第3章 计算机网络体系结构 本章学习目标 3.1 网络体系结构概述 3.2 物理层 3.5 传输层 3.3 数据链路层 3.6 高层 第3章 计算机网络体系结构 本章学习目标 3.1 网络体系结构概述 3.2 物理层 3.3 数据链路层 3.4 网络层  3.5 传输层 3.6 高层 3.7 思考题 第3章 计算机网络体系结构

本章学习目标 本章主要介绍计算机网络体系结构。通过本章的学习，读者应能够： l了解开放系统互联参考模型中的若干重要概念 l熟悉和掌握OSI/RM各层协议的功能及基本原理 第3章 计算机网络体系结构

网络标准 常见的协议有：SNA(Systems Network Architecture) 、OSI/RM、TCP/IP、局域网标准 计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间需要不断地交换数据与控制信息。要想做到有条不紊地交换数据，网络中的每一个结点都必须遵守一些事先约定好的规则----网络协议。网络协议主要由语法、语义和时序3个要素组成。 语法 ：是用户数据与控制信息的结构与格式 语义 ：是指对构成的协议元素含义的解释 时序 ：时序是对事件实现顺序的详细说明。 常见的协议有：SNA(Systems Network Architecture) 、OSI/RM、TCP/IP、局域网标准 第3章 计算机网络体系结构

3.1 网络体系结构概述 计算机网络的体系结构（Architecture）是指这个计算机网络及其部件所应完成功能的一组抽象定义，是描述计算机网络通信方法的抽象模型结构，一般是指计算机网络的各层及其协议的集合。网络体系结构三要素：分层、协议和接口 1．OSI基本参考模型 2．OSI层次结构模型中的数据流动过程 第3章 计算机网络体系结构

1．OSI基本参考模型 1977年3月，国际标准化组织ISO的技术委员会TC97成立了一个新的技术分委会SC16专门研究“开放系统互联”，并于1983年提出了开放系统互联参考模型，即著名的ISO 7498国际标准（我国相应的国家标准是GB 9387），记为OSI/RM。 第3章 计算机网络体系结构

1．OSI基本参考模型 在OSI中采用了三级抽象：参考模型（即体系结构）、服务定义和协议规范（即协议规格说明），自上而下逐步求精。 第3章 计算机网络体系结构

1．OSI基本参考模型 第3章 计算机网络体系结构

2．OSI层次结构模型中 的数据流动过程 OSI层次结构模型中数据的实际传送过程如图3-2所示。图中发送进程送给接收进程的数据，实际上是经过发送方各层从上到下传递到物理媒体；通过物理媒体传输到接收方后，再经过从下到上各层的传递，最后到达接收进程。 第3章 计算机网络体系结构

2．OSI层次结构模型中 的数据流动过程 第3章 计算机网络体系结构

3.2 物理层 3.2.1 物理层的功能 3.2.2 DTE和DCE 3.2.3 物理层接口标准 第3章 计算机网络体系结构

3.2.1 物理层的功能 物理层应具备三个基本功能：1）通过物理层接口协议完成物理连接的建立、维持和拆除；2）数据传输；3）物理层管理。 3.2.1 物理层的功能 物理层协议是各种网络设备进行互联时的最低层协议。它的目的是在两个网络物理设备之间(包括介于二者之间的中间系统)提供透明的二进制位流传输，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。 物理层应具备三个基本功能：1）通过物理层接口协议完成物理连接的建立、维持和拆除；2）数据传输；3）物理层管理。 物理层协议规定了DTE/DCE接口标准的四个特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。 这样，不同厂家的设备就能相互兼容。需要注意的是，物理层并不是指连接计算机的具体物理设备或传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤等。 第3章 计算机网络体系结构

3.2.2 DTE和DCE DTE（Data Terminal Equipment，数据终端设备），是具有一定数据处理能力及发送和接收数据能力的设备。DTE可以是一台计算机或终端，也可以是各种I/O设备。 大多数数据处理终端设备的数据传输能力有限，如果将相距很远的两个DTE设备直接连接起来，往往不能进行通信，必须在DTE和传输线路之间加上一个称为数据电路端接设备（DCE，Data Circuit-terminating Equipment）的中间设备。 第3章 计算机网络体系结构

3.2.2 DTE和DCE DCE的作用就是在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。典型的DCE是与模拟电话线路相连接的调制解调器。如图3-1所示为DTE通过DCE相连的典型情况。 第3章 计算机网络体系结构

