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1、Ch3 ISO/OSI模型,计算网络的体系结构,计算机网络的体系结构： 逻辑上的包括硬件软件在内的网络的架构、组成、及其相应的服务以及实现服务的原则和方法,计算机体系结构： 计算机的硬件、软件组成的逻辑结构。 例如： 冯诺依曼结构,网络体系结构：层次协议,为了对体系结构与协议有一个初步了解，我们先分析一下实际生活中的邮政系统,邮政系统分层模型,网络的体系结构,协议分层原则,在进行计算机网络层次结构的划分时，应遵循一定的分层原则，包括 必须使每层的功能明确、相互独立，各层具体实现的方法和更新不对相邻层产生影响； 层间接口必须清晰，跨过接口的信息量应尽可能少； 层数应当适中。,网络的体系结构,2.
2、 网络协议 网络协议是指在计算机网络中，各计算机之间或计算机与终端之间在有关信息传输顺序、信息格式和信息内容等方面的一组约定或规则。,网络体系结构的基本概念,网络协议 同等实体间通信制定的有关通信规则约定的集合 网络协议三要素，语义（Semantics）、语法（Syntax）和定时（Timing sequence）。 语义是指交换的信息含义，即“讲什么”，包括用于协调与差错处理的控制信息； 语法是指“如何讲”，即协议元素的格式，包括数据及控制信息的格式、编码和信号电平等； 定时是指事时执行的顺序，即通信过程中通信状态的变化过程，包括速度匹配和排序等。,接口和服务,接口和服务是层次结构中的两个基
3、本概念。 所谓接口，是指相邻两层之间交互的界面， 定义相邻两层之间的原语操作及下层对上层的服务； 服务是指某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。,网络的体系结构,计算机网络的层次及其协议的集合，即网络的体系结构。具体而言是关于计算机网络应设置哪几层，每层应提供哪些功能的精确定义。至于这些功能应如何实现，则不属于网络体系结构部分,3.2 ISO/OSI模型,功能,物理层： 提供相邻设备间的比特流传输。它是利用物理通信介质，为上一层（数据链路层）提供一个物理连接,通过物理连接透明地传输比特流。 所谓透明传输指经实际电路后传送的比特流没有变化，任意组合的比特流都可以在这个电路上传输
4、，物理层并不知道比特的含义。 物理层要考虑的是如何发送“0”和“1”，以及接收端如何识别。 数据链路层： 负责在两个相邻的节点间的线路上无差错的传送以帧为单位的数据，每一帧包括一定的数据和必要的控制信息，在接收点接收到数据出错时要通知发送方重发，直到这一帧无误得到达接收节点。数据链路层就是把一条有可能出错的实际链路变成让网络层看来好像不出错的链路。,功能,网络层： 网络中通信的两个计算机之间可能要经过许多个节点和链路，还可能经过几个通信子网。网络层数据的传送单位是分组(packet)，网络层的任务就是要选择合适的路由，使发送站的运输层发下来的分组能够正确无误的按照地址找到目的站并交付目的站的运
5、输层，这就是网络层的寻址功能。 对于广播信道构成的通信子网,路由问题很简单，因此这种子网的网络层非常简单，甚至没有。对于通信子网来说，最多只到网络层。,功能,运输层： 任务是根据通信子网的特性最佳的利用网络资源，并以可靠和经济的方式为两个端系统的会话层之间建立一条运输连接，透明的传输报文。 运输层向上一层提供一个可靠的端到端的服务，使会话层不知道运输层以下的数据通信的细节。运输层只存在在端系统（主机）中，运输层以上层就不再管信息传输问题了。 会话层： 会话层虽然不参与具体的数据传输，但它对数据进行管理，它向互相合作的表示进程之间提供一套会话设施，组织和同步它们的会话活动，并管理它们的数据交换过
