第五课 网络体系结构(2)

附：首先了解 bit、Byte、KB、MB、GB 1Byte（字节）= 8个bit（比特位） 1KB=1024 Byte 1MB=1024KB 1GB=1024MB

物理层 物理层为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特传输的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的特性。物理连接可以通过中继系统，允许进行全双工或半双工的二进制比特流的传输。物理层的数据服务单元是比特，它可以通过同步或异步的方式进行传输。

物理层 物理层是设备之间的物理接口,数据位流通过该接口从一台设备传送给另一台设备。 物理层应该保持数据传输的正确性.(即当一方发送“1”时，对方接收到的就应该是“1”而不是“0”。

物理层基本功能 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列方式，定义接插及锁紧方式等。 电气特性  机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列方式，定义接插及锁紧方式等。 电气特性 指明在接口电缆的线路上出现的电压、电流等范围。 功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压信号表示何种意义，通信过程中完成何种功能。 规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。是功能事件时序的描述。

机械特性

9针与 25针串行口插针示意图

电气特性 RS-232C电气特性

功能特性

规程特性 规程特性： 　　规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤，这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成。　　 　　物理层中较重要的新规程是EIA RS-449及X.21，然而经典的EIA RS-232C仍是目前最常用的计算机异步通信接口。

中继器 衰减的信 号 放大的信 号 中继器图 中继器对信号的放大

集线器 以太网Ethernet 100 Hub 所有节点共享100M带宽 同一时间只能有一个设备发送信息

数据链路层概述 数据链路层的目的、服务及功能 1．目的 数据链路层在网络实体间提供建立、维持和释放数据链路连接以及提供传输数据链路服务数据单元的功能和过程的手段；在物理连接上建立数据链路连接。它检测和校正物理层出现的错误，为网络层提供可靠的数据链路。

数据链路层概述 2．服务 数据链路层的目的、服务及功能 （1）数据链路连接。 （2）接收数据链路服务数据单元和网络层交换数据； （3）提供数据链路端点标识符； （4）当把数据链路服务数据单元划分为多个数据链路协议数据单元传送时，要保证按发送方发送的顺序向接收方的网络层递交，即提供保序的服务； （5）差错位检测、纠正和报告； （6）流量控制； （7）服务质量参数的商定。

数据链路层概述 数据链路层的目的、服务及功能 3．功能 1、链路管理：当网络中的两个结点进行通信时，发送方必须确知接收方是否已处在准备接收状态。 2、帧同步：数据链路层，数据传送的单位是帧。 3、流量控制：协调发送方与接收方的工作。 4、差错控制：接收方可通过校验帧的差错编码，判断接收到的帧是否有差错。 5、透明传输：所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组合，都应能够在链路上传送。 6、寻址：在多点连接的情况下，保证每一帧都能送到正确的目的站。

数据链路层 该层用于建立相邻结点之间的数据传输；它将不可靠的物理信道处理为可靠的通道，使高层不必考虑物理介质的具体特性；该层的数据单元为帧(frame)；IEEE标准将该层又分为介质访问控制层(MAC)和逻辑链路控制层( LLC ) 。 目标地址 源地址 控制信息 数据 循环冗余校验

数据链路层 其次，对帧进行差错控制（error control），实现检错/纠错功能。 物理层只负责传输无结构的原始比特流，是不可靠的。数据链路层将不可靠的物理连接（数据电路）转换成（对网络层来说）可靠的数据链路。为实现转换： 首先，必须将物理层的无结构原始比特流划分成一定长度的结构数据单元——帧（frame） 其次，对帧进行差错控制（error control），实现检错/纠错功能。 最后，通过合适的流量控制（flow control）协议保证收发双方的传输同步，为网络层提供透明可靠的服务。

数据链路层的功能实现 停止等待协议 停止等待协议的工作原理：

媒介访问控制方法 介质访问控制 介质访问控制有两大类 确定共享介质环境（冲突域）中的计算机哪一台可以发送数据的协议。 介质访问控制有两大类 非确定性MAC协议： 使用先来先服务（FCFS）的方式。带冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD)就是非确定性MAC技术。 确定性MAC协议 使用“轮流”的形式。 令牌环（Token Ring）采用了这种形式。