3.2.2 DTE和DCE 图3-1 DTE通过DCE与通信传输线路相连 第3章 计算机网络体系结构

3.2.3 物理层接口标准 1．EIA-232-E/V.24接口标准 3.2.3 物理层接口标准 1．EIA-232-E/V.24接口标准 EIA-232-E是美国电子工业协会制定的著名的DTE和DCE之间的物理层接口标准，它的前身是1969年EIA制定的RS-232-C标准接口。1987年1月，RS-232-C经修改后，正式改名为EIA-232-D，1991又修订为EIA-232-E。EIA-232-E接口标准的数据传输速率最高为20kbps，连接电缆的最大长度不超过15m。 第3章 计算机网络体系结构

3.2.3 物理层接口标准 物理层标准EIA-232-E的一些主要特点。 3.2.3 物理层接口标准 物理层标准EIA-232-E的一些主要特点。 （1）机械特性。EIA-232-E遵循ISO 2110关于插头座的标准，使用25根引脚的DB-25插头座。 第3章 计算机网络体系结构

3.2.3 物理层接口标准 （2）电气特性。EIA-232-E与CCITT的V.28建议书一致，采用负逻辑，此时逻辑0相当于对信号地线有+5～+15V的电压，而逻辑1相当于对信号地线有-5～-15V的电压。逻辑“0”相当于数据“0”（空号）或控制线的“接通”状态；逻辑“1”相当于数据“1”（传号）或控制线的“断开”状态。当连接电缆线的长度不超过15m时，允许数据传输速率不超过20kbps。 第3章 计算机网络体系结构

3.2.3 物理层接口标准 （3）功能特性。EIA-232-E的功能特性与CCITT的V.24建议书一致。它规定了什么电路应当连接到25根引脚中的哪一根以及该引脚信号线的作用。 第3章 计算机网络体系结构

3.2.3 物理层接口标准 （4）规程特性。EIA-232-E的规程特性主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。 第3章 计算机网络体系结构

3.2.3 物理层接口标准 2．EIA RS-449接口标准 由于EIA-232-E标准信号电平过高、采用非平衡发送和接收方式，所以存在传输速率低、传输距离短、串扰信号较大等缺点。1977年底，EIA颁布了一个新标准RS-449，这些标准在保持与EIA-232-E兼容的前提下重新定义了信号电平，并改进了电路方式，以达到较高的传输速率和较大的传输距离。 第3章 计算机网络体系结构

3.3 数据链路层 3.3.1 数据链路层的功能 3.3.2 差错控制 3.3.3 流量控制 3.3.4 高级数据链路控制HDLC 3.3 数据链路层 3.3.1 数据链路层的功能 3.3.2 差错控制 3.3.3 流量控制 3.3.4 高级数据链路控制HDLC 第3章 计算机网络体系结构

3.3.1 数据链路层的功能 数据链路层的主要作用是：通过一些数据链路层协议和链路控制规程，在不太可靠的物理链路上实现逻辑上无差错的数据传输链路。 数据链路层的功能：1）数据链路的建立、维持、释放；2）帧同步（以识别出帧的开始与结束）；3）差错控制（保证相连节点间差错帧在允许的范围内）；4）流量控制 （控制相连节点间的收发速度）；5）寻址（在多点连接的情况下） 注意“线路”、“链路”和“数据链路”区别。 第3章 计算机网络体系结构

数据链路层协议：对数据链路和数据传输进行控制和管理，1）链路结构及操作方式；2）链路差错控制； 3）链路流量控制。 主站 A 次站 B 复合 站A 复合 站B 主站 次站1 次站2 多点链路 非平衡点点链路 平衡点点链路 次站n 第3章 计算机网络体系结构

（2）多点式链路，由一个主站和若干个次站组成，采用NRM(主站与次站)、ARM（主站与次站、次站与次站）两种操作方式。 链路结构及操作方式： （1）点-点式链路（分为非平衡、平衡），a)非平衡式点点链路分为主站和次站，有两种操作方式：一是正常响应方式NRM，其特点是只有主站才能发起向次站的数据传输，而次站只能在收到主站的命令帧请求时才能以响应帧的形式发送数据；二是异步响应方式ARM,这种方式允许次站主动向主站发送响应帧，向主站发送数据，但主站仍要控制全链路的初始化及链路的建立、维持、释放。b）平衡式点点链路两边都是复合站，兼有主站和次站的功能，采用异步平衡方式ABM（无需对方主站允许），进行全双工通信操作。 （2）多点式链路，由一个主站和若干个次站组成，采用NRM(主站与次站)、ARM（主站与次站、次站与次站）两种操作方式。 第3章 计算机网络体系结构

