987-第3章 网络体系结构与网络协议.ppt
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1、第3章 网络体系结构与网络协议,主讲:方继才,本章主要内容,开放系统互连(OSI)参考模型 物理层 数据链路层 网络层 传输层和高层 TCP/IP参考模型,3.1 网络体系结构的基本概念,网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准; 网络协议的三要素:语义、语法与时序; 语义:用于解释信息中每一部分的意义; 语法:用户数据与控制信息的结构与格式, 时序:事件实现顺序的详细说明。,3.1.1 分层和协议,社会上存在的邮政系统为例,3.1.2 协议分层,层次(layer) 分层的基本原则 分层的优势,层次(layer),层次是人们对复杂问题处理的基本方法; 将总体要实现的很多功能分配在不同层
2、次中; 对每个层次要完成的服务及要求应有明确规定 高层使用低层提供的服务时,并不需要知道低层服务的具体实现方法。,分层的基本原则,网络中的每一节点都有相同的分层结构,相邻层之间有清晰的接口。 同一节点中的每一层能够同相邻层通信,但是不能跨层通信。 根据任务的需要来分层,每一层应当实现一个明确的功能。,分层的优势,(1)各层相对独立。 (2)设计灵活。 (3)易于实现和维护。 (4)易于标准化。,3.1.3 网络体系结构,网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构。,3.2 OSI参考模型,OSI的分层模型说明,OSI:计算机网络7层开放系统互联(open systems intercon
3、nection , OSI)标准。 其核心内容包含高、中、低三大部分: 高层是面向网络应用的; 低层是面向网络通信的; 中间层是路由选择核心。,基于OSI的通信模型结构,OSI环境中的数据传输过程,1. ISO划分七层结构的基本原则,网中各结点都具有相同的层次; 不同结点的同等层具有相同的功能; 同一结点内相邻层之间通过接口通信; 每层可以使用下层提供的服务,并向其上层提供服务; 不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。,2 . OSI参考模型各层的功能,物理层的主要功能:实现点到点的比特流传输 数据传输单元是比特 数据链路层的主要功能: 提供点到点的可靠传输; 传输以“帧”为单位的数
4、据包; 网络层的功能:实现用户数据的端-端传输 数据传输单元是报文分组,传输层的功能: 向用户提供可靠端到端服务 数据传输单元是报文 会话层功能:提供控制会话和数据传输的手段 表示层功能:在两个系统交换信息的表示方式 应用层主要功能:提供各种网络服务,2 . OSI参考模型各层的功能,OSI环境中的数据变化演示,OSI环境中的数据流,3、OSI服务ISO术语,“层服务”:本层向上邻层提供的通信能力。 “层协议”:该协议仅在对等层实体之间使用。 “层实体”:层功能实现的真正承担者(相应的硬软件)。 “层用户”:层服务的使用者(上邻层实体)。 协议传输数据单元(PDU),3、OSI服务服务类型和原
5、语,服务类型两种:面向连接和非面向连接 面向连接:虚电路方式 非面向连接:数据报方式、证实交付、请求回答 服务原语: 提供层服务的方法,原语语句执行具有原子特征(完整性)。 服务原语分类:请求,指示、响应、确认,3.3 物理层,3.3.1 物理层 直接与物理信道相连,提供建立、维护和释放物理连接的方法,实现在物理信道上的比特流传输。,3.3.2 物理层涉及的内容一,通信接口与传输媒体的物理特性 对通信设备和传输媒体之间使用的接口做的详细规定,主要体现在四个方面: 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性,3.3.2 物理层涉及的内容二,数据交换单元为二进制比特 比特的同步 线路的连接:建立、维护
