第三章 计算机网络体系结构

第三章 计算机网络体系结构

(3) 网络层(Network Layer) 该层的主要作用是解决如何使数据包通过各结点传送的问题， 即通过路径选择算法（路由）将数据包送到目的地 网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数据单元称为数 据包或分组。
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(4) 传输层(Transport Layer) 传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据 传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。 传输层传送的协议数据单元称为段或报文。 (5) 会话层(Session Layer) 会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进程之间的通 信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。 会话层得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念。例 如，一个交互的用户会话以登录到计算机开始，以注销结束。

将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后“分 而治之”，这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。 对于计算机网络系统这样一个十分复杂的系统，分层是系统 分解的最好方法之一。 （以寄信为例，通过下图说明）

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书写信件， 贴邮票， 送邮箱 收集信件， 盖邮戳， 信件分拆 信件打包， 送运输部 门Βιβλιοθήκη 重点/难点
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一、OSI参考模型简介

１、OSI（Open System Interconnection）参考模型：开放 式系统互联。 “开放”：表示任何两个遵守OSI标准的系统可以互连 “系统”：指计算机、终端或外部设备等 1、OSI参考模型的结构 ISO参考模型由ISO组织提出，目的是实现异种机互连。 OSI参考模型是七层结构（物理层、数据链路层、网 络层、传输层、会话层、表示层和应用层），提供了 从抽象的应用层到具体的物理层的层结构视图。（如 下图）



特点 优点：安装简单，使用方便，价格相对低廉 缺点：在使用中继器连接多个网段时，可能会因为中继器 不过滤任何通过的数据而遇到一些性能上的问题。
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(2) 集线器（HUB） 功能：信号再生与放大，也称为“多端口中继器”

特点：物理上是星型结构，逻辑上是总线型结构
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三、数据链路层

1、功能 （1）数据链路管理 （2）帧同步 （3）差错控制 （4）流量控制
发送端网络层的数据 L 3DATA 接收端网络层的数据 L3 DATA 数据帧 DH 数据帧 DH 数据链路层 DT
数据链路层 DT
11010111„„0101011 发送端物理层
11010111„„0101011 接收端物理层
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数据链路层的主要功能三 差错控制：是指在数据通信过程中发现能检测或纠正差错，并将差 错限制在尽可能小的允许范围内。差错检测可通过差错控制编码来 实现的；而差错纠正则通过差错控制方法来实现。详见“差错控制 技术”一节中的相关介绍。 流量控制：如果发送结点的发送能力大于接受结点的接受能力，则 会出现？ 所以要解决的就是控制发送方的速率，使其不超过接受方所能承受 的能力。 注意：不是数据链路层特有的功能，高层协议中流量控制的对象和 其不同而已。
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(6) 表示层(Presentation Layer) 表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题，以保证一 个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。如果 必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的 多种数据表示格式转换成网络通信中采用的标准表示形式。 数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。 (7) 应用层(Application Layer) 应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的接口。该层 通过应用程序来完成网络用户的应用需求，如文件传输、收 发电子邮件等。
F 01111110
A 8位
C 8位
I 可变长度
FCS 16位
F 01111110
☆ F标志字段01111110用以标志帧的起始和前一帧的终止。 ☆ A地址字段的内容取决于所采用的操作方式。命令帧中的地址 字段携带的是相邻结点的地址，而响应帧中的地址字段携带的是本结 点地址。 ☆ C控制字段通过不同编码构成各种命令和响应，以便对链路进 行监视和控制。该字段是HDLC协议的关键部分。 ☆ I信息字段用于传送有效数据，下限可以为0（无信息字段）， 上限未做严格限定，但实际上要受FCS字段或站点缓冲器容量的限制， 一般是1000～2000比特。 ☆FCS 帧校验序列字段可以使用16位或32位的CRC，对两个标志 字段之间的整个帧的内容进行校验。
完整的OSI数据传递与流动过程
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3、OSI参考模型各层的功能简介能