3.3.2 差错控制 在数据链路层，差错控制主要指错误检测和重传方法。传送帧时可能出现的差错有：位出错，帧丢失，帧重复，帧顺序错。位出错的分布规律及出错位的数量很难限制在预定的简单模式中，一般采用漏检率及其微小的CRC检错码再加上反馈重传的方法来解决。通常采用反馈检测和自动重发请求（ARQ）两种基本方法来实现。 1．反馈检测法 2．自动重发请求法（ARQ法） 第3章 计算机网络体系结构

1．反馈检测法 反馈检测法也称回送校检法或“回声”法，主要用于面向字符的异步传输中，如终端与远程计算机间的通信。这是一种无须使用任何特殊代码的差错检测法。双方进行数据传输时，接收方将接收到的数据（可以是一个字符，也可以是一帧）重新发回发送方，由发送方检查是否与原始数据完全相符。若不相符，则发送方发送一个控制字符（如 DEL）通知接收方删去出错的数据，并重新发送该数据；若相符，则发送下一个数据。 第3章 计算机网络体系结构

2．自动重发请求法（ARQ法） 实用的差错控制方法应该是既要求传输可靠性高，又要求信道利用率高。为此可使发送方将要发送的数据帧附加一定的冗余检错码一并发送，接收方则根据检错码对数据帧进行差错检测，若发现错误，就返回请求重发的应答，发送方收到请求重发的应答后，便重新传送该数据帧。这种差错控制方法就称为自动重发请求法，简称ARQ法。ARQ法有几种实现方案，停止等待协议和连续ARQ协议是其中最基本的两种方案。 第3章 计算机网络体系结构

（1）停止等待协议 该方案规定发送方每发送一帧后就要停下来等待接收方的确认返回，仅当接收方确认已正确接收后，发送方再继续发送下一帧 。当发生帧出错或帧丢失时，接收方不会向发送方发送任何确认帧。为防止发送方无限等待接收方的确认帧，该协议设置了计时器，若到了计时器所设置的重传时间时还未收到接收方的确认帧，发送方就重传前面所发送的这一数据帧。同时采用对发送的帧编号的方法，即赋予每帧一个序号，从而使接收方能从该序号来区分是新发送来的帧还是已经接收但又重发来的帧。 第3章 计算机网络体系结构

（1）停止等待协议 停止等待协议方案的实现过程如下： ①发送方每次仅将当前信息帧作为待确认帧保留在缓冲存储器中； ②当发送方开始发送信息帧时，随即启动计时器； ③当接收方收到无差错信息帧后，即向发送方返回一个确认帧； ④当接收方检测到一个含有差错的信息帧时，便舍弃该帧； ⑤若发送方在规定时间内收到确认帧，即将计时器清零，继而开始下一帧的发送； ⑥若发送方在规定时间内未收到确认帧（即计时器超时），则应重发存于缓冲器中的待确认信息帧。 第3章 计算机网络体系结构

（2）连续ARQ协议 连续ARQ协议方案是指发送方可以连续发送一系列信息帧，即不用等前一帧被确认便可发送下一帧。这就需要在发送方设置一个较大的缓冲存储空间（称做重发表），用以存放若干待确认的信息帧。当发送方收到对某信息帧的确认帧后便可从重发表中将该信息帧删除。所以，连续ARQ方案的链路传输效率大大提高，但相应地需要更大的缓冲存储空间。 第3章 计算机网络体系结构

（2）连续ARQ协议 连续ARQ方案的实现过程描述如下： ① 发送方连续发送信息帧而不必等待确认帧的返回； ② 发送方在重发表中保存所发送的每个帧的备份； ③ 重发表按先进先出（FIFO）队列规则操作； ④ 接收方对每一个正确收到的信息帧返回一个确认帧； ⑤ 每一个确认帧包含一个惟一的序号，随相应的确认帧返回； ⑥ 接收方保存一个接收次序表，它包含最后正确收到的信息帧的序号； ⑦ 当发送方收到相应信息帧的确认后，从重发表中删除该信息帧的备份； ⑧ 当发送方检测出失序的确认帧后，便重发未被确认的信息帧。 第3章 计算机网络体系结构

（2）连续ARQ协议 上面连续ARQ过程是假定在不发生传输差错的情况下描述的，如果差错出现，如何进一步处理还可以有两种策略，即GO-DACK-N策略和选择重发策略。 第3章 计算机网络体系结构

3.3.3 流量控制 1．停止—等待协议 2．滑动窗口协议 第3章 计算机网络体系结构

1．停止—等待协议 为了使收方的接收缓冲区在任何情况下都不会溢出，最简单的方法是发方从主机每取一个数据块，就将其送到数据链路层的发送缓冲区中发送出去，然后等待；收方收到数据帧后，将其放入数据链路层的接收缓冲区并交付给主机，同时回应一信息给发送节点，表示数据帧已经上交给主机，接收任务已经完成；发方收到由接收站点发过来的双方事先商定好的信息，则从主机取下一个新的数据帧再发送。这就是最简单最基本的停止—等待协议。 第3章 计算机网络体系结构

