计算机网络的层次化结构

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1、 计算机网络的层次化结构计算机网络的层次化结构深入理解计算机网络的层次化结构的概 念理解和体会每一层的具体功能分工掌握TCP/IP体系结构模型了解ISO/OSI七层标准模型2-1 2-1 引引言言凡是通过计算机网络可以相互访问的计算机系统就 叫作“开放式系统”。开放式系统互连是一个很复杂 的问题。 基于功能分层的网络体系结构，是一 种对复杂系统的分层化设计技术。利用这种技 术，可以将不易处理的复杂而庞大的设计问题 转化成为一些较容易研究和处理的局部问题， 即“单层”设计问题。 我们要掌握如下几个重要方面：认识计算机间通信过程是分层的进行的；了解如何构建一种分层的网络体系结构；了解分层的多和少对

2、计算机网络的性能和实现有何 影响？2-1-1 2-1-1 计算机间的分层通信计算机间的分层通信计算机网络中，不管是用户间的应用操作还是 网络系统本身的运作过程，最基本的活动是计算 机之间的机间通信。剖析计算机间通信的真实过程，是构建和理解 网络体系结构的基础。从简单的普通电话、电报通信到复杂的计算机 通信，通信过程及其功能分布都剖析成为逻辑上 分层地进行的综合过程。请看下面的实例：普通电报通信的分层处理过程普通电报通信的分层处理过程发报人收报人报文认知与理解规则报文 编码报文 译码报文的编码/译码规则发报局收报局电报局间通信规则电报通信网发报机收报机数据传输规则计算机间通信的分层处理过程计算机

3、间通信的分层处理过程 （以传送计算机文件为例）以传送计算机文件为例） 主机A文件存 储器主机B文件存 储器文件传输进程文件接收进程 文件进程间通信协议通信服务设施 主机-主机间通信协议数据通信网络网络接入协议网络内部各种通信协议网络接入协议2-1-1 2-1-1 计算机间的分层通信（续）计算机间的分层通信（续）几个基本概念： 一、比特率数字通信的内容是以二进制数的形式发送 的，每个二进制数占一个二进制位（比特）， 每秒传送的比特数就是信道传输的比特率。 二、协议协议指的是两台通信设备之间管理数据交 换的一整套规则。 简单的说即为共同遵守的规则2-1-1 2-1-1 计算机间的分层通信（续）计算

4、机间的分层通信（续）三、同等层协议( Peer Protocol )层次化结构的网络中，每一层的功能都有明确 的定义，计算机之间的通信是通过两个节点的同等层 的协议实现的。 四、层间服务与接口每一个上面功能层的工作都是依托它的下一层所 提供的支撑来运行的，这个支撑就是“服务”。 每一层对上层提供透明的服务。 五、主/从的概念主动发送通信请求主 被动聆听从 主/主的概念2-1-1 2-1-1 计算机间的分层通信（续）计算机间的分层通信（续）结论：任一对应用实体（每一层中活跃的元素 ，可以是进程或硬件）之间的通信，实际上是 同时在不同层次上“对等实体”的各自协调工作( 即分层通信过程)来配合完成的

5、，是所有各功能 层上通信过程的总效果。基于系统分层功能的通信概念，即形 成了网络系统的分层体系结构(Layered architecture)六、单工通信和双工通信的概念单工通信半双工通信双工通信2-1-22-1-2 计算机网络的分层模型计算机网络的分层模型最高层最高层较低层较低层最低层最低层传 输 介 质实线表示：物理通信虚线表示：虚拟通信u在现实的通信系统中，真实的数据传递关系必须 是“物理通信”。 （图中纵向的信息流是真实的信息传输途径 ）u网络体系结构中的一对同层实体之间的通信过程 ，是同等层之间的“虚拟通信”（物理层除外）。 （图中横向的虚线信息流在同等层之间的流动只是 一种“逻辑”

