用下层的服务 必须通过下层交换一些命令 这些命令称为服务原语 服务原语 请求 用户要求服务做某项工作 指示 用户被告知某事件发生了 响应 用户表示对某事件的响应 确认 用户实体收到关于它的请求答复 服务原语的表示方法 空间表示法 在空间表示法中 纵坐标代表层次 服务原语发送的顺序由小圆圈中的数字表示 时间表示法 纵坐标表示时间 强调服务原语的先后顺序 2 服务类型 服务是网络中各层实体向其相邻上层提供的一组功能集合 两大类服务 面向

6、连接服务 每次完整的数据传输必须经过建立连接 数据传输 中止三个阶段 无连接服务 每个报文带有完整的目的地址 每个报文在系统中独立传送 计算机网络体系结构的出现 加快了计算机网络的发展 但由于当初不同厂家的制定的网络体系结构不相同 在计算机间的通信很难实现 所以需要制定一个国际标准 在制定计算机网络标准方面起着很大作用的两大国际组织是 国际电报与电话咨询委员会 CCITT ConsultativeCommitteeonInternationalTelegraphandTelephone 与国际标准化组织 ISO InternationalStandardsOrganization 2 2 开放

7、系统互联参考模型OSI RM 1983年形成开放系统互联基本参考模型的正式文件 即ISO7498国际标准 我国的相应国家标准是GB9387 2 2 2 划分层次的原则 各子模块具有相对的独立性 模块之间交互的信息尽可能少 从而尽可能地减少模块之间的依赖性 层次不能太多 也不能少 尽可能地保持各层功能的相对独立性 但又要使各邻接层的功能便于线接 以构成功能上的单向依赖关系 保证只在相邻层之间建立接口 尽可能地把近似的功能集中在一起构成一层 以便于局部化 但对那些在进程执行过程中所涉及的执行方法显然不同的功能应建立独立的层次 以便进行特殊处理 考虑数据处理的需要 在数据处理过程需要不同的抽象级的地

8、方设立单独的层次 而当不需要该服务时 也可以绕过这些子层次 应该把层次分成理论上需要的不同等级 每一层只与它的上 下邻层产生接口 履行其特定的功能 OSI是以综合开发通信协议体系为目的 从系统转移数据直至对各系统中的文件 数据库及程序资源的访问调用以及各种通信功能都作为它的标准化对象 OSI中的 开放 是指凡遵守OSI标准的系统可以互联 彼此能开放式地进行通信 并且确保在导入新的通信业务时能够很容易地追加新的功能 2 2 3 模型概述 最底层 最顶层 通信子网 OSI中数据流动过程 用户看到的数据流向 实际数据流向 实际数据流向 实际数据流向 物理层 第一层 OSI模型的最低层 该层通过物理介

9、质 如网络电缆 传输无结构的原始位流 物理层完全面向硬件 它负责通讯计算机问物理链路的建立和维护过程中个方面的工作 物理层还负责运载由其上各层产生的数据信号 2 3 OSI RM各层主要功能概述 1 物理层 物理层接口的特性 四个特性 1 机械特性 主要规定DTE DCE接口连接器的形状和尺寸 引脚数和引脚的安排2 电气特性 主要规定每种电信号的电平 信号脉冲宽度 允许的数据传输速率和最大传输距离3 功能特性 规定接口电路引脚的功能和作用4 规程特性 规定接口电路信号发出的时序 应答关系和操作过程 1 DTE 数据终端设备 指网络中用于处理用户数据的设备 是计算机网络中的数据源和信源 2 DC

10、E 数据电路端接设备 介于DTE与网络介质之间的设备 用于将DTE发出的数字信号变为适合在传输介质上传输的信号形式 并将它送到传输介质上 和从传输介质上收取发来的信号 物理层的功能 1 物理连接的建立和拆除对于面向连接的服务而言 传输数据时建立连接 数据传输完毕拆除连接2 物理服务数据单元传输采用同步或异步方式传输数据单元3 物理层管理功能激活或差错控制 DTE与DCE在网络中的位置 物理层提供的服务 1 物理连接 a 点到点连接 两个数据链路实体的一对一连接b 多点连接 一个数据链路实体与多个数据链路实体的连接2 物理服务数据单元 串行传输 传输介质上信息一位一位向目的地传输并行传输 由若干

11、位信息并排向目的地传输3 顺序化 在传输时保证收到的位顺序与发送的一致4 数据电路标识 提供惟一能标识两相邻系统之间数据电路的标识符5 故障情况报告 物理层内出现差错时能向数据链路实体报告物理层中所检测到的故障和差错 6 服务质量标准 质量指标包括误码率 服务可用性 数据传输速率 传输时延 常用的物理层接口简介1 EIARS 232 EEIARS 232是美国电子工业协会依照CCITT的相关标准加以具体实现的一个物理层异步通信接口标准 用于在模拟信道环境下传输数据信号 1 EIARS 232 E机械特性 EIARS 232 E规定了一个25引脚针状的连接器 DB25接口 用来连接DTE和DCE