2．滑动窗口协议 在发送端和接收端分别设定所谓的发送窗口和接收窗口。发送窗口用来对发送端进行流量控制，而发送窗口的大小WS就代表了在还没有收到对方确认的条件下发送端最多可以发送的数据帧数。发送窗口的概念最好用图形来说明，设发送序号用3个bit来编码，从0号至7号。在未收到对方确认信息的情况下，允许发送端最多发出5个数据帧，此时发送窗口大小WS=5。 第3章 计算机网络体系结构

2．滑动窗口协议 第3章 计算机网络体系结构

2．滑动窗口协议 图3-7（a）画出了刚开始发送时的情况。这时，在扇形的发送窗口内共有5个序号，从0号到4号，具有这些序号的数据帧就是发送端现在可以发送的帧。若发送端发完了这5个帧仍未收到确认信息，由于发送窗口已填满，就必须停止发送而进入等待状态。当0号帧的确认信息ACK收到后，发送窗口就沿顺时针方向旋转1个号，使窗口后沿再次与一个未被确认的帧号相邻（如图3-7（b）所示）。 第3章 计算机网络体系结构

2．滑动窗口协议 由于这时5号帧的位置已经落入发送窗口之内，因此，发送端现在就可以发送这个5号帧。设以后又有1至3号帧的确认帧到达发送端，于是发送窗口再沿顺时针方向向前旋转3个号（如图3-7（c）所示），相应地发送端可以继续发送的数据帧的发送序号是6号、7号和0号。 第3章 计算机网络体系结构

3.3.4 一个实例：高级数据链路控制HDLC HDLC的全称是高级数据链路控制协议（Highlevel Data Link Control），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。HDLC用统一结构的帧进行同步传送，所有的数据链路层的传输都是以帧为单位进行的，而所有的数据和控制信息的交换也都采用帧的格式。HDLC的帧格式如表3-2所示。 第3章 计算机网络体系结构

3.4 网络层 3.4.1 网络层的功能 3.4.2 虚电路服务与数据报服务 3.4.3 路由选择算法 3.4.4 拥塞控制技术 3.4 网络层 3.4.1 网络层的功能 3.4.2 虚电路服务与数据报服务 3.4.3 路由选择算法 3.4.4 拥塞控制技术 第3章 计算机网络体系结构

3.4.1 网络层的功能 从OSI/RM的通信角度来看，网络层所提供的服务主要有两大类，即面向连接的网络服务和无连接的网络服务。 3.4.1 网络层的功能 网络层的任务是在数据链路层提供的数据链路服务的基础上，在一个子网或跨多个子网内建立网络连接，为运输层提供端-端连接；其功能包括：网络连接、路由选择、数据分组传送和数据分组控制（差错控制、流量控制）。 从OSI/RM的通信角度来看，网络层所提供的服务主要有两大类，即面向连接的网络服务和无连接的网络服务。 1．面向连接服务（具体为虚电路服务，能实现差错控制与流量控制） 2．无连接服务（具体为数据报服务，不能实现差错控制、流量控制） 第3章 计算机网络体系结构

1．面向连接服务 连接是指两个对等实体之间为进行数据通信而进行的一种结合。面向连接服务就是在数据交换之前，必须先建立连接，当数据交换结束后，则应该终止这个连接。通常面向连接服务是一种可靠的报文序列服务，在建立连接之后，每个用户都可以发送可变长度的报文，这些报文按顺序发送给远端的用户，报文的接收也是按顺序的。但有时用户可以发送一个很短（1～2字节长）的报文，这个报文可以不按序号而优先发送，这就是“加速数据” ，它常用来传送中断控制命令。 第3章 计算机网络体系结构

1．面向连接服务 由于面向连接服务和线路交换的许多特性相似，因此面向连接服务在网络层中又称为虚电路服务。“虚”表示：在两个服务用户的通信过程中虽然没有自始至终都占用一条端到端的完整物理电路，但却好像占用了一条这样的电路。面向连接服务比较适合于在一定期间内要向同一目的地连续发送许多报文的情况。若两个用户经常进行频繁通信，则可建立永久虚电路，这样可免除每次通信时连接建立和连接释放这两个过程。 第3章 计算机网络体系结构