6、程。 这里，“会话“的意思是指两个应用进程之间为交换面向进程的信息而按一定规则建立起来的一个暂时联系。,功能,表示层： 提供端到端的信息传输。处理的是OSI系统之间用户信息的表示问题。 在OSI中，端用户（应用进程）之间传送的信息数据包含语义和语法两个方面。 语义是信息数据的内容及其含义，它由应用层负责处理。 语法是与信息数据表示形式有关方面，例如信息的格式、编码、数据压缩等。 表示层主要用于处理应用实体面向交换的信息的表示方法。这样即使每个应用系统有各自的信息表示法，但被交换的信息类型和数值仍能用一种共同的方法来表示。,功能,应用层： 是OSI参考模型的最高层,应用层确定进程之间通信的性质以
7、满足用户的需要；负责用户信息的语义表示，并在两个通信者之间进行语义匹配。 就是说应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理（user agent），来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必需的功能。,3.2.2 OSI 工作过程,打包与拆包,3.3 OSI中的各个层次,七个层次,物理层,有四个特性来说明DTE与DCE之间的接口： 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性,物理层,机械特性： 机械特性规定了DTE与DCE实际的物理连接。机械特性详细说明了接插件的形状和尺寸、插头的数目、排列方式以及插头和插座的尺寸、电缆的长度以及所含导线的数目等。
8、这很象平时常见的各种规格的电源插头的尺寸都有严格的规定。 电气特性： 电气特性规定了数据交换信号以及有关电路的特性。一般包括最大数据传输率的说明、表示信号状态(逻辑电平，通/断，传号/空号)的电压和电流的识别，即什么样的电压表示1或0，以及电路特性的说明和与互联电线相关的规定。,物理层,功能特性： 说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。即每一条线的功能分配和确切定义。 ISO物理层采用的功能特性标准有CCITT V.24和CCITTX.24。通常信号线可分为四类：数据线、控制线、同步线和地线。 规程特性： 即通信协议，说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。即各信号线的工作规则和先后
9、顺序。ISO物理层采用的规程特性标准有CCITT X.20/21/22和CCITT V.24/25。,物理层协议,EIA RS232-C接口标准,数据链路层,功能 成帧 差错检测和纠错 流量控制 介质访问控制,数据链路层,数据链路层提供的服务 无确认的无连接服务 有确认的无连接服务 有确认的面向连接服务,数据链路层,成帧： 物理层以比特为单位进行数据传输，数据链路层以帧为单位进行数据传输。 帧是具有一定长度和格式的信息块，一般由一些字段和标志组成。不同网络其帧格式或长度可以不同，但将比特流分成帧的方法基本相同。四种常用的方法为：字符计数法；带填充字符的首尾界符法；带填充比特的首尾标志法；物理层
10、编码违例法。,数据链路层,成帧：字节计数法,数据链路层,成帧：带填充字符的首尾定界符法,数据链路层,成帧：使用比特填充的首尾定界符法,数据链路层,差错检测和纠错： 为保证发方发出的所有帧都正确、有序地交付给目标机网络层，需要启动确认重传机制，由收方向发方提供有关接收情况的反馈信息。 如果发方收到肯定确认，则知道此帧已正确到达；若收到否定确认，则意味着需重传此帧。同时，为防止丢失帧所引起的错误，需设置定时器。当发方等待足够的时间还未收到接收方发回的确认帧，则可能是所传帧或者是确认帧丢失，解决的方法是重传此帧(返回N协议和选择重传)。 多次传送同一帧的危险是收方可能收到重复帧；为防止这种情况发生，
11、可为发出的各帧编号，使收方能够辨别是重复帧还是新帧，从而保证每帧最终交付给目标网络层一次。 通常利用检错码（Error-Detecting Codes）和纠错码（Error-Correcting Codes）来控制传送差错。,数据链路层,流量控制： 数据链路层必须控制链路上的数据流量，保证发送与接收速度匹配，防止出现发送速度超过接收能力的现象，以免丢失数据。大多数流量控制方法的基本原理都是相同的，都需要启用反馈机制，使发方直接或是间接地获得收方指示的发送时机。在未得到允许前，禁止发出帧。如单工停等协议、滑动窗口协议等。 发方的发送速率必须小于等于收方的接收速率，否则会浪费网络资源，增加网络负担