CSMA/CD 原理 发送数据前先侦听侦听是否有其它人在发送。 缺点 不能完全避免冲突 随着网络规模的扩大，发生冲突的几率也越大。

令牌 原理 令牌在网络中传递，只有获得令牌才能发送数据，数据发送完成释放令牌。

IEEE802规范 IEEE（电气与电子工程师协会）将第二层分成LLC（逻辑链路控制层）和MAC（介质访问控制层）； IEEE802规范： 802.1:802协议概论； 802.2:LLC协议 802.3:以太网CSMA/CD协议 802.4:令牌总线协议； 802.5:令牌环协议； 802.6:城域网协议； 802.7:宽带技术协议； 802.8:光纤技术协议； 802.9:LAN上的语音/数据集成协议； 802.10:LAN安全互操作标准； 802.11:无线LAN协议

冲突域 冲突 冲突域 在同一个网络上，当两个bits同时在介质中传输时，数据就会发生碰撞，造成损坏，这叫做冲突。 一组连接到同一物理媒介的集合，如果两个设备同时访问媒介，信息将发生冲突，那么这组设备就在同一个冲突域。 所有第一层的互连设备都是冲突域的一部分。

解决冲突的方法 方案一 方案二 检测冲突，采用竞争的方法或轮流通讯的方法 使用设备把网络分段（Segmentation）以减少冲突； 例如：网桥、交换机或路由器。

广播域 广播 广播域 减小广播的有效办法是使用路由器来隔离广播。 一次发送给所有设备的数据包。 广播域就是能够同时收到某个广播的一组设备的集合。 减小广播的有效办法是使用路由器来隔离广播。

数据链路层

数据链路层数据封装示意图 L3数据 L2数据 T2 H2 到物理层 从物理层 从网络层 到网络层 数据链路层 帧

OSI模型下三层与网络设备 OSI参考模型与网络设备，如集线器、交换机、路由器，存在一一对应的关系，下图就是OSI模型下三层与网络设备的对应图。

交换机层 交换式以太网 100 以太网交换机 骨干 每个节点独享100M带宽 多个设备可同时发送信息

网络层 网络层又称通信子网层，主要负责控制通信子网的操作，实现网络上任意一个节点数据准确无误的传输到其他节点。

网络层功能 OSI参考模型规定网络层的主要功能有以下三点： 1、路径选择与中继：在点-点连接的通信子网中，信息从源结点出发，要经过若干个中继结点的存储转发后，才能到达目的结点。通信子网中的路径是指从源结点到目的结点之间的一条通路，它可以表示为从源结点到目的结点之间的相邻结点及其链路的有序集合。一般在两个结点之间都会有多条路径选择。路径选择是指在通信子网中，源结点和中间结点为将报文分组传送到目的结点而对其后继结点的选择，这是网络层所要完成的主要功能之一。 2、流量控制：网络中多个层次都存在流量控制问题，网络层的流量控制则对进入分组交换网的通信量加以一定的控制，以防因通信量过大造成通信子网性能下降。 3、网络连接建立与管理：在面向连接服务中，网络连接是传输实体之间传送数据的逻辑的贯穿通信子网的端--端通信通道。

网络层 负责将从发送端的连接多于一个链路的数据的传输，这时一个数据包从发送端到接收端要经过路由的选择和数据包的转发过程： 1)将网络逻辑地址转换成物理机器地址： IP=>MAC 。 2)决定服务质量(如消息的优先权)， 从发送者到接收者之间存在多条线路径时,还需要进行路由选择： 路由选择。 3)当数据包的大小比数据链路层允许的最大数据帧还要大时,网络层将其分成多个数据段，在接收端负责将多个数据段组合数据包：包的拆分和重组。

网络层 路径选择 网络中拥挤控制 网络层 传送分组

网络层数据封装示意图 L4数据 L3数据 H3 到数据链路层 从传输层 到传输层 网络层 分组 从数据链路层

网络层作用 IP IPX 提供路由器用来决定路径的逻辑寻址 802.3 / 802.2 HDLC EIA/TIA-232 V.35 网络层 将比特组合成字节进而组合成帧 用MAC地址访问介质 差错控制 802.3 / 802.2 HDLC 数据链路层 物理层 EIA/TIA-232 V.35 设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等

