朱嬋QQ：359620172TEL三章網絡體系結構學習目標了解計算機網絡開放系統互聯/參考模型（OSI/RM）7層協議結構；弄清層與層之間的關系，包括相鄰層、對等層之間的關系，層間通信等；了解各層的主要功能和提供的服務，以及實現這些功能和服務各層所采用的技術。了解其他著名網絡體系結構2023/2/312:5423.1OSI參考模型2023/2/312:543什么是OSI？概述：國際標準化組織的簡稱，該組織成立于1947年4月，其成員為各國在標準化方面最有代表性的團體，是國際上最大的標準化機構之一。成立目的：促使標準化工作的進展，方便國際物資交流和互助。OSI/RM：開放系統互聯/參考模型定義：由OSI提出的計算機網絡體系結構的參考模型，該模型定義和描述了一組用于計算機及其通信設施之間互聯的規范和標準。作用：規范不同公司開發的網絡產品，提高產品的兼容性和互操作性。優點：用戶能夠根據性價比靈活選擇不同廠商的設備；廠家可獲得更廣闊的市場空間。3.1OSI參考模型2023/2/312:544OSI/RM的確立目標：支持異種計算機之間的互連和通信支持多種通信介質（不同的通信規程、線制和通信要求）支持多種業務處理（交互式分時處理、遠程批處理、聯機處理）支持高級的人機界面（圖形用戶界面、文字處理、語音識別等）具有可擴充能力（擴充的應用要求、新工藝、新技術等）目前OSI模型的推廣不如人意標準化組織僅提供了標準，廠家才是具體實施者各廠家更希望標準也能適用于自己的早期產品，導致分歧巨大標準的要求覆蓋到各個方面，廠家從自身利益出發僅實現了部分標準標準推出前已有得到認可的工業標準3.1OSI參考模型實際的使用標準是：TCP/IP協議族TCP/IP協議族為四層協議，是七層OSI協議的簡化版2023/2/312:5453.2OSI參考模型的設計原理分解（計算機網絡是分層的體系結構）分層的必要性協議設計的復雜性關于協議的舉例：藍軍白軍對戰網絡構成的復雜性不同的網路結構不同的網絡設備不同的應用程序……6如何為這樣一個復雜的體系結構設計行為規范呢？答案是：分層

即：將大問題劃分為無數個簡單的小問題2023/2/312:54分層的網絡體系結構郵政系統分層模型7用戶（寫信人）用戶間的約定用戶（收信人）用戶子系統用戶/郵局約定郵局郵局之間的約定郵局郵政子系統郵局/運輸部門約定運輸部門運輸部門之間的約定運輸部門運輸子系統甲地實際運輸乙地分層:每層實現一個服務通過它自己本層的具體實現僅依賴于下層提供的服務2023/2/312:54分層的網絡體系結構分層的好處（原則）：各層之間是獨立的某一層不需要知道下一層的服務方式，只需要知道它提供什么服務。靈活性好任何一層變化時，只要層間接口關系不變，則其他層均不受影響。結構上可分割開各層都可以采用最合適的技術來實現基于分層原則的OSI/RM特點：互連的系統必須具有相同的層次結構只有相同層次的實體才能進行有意義的通信，并且只能借助于下層的服務來實現82023/2/312:54OSI的層次2023/2/312:549七層OSI協議物理層：確定物理設備結構，提供“點—點”的比特流傳輸的物理鏈路數據鏈路層：利用差錯處理技術，提供“點—點”的可靠傳輸的數據鏈路網絡層：利用路由技術，實現用戶數據的“端—端、網—網”傳輸運輸層：屏蔽子網、用戶要求和網絡服務間的差異。