2．无连接服务 在无连接服务的情况下，两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留，这些资源是在数据传输时动态地进行分配的。无连接服务不需要通信的两个实体同时处于激活状态，当发送端的实体正在进行发送时，它必须是激活的，但这时接收端的实体并不一定要激活，只有当接收端的实体正在进行接收时，它才必须是激活的。无连接服务的优点是灵活方便和比较迅速，但无连接服务不能防止报文的丢失、重复或失序。采用无连接服务时由于每个报文都必须提供完整的目的站地址，因此其开销也较大。 第3章 计算机网络体系结构

2．无连接服务 无连接服务大致有以下三种类型： （1）数据报（Datagram）：特点是发完了就算，而不需要接收端做任何响应。 （2）证实交付（Confirmed Delivery）：是一种可靠的数据报服务。 （3）请求回答（Request Reply）：这种类型的数据报服务是收端用户每收到一个报文，就向发端用户发送一个应答报文。 第3章 计算机网络体系结构

3.4.2 实例:X.25虚电路服务与IP数据报服务 虚电路与存储转发这一概念相联系。当我们在采用线路交换的电话网上打电话时，在通话期间，我们自始至终地占用一条端到端的物理线路。但我们占用一条虚电路进行计算机通信时，由于采用的是存储转发分组交换，所以只是断续地占用一段又一段的链路，感觉好像是占用了一条端到端的物理线路。使用虚电路服务，对网络用户来说，在呼叫建立后，整个网络就好像有两条连接两个网络用户的数字管道，所有发送到网络中的分组，都按发送的先后顺序进入管道，然后按“先进先出”的原则沿着管道传送到目的站主机。在全双工通信中，每一条管道只沿一个方向传送分组，这些分组在到达目的站时的顺序与发送时的顺序一样。 第3章 计算机网络体系结构

3.4.2 实例:X.25虚电路服务与IP数据报服务 IP数据报服务则不同，由于数据报服务没有建立虚电路的过程，而每一个发出的分组都携带了完整的目的站的地址信息，因而每一个分组都可以独立地选择路由。在此情况下，没有呼叫建立过程，对于网络用户来说，整个网络好像有许多条不确定的数字管道，所发送出去的每一个分组都可独立地选择一条管道来传送。这样，先发送出去的分组不一定先到达目的站主机。因此，数据报不能保证按发送顺序交付目的站。由于通常的数据传送都要求按发送顺序交付给目的站主机，所以在目的站必须采取一定的措施。例如，在目的站节点开辟缓冲区，把收到的分组缓存一下，等到可以按顺序交付主机时再进行交付。 第3章 计算机网络体系结构

3.4.2 实例:X.25虚电路服务与IP数据报服务 第3章 计算机网络体系结构

3.4.3 路由选择算法 通信子网为网络源节点和目的节点提供了多条传输路径的可能性。网络节点在收到一个分组后，要确定向下一节点传送的路径，这就是路由选择。在数据报方式中，网络节点要为每个分组路由做出选择；而在虚电路方式中，只需在连接建立时确定路由。确定路由选择的策略称为路由算法。一个好的路由算法应满足：1）符合最小费用准则；2）计算简单正确；3）能适应网络状态、参数和结构的变化；4）具有稳定性。 1．静态路由选择策略 2．动态路由选择策略 第3章 计算机网络体系结构

1．静态路由选择策略 静态路由选择策略不用测量也不需利用网络信息，这种策略按某种固定规则进行路由选择，算法分为： （1）洪泛路由选择法：向所有相连的节点进行转发； （2）固定路由选择：以某一性能指标（如最短距离）为准则，预先以路由表的形式固定路由信息； （3）随机路由选择：随机设置路由表。 第3章 计算机网络体系结构

2．动态路由选择策略 节点的路由选择要依靠网络当前的状态信息来决定的策略，称为动态路由选择策略。这种策略能较好地适应网络流量、拓扑结构的变化，有利于改善网络的性能。但由于算法复杂，会增加网络的负担。算法有： （1）孤立式路由选择：不考虑其他节点情况，只根据本节点的当前状态（如最短等待队列）进行转发； （2）集中式路由选择：网络中指定一节点为路由控制中心，负责全网的路由信息收集、计算及实现，并分发给每个节点保存使用，其它节点需定期报告 （3）分布式路由选择：每个节点定期与相邻节点交换路由选择 第3章 计算机网络体系结构

3.4.4 拥塞控制技术 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，即出现死锁现象。这种现象跟公路网中常见的交通拥挤一样，当节假日公路网中车辆大量增加时，各种走向的车流相互干扰，使每辆车到达目的地的时间都相对增加（即延迟增加），甚至有时在某段公路上车辆因堵塞而无法开动（即发生局部死锁）。 第3章 计算机网络体系结构