路由器 1.0 4.0 1.1 4.1 2.1 2.2 1.3 4.3 1.2 4.2 E0 S0 S0 E0 Routing Table Routing Table NET INT Metric NET INT Metric 1 E0 1 S0 1 网络层 这一层定义网络操作系统通信用的协议，为信息确定地址，把逻辑地址和名字翻译成物理的地址。它也确定从源机沿着网络到目标机的路由选择，并处理交通问题，例如交换、路由和对数据包阻塞的控制。路由器的功能在这一层。路由器可以将子网连接在一起，它依赖于网络层将子网之间的流量进行路由。 OSI参考模型规定网络层的主要功能有以下三点： 1、路径选择与中继：在点-点连接的通信子网中，信息从源结点出发，要经过若干个中继结点的存储转发后，才能到达目的结点。通信子网中的路径是指从源结点到目的结点之间的一条通路，它可以表示为从源结点到目的结点之间的相邻结点及其链路的有序集合。一般在两个结点之间都会有多条路径选择。路径选择是指在通信子网中，源结点和中间结点为将报文分组传送到目的结点而对其后继结点的选择，这是网络层所要完成的主要功能之一。 2、流量控制：网络中多个层次都存在流量控制问题，网络层的流量控制则对进入分组交换网的通信量加以一定的控制，以防因通信量过大造成通信子网性能下降。 3、网络连接建立与管理：在面向连接服务中，网络连接是传输实体之间传送数据的逻辑的贯穿通信子网的端--端通信通道。 2 S0 2 S0 4 S0 1 4 E0

传输层 为会话层实体提供独立于具体网络的高效经济透明的端---端多路数据传输服务。 本层提供了两个实体之间端对端的通信，掩盖了通信网服务的差别。该层的数据单元是段（Segment)，该层通常提供两种服务：面向连接的服务和面向无连接的服务。主要协议包括Internet的TCP、UDP，Novell的SPX等。

传输层 传输层从会话层接收数据,在必要时把它分成较小的单元传输给网络层,并确保到达对方的各段信息正确无误,而且这些任务都必须高效率地完成。设立传输层的目的是在使用通信子网提供服务的基础上，使用传输层协议和增加的功能，使得通信子网对于端--端用户是透明的。高层用户不需要知道它们的物理层采用何种物理线路。对高层用户来说，两个传输层实体之间存在着一条端--端可靠的通信连接。传输层向高层用户屏蔽了通信子网的细节。

传输层 提供两个端系统之间可靠、透明的数据传送 传输层 传送报文 差错控制 顺序控制 流量控制

传输层数据封装及功能示意图 H4 L4数据 L5数据 到网络层 从网络层 从会话层 到会话层 传输层

传输层 传输层 传输层是两台计算机经过网络进行数据通信时第一个端到端的层次，具有缓冲作用。当网络层服务质量不能满足要求时，它将服务加以提高，以满足高层的要求；当网络层服务质量较好时，它只用很少的工作。传输层还可进行复用，即在一个网络连接上创建多个逻辑连接。传输层也称为运输层。传输层只存在于端开放系统中，是介于低3层通信子网系统和高3层之间的一层，但是很重要的一层。因为它是源端到目的端对数据传送进行控制从低到高的最后一层。传输层是OSI参考模型的七层中比较特殊的一层，同时也是整个网络体系结构中十分关键的一层。设置传输层的主要目的是在源主机进程之间提供可靠的端--端通信。 在OSI参考模型中，人们经常将七层分为高层和低层。如果从面向通信和面向信息处理角度进行分类，传输层一般划在低层；如果从用户功能与网络功能角度进行分类，传输层又被划在高层。这种差异正好反映出传输层在OSI参考模型中的特殊地位和作用。设立传输层的目的是在使用通信子网提供服务的基础上，使用传输层协议和增加的功能，使得通信子网对于端--端用户是透明的。高层用户不需要知道它们的物理层采用何种物理线路。对高层用户来说，两个传输层实体之间存在着一条端--端可靠的通信连接。传输层向高层用户屏蔽了通信子网的细节。

提供给高层的服务 应用程序进行数据通信的过程

传输层作用 TCP UDP SPX IP IPX 802.3 / 802.2 HDLC EIA/TIA-232 V.35 数据链路层 物理层 可靠或不可靠的数据传输 数据重传前的错误纠正 将比特组合成字节进而组合成帧 用MAC地址访问介质 错误发现但不能纠正 设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等 网络层 提供路由器用来决定路径的逻辑寻址

会话层 会话层可以通知进程之间实现同步通信。名思义，会话层建立，管理和终止两台通信主机之间的会话。会话层给上层提供可和上层进行会话的服务，这些服务包括：建立会话性能(建立不同的连接)，管理对话性能(避免双方同时发送数据)， 管理活动性能(把会话分成多个活动) ，礼貌地结束会话性能(确认数据传输是否真的结束了，而不是因为以外终端而结束的。)除了会话规则以外，会话层为进行高效的用户传输，服务分类和会话层，表示层以及应用层的差错报告提供条件。