6、上的概念）2-1-3 2-1-3 网络模型网络模型应用层运输层网络层链路层物理层应用层运输层网络层链路层物理层 传输介质原始的比特流数据帧数据包（报文分组 ）报文（段）报文2-1-42-1-4ISO/OSI ISO/OSI 七层标准模型七层标准模型应用层表示层会话层运输层网络层数据链路 层 物理层应用层协议表示层协议会话层协议运输层协议物理层协议物理层协议网络层协议链路层协议网络层协议链路层协议通信 子网应用层表示层会话层运输层网络层数据链路 层 物理层2-1-5 2-1-5 TCP/IPTCP/IP体系模型体系模型7应应用 层层 6表示层层5会话话 层层 4运输输 层层 3网络络 层层 2链

7、链路 层层 1物理层层通信子网层电话网X.25网局域网无线网运输层协议TCP应用层网络层协议IP OSI 体系模型2-2 2-2 物理层物理层物理层是层次化模型中最低的一个功能层，它是开放 系统互连通信的物理基础，因为该层在以物理媒体为基础 的数据线路上，完成数据码位(比特)的真实传输过程，故 谓之“物理层”。 物理层的任务：将信息用适合传输媒体的“物理”特性的 方式传送到媒体上去进行传输。该层主要完成三个方面的功能：1、物理连接的建立与拆除；2、物理服务数据单元传输；3、物理层管理。2-2-1 2-2-1 物理传输媒体物理传输媒体传输媒体又称为通信介质或媒体，它的特性直接影响 通信的质量指标

8、，如：信道容量、数据传输速率、误码 率、及线路费用等。可以从两大方面来了解传输介质的特性：l 物理特性物理结构、形态尺寸、覆盖范围、价格 ，以及连通性与使用方便性等；l 传输特性可用的信号带宽、原始误码率、传输损 耗，以及抗干扰能力等。网络中的传输介质有电话线、同轴电缆、双绞线、光 导纤维电缆、无线与卫星通信信道。一、一、 光纤光纤 用光传输数据用光传输数据u 光纤通过传递光脉冲来进行数字通信，有光脉冲相当 于传输“1”，而没有光脉冲相当于传输“0”。u 一根光纤中每秒传递几百个“太”位（1012）的信息速 率，所以它是目前最理想的宽带传输介质。光纤作为传输介质，它具有许多优点，例如：l 传输

9、频带非常宽，因而通信容量大；l 误码率极低，传输损耗小，无中继传输距离长；l 不受雷电和电磁干扰，本身也无相互串扰和辐射，所以 安全性和保密性好；体积小，重量轻。各种类型的光缆各种光缆各种光缆各种光缆内部结构各种光缆内部结构光纤跳线光纤跳线 ST-STST-ST光纤跳线光纤跳线 ST-SCST-SC光纤跳线光纤跳线 SC-SCSC-SC 双绞线有屏蔽型双绞线STP和无屏蔽型双绞线UTP两类，一 般泛指无屏蔽型双绞线，常用的有UTP-3，UTP-5等，采用RJ- 45头（8芯）。用于局域网中数据信号传输，与集线器的距离最大为100米， 可用速率为10Mb/s至100Mb/s。特点： 布线容易、接

10、口便宜，属于 性能适中的经济实用型介质。二、双绞线二、双绞线TIA/EIA 568A 或TIA/EIA 568B1 2 3 4 5 6 7 8 568A 568B1 白绿 白橙2 绿 橙3 白橙 白绿4 蓝 蓝5 白蓝 白蓝 6 橙 绿7 白棕 白棕8 棕 棕三、三、 同轴电缆同轴电缆：电缆的两个末端一定需要1个终结器。5050欧姆同轴电缆：欧姆同轴电缆：又称基带同轴电缆，广泛用于局域 网中传输基带数字信号。可用距离在1公里以内，数据信号 传输速率上限可达50Mb/s 。 7575欧姆同轴电缆：欧姆同轴电缆： 又称宽带同轴电缆，就是公用天 线电视系统CATV中的标准传输电缆，一般用于模拟传输系