3.4.4 拥塞控制技术 网络的吞吐量与通信子网负荷有着密切的关系。当通信子网负荷比较小时，网络的吞吐量随网络负荷的增加而线性增加。当网络负荷增加到某一值后，若网络吞吐量反而下降，则表明网络中出现了拥塞现象。在一个出现拥塞现象的网络中，到达某个节点的分组将会遇到无缓冲区可用的情况，从而使这些分组不得不由前一节点重传，或者需要由源节点或源端系统重传，从而使通信子网的有效吞吐量下降。由此引起恶性循环，使通信子网的局部甚至全部处于死锁状态，最终导致网络有效吞吐量接近为零。 第3章 计算机网络体系结构

3.5 传输层 3.5.1 传输层的功能 3.5.2 传输协议的分类 3.5.3 传输层协议的要素 第3章 计算机网络体系结构

3.5.1 传输层的功能 传输层的作用是从端到端经网络透明地传送报文，完成端到端通信链路的建立、维护和管理。传输层向高层用户屏蔽了下面通信子网的细节，使高层用户看不见实现通信功能的物理链路是什么，看不见数据链路采用什么控制规程，也看不见下面到底有几个子网以及这些子网是怎样互连起来的。传输层让高层用户看见的就好像是在两个传输层实体之间有一条端到端的可靠通信通路。 第3章 计算机网络体系结构

3.5.1 传输层的功能 传输层协议与数据链路层协议相比较，其主要区别为：数据链路层的环境是两个分组交换节点PSN直接通过一条物理信道进行通信，而传输层的环境则是两个主机以整个子网为通信信道进行通信。这样就使传输层的环境比数据链路层的环境复杂得多，因而其流量控制也较为复杂。 第3章 计算机网络体系结构

3.5.2 传输协议的分类 网络的服务质量大致有三种类型： 3.5.2 传输协议的分类 网络的服务质量大致有三种类型： A型：网络连接具有可接受的低差错率和可接受的低故障通知率。A型网络服务是一个完善的、理想的、可靠的网络服务。然而实际的网络很少达到这个水平。 B型：网络连接具有可接受的低差错率和不可接受的高故障通知率。多数X.25公用分组交换网络提供的是B型网络服务。 C型：网络连接对传输层服务用户来说具有不可接受的高差错率。大多数无线分组网属于这种类型。 第3章 计算机网络体系结构

3.5.2 传输协议的分类 为了能够在各种不同的网络上进行不同类型的数据传送，ISO定义了5类传输协议，即第0～4类传输协议，它们都是面向连接的。 第0类传输协议 第1类传输协议 第2类传输协议 第3类传输协议 第4类传输协议 第3章 计算机网络体系结构

第0类传输协议 第0类传输协议最简单，它的功能就是建立一个简单的端到端的传输连接，并可以在数据传送阶段将长数据报文分段传送，没有差错恢复功能，也没有将多条传输连接复用到一条网络连接上的能力，主要是面向A型网络服务。 第3章 计算机网络体系结构

第1类传输协议 第1类传输协议也较简单，只是增加了基本的差错恢复功能，主要是面向B型网络服务。 第3章 计算机网络体系结构

第2类传输协议 第2类传输协议具有连接复用功能，但没有对网络连接出现故障的恢复功能，这类协议还具有相应的流量控制功能，主要是面向A型网络服务。 第3章 计算机网络体系结构

第3类传输协议 第3类传输协议包含了第1类和第2类传输协议的功能，既有差错恢复又有复用功能，主要是面向B型网络服务。 第3章 计算机网络体系结构

第4类传输协议 第4类传输协议是最复杂的，功能较齐全，具有差错检测、控制、恢复以及复用等功能，可以在质量较差的网络上保证高可靠的数据传输，主要是面向C型网络服务。 第3章 计算机网络体系结构

3.5.3 传输层协议的要素 传输层协议的实现取决于它赖以运行的网络环境以及它提供的服务类型。下面假定传输层必须满足不可靠的网络服务，传输层协议必须要解决如下5个问题： 1．寻址 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 第3章 计算机网络体系结构

3.6 高层 3.6.1 会话层 3.6.2 表示层 3.6.3 应用层 第3章 计算机网络体系结构

3.6.1 会话层 会话层的任务主要是在传输连接的基础上提供增值服务，对端用户之间的对话进行协调和管理。所谓一次会话，就是两个用户进程之间为完成一次完整的通信而建立会话连接。应用进程之间为完成某项处理任务而需进行一系列内容相关的信息交换，会话层就是为有序地、方便地控制这种信息交换提供控制机制。 第3章 计算机网络体系结构