即實現“進程—進程”的傳輸會話層：提供控制會話和數據傳輸的手段表示層：解決異種系統之間的信息表示問題，屏蔽系統間在數據表示方面的差異應用層：利用下層服務，滿足具體的應用需求OSI的層次2023/2/312:5410OSI/RM與快遞服務的類比物理層：交通工具（汽車、火車、飛機、輪船）數據鏈路層：司機（保證本段傳輸過程的安全性和可靠性）網絡層：快遞集散中心（接收、存儲、轉發包裹，具備指路功能）運輸層：電商購物平臺（完成不同買賣雙方的信息溝通，確認傳輸方式）會話層、表示層、應用層：買賣雙方在實際的TCP/IP協議中會話層、表示層、應用層直接劃分為應用層，由應用程序借助指定協議(如HTTP、FTP等)內容完成這部分工作。OSI參考模型示意圖2023/2/312:5411示例主機A與主機B通過7層協議實現網絡互連主機A主機B網絡互連拓撲圖路由器A路由器B交換機網絡A網絡BOSI參考模型示意圖2023/2/312:5412協議模型應用層表示層會話層運輸層網絡層數據鏈路層物理層應用層表示層會話層運輸層網絡層數據鏈路層物理層網絡層數據鏈路層物理層網絡層數據鏈路層物理層主機A主機B中繼系統數據鏈路層物理層進程到進程的傳送點到點的傳送網到網的傳送1-13報文數據段分組幀源主機applicationtransportnetworklinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtMM目的主機applicationtransportnetworklinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtMMnetworklinkphysicallinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnHlM路由器交換機在五層協議模型中的數據傳輸2023/2/312:543.3OSI層與層之間的通信2023/2/312:5414OSI層的基本概念在OSI參考模型中，層是開放系統的邏輯劃分，代表功能上相對獨立的一個子系統。N層表示協議層次結構中的任一層；N+1層表示特定層次的上鄰層；N-1層表示特定層次的下鄰層。層中包含層功能和層服務層功能：本層具有的通信功能層服務：本層向上鄰層提供的服務（N）服務=（N）功能+（N-1）服務3.3OSI層與層之間的通信2023/2/312:5415OSI層間通信兩類層間通信相鄰層層間通信：獨立系統內部的通信，特定N層次依賴于下鄰N-1層服務實現N層功能，從而其上鄰N+1層提供服務。對等層層間通信：不同開放系統間相同層之間的通信，從而實現數據的實際通信過程。就整體數據通信而言：相鄰層之間的通信是手段，對等層之間的通信是目的3.3OSI層與層之間的通信2023/2/312:5416數據的封裝與分解（組包和拆包）N層封裝好的數據包由N層的控制數據和N+1層的數據包構成。N+1層數據包被稱為服務數據單元（SDU）N層的控制數據稱為協議數據單元（PDU）由于每層都需要實現自身獨立的功能內容，因此需要在數據中加入某些控制數據方便其他開發系統的對等層讀取。例如：當你通過電商平臺購物時，你的包裹會通過以下方式到達你的手中：商家從倉庫按顧客要求的款式、數量取貨并包裝，包裝中一般會附上清單或發票。發出地快遞公司攬貨，確認寄件人和收件人信息后再次包裝商品并附上快遞單。顧客收到商品，拆開快遞包裝及商品包裝，根據商家清單及事先約定確認商品是否符合要求。所以有：(N)層SDU=(N)層PDU+(N+1)層SDU計算機

