1、第八章网络操作系统 第八章网络操作系统 8.1计算机网络概述计算机网络概述8.2 网络体系结构网络体系结构8.3Internet与与Intranet8.4客户客户/服务器模式服务器模式8.5网络操作系统的功能网络操作系统的功能8.6 网络操作系统提供的服务网络操作系统提供的服务 第八章网络操作系统 8.1计算机网络概述计算机网络概述 8.1.18.1.1计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构1 1星形和树形网络拓扑结构星形和树形网络拓扑结构1)星形网络拓扑结构这是指每一个中心结点通过点点方式与若干个远程结点相连，使网络的拓扑结构呈现放射状的星形。如图8-1(a)所示，其所有各个远程结点之间因
2、无连接而不能直接通信。第八章网络操作系统 图8-1星形和树形网络拓扑结构 中心结点(a)星形网络(b)树形网络终端多路器部门计算机中央计算机远程结点第八章网络操作系统 2)树形网络拓扑结构鉴于单级星形网络的诸多不利条件，使之不适用于构建大型网络，于是产生了多级星形网络拓扑结构。如果将多级星形重新按层次方式排列，则形成了树形网络，如图 8-1(b)所示。树形网络(拓扑结构)是对星形网络的一种改进。由于在中间层各结点上的处理机都具有控制和处理能力，因而使整个系统具有一定的分布控制和处理能力，即使中央处理机瘫痪，其它结点处理机仍可维持网络的局部运行。第八章网络操作系统 2 2公用总线形和环形网络拓扑
3、结构公用总线形和环形网络拓扑结构1)公用总线形网络拓扑结构这是将若干个网络工作站(结点)分别通过一个连接器，连接到一条高速公用总线上所形成的网络拓扑结构，如图8-2(a)所示。通常在总线形网络上都连接有几个至几十个网络结点和一两个用于提供服务的网络服务器。总线形网络拓扑结构的最大特点，是由多个结点共享一条传输总线，使网络的物理结构简单、信道利用率高，而且是广播通信方式，亦即，由总线上任一结点所发出的信息，能被总线上的所有其它结点接收。但由于公用总线的长度受到一定限制，因而使总线网的地理覆盖范围一般局限于某个单位或部门。第八章网络操作系统 图8-2总线形和环形网络拓扑结构 网络工作站公用总线网络
4、服务(a)总线形网络网络工作站转发器环形线(b)环形网络第八章网络操作系统 2)环形网络拓扑结构这是通过点点的连接方式，将所有的转发器连接成一个环形，其中的每个转发器可用于连接一个网络工作站，站上的信息通过转发器传送到环路上，信息在环路上只作单方向流动。环形网络拓扑结构的最大特点，仍然是由多个结点共享一条传输总线，使网络的物理结构简单，信道利用率高，而且是广播通信方式，见图8-2(b)所示。但基本的环形网络的可靠性差，当环上任一转发器发生故障时，都会导致整个网络瘫痪。公用总线形网络拓扑结构和环形网络拓扑结构主要用于局域网络。第八章网络操作系统 3 3网状形网络拓扑结构网状形网络拓扑结构在广域网
5、中最广泛采用的是网状形网络拓扑结构。它是通过点点的连接方式，将分布在不同地点的、用于实现数据通信的分组交换设备PSE(Packet Switch Equipment)连接在一起，形成一个不规则的网状形网络。该网络专门用于实现数据通信，因而称为通信子网，如图8-3所示。第八章网络操作系统 图8-3网状形网络拓扑结构 PSEPSEPSEPSEPSEPSEPSEPSEHOSTHOSTHOSTHOSTHOSTHOST资源子网计算机通信子网第八章网络操作系统 凡要入网的主机(HOST)都应连接到该网络的一个PSE上，任何两主机之间的通信都必须通过该通信子网。所有这些主机都作为网络的信源和信宿，且其中有相
6、当数量的主机都对信息具有强大的处理能力，驻留了大量的可供网络用户共享的文件和资料。由通信子网之外的所有主机构成了数据处理子网，也称为资源子网。可见，网状形网络在逻辑上可分为通信子网和资源子网两部分。这种网络形式的最大好处是便于将各种类型的计算机连接成异构型网络。第八章网络操作系统 网络拓扑结构的主要特点是它具有分布性，亦即，在通信子网中的PSE都是分布在不同的地理位置上。类似地，用作数据处理的主机也是分布在不同的地理位置上。分布性可使信息得以就近处理，减少了网络中的信息流量；分布性提高了网络的可靠性，在任何两个重要的通信设备之间，都有两条以上的传输路由；分布性也改善了网络的可扩充性，网络的扩充