12、。流量控制就是对发方的发送速率进行控制。,网络层,网络层是OSI参考模型中的第三层，它建立在数据链路层所提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能之上，将数据从源端经过若干中间节点传送到目的端。,网络层,功能 网络层的服务 路由控制： 利用网络拓扑结构等网络状态，选择分组传送路径。这是网络层的主要功能。在大多数子网中，分组的整个旅途需要经过多次转发。无线广播网络是唯一的例外。 拥塞控制： 控制和预防网络中出现过多的分组。当到达通信子网中某一部分的分组数高于一定的阈值，使得该部分网络来不及处理这些分组时，就会使这部分以至整个网络的性能下降。这种情况称为拥塞。,网络层,网络层提供的服务 数据报 虚电
13、路,网络层,虚电路服务 虚电路服务是面向连接的服务方式，该服务方式为了进行数据传输，网络的源节点和目的节点之间先要建立一条逻辑通路，称为“虚”电路。 虚电路的工作原理是：在主机开始通信时，首先必须用具有全称网络地址的呼叫分组进行虚电路的连接建立，此后双方只需要使用较短的逻辑信道号，即虚电路号便可传送双方的报文分组；报文分组按发送顺序到达，如果出了错误或分组丢失将由子网负责纠正，数据传输完毕将关闭虚电路。 虚电路包含两种类型：呼叫虚电路和永久虚电路,数据报,无连接服务 每个分组都有目的地址和源地址的全称地址 每个分组独立地送到目的地 发送分组的数量、分组的丢失或重发由主机负责 优点：灵活、可以很
14、快地对拥塞做出反应,网络层,路由选择 路由选择是网络层功能的一部分，负责确定所收到的分组应传送的外出路线。即在具有许多节点的广域网里，应通过哪条通路才能将数据从源主机传到所要通信的目的主机。 如果子网内部采用数据报方式，对收到的每一个分组都必须重新作一次路由选择，因为对于每个分组来说，上次到达的最佳路由可能已经改变。 如果子网内部采用虚电路方式，则只需要在建立虚电路时作一次路由选择，然后分组就在这条先前建立的路由上传送。,网络层,拥塞控制 拥塞现象是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以致引起这部分乃至整个网络性能下降的现象，严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿，
15、即出现死锁现象。 原因 缓存的容量 线路的带宽 CPU的处理速度,传输层,传输层就是利用网络层的服务和传输实体的功能，向会话层提供服务，它是整个协议层次结构的核心。其任务是为从源端机到目的机提供可靠的、价格合理的数据传输，而与当前网络或使用的网络无关。 传输层服务 服务QoS 数据传输 连接管理,会话层,会话层位于OSI参考模型的第五层，它是面向信息处理的OSI高层和面向数据通信的OSI低层的接口。 会话协议的最主要目的是提供一个面向用户的连接服务，会话层给合作的会话用户间的对话和活动提供组织和同步所必须的手段，对数据传送提供控制和管理。,表示层,表示层中主要解决的就是信息以什么样的表现形式(数据表现)传送给对方。不关心处理的用户数据有什么样的意义，只考虑用什么样的传送形式传送这一问题，也就是说表示层的功能并不是信息的具体表达，而是处理信息表示中所遇到的问题，考虑如何将不同信息的表达形式转换成公共的信息传送形式。,应用层,应用层是OSI/RM中最高的一个功能层，它是开放系统互连环境（OSI环境）与本地系统的操作系统和应用系统直接接口的一个层次。在功能上，应用层为本地系统的应用进程（AP）访问OSI环境提供手段，也是唯一直接给应用进程提供各种应用服务的层次。根据分层原则，应用层向应用进程提供的服务是OSI的所有层直接或间接提供服务的总和。,