(1) 物理层(Physical Layer) 物理层的作用是通过传输介质发送和接收二进制比特流， 实现比特流的透明传输。 (2) 数据链路层(Data Link Layer) 该层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将 不可靠的物理链路转换成对网络层来说无差错的数据链路。 数据链路层传送的协议数据单元（ PDU)称为数据帧。数据 帧中包含物理地址（又称MAC地址）、控制码、数据及校 验码等信息。
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HDLC协议特点：
不依赖于任何一种字符编码集； 实现透明传输的“0比特插入/删除法”易于硬件实现； 全双工通信，不必等待确认便可连续发送数据，有较高的 数据链路传输效率； 所有帧均采用CRC校验； 对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重发，传输可靠性 高等。

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第一节 网络体系结构的基本概念

教学目标

掌握网络协议的作用、构成和分层实现思想 掌握计算机网络体系结构的概念 了解分层体系结构中的数据传输

重点/难点

网络协议和网络体系结构
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问题的提出
为了减少计算机网络的复杂程度，按照结构化设计方法，计算 机网络将其功能划分为若干个层次，较高层次建立在较低层次的 基础上，并为其更高层次提供必要的服务功能。网络中的每一层 都起到隔离作用，使得低层功能具体实现方法的变更不会影响到 高一层所执行的功能。
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2、数据链路层的网络连接设备 (1) 网卡：又称网络接口卡（NIC，Network Interface Card），是主机与网络的接口部件。 功能： ☆ 控制数据传送。 ☆ 具备串-并转换功能。 ☆ 缓存功能 网卡的MAC地址（12位十六进制网络地址（48位）。 通过命令Ipconfig /all 可得到。
发信者 收信者
通信者活动
通信者活动
阅读信件
邮局服务业务 邮局服务业务
信件投递， 信件分拆
邮局转送业务
邮局转送业务
邮件拆包， 分发邮件
路由选择， 运输
运输部门的邮件运输业务
接收邮包， 转送邮局
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1、网络层次结构的特点 （1）除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实 体间进行的都是虚通信。 （2）对等层的虚通信必须遵循该层的协议。 （3）n层的虚通信是通过n/n-1层间接口处n-1层提供的服务 以及n-1层的通信（通常也是虚通信）来实现的。
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2、OSI参考模型中的数据传输过程 在OSI参考模型中，不同主机对等层之间按相应协议进行通信， 同一主机不同层之间通过接口进行通信。除了最低层的物理 层是通过传输介质进行物理数据传输外，其他对等层之间的 通信均为逻辑通信。在这个模型中，每一层将上层传递过来 的通信数据加上若干控制位后再传递给下一层，最终由物理 层传递到对方物理层，再逐级上传，从而实现对等层之间的 逻辑通信。（如下图所示）

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数据链路层协议分类及HDLC帧格式 数据链路层协议分类 数据链路控制协议也可分为异步协议和同步协议两类。 异步协议以字符为独立的信息传输单位，在每个字符的起始处 对字符内的比特实现同步，但字符与字符之间的间隔时间是不 固定的(即字符之间是异步的)。由于每个传输字符都要添加诸 如起始位、校验位、停止位等冗余位，故信道利用率很低，一 般用于数据速率较低的场合。
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2、网络层次结构中的协议 (1) 不同主机同一层次（对等层）实体之间进行的通信。遵 守的是“同层协议”。 (2) 同一主机相邻层的实体之间进行的通信。遵守的是“接 口协议”。
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3、网络层次结构的优点 (1) 各层的功能明确，并且相互独立。 (2) 易于实现和维护。 (3) 易于实现标准化。
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一、网络协议 网络协议是指为进行计算机网络中的数据交换而建 立的规则、标准或约定的集合。 它由三部分组成：语法、语义和同步（定时）。 ① 协议的语法（如何讲）问题。 ② 协议的语义（讲什么）问题。 ③ 协议的语序（讲话次序）问题
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二、网络的分层结构
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数据帧的产生及结构

上一层的协议数据单元（数据包）传递到NIC后，NIC通过添加头部 和尾部将数据包打包（封装），然后数据帧沿着链路再传送至目的结 点。
数据帧首部和尾部含有对等数据链路进程需要使用的协议信息。头 部的信息包括发送结点和接收结点的地址（MAC地址）以及错误校 验信息等。
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