7、几乎不受到限制。第八章网络操作系统 8.1.28.1.2计算机广域网络计算机广域网络1 1公用交换电话网公用交换电话网1)交换方式的引入在点点式的网络中，如果一个结点要与另一个结点进行通信，则必须在该两结点之间建立一条通信线路。随着结点数目的增多，其互连线的数目将呈平方关系增多，见图8-4(a)。显然，这种互连方法是不实际的。为了解决在众多结点之间的通信问题而引入了“交换技术”。所谓“交换”(Switching)，是指在两个或多个结点之间建立暂时通信线路(或链路)的操作。建立链路的操作是由交换中心完成的。两个结点在通信之前，须先建立链接，然后源结点把信息通过该链路发送给交换中心，再由交换中心把
8、信息转发到目标结点，通信结束后便拆除该链接。图8-4(b)示出了具有交换中心时的连接方式。由图可见，其连接线数目与结点数目成比例。第八章网络操作系统 图8-4 全互连和具有交换中心的连接 b1b2b3bna1a2a3anc1c2c3cn(a)全互连连接(b)具有交换中心的连接第八章网络操作系统 2)线路交换方式线路交互方式广泛用于电话系统中，它通过直接接通或断开某些线路来形成所要求的连接，使用户之间能直接通信；通信完后便拆除该连接，以便将线路让给其他用户对进行通信，如图8-5所示。线路交换方式主要适用于传输模拟信号。第八章网络操作系统 图8-5线路交换方式示意图 第八章网络操作系统 3)线路交
9、换网若将数字设备连接到网上时，必须通过调制解调器。在源主机处，由调制器将数字信号转换成模拟信号；而在目标主机处，则由解调器完成模拟信号到数字信号的反变换。利用电话网来传输数据的传输速率较低，一般为2400 b/s64 kb/s。第八章网络操作系统 2 2分组交换网分组交换网1)报文交换方式报文交换方式是最早用于电报系统中的数字式交换方式。它是基于“存储转发”方式进行报文交换的，即数字式报文交换中心先将各用户发来的电报接收下来，存储在报文缓冲区中，经过适当的处理(如判别目标地址、报文优先级等)后，为该报文选择一条转发路由，并将它送至该路由的输出队列中排队，再依次将该队列中各报文转发出去。报文交换
10、方式适用于传输数字信号，相应地，数字设备可直接入网。第八章网络操作系统 2)分组交换方式分组交换方式是对报文交换方式的一种改进，它同样是基于“存储转发”方式来传输信息的。为了提高传输效率而将不定长的报文分解成定长的(报文)分组(packet)，然后以分组为单位进行传输。这种方式的好处是：简化了对缓冲区的管理，加速了对信息的传输，减少了传输出错率以及重发信息量。第八章网络操作系统 3)分组交换网分组交换网是以分组作为传输的基本单位。一个分组由分组头和正文两部分组成。正文是用户要传送的信息，而分组头则是用于控制该分组在网络中传输所必需的(控制)信息。当源主机要发送一份报文时，须首先将报文分解成若干
11、个定长的信息正文段，并为每个正文段配上分组头，形成若干个分组，然后再逐个地发送分组。网络中的中继结点即分组交换设备PSE先将各分组接收下来，存储在定长的多个分组缓冲区中，再对所接收的信息进行差错检测，若无错，再为每个分组选择一条适当的传输路由，并将分组转发出去。应当指出，分组的格式及分组在网络中的传输都应遵循X.25协议，因而也常把分组交换网称为X.25网。第八章网络操作系统 3 3帧中继网帧中继网长期以来，人们一直认为分组交换是实现数据通信的最好方式。但到20世纪80年代中、后期，一方面由于网上信息流量急剧增加，使分组交换网64 kb/s的传输速率已远远不能满足需求；另一方面，由于在WAN中
