1、Chapter 3 Architecture of Computer Network,该章主要介绍OSI参考模型的有关概念，包括各层功能划分、各层典型协议及思想、流量控制技术、拥塞控制技术、路由选择算法等。全面了解OSI参考模型的意义与功能。 重点难点： OSI参考模型的构成，包括各层功能划分、各层典型协议及思想、流量控制技术、拥塞控制技术、路由选择算法,3.1 View of Network Architecture,为什么需要网络体系结构？ 网络体系结构的发展 1974年，美国的IBM公司宣布了它研制的系统网络体系结构SNA (System Network Architecture)。 国
2、际标准化组织ISO提出的著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM (Open Systems Interconnection Reference Model)，简称为OSI。,3.1.1 Network Protocol 两个实体要想实现通信，它们必须具有相同的语言，交流什么、怎样交流及何时交流等都必须遵从有关实体间某些相互都能接受的规则。这些规则的集合称为协议（Protocol），因而协议可以定义为：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。一个网络协议主要由以下三个要素组成： （1）语法：即数据与控制信息的结构或格式； （2）语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响
3、应； （3）同步：即事件实现顺序的详细说明。,为了减少协议设计的复杂性，大多数计算机网络将其功能划分为若干个层次（Layer）。每一层都有一些实体组成每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务。 在实际的数据通信时，数据不是从一台机器的第N层直接传到另一台机器的的第N层，而是把数据和控制信息交给它的下一层，直到最下层。最下层是物理介质，它进行实际的通信。每一对相邻层之间都有一个接口，通过接口，下层向高层提供服务。,分层可以带来如下好处： （1）各层之间是独立的。 （2）灵活性好。 （3）结构上可分割开。 （4）易于实现和维护。 （5）能促进标准化工作。,计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的
4、体系结构(architecture)，也就是说，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。,3.1.2 Reference Model of Open System Interconnection 国际标准化组织（International Standard Organization，ISO）在1977年成立一个分委员会专门研究网络通信的体系结构问题，并提出了开放系统互连参考模型OSI/RM（Reference Model of Open System Interconnection），它是一个定
5、义异种计算机连接标准的框架结构。OSI为连接分布式应用处理的“开放”系统提供了基础。所谓“开放”是指任何两个系统只要遵守参考模型和有关标准，都能够进行互连。OSI采用了层次化结构的构造技术。,OSI参考模型共有如图所示的7层，由低层至高层分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。,OSIRM参考模型中的13层主要负责通信功能，一般称为通信子网层。上三层即57层属于资源子网的功能范畴，称为资源子网层。传输层起着衔接上下三层的作用。 Physical Layer：提供建立、维护和拆除物理链路所需的机械、电气、功能和规程特性；提供有关在传输介质上传输非结构的位流及物理链路故
6、障检测指示。 Data Link Layer：为网络层实体提供点到点无差错帧传输功能，并进行流控制。, Network Layer：为传输层实体提供端到端的交换网络数据传送功能。使得传输层摆脱路由选择、交换方式、拥挤控制等网络传输细节；可以为传输层实体建立、维持和拆除一条或多条通信路径；对网络传输中发生的不可恢复的差错予以报告 Transport Layer：为会话层实体提供透明、可靠的数据传输服务，保证端到端的数据完整性；选择网络层能提供最适宜的服务；提供建立、维护和拆除传输连接功能。 Session Layer：为彼此合作的表示层实体提供建立、维护和结束会话连接的功能；完成通信进程的逻辑名