6、和释放 物理拓扑结构 传输方式,3.3.3 物理层协议举例,RS-232-C远程连接,物理层协议举例,实例:物理层接口,3.3.4 物理层设备与组件,中继器,集线器,3.4 数据链路层,OSI/RM的第二层,在相邻节点之间建立链路,传送以帧为单位的数据信息,向网络层提供无差错、无重复、无丢失的透明传输。,3.4.2 数据链路层的主要问题,数据链路层是OSI参考模型的第二层,该层解决两个相邻结点之间的通信问题。 链路就是数据传输中任何两个相邻结点间的点到点的物理线路。 数据链路层传输的协议数据单元称为数据帧。数据帧通常是由网卡(NIC)产生,1、数据链路层功能,管理数据链路。 差错处理技术。 流
7、量控制技术(等停协议、窗口机制等),解决速度不匹配的问题。 帧同步 将数据和控制信息区分开,2、涉及的具体内容,帧的形成 差错控制 流量控制 数据链路层协议,3.4.3 帧的形成,数据帧是数据链路层的传输单位。 帧同步(边界)的方法 字符计数法 字符填充法 比特填充法 违法编码法,1、字符计数法,在帧的头部使用一个字段来标明本帧的字节数。当目标机器的数据层读到字节计数值时,就可确定帧结束的位置。,一旦出错,无法找到同步点,2、字符填充法,用一些特定字符来定界一帧的开始和结束,在前面填充一个转义字符来区分。,3、比特填充法,用一组特定比特模式01111110来标志一帧的开头和结束。为不使信息位中
8、出现该特定比特被误判为帧的首尾标志,发送方在连续5个1后填0。,4、违法编码法,借用违法编码的序列来界定帧的开始和结束。IEEE802协议 只适用于在物理媒体的编码策略中采用了冗余技术的网络,优点:无需填充,3.4.4 差错控制,前向纠错,开销太大,不适合计算机通信。 检错重发 发送方发送。 接收端检错。 发射端重发。 计时器问题。 发送帧的编号问题。,3.4.5 流量控制,流量控制是指对在数据链路上的帧的传输速度进行控制,保证接收端有足够的缓冲单元存储发端发来的信息以便收端处理。 在链路层常用的流量控制方法: 停-等流量控制 滑动窗口流量控制。,1. 停等协议,停-等流量控制是利用差错控制中
9、的反馈重发方式中的回送校验来实现其流量控制的。,2、滑动窗口协议,窗口被看作缓冲区。 若在发送节点和接收节点各设一窗口,分别称为发送窗口和接收窗口。 发送窗口保存已发送出去但尚未经确认的数据帧;接收窗口保存已正确接收但尚未提交给主机的帧。,窗口示意图,窗口示意图2,窗口协议变化演示,4.5.1 HDLC概述,3.4.6 数据链路层协议,数据链路层协议标准,可分为两类,面向字符的与面向比特的链路控制协议。 典型的面向字符的:IBM公司的BSC规程 面向比特的:HDLC协议 两种基本配置: 非平衡配置 平衡配置,1、面向字符的链路控制协议, 传输的基本单位为字符; 信息编码。如BSC规程则可采用A
10、SC码等; 可采用同步或异步传输; 传输速率为2004800 bit/s; 通信方式可采用半双工或全双工; 差错控制采用反馈重发(ARQ)方式; 发送方式为等待发送方式,4.5.2 HDLC的帧结构,2、面向比特的HDLC协议,HDLC:高级数据链路控制协议, 定义三种类型的帧:信息帧、监督帧与无编号帧,每帧的起始和结束以“7E”(01111110)做标志,4.6 Internet的链路层协议,补:因特网中的数据链路层,用户接入Internet的一般方法有两种。 一种是用户通过电话线,拨号接入Internet 一种是使用专线接入。 全世界范围内使用最多的协议为非常简单的点对点协议PPP。 早期
11、Internet使用非常简单的面向字符的协议SLIP,但SLIP缺点很多。,SLIP:串行线路IP,成帧:原始IP包加上尾部标志C0h,字符填充 。 优化:TCP、IP首部压缩,删去相同的首部,以增量来表示不同部分 问题: 无差错检测和校验,由高层负责 只支持IP 不能动态分配IP地址 不提供身份验证,不适于拨号方式 不是Internet标准,存在多个不兼容版本,PPP:点点协议,标志字段为7E(01111110),地址字段为FF(11111111),控制字段为03(00000110)。这三个字段固定不变。 协议字段:当协议字段为0021时,为IP数据报。若为C021,为PPP链路控制数据。而
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