11、 统，适于用在城域网中。在作数字传输应用时，必须将其 数字信号转换成模拟信号在缆线上多路复用传输。特点：由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有较高的 抗干扰能力，比较宽的可用频带；无中继传输距离比双绞 线略长，但是价格比双绞线贵，且步线、连接、接口不方 便，现应用已不是很多。四、四、 无线通信无线通信主要有：主要有：微波通信、微波通信、红外通信、红外通信、激光通信、激光通信、卫星通信。卫星通信。数据传输速率 : 数字通信的内容是以二进制 的方式发送的，每位二进制所含的信息量是1比特，每秒 可以传输的比特数就是信道传输的比特率。 带宽：带宽是指在一个物理信道内可以传输信号频 率的范围。电话线的信号

12、传输频率范围从 300 Hz 到 4000 Hz，带宽为3700Hz。带宽越宽，媒体的数据传输 容量就越大。带宽不等同于数据传输速率，后者单位是比特每 秒（bps）时延： 信号不论是在何种媒体中传输，总要经过 一定时间，这就是“时延”。一种媒体内，传输信号的 时延值在信道长度固定了以后是不可变的，不可能通过 减低时延来增加容量。带宽和时延是反映网络通信信道的两个主要 参数。2-2-2 2-2-2 传输中基本概念与技术传输中基本概念与技术编码和解码（Coding and Decoding）将计算机内部的二进制的TTL电平脉冲转变成合 适物理媒体内传送的一种能量形式的代码，以便减少传输 过程中的能

13、量损失，降低误码率，这就是“编码”。将这 个能量形式的信息转换回原来的数字信号，这就是“解码 ”。计算机网络中常用的有三种：RS-232C异步串行 ASCII码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。 调制与解调（Modulation and Demodulation）对数字数据的模拟信号编码（更通常地称为“调制 ”）。调制就是利用一个固定频率的正弦波作载波，以要传 送的数字脉冲信号为控制信号，让载波的某个物理特性（ 如振幅、频率、相位等）按照该控制信号发生相应的变化 ；从调制后的载波信号中还原出数字信号的过程就是“解 调制”。 常用的调制方式有：1、幅度调制（调幅AM） 2、频率调制（调频FM）3

14、、相位调制（调相PM）在数据通信系统中大多以载波调幅传输为主。SDH技术（同步数据传输系统）SDH技术它是一种可以方便的提供时分复用的 基础网络通信技术，利用SDH的复用设备，可以将光纤的 带宽按照需要的传输速率来分割，每一条分割出的信道都 可以用来作为单独的通信电路通到用户的计算机上去。在 SDH系统上分割出的专线业务称为DDN (Digital Date Network)。ATM技术（异步传输模式）它比SDH在分配光纤的带宽方面具有更大的灵活 性。而且它同时支持DDN专线业务和电信部门的传统的业 务。直接在光纤上传IP的技术用户的网络接入技术1、综合业务数字网（ISDN）2、高速数字接入设

15、备（ADSL，xDSL）。ADSL（非对称数字用户线环路）是一种非对称的DSL技术，所谓非对称是指用户线的上行速率与下行速率不同，上行速率低，下行速 率高，特别适合传输多媒体信息业务，如视频点播、多媒体信息检 索和其他交互式业务。ADSL能够提供下行8Mbps/上行1Mbps的最 高独占带宽,现有的ADSL Modem是10M以太网连接方式， ADSL是 点到点连接,保密性好, 3、同轴电缆宽带调制解调器（Cable Modem）Cable Modem能够提供下行36Mbps/上行10Mbps的最高共享带宽。实际情况是为了对付线路的问题 (噪声/损耗/干扰.) 也有都采用QPSK调制，使得上下行都是10Mbps的理论速度。（共享带宽）4、局域网（LAN） 5、无线接入（Wireless） WIFI与WPA本地异步通信接口RS-232C RS232-C被用于计算机与Modem、键盘或终 端之类的设备之间传输字符。 RS-232C协议是以字节 为单位的信息的传送协议。 它允许发送者在任何时刻发送一 个字符，而且在发送一个字符后进入任意等待状态。由于采 用异步方式，发送方与接收方不需要就发送和接收信息进行 交互与合作。 RS232-C规定了详细的机械特性、电气特性和 功能特性。 接口线的信号电平规定-