12、已可利用光缆作为传输信道，大大降低了信息传输的误码率，因而可采用较简单的差错检测机制来提高信息的传输速率，于是，在1992年帧中继网便应运而生。目前已形成了几种帧中继网。最常用的是帧交换方式和信元交换方式两种。第八章网络操作系统 1)帧交换方式的帧中继网帧交换方式是在传统分组交换方式的基础上发展起来的一种快速交换技术。帧交换方式中传输的基本单位是帧，其长度是可变的，它们同样都采用“存储转发”方式，即帧交换器每收到一个新到的帧时，都是先将该帧送帧缓冲区中排队，然后按照该帧中的目标地址，将该帧转发给相应路径上的下一个帧交换器。这种帧中继的传输时延比起分组交换网来，要低一个数量级。第八章网络操作系统
13、 2)信元交换方式的帧中继网信元交换方式是对帧交换方式加以改进形成的、具有较好性能的帧中继的交换方式。在该方式中，网络中所传输和交换的基本单位是具有固定长度的“信元”。当源帧交换器收到用户设备发来的帧后，便将之分割为多个定长的信元，在整个帧中继网络中传输和交换时，都是以信元为基本单位，直至它们到达目标帧交换器后，才被重新组装成帧。与帧交换方式相比，信元交换方式可以获得更小的传输时延及更大的网络吞吐量。此外，由于信元长度固定且很小，各字节的含义及其位置都固定，因而完全可以用硬件方法来实现信元交换，大大提高了交换速度，从而使信元交换方式的帧中继具有更高的传输速率、更小的传输时延且时延大小固定，能够
14、满足多种通信业务的需求，其中包括语音和视频业务。第八章网络操作系统 4 4异步传输模式异步传输模式(ATM)(ATM)1989年，CCITT在研究和综合了多种快速交换机的基础上，提出了一种新的传输模式，即异步传输模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)，并为ATM规定了三方面的目标：建造高速广域数字网络，所传输的可以是任何形式的数字信号；不仅在广域网中采用ATM，还可在LAN和企业网中使用ATM，这样便可实现WAN和LAN之间的无缝连接；ATM网必须能提供各种业务服务，并能满足用户对服务的合理要求。第八章网络操作系统 1)ATM的传输原理 ATM是以信元(Cell)为
15、基本传输单位的。信元由信头(5个字节)和信息段(48个字节)组成，ATM通过信头来识别信元。由于传输每个信元花费相同的时间，因而可把信道的时间划分为一个时间片序列。在每个时间片中传输一个信元。当ATM有信元要发送时，只要信道空闲，便可将信元投入信道。由于信元的发送无固定的周期，因而将这种传输方式称为异步传输方式。第八章网络操作系统 2)ATM的交换在分组交换网中，提供了面向连接和面向无连接的传输服务，而在ATM交换方式中，主要提供的是面向连接的方式，其交换方法与分组交换中的交换方法相似，但两者也有着明显的差别：按时间片交换。ATM交换采取按时间片交换的方式，即每个信元都必须放在一个时间片中，因
16、此，信元的接收和转发都是按时间片进行的。定长交换。ATM中的交换单位是信元，是定长的，因而可大大减少对交换的处理。硬件实现。由于在ATM中对信元的交换处理简单，故可用硬件实现，这无疑是ATM能获得极高传输速率的重要原因。第八章网络操作系统 3)ATM的优点ATM的主要优点有：高传输速率。ATM的传输速率有多个挡次，即45 Mb/s，155 Mb/s，622 Mb/s，直到2.4 Gb/s等。极大的灵活性。这主要表现为无业务限制，即无论哪种通信业务都可进入ATM网；无通路限制，因为ATM可提供数以万计的虚电路，供很多用户同时使用；传输时延确定，且因为ATM网中传输的时延是可以预见的，因而可支持实
17、时业务。第八章网络操作系统 8.1.38.1.3计算机局域网络计算机局域网络1 1基本型局域网基本型局域网(1)以太网(Ethernet)。以太网一直是国内外最流行的一种局域网，它采用的是公用总线型网络拓扑结构，传输速率为10 Mb/s。其所用的传输介质，在早期主要是同轴电缆，网络的最大覆盖范围为2.5 km，到20世纪90年代则主要是使用双绞线。这种以太网也称为10 BASE-T。为了控制公用总线信道的使用，在以太网中采用了带有冲突检测的载波侦听多重访问控制规程，亦即CSMA/CD规程，其最主要的特点是简单。第八章网络操作系统(2)令牌环(Token-Ring)网。令牌环局域网也是当前较流行