12、 2 功能特性 规定了25针中各个信号的含义 3 电气特性 采用负逻辑 低于 3V表示1 用高于3V的电压表示二进制0 最大速率19 2Kbps 电缆长度15米 4 规程特性由一组标准信号线与之对应 描叙了接口事件发生的顺序 数据链路层 第二层 将数据帧从网络层发送到物理层 它控制进出网络电缆的电脉冲 在接收端 它将来自物理层的位流转换位数据帧 数据帧是一种可存放数据的逻辑组织结构 数据的电子表示法 位模型 编码方法和令牌 只能在这层识别 2 数据链路层 1 数据链路层的功能 传输链路传输链路是用于传输数据的通信信道 由双绞线 光纤 同轴电缆 微波 卫星通信等构成 信道分为链路与通路两种 链路

13、 两节点间完全由通信介质连接 中间无网络节点 通路 两节点间有一条信道 中间可有网络节点中继 为了在相邻网络实体间建立 维持 和释放数据链路连接 及传输数据链路服务数据单元 为保证数据传输的可靠 发送方把用户数据封装成帧 并按顺序传输各帧 并担负将接手的帧进行校验 奇偶校验或CRC校验 看收到的帧是否正确 2 数据链路的服务 1 数据链路连接的管理a 无连接 无应答的服务 要求线路误码率低 主要传输实时数据如语音b 有应答 有连接服务 主要是目的方收到帧后要用应答的方式告诉源方收到帧的情况 应答有3种 1 正向应答 收到的帧为正确的就回确认帧2 双向应答 收到的帧为正确和错误都回确认帧3 负向

14、应答 仅当收到出错帧才回答c 面向服务连接 三个阶段 建立连接 传输数据 拆除数据链路 2 帧同步 数据链路层的服务数据单元为帧 帧同步要求数据通信的接收端能够从收到的比特流中准确识别出一帧的开始位置和结束位置 以便协调发送端与接收端之间的工作 并提供一种有利于提高通信效率的传输方式 4 顺序和流量控制 用于控制数据链路上的帧在相邻节点之间传输 以保持差错的检测与控制 3 差错的检测和恢复用于检测传来的比特流中是否有出错的 有检错与纠错码 6 对数据和控制信息的识别 有能力区分同一帧中的控制信息和数据信息 5 寻址保证每一帧能送达正确的地理位置 同时接收端也知道发送端是谁 7 透明传输 要求所

15、传的数据无论是怎么样的比特组合 都能够在数据链路层上传输 当所传数据的比特组合与某一控制信息相同时 则必须采取措施 避免接收端将此数据当控制信息 高级数据链路控制规程 为在数据链路层实现数据的可靠传输 发送端与接收端双方都应共同遵守一定的协议或规则 这些协议和规则就称为数据链路控制规程 DLCP DataLinkControlProcedure 解决的问题有 数据编码格式 数据控制字符 报文格式 呼叫及应答方式 传输步骤 差错控制方式 通信方式 同步方式 信息传输数率等 数据链路控制规程分为 面向字符型传输控制规程 面向比特型传输控制规程 HDLC的概念 HDLC是由IBM公司推出的面向比特型

16、的数据传输规程 SDLC 经ISO修改而来 协议的特点是所传输的一帧数据可以是任意位 而且它是靠约定的位组合模式 而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束 故称 面向比特 的协议 HDLC定义了3种类型的站 2种配置和三种数据传送形式 3种类型的站 主站 功能是发出命令帧 接收响应帧 并负责整个链路的控制 次站 功能是发出响应帧 接收主站的命令帧 并配合主站参与部分链路控制 复合站 兼具主站与次站的功能 2种链路配置 非平衡配置 由一个主站和一个次站组成点到点结构 或由一个主站和多个次站组成点到多点结构 支持半双工和全双工结构 平衡配置 双方都由一个主站和一个次站以对称形式构成 或双方均由符合站构成 支持半双工和全双工结构 3种数据传输方式 正常响应方式 用于非平衡配置 特点是只有主站才能发起向次站的数据传送 次站只能以响应帧的形式回答主站 异步响应方式 用于非平衡配置和平衡配置中的点到点链路结构 特点是不需要等待主站的特殊指令就可以向主站发送响应帧 异步平衡方式 用于平衡配置 每个站都为符合站 可以平等发起数据传输 HDLC的帧格式 2 面向位的传输通过HDLC 高级数据链路控制协议 将