7、字与物理名字间的对应；提供会话管理服务。, Presentation Layer：为应用层进程提供能解释所交换信息含义的一组服务，如代码转换、格式转换、文本压缩、文本加密与解密等。 Application Layer：提供OSI用户服务，例如事务处理程序、电子邮件和网络管理程序等。 参考模型的信息流向,有关概念或术语 实体(entity)这一名词表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务（用原语实现）。 协议和服务在概念上是很不一样的。,
8、在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方，通常称为服务访问点SAP (Service Access Point)。 OSI将层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU (Service Data Unit) OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU, Protocol Data Unit)。 而传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称： 传输层：数据段（Segment）；网络层：分组（数据报）（Packet）；数据链路层：数据帧（Frame）；物理层：比特（Bit）,3.2 The Physical Layer 物理层是提供数据传输的物
9、理媒体。国际标准化组织（ISO）在其“开放系统互连”的7层参考模型中对物理层有如下定义： 物理层为启动、维护和释放数据链路实体之间二进制位传输而进行的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的特性。这种物理连接可以通过中间系统，每次都在物理层内进行中继的二进制位传输。这种物理连接允许进行全双工或半双工的二进制位流传输。物理服务数据单元（即二进制位）的传输可以通过同步方式或异步方式进行。,3.2.1物理层功能 1机械特性 物理层的机械特性规定了物理连接时所采用的可接插连接器的规格、尺寸，连接器中引脚的数量和排列情况等。 2电气特性 物理层的电气特性规定了在物理连接上传输二进制位流时线路上信号电压
10、高低、阻抗匹配情况、传输率和距离的限制等。最常见有关电气特性的技术标准是国际电话电报咨询委员会（CCITT）建议的V.10标准（新的非平衡型）、V.11标准（新的平衡型）和V.28标准（非平衡型）。,3功能特性 物理层的功能特性规定了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口上的信号线一般可以分为：数据线、控制线、定时线和地线。 4规程特性 物理层的规程特性定义了利用信号线进行二进制位流传输的一组操作过程，即各信号线的工作的规则和先后顺序。,3.2.2典型协议RS232C EIA RS232C是美国电子工业协会（Electronic Industry Association）制定的物理
11、接口标准。 RS(Recommended Standard)的意思是推荐标准，232是一个标识号码，C表示该标准已被修改过的次数。 RS232C接口是数据通信中最重要的、而且是完全遵循数据通信标准的一种接口。它的作用就是定义DTE设备（终端、计算机、文字处理机和多路复用机等）和DCE设备（将数字信号转换成模拟信号的调制调解器）之间的接口。下图显示了一个数据通信模式。,RS232C接口完成下列两项工作：提供DTE与DCE之间的物理连接；规定它的25个插脚的每个信号的含义。 1RS232C机械特性 RS232C接口的机械特性与DTE，DCE实际的物理连接有关。一般来说，在每一端引线被捆扎在一起连到
12、一个插头（阴性或阳性）上。,2RS232C的电气特性 RS232的电气特性规定，逻辑“1”或信号状态的电压范围为-15V-5V；逻辑“0”或空号状态的电压范围为+5V+15V，所允许的线路电压降为2V。数据传输率为020Kb/s，电缆长度限制在30m内。 3RS232C功能特性 RS232C的功能特性定义了25针连接器中的20条连接线。2条是地线，4条是数据线，11条控制线，3条定时信号线，其余5条线是备用的或未定义的。保护地连接到设备的机架上，是否使用该线应参照设备的使用规定，必要时要连接到大地。信号地是为所有的信号提供一个公共的参考电位，是必须连接的。,4规程特性 RS232C的规程特性主