18、的一种局域网。它采用的是环形网络拓扑结构，传输速率为16 Mb/s。其传输介质可以是屏蔽双绞线，也可以是非屏蔽双绞线。网络的覆盖范围比以太网大。此外，还引入了优先机制来保证重要和紧急信息的优先传送。第八章网络操作系统 2 2快速局域网快速局域网无论是以太网还是令牌环网，都是网上所有的站点共享一条公用信道，因而每个站点的平均带宽(平均传输速率)为网络传输速率/网络上的站点数。随着网上站点数目的增加，其平均带宽将随之下降。可通过两种途径来扩展LAN站点的平均带宽。其一是提高LAN的传输速率；另一途径是减少每个网段上的站点数目。快速LAN便是试图通过提高LAN的传输速率来增加每个站点的带宽的。于20
19、世纪80年代后期，首先推出了FDDI光纤网；到20世纪90年代中期，研制出了快速以太网。第八章网络操作系统(1)FDDI光纤环网。FDDI是Fiber Distributed Data Interface的缩写。FDDI具有100 Mb/s的传输速率，光纤环网的最大覆盖范围可达100 km。为了提高环形网的可靠性，FDDI采用了两个光纤环，其中一个作为主环，另一个作为副环，某些重要设备可同时接到两个环上。由于FDDI具有很高的传输速率，故主要用作互联局域网的主干网。第八章网络操作系统(2)快速以太网100 BASE-T。这是一种具有100 Mb/s传输速率的局域网。由于它采用了与10 BASE
20、-T完全相同的介质访问控制规程，故把它称为快速以太网。它与10 BASE-T之间具有很好的兼容性，因而很容易将10 BASE-T升级为100 BASE-T以太网。又由于建造100 BASE-T网的成本大大低于FDDI的成本，因而它很快就成为具有100 Mb/s传输速率的主流局域网。第八章网络操作系统 3 3交换式交换式LANLAN如果说，快速局域网的出现，是试图通过提高局域网传输速率的方法来扩展网段上每个站点的平均带宽，那么，交换局域网的引入，则是通过减少每个局域网段上的站点数目的方法，来增加站点的平均带宽。构建交换式局域网要比构建快速局域网更方便、经济。当我们将一个具有N个站点的以太网络划分
21、为M个网段，再利用交换器将各网段互连起来后，便形成了一个交换式局域网，这时，其中每个站点的平均带宽为10(Mb/s)M/N，是原来的M倍。例如，当M=10时，能将平均带宽提高9倍，显然，这是一种扩展站点平均带宽的有效方法。所以，从20世纪90年代中期开始，便已广泛采用交换器将企业内部的多个局域网互连起来，形成能覆盖整个企业的企业网络。第八章网络操作系统 4 4千兆位以太网千兆位以太网在1997年中期，便已有许多公司推出了千兆位传输速率的以太网产品。1998年6月，千兆位以太网(Gigabit Ethernet)标准IEEE 802.3z终于获得通过，从而为千兆位以太网的迅速发展铺平了道路，人们
22、把它称为第三代以太网。如今第一、二、三代以太网都处在并行使用的阶段，但分别用于企事业网的不同层次中，通常是将10BASE-T用于构建底层的工作组LAN，100BASE用于构建部门级LAN，而千兆位以太网则作为企业的主干网。第八章网络操作系统 千兆位以太网仍采用CSMA/CD规程。在传输介质上，主要利用光纤系统，在利用短波激光发射器时，其传输距离可达300550 m；如改为长波激光发射器，则可使传输距离提高到550 m，到上世纪末达13 000 m。IEEE 802.3中，还规定了利用高品质的铜质传输介质的以太网标准，但其传输距离仅限于25100 m。第八章网络操作系统 5 510 Gb/s10