3.6.1 会话层 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 第3章 计算机网络体系结构

3.6.2 表示层 表示层向应用提供资料的表示，要解决不同系统的数据表示问题，解释所交换数据的意义，进行正文压缩及各种变换，如代码转换、格式变换等，以便用户使用，使采用不同表示方法的各开放系统之间能相互通信。此外，利用密码对正文进行加密、解密也是该层的任务。 第3章 计算机网络体系结构

3.6.3 应用层 应用层是OSI的最高层，也是用户访问网络的接口层，是直接面向用户的。在OSI环境下，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。 应用层包含了若干独立的、用户通用的服务模型，其主要目的是为用户提供一个窗口，用户通过这个窗口互相交换信息。 第3章 计算机网络体系结构

第3章 计算机网络体系结构

二、 互联网分层结构 第3章 计算机网络体系结构

1 互联网数据流动过程 数据 H|数据 H|H数据 H|H|H数据 H|H|H|H数据 数据 H|数据 H|H数据 H|H|H数据 1 互联网数据流动过程 Route 数据 H|数据 H|H数据 H|H|H数据 H|H|H|H数据 数据 H|数据 H|H数据 H|H|H数据 H|H|H|H数据 第3章 计算机网络体系结构

2 IP4地址与局域网保留地址 IP4地址 IP数据包的格式 第3章 计算机网络体系结构

2 IP4地址与局域网保留地址 局域网保留地址 其它特殊地址 10.*.*.* 172.16.*.* ~ 172.31.*.* 192.168.*.* 其它特殊地址 第3章 计算机网络体系结构

3 网络地址转换（NAT） Route 192.168.1.1 202.120.11.20 Ip包 源ip： 192.168.1.20 目的ip：202.120.11.1 Ip包 源ip： 202.120.11.20 目的ip：202.120.11.1 192.168.1.20 202.120.11.1 Ip包 源ip： 192.168.1.20 目的ip：202.120.11.1 第3章 计算机网络体系结构

4）子网划分 例：C类地址192.168.*.*可使用子网掩码255.255.224.0将它分为8个子网，其中子网号占3位。 Route 例：C类地址192.168.*.*可使用子网掩码255.255.224.0将它分为8个子网，其中子网号占3位。 这样，192.168.190.100则位于第4个子网中，其网络号为192.168.160.0,主机号为30.100。 网络号 | 主机号 网络号 |子网|主机号 1111111…11111 |00..00 子网掩码 第3章 计算机网络体系结构

5）tcp/ip协议族 第3章 计算机网络体系结构

5）tcp/ip协议族 (1)ARP协议（ address resolution protocol ） 通过物理网络硬件传送时，包要分解为帧，帧传送使用的是硬件的物理地址，而不是IP地址，因此在传送帧之前，须将IP地址翻译成等价的MAC物理地址（地址解析）。方法： 1）查表法 192.15.13.2 0A:07:4B:12:82:36 192.15.13.5 0A:11:C3:08:11:99 2）相近形式计算法 例：硬件地址=IP地址&0xff 3）ARP消息交换法 即在网上发送arp消息(请求)，通过应答机制来传送MAC物理地址。ARP协议规定：一个ARP请求消息被放入一个硬件帧后，被广播给网上的所有计算机，每台计算机收到这个请求后都会检测其中的IP地址，与IP地址配匹的计算机发回一个应答（此时不广播，而是直接发送），而其他的计算机则会丢弃收到的请求，不发任何应答。 Ip地址 Frame地址 第3章 计算机网络体系结构

当一台计算机广播了一个ARP请求之后，可能收到多少个应答？为什么？ 思考： 当一台计算机广播了一个ARP请求之后，可能收到多少个应答？为什么？ 假设一台计算机发出ARP请求之后，先后收到二个应答，一个声明硬件地址为H1，另一个声明硬件地址为H2,那么ARP软件会如何处理？ 一个计算机怎样利用ARP破坏安全性？ ARP能否向一个远程的服务器发送一个请求？ 第3章 计算机网络体系结构

5）tcp/ip协议族 (2)ICMP协议 ICMP(Internet Control Message Protocol)控制报文协议，是TCP/IP中一个专门用于差错控制的协议。ICMP定义了五种差错报文和四种信息报文：源抑制（source quench）、超时（time exceeded）、目的不可达(destination unreachable)、重定向（redirect）、要求分段（fragmentation required）、回应请求/应答、地址屏蔽码请求/应答。 应用： ping利用ICMP的回应报文； tracert利用ICMP的超时报文。 第3章 计算机网络体系结构