13、要规定了控制信号在不同情况下有效（接通状态）和无效（断开状态）的顺序和相互的关系。,3.3 The Data Link Layer,3.3.1数据链路层功能 l数据链路的建立和拆除 2帧传输和帧同步 3差错与流量控制 4数据链路管理 3.3.2数据链路层帧边界的划分方法 帧（Frame）是数据链路层的传输单位，帧分为帧头、信息和帧尾三个字段。帧头包含各种控制信息，信息字段包含传送的数据，而帧尾包含校验信息。,4种成帧方法： l字符计数法； 2带字符填充的首尾界符法 3带填充位的首尾标志法 ； 4物理层编码违例法 3.3.3流量控制 在数据链路层及较高层中，流量控制是一个重要的设计问题。通常，流
14、量控制是与差错处理一起完成的，特别是在双工通信时，利用“捎带”技术使发送方知道接收方的速度是否能跟得上发送方，从而能够决定是继续发送下一帧还是暂停发送，等待收到某个反馈信息后再继续发送。1停止-等待协议；2滑动窗口协议 （原理请自学）,3.3.4 典型协议HDLC HDLC的全称是高级数据链路控制协议（High Level Data Link Control）,它是国际标准化组织（ISO）根据IBM公司的SDLC（Synchronous Data Link Control）协议扩展开发而成的。 HDLC是面向比特的传送协议，采用“0”插入技术实现数据的透明传送，它使用滑动窗口，可以全双工传送。
15、HDLC用统一结构的帧进行同步传送。,3.4 The Network Layer,3.4.1网络层功能 为传输层提供建立、维持和释放网络连接的手段，完成路由选择、拥塞控制、网络互连等功能。 根据传输层的要求选择网络服务质量。 对数据传输过程实行流量控制、差错控制及顺序控制，向传输层报告未恢复的差错。 提供资源子网主机节点与通信子网间的接口，向传输层提供虚电路服务或数据报服务,3.4.2虚电路和数据报 网络层上有两种不同的数据传输方式，一种是虚电路（Virtual Circuit）方式，另一种是数据报（Datagram）方式。面向连接的服务采用虚电路方式，而面向无连接的服务采用数据报方式。虚电路
16、服务和数据报服务的主要差别不仅仅在于它们所采用的形式，还在于它们所能提供的服务。前者可以提供由子网完成的差错控制和顺序控制，而对于后者，这两种控制需要由主机完成。,3.4.3路由选择算法 1随机式 2多路式（洪泛式） 3固定式 4孤立式 5反向学习式 6分布式 7集中式 3.4.4拥塞控制技术 1许可证法 2抑制分组 3分组丢弃法,3.5 The Transport Layer,3.5.1传输层功能 提供建立、维护和拆除传输层连接； 选择网络层提供合适的服务； 提供端到端的错误恢复和流量控制； 向会话层提供独立于网络层的传送服务和可靠的透明数据传送。,3.5.2传输层协议分类 传输协议其所以复
17、杂是因为支持传输层的网络服务的多种多样，而网络服务的好坏直接影响传输协议的实现。ISO定义了三种类型的网络服务：A型，网络连接具有可接受的差错率和可接受的故障率。B型，网络连接具有可接受的差错率和不可接受的故障率。C型，网络连接具有不可接受的差错率。 OSI把传输协议分为5类 :,3.5.3 传输层协议的要素 1寻址 (地址= ) 2建立连接、数据传送和连接拆除 3流量控制 4多路复用 5崩溃恢复,3.6 The High Layer,3.6.1会话层（Session Layer） 会话层完成的主要功能有： 1会话连接到传输连接的映射 2数据传送 3同步 4活动管理 3.6.2表示层（Pres
18、entation Layer） 1数据转换 2数据压缩 3数据加密 3.6.3应用层（Application Layer） 为用户提供各种网络服务。例如电子邮件、文件传输、虚拟终端、远程登录等 。,习 题 3-1 什么叫网络的体系结构?3-2 “本产品符合OSI参考模型”的说法是否正确？为什么?3-3 ISO提出的OSI参考模型的目的是什么? 试总结一下OSI模型各层 的基本功能？3-4 物理层的四个特性是什么？各包含哪些主要内容？3-5 解释并说明停止-等待协议、滑动窗口协议的实现过程与作用。3-6 如何划分帧的边界？试比较各种方法的优缺点。3-7 试比较虚电路服务和数据报服务的异同点。3-8 有哪些路由选择算法？举例说明。3-9 拥塞控制和流量控制有什么关系和不同？3-10 什么叫虚拟终端？为什么要分类？共有哪几类虚拟终端？3-11 有哪些常用的数据加密方法？,