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2應用程序數據應用層首部H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝去首部（尾部）的層次應用程序數據H5應用程序數據H4H5應用程序數據H3H4H5應用程序數據H4運輸層首部H3網絡層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部數據封裝過程2023/2/312:5417計算機

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210100110100101比特流110101110101計算機2的物理層收到比特流后交給數據鏈路層H2T2H3H4H5應用程序數據數據拆解過程2023/2/312:5418H3H4H5應用程序數據計算機

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2數據鏈路層剝去幀首部和幀尾部后把幀的數據部分交給網絡層H2T2H3H4H5應用程序數據數據拆解過程2023/2/312:5419H4H5應用程序數據H3H4H5應用程序數據計算機

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2網絡層剝去分組首部后把分組的數據部分交給運輸層數據拆解過程2023/2/312:5420H5應用程序數據H4H5應用程序數據計算機

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2運輸層剝去報文首部后把報文的數據部分交給應用層數據拆解過程2023/2/312:5421應用程序數據H5應用程序數據計算機

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2應用層剝去應用層PDU首部后把應用程序數據交給應用進程數據拆解過程2023/2/312:5422計算機

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發來的應用程序數據！數據拆解過程2023/2/312:5423OSI數據傳輸方式2023/2/312:5424兩種傳輸方式面向連接的傳輸：虛電路服務面向無連接的傳輸：數據報服務OSI參考模型的物理映射物理層、數據鏈路層、網絡層：實現通信子網的服務，常見設備：傳輸介質（光纖、電纜、無線電波）、路由器、交換機會話層、表示層、應用層：直接面向用戶，協助用戶合理使用各類資源，利用下層協議實現數據傳送，常見設備：終端運輸層：屏蔽通信子網性能和用戶對網絡性能的需求差異，常見設備：終端3.4物理層2023/2/312:5425物理層的作用：物理層用于屏蔽各類通訊設備和傳輸媒體帶來的傳輸差異，使鏈路層可以接收到等效的服務。物理層的服務：規定網絡設備之間和物理接口的特征及通信規則接收鏈路層的數據幀，執行物理層協議：建立連接，按序傳輸比特流（維持），釋放連接。物理層協議機械特性指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置電氣特性指明在接口電纜的各條線上出現的電壓范圍功能特性指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義規程特性指明對于不同功能的各種可能事件的出現順序2023/2/312:5426物理設備之間的連接2023/2/312:5427兩類物理設備數據終端設備（DTE）：指希望通過網絡互連的設備，即入網設備，包括計算機、手機等終端。數據電路終接設備（DCE）：指網絡中的通信設備，即網內設備，包括調制解調器、交換機、路由器等。數據終端設備DTE數據電路終接設備利用RS-232C接口實現的設備互連RS-232-C接口1973年由美國電子工業協會（EIA）提出的串行通信接口標準，用于數字設備間的數據傳送。特性：機械特性：9針、15針、25針，兩頭使用螺栓固定電氣特性：使用負邏輯，1為負電平、0為正電平功能特性：規定了每個針腳的作用過程特性：規定了如何協調使用各針腳的功能共同完成數據傳輸任務。2023/2/312:54281569利用RS-232C接口實現的設備互連2023/2/312:5429RS-232-C接口9針腳功能說明DB-9插針功能說明標記1信號檢測DCD2接收數據RD3發送數據SD4數據終端就緒DTR5信號地SG6數據傳輸設備就緒DSR7請求發送RTS8允許接收CTS9振鈴提示RI利用RS-232C接口實現的設備互連2023/2/312:5430DTE-DCE(直線連接、標準接法)123456789DTE123456789DTE利用RS-232C接口實現的設備互連2023/2/312:5431DTE-DTE(交叉線連接、非標準接法)123456789DTE123456789DTE利用RS-232C接口實現的設備互連2023/2/312:5432DTE-DTE(兩終端間通過多臺DCE連接)利用RS-232C接口的直連實現串口連接網線連接補充RJ-45接口該接口通常用于數據傳輸，共有8個針腳，與4對雙絞線項鏈，主要用于網卡、接線器接口和網線。就是俗稱的水晶頭。2023/2/312:5433RJ-45接口8個針腳的功能特性針腳序號名稱功能針腳序號名稱功能1TX+發信號+5n/c空腳2TX-發信號-6RX-發信號-3RX+發信號+7n/c空腳4n/c空腳8n/c空腳3.5數據鏈路層2023/2/312:5434物理層的服務與缺陷服務：定義了接口規范，實現了物理設備間的比特流傳輸缺陷：傳輸出錯，如比特錯誤、噪音干擾等。不同物理設備間信息處理速度的差異問題。如何完成用戶間離散型的數據交換過程。數據鏈路層的功能提供差錯控制：校驗碼提供流量控制：停等協議或滑動窗口協議提供數據鏈路：節點間的鏈路管理和數據成幀定義了終端的物理地址，即MAC地址關于數據鏈路層的具體問題，將在第四章局域網詳細論述3.6網絡層2023/2/312:5435概述：網絡層的作用是在鏈路提供的點到點的服務基礎上，實現數據的遠距離傳輸即端到端服務（網絡的一端到另一端的數據傳輸）。網絡層的功能提供編址和路由技術利用多路復用/解復用技術，使得用戶共享鏈路分組交換技術的主要實施者：提供分組和組裝的功能網絡層的協議X.25協議：基于虛電路的分組交換網絡協議IP協議：基于數據報網絡internet使用的網路層協議3.6網絡層2023/2/312:5436網絡層的核心網絡地址在因特網的IP協議中，為保證連接到網絡上的每臺主機都具有訪問和被訪問的能力，網絡中的設備都被分配了一個唯一的標識即網絡地址（IP地址）IP地址與MAC地址：IP地址是動態地址，當設備連網時由網絡服務提供商為其臨時分配。MAC地址是固定地址，由生產廠家直接固化在網卡之上，不可改變。類比：IP地址相當于郵政地址MAC地址相當于身份證號碼3.6網絡層2023/2/312:5437網絡層的核心：路由選擇路由算法的圖形抽象:節點是路由器邊是物理鏈路鏈路代價:延遲,成本,或者擁塞程度目標:

確定從源到目的地經過網絡的“好”路徑(路由器順序).路由協議AEDCBF2213112535“好”路徑:典型表示－最小代價路徑其他的可能4-38路由算法分類全局還是分散的信息?全局的:所有的路由器都有完整的拓撲、鏈路代價信息“鏈路狀態”算法分散的:

路由器知道物理相連的鄰居,到鄰居的鏈路代價。鄰居間反復進行計算處理，交換信息“距離向量”算法靜態的還是動態的?靜態的:

路由變化很慢動態的:

路由變化很快周期性更新響應鏈路代價的變化2023/2/312:543.7傳輸層2023/2/312:5439概述OSI的低3層（物理層、數據鏈路層、網絡層）主要面向數據通信，其構成的網絡被稱為通信子網。為降低網絡構建的成本并提高靈活性。通信子網提供了無差別的簡單通信服務，即數據報服務。網絡用戶的不同需求：有的用戶要求高速傳輸有的用戶要求低廉的網絡使用費有的用戶要求無差錯的數據傳輸……以上這一切均交由端系統的運輸層處理！3.7運輸層2023/2/312:5440定義：運輸層也稱傳輸層，提供了不同主機上應用程序進程之間的端到端的邏輯通信。所謂的進程到進程通信，即發送端到接收端之間進程的通信。網絡中：物理層：實際通信線路數據鏈路層：點到點的通信網絡層：端到端通信（網絡到網絡）傳輸層：端到端通信快遞系統：交通工具——物理層快遞公司員工——數據鏈路層分揀中心——網絡層用戶——傳輸層運輸層功能2023/2/312:5441傳輸層利用以下幾類技術手段滿足用戶的不同需求：分流/合流技術利用多條數據鏈路才支持一條運輸連接上的數據傳輸，滿足用戶對高速傳輸的要求。復用/解復用技術將多個用戶數據復用到同一條數據鏈路上傳輸，到達目的端時再利用解復用技術分發給不同接收方，以滿足用戶低成本傳輸的要求。拼接/分割技術將多個用戶數據拼接為一個數據傳輸單元，在一條鏈路上傳輸。這同樣用于滿足用戶低成本傳輸的要求。分段/合段技術將用戶的超長數據切割為多個滿足分組長度的數據包，然后獨立發送，以保證用戶的超長數據正常發送。運輸層功能2023/2/312:5442差錯檢測和糾錯技術基于端系統的差錯檢測和糾錯技術，可保障用戶對可靠傳輸的要求。流量控制技術利用端系統的流量控制系統（如滑動窗口協議）降低網絡負載、消除擁塞和平衡數據交換雙方在數據處理速度上的差異。傳輸層需向應用層提供可靠的通信服務，避免報文的出錯、丟失、延遲時間紊亂、重復、亂序等現象Internet的運輸層提供兩類服務：傳輸控制協議TCP和用戶數據報協議UDP服務內容包括：標識和維護傳輸連接（TCP）提供流量控制和常規數據/加速數據的傳輸（TCP）提供差錯檢測和糾錯服務（TCP/UDP）針對用戶要求，提供分流、復用等技術（TCP/UDP）運輸層服務面向連接的服務類似于電話通信建立邏輯上的通信鏈路連接三步驟建立連接、維持連接、結束連接優點：通過可靠傳輸機制保證報文傳輸的可靠性，報文不易丟失缺點：由于需要管理和維護連接，因此協議復雜，通信效率不高請注意：傳輸層的面向連接服務與網絡層的虛電路服務不同，其連接信息僅在端系統中存在。運輸層服務無連接服務無需事先建立連接各分組攜帶完整目的地址，獨立轉發分組的傳遞是失序的缺點：可靠性差，容易出現報文丟失現象優點：協議簡單、通信效率高無連接服務實際上是網絡層“盡最大努力交付”服務的進一步擴展運輸層尋址——端口概述：傳輸層的地址、應用進程的地址是一個16位的正整數端口的作用：實現傳輸層的分用與復用一臺主機上擁有多個進程，但僅有一個網卡發送數據時：多個進程的數據復用同一網卡接收數據時：同一網卡負責將其分發給不同進程網絡層無差別的幫助不同應用程序發送和接收數據，而數據之間通過端口進行區別。請注意：傳輸層的端口是軟件端口交換機、路由器上的硬件端口運輸層尋址——端口多路分解與多路復用MSN5QQIEMSN300020004000QQ應用層傳輸層網絡層多路分解與多路復用H1H2H3分組包含端口4000分組包含端口3000分組包含端口20003.8會話層2023/2/312:5447概述通過運輸層的實現，網絡向用戶提供了非常完善的通信環境，因此會話層需考慮的問題是：通信雙方如何進行數據與控制信息的交互。會話層功能：利用令牌技術保障數據交換、會話同步的有序性利用活動和同步技術保障用戶數據的完整性利用分段和拼接技術來提高數據交換的效率利用重新同步技術來實現用戶會話的延續性3.8會話層2023/2/312:5448會話層的技術會話會話指用戶之間的信息交換過程，將用戶之間的信息交換分成若干邏輯工作段或活動，活動內容具有相對的獨立性和完整性。每個活動中均可包含一個或多個會話單元

如：請求連接、發送數據、確認接收、請求釋放連接等同步技術同步是對會話層實體的一種控制方法，保證會話的時序性。同步技術將用戶數據按邏輯語義切割，便于接收方對信息進行驗證。此外利用同步技術在數據中形成多個恢復點，還可減少差錯重傳的數據量。3.8會話層2023/2/312:5449會話層的技術令牌技術利用該技術可在半雙工工作方式下，通過數據令牌的申請和分配，保證用戶信息交換的時序性協議執行流