2）超时（Time Exceeded） 两种情况下会发生超时报文： 1）源抑制（Source Quench）:当一个路由器收到一台主机的太多的数据报以至用完了缓冲区，就发送一个源抑制的报文给此主机，让它停发或缓发。 2）超时（Time Exceeded） 两种情况下会发生超时报文： 当一个Router将一个IP包的生存时间减为0时，Router就丢弃该包，并发送一个超时报文； 在一个数据报的所有帧段到达之前，重组计时器到点了，则接收主机发送一个超时报文。 3）目的不可达（Destination Unreachable）:当Router不能向目的主机传送包时，就向创建包的主机发送一个目的不可达报文。 4）重定向（Redirect）:若主机将包错误的发给一个不该发的Router，则该Router回发一个重定向的报文给此主机，通知它改变路由。 第3章 计算机网络体系结构

1）回应请求/应答（Echo Request/Reply）一个回应请求报文能发给任何一台计算机，应答带有和请求一样的数据； 5）要求分段（Fragmentation Required）:当一个Router发现一个包比它要去的网络的MTU大，而包中又规定数据不能分段时，则回发主机一个要求分段的报文。 四种信息报文: 1）回应请求/应答（Echo Request/Reply）一个回应请求报文能发给任何一台计算机，应答带有和请求一样的数据； 2）地址屏蔽请求/应答（Address Mask Request/Reply）:当一台主机启动时，会广播一个地址屏蔽请求的报文，Router收到后回发一个地址屏蔽应答报文，其中含有本网使用的32bits的子网掩码。 第3章 计算机网络体系结构

6）网络连接设备 传统局域子网 （以太网） 采用网桥分 隔相同网段 （以太网） 互联网 采用路由器分 隔不同网段 （以太网） 采用二层交换机 成本高，延迟大，跨网 段通信量增大，管理复 杂 共享访问时产生冲 突，性能下降 采用网桥分 隔相同网段 （以太网） 互联网 采用路由器分 隔不同网段 （以太网） 采用二层交换机 分隔各个网段 （以太网） 广播风暴 VLAN 第3章 计算机网络体系结构

7）通过互联网访问局域网上主机 方法：在路由器上进行端口映射 端口转换 202.120.11.23:3011  192.168.1.250:80 Route 192.168.0.1 202.120.3.211 192.168.1.1 202.120.11.23 192.168.1.250:80 Ip包 源ip： 202.120.3.211 目的ip：202.120.11.23:3011 192.168.0.100 Ip包 源ip： 192.168.0.100 目的ip：202.120.11.23:3011 第3章 计算机网络体系结构

以ADSL TP-LINK410路由器为例 首先，确定ADSL路由是公网还是内网？ 执行ipconfig命令： Connection-specific DNS Suffix . : Description . . . . . . . . . . . : Realtek RTL8139/810x Family Fast Ethernet NIC Physical Address. . . . . . . . . : 00-11-D8-EB-8B-A8 DHCP Enabled. . . . . . . . . . . : No IP Address. . . . . . . . . . . . : 192.168.1.250 就是你电脑的IP地址 Subnet Mask . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0 子网掩码 Default Gateway . . . . . . . . . : 192.168.1.1 网关，也就是路由器的IP地址！ DNS Servers . . . . . . . . . . . : 202.96.134.133 202.96.128.68 注意如果你的ＩＰ是以下三种基本上判定为内网： 10.x.x.x；172.x.x.x；192.168.x.x 第3章 计算机网络体系结构

通过互联网访问局域网上的主机 打开浏览器，浏览路由器（IP默认为192.168.1.1）,输入帐号/密码。 （注：默认帐号和密码为admin ；也可telnet 192.168.1.1，然后输入帐号/密码） 第3章 计算机网络体系结构

通过互联网访问局域网上的主机 点击左边的转发规则，再选择虚拟服务器，打开虚拟服务器的设置画面 第3章 计算机网络体系结构

在服务器端口处填上internet上的端口号（如3011，安装时默认的端口号是2007,2008），IP地址处填写局域网上的主机IP地址（如192.168.1.250）；协议处选择TCP，启用处打钩，最后按保存。 第3章 计算机网络体系结构

第3章 计算机网络体系结构

3.7 思考题 1．网络中分层体系结构模型的含义是什么？ 2．说明协议和服务的区别及联系。 3．比较虚电路服务与数据报服务的异同。 3.7 思考题  1．网络中分层体系结构模型的含义是什么？ 2．说明协议和服务的区别及联系。 3．比较虚电路服务与数据报服务的异同。 5．流量控制与路由选择有何异同？ 6．简述防止拥塞的几种方法。 7．局域网保留的ip地址有哪些？写出Ip数据包组成。 8. 交换机与路由器有何区别？ 第3章 计算机网络体系结构