举例：  应用举例：连接时控制通信会话的两种可能方式：     1. 在建立一次连接中，可以发生几次会话。     2. 一次会话需要传输层建立几次连接才能完成

会话层 会话层 为通信的两个进程建立会话连接，进行交换 传送报文 会话管理 令牌管理 同步管理

会话层数据封装及功能示意图 L6数据 H5 L5数据 到传输层 从传输层 从表示层 到表示层 会话层

会话层作用 ASCII EBCDIC JPEG Operating System/ Application Access Telnet HTTP 应用层 用户接口 ASCII EBCDIC JPEG 数据表示 加密等特殊处理过程 表示层 Operating System/ Application Access Scheduling（应用访问时序） 保证不同应用间的数据区分 会话层

 第六层：表示层     表示层确保一个系统应用层发送的信息可以被另一种系统的应用层读取。为不同终端的上层用户提供数据和信息的语法表示变换方法。 。换句话说，表示层处理计算机存储信息的格式问题。在必要时，表示层需要把各种不同的数据格式转换成一种通用的格式。

表示层 为上下层之间提供对数据或信息的语法和语义的转换。 该层完成某些特定的功能，它提供了一种公共语言，可以使不同类型的计算机相互通信、相互理解；该层还能够提供数据压缩、解压缩的服务，以及加密解密的服务。

表示层 表示层 OSI内部语法 信息格式的转换 数据的加密和解密

表示层数据封装示意图 L6数据 数据的编码、加密和压缩 H6 L7数据 从应用层 到会话层 表示层 数据的解码、解密和解压缩 到应用层 从会话层

表示层作用 Telnet HTTP ASCII EBCDIC（扩充二进制编码的十进制编码） JPEG（联合图象专家组，一种压缩标准） 应用层 用户接口 ASCII EBCDIC（扩充二进制编码的十进制编码） JPEG（联合图象专家组，一种压缩标准） 数据表示 加密等特殊处理过程 表示层

7、应用层 为应用进程提供访问OSI环境的手段。如文件传输、电子邮件、网络管理等。 该层预先定义的完整功能直接面向用户，该层的应用程序有 FTP、TELNET、SMTP等。

应用层 应用层 为用户使用网络提供接口

应用层功能示意图 L7数据 FTP DNS NFS 用户 应用层 到应用层 从应用层

应用层作用 Telnet HTTP 应用层 用户接口

应用层 为用户的应用进程访问OSI环境提供服务 负责整个网络应用程序一起很好地工作 计算机 应用程序 网络 应用程序 字处理 演示文稿 电子表格 数据库 设计和制造 项目计划 其他 网络 应用程序 电子邮件 文件传输 远程访问 客户/服务器 处理 信息查询 网络管理 应用层 应用层，这一层是最终用户应用程序访问网络服务的地方。它负责整个网络应用程序一起很好地工作。这里也正是最有含义的信息传过的地方。程序如电子邮件、数据库等都利用应用层传送信息。应用层是OSI参考模型的最高层，它为用户的应用进程访问OSI环境提供服务。OSI关心的主要是进程之间的通信行为，因而对应用进程所进行的抽象只保留了应用进程与应用进程间交互行为的有关部分。这种现象实际上是对应用进程某种程度上的简化。经过抽象后的应用进程就是应用实体AE（Application Entity）。对等到应用实体间的通信使用应用协议。应用协议的复杂性差别很大，有的涉及两个实体，有的涉及多个实体，而有的应用协议则涉及两个或多个系统。与其它六层不同，所有的应用协议都使用了一个或多个信息模型（information model ）来描述信息结构的组织。低层协议实际上没有信息模型。因为低层没涉及表示数据结构的数据流。应用层要提供许多低层不支持的功能，这就使得应用层变成OSI参考模型中最复杂的层次之一。ISO/IEC 9545 用应用层结构ALS（Application Layer Structure ）和面向对象的方法来研究应用实体的通信能力。 为用户的应用进程访问OSI环境提供服务 负责整个网络应用程序一起很好地工作

OSI参考模型中各层主要功能 为应用程序提供网络服务 7 应用层 数据表示 6 表示层 互连主机通信 5 会话层 端到端连接 4 传输层 确定地址和最佳路径 介质访问 二进制传输 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 7 6 5 4 3 2 1

网络参考模型

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