3.1網絡體系結構的概念3.2物理層3.3數據鏈路層3.4TCP/IP體系結構第3章計算機網絡體系結構

【本章內容簡介】計算機網絡體系結構主要涉及到網絡的功能和服務的模型化。本章主要介紹了計算機網絡體系結構的層次化和分層原理，ISO的開放式系統互連參考模型OSI/RM以及OSI/RM各層的功能，TCP/IP協議的體系結構及各層功能以及OSI/RM與TCP/IP參考模型的比較。

【本章重點難點】重點掌握網絡協議和網絡體系結構的概念，物理層和數據鏈層的作用和主要功能。第2章數據通信技術基礎3.1網絡體系結構的概念1．計算機網絡協議3.1.1協議分層在計算機網絡中用于規定信息的格式以及如何發送和接收信息的一套規則稱為網絡協議（NetworkProtocol）或通信協議(CommunicationProtocol)，它主要有三個部分組成。（1）語義（2）語法（3）時序

2．網絡體系結構由于不同系統之間的相互通信是建立在各個層次實體之間互通的基礎上，因此一個系統的通信協議是各個層次通信協議的集合。計算機網絡分成若干層來實現，每層都有自己的協議。將計算機網絡的層次結構模型及其協議的集合，稱為網絡的體系結構。3.1.1協議分層

3．分層結構的意義由于計算機網絡的復雜性，很難使用一個單一協議來為網絡中的所有通信規定一套完整規則，因此普遍的做法是將通信問題劃分為許多小問題，然后為每個小問題設計一個單獨的協議，從而使得每個協議的設計、分析、編碼、個性和測試都變得容易。3.1.1協議分層圖3-1郵政系統的分層模型

4．“實通信”和“虛通信”在現實的通信系統中，真實的數據傳遞關系必須是物理通信，即沿著圖3-2中的不同層間的實線路徑傳輸的通信，實線是真實的傳輸路徑，這種通信為“實通信”。虛線是邏輯聯結關系，這種通信稱為“虛通信”。3.1.1協議分層圖3-2通信中的數據傳遞關系傳輸介質最高層最高層較低層較低層最低層最低層圖3-3七層網絡結構中的通信過程3.1.2開放系統互連參考模型概述圖3-4OSI/RM結構示意圖3.1.3OSI/RM功能要素圖3-5OSI/RM功能層次結構及其要素3.1.3OSI/RM功能要素圖3-6OSI./RM中的數據傳送

3.2.1物理層的作用和接口

1．物理層的作用

ISO/OSI參考模型對物理層的描述是：物理層為傳送二進制比特流數據而激活、維持、釋放物理連接所提供的機械特性、電氣特性、功能特性和規程特性。這種物理連接可以通過中繼系統，每次都在物理層內進行二進制比特流數據的中繼傳輸。這種物理連接允許進行全雙工或半雙工的二進制比特流傳輸。物理層服務數據單元(即二進制比特流)的傳輸可通過同步方式或異步方式進行。3.2物理層

2．物理層的接口物理層接口協議的主要內容是：（1）提供物理連接的四種特性，即機械特性、電氣特性、功能特性、規程特性；（2）為傳送物理層服務數據單元—比特流確定通信方式、同步方式和編碼規則。3.2.1物理層的作用和接口

1．機械特性。規定了物理連接時所使用的可接插連接器的形狀和尺寸，連接器中的引腳數量與排列情況等。

2．電氣特性。規定了DTE-DCE接口電纜上傳送信號的電壓大小，即信號“1”和信號“0”的電壓值；傳號和空號的電壓識別等；最大數據傳輸率與距離限制；發送端與接收端間電路特性的說明等。

3．功能特性。規定了物理接口上各條信號線的功能分配和確切定義。

4．規程特性。定義了接口進行二進制比特流傳輸過程的一組操作序列，即各信號引腳線的工作規程和時序關系。3.2.2DTE-DCE接口特性描述EIARS-232C3.2.3物理層接口標準舉例圖3-7利用公共電話交換網實現遠程連接3.2.3物理層接口標準舉例圖3-8RS-232C接口的連線圖3.3數據鏈路層3.3.1數據鏈路層的作用1.數據鏈路管理2.裝幀與幀同步3.流量控制4.差錯控制5.透明傳輸6.尋址3.3.2高級數據鏈路控制規程HDLC

1.HDLC的基本配置和響應方式（1）正常響應方式（Normalrespondingmodel，NRM）（2）異常響應方式(AnomalousRespondingModel，ARM)（3）平衡型異步響應方式(BalanceAnomalousRespondingModel，BARM)

2.HDLC的幀格式3.3.2高級數據鏈路控制規程HDLC圖3-9HDLC幀結構

3．HDLC的幀類型

HDLC控制字段為8位，它的內容取決于幀的類型。HDLC定義了3種類型的幀，分別為信息幀（I幀）、監控幀（S幀）和無編號幀（U幀），每一種幀中的控制字段的格式及比特定義如表所示。3.3.2高級數據鏈路控制規程HDLC控制字段位12345678CI幀格式0N（S）P/FN（R）CS幀格式10SP/FN（R）CU幀格式11M1M2P/FM3M4M53.4TCP/IP體系結構

3.4.1TCP/IP的發展史

TCP/IP的發展史和ARPANET是分不開的，這個網絡通過租用的電話線連接了數百所大學和政府部門，當衛星和無線網絡出現以后，現有的協議在和它們互聯時出現了問題，所以需要有一種新的參考體系結構。因此能無縫隙地連接多個網絡的能力是從一開始就確定的主要目標，這個體系結構在它的兩個主要協議（TCP協議、IP協議）出現以后，被稱為TCP/IP參考模型。它最初定義在1974年，以后不斷地修改和完善。3.4.2TCP/IP體系結構圖3-10TCP/IP體系結構和OSI/RM的關系

1．網絡接口層網絡接口層是TCP/IP的最低層，負責接收互聯網層發來的數據報并通過具體網絡發送，或者從具體網絡上接收幀，抽出IP數據報，交給互聯網層。TCP/IP參考模型沒有真正描述這一部分，只是指出主機必須使用某種協議與網絡，以便能在其上傳遞IP分組。

2．網際互聯層網際層所執行的主要功能是處理來自傳輸層的分組，將分組形成數據包（IP數據包），并為該數據包進行路徑選擇，最終將數據包從源主機發送到目的主機。其地位和作用類似于OSI/RM的網絡層，向上提供不可靠的數據報傳輸服務。3.4.2TCP/IP體系結構

3．傳輸層傳輸層的功能是使源端和目標端主機上的對等實體可以進行會話。除了在端與端之間傳送數據外，傳輸層還要解決不同程序的識別問題，因為在一臺計算機中，常常是多個應用程序可以同時訪問網絡，傳輸層要能夠區別出一臺機器中的多個應用程序。

4．應用層應用層是TCP/IP的最高層，該層能向用戶提供一組常用的應用程序，定義了大量的TCP/IP應用協議。3.4.2TCP/IP體系結構

OSI參考模型與TCP/IP參考模型有很多相似之處，它們都是基于獨立的協議棧的概念，都有網絡層、傳輸層和應用層，有些層的功能也大體相同。不同之處主要體現在以下幾個方面：

1．TCP/IP雖然也分層，但層的數量不同，且層次之間的調用關系不像OSI參考模型那樣嚴格。

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