23、 Gb/s以太网以太网在本世纪初，便已有公司推出了10 Gb/s传输速率的试验性以太网产品，人们把它称为第四代以太网，10 Gb/s以太网仍采用CSMA/CD规程，其帧格式与前面三种以太网相同，帧的最小长度和最大长度也遵循802.3标准。在物理层标准中，规定传输介质只利用光纤系统，另外也规定了10 Gb/s以太网只能工作在全双工方式，因而不存在争用总线问题。可利用它来组建企业网络，此时一个10 Gb/s以太网交换集线器可支持10个千兆位以太网端口，也可将它们用于广域网中。第八章网络操作系统 8.1.4 8.1.4 网络互连网络互连1 1网桥网桥网桥是用于连接同构LAN的网络互连设备。一般来说，
24、同构LAN是指从应用层到逻辑链路控制子层这几个层次中，相对应的层次采用相同的协议，而对于数据链路层中的MAC子层和物理层中的对应层次，则可遵循不同的协议。因此，可以把所有用于连接符合IEEE802标准网络的互连设备(如CSMA/CD总线网、令牌环网或令牌传送总线网)，称为网桥。第八章网络操作系统 由于网桥是用于连接同构型LAN的，因此，网桥所实现的功能应属于MAC子层和物理层。从网桥的工作原理中不难得知网桥应具有以下功能：(1)帧的发送和接收。从其所连接的LAN端口中接收无差错帧，从帧中获得目标站地址的名字，可以得知目标站是否属于本网桥所连接的另一个LAN。若是，便接收该帧，并做进一步处理；否
25、则，将该帧抛弃。第八章网络操作系统(2)缓冲管理。在网桥中必须设置足够大的两类缓冲区，一类是接收缓冲区，用于暂存从端口收到的、要发往另一LAN的帧；另一类是发送缓冲区，用于暂存已经过协议转换等处理后要发往相邻LAN的帧。(3)协议转换。将源LAN中所采用的帧格式和物理层规程，转换为目标LAN所采用的帧格式和物理层规程。第八章网络操作系统 2 2路由器路由器当要互连的LAN数目较多时，或者是实现异构型LAN的互连或实现LAN与WAN的互连时，网桥便难于胜任。此时应采用路由器。因为路由器是在网络层上实现的互连，它能识别不同的网络层协议，如IP、IPX协议等，因而具有更强的互连能力。路由器的功能涉及
26、到物理层、数据链路层和网络层，其主要功能如下：(1)“拆包和打包”功能。路由器在接收到任何一种数据包后，都将去掉数据链路层所加上的控制信息；根据网络层所加上的控制信息中的目标地址，为数据包选择一条最佳传输路径；然后在数据前加上新选择的路由信息，形成新的数据包。第八章网络操作系统(2)路由选择功能。为了优化网络的传输性能，路由选择功能是要按照某种策略(如数据包在网中传输的时延最小，或传输路由最短，传输费用最低等)，为须转发的数据包选择一条最佳传输路由。(3)进行协议转换。路由器实现将一个网络所用的数据链路层和网络层协议转换为另一个网络中的相应协议。例如在将数据从以太网送入分组交换网时，须将数据包
27、中的以太网协议转换成X.25协议。第八章网络操作系统(4)分段和重新组装。由于在不同的网络中所采用的数据包的大小可能不同，如源站所用数据包大于目标站的数据包，使目标站无法接收。这时可将源站发出的数据分成若干段，再分别封装后发往目标站所在的网络。反之，路由器又可把属于同一报文的多个数据包按序号组装成一个大的数据包后传送，以提高传输效率。第八章网络操作系统 3 3网关网关网关用于互连异构型网络。所谓互连异构型网络，一般是指不同类型的网络，更确切地说，是指在两个网络中，至少是从网络层到物理层其协议都不相同的网络，甚至可以是从应用层到物理层所有对应各层的协议均不相同的网络。因此，一般说来，在网关中至少
28、要进行网络层、数据链路层及物理层的协议转换。显然，网关的实现是比较困难的。目前对异构型网络的互连，通常是在网络层或传输层上实现的。第八章网络操作系统 网关可用在下述几种场合的网络互连上，这些都属于异构型网络的互连。(1)异构型LAN互连：利用网关将几种完全不同的LAN互连起来；(2)LAN与WAN互连：LAN与WAN比较，至少它们的低三层(网络层、数据链路层、物理层)协议不相同，因此，它们属于异构型网络，可用网关实现互连；(3)WAN与WAN互连：主要用于不同的WAN之间互连；(4)LAN与主机互连：这虽已不属于网络互连范畴，但在将主机连接到LAN上时，因为主机的操作系统与网络操作系统并不兼容
29、，故仍须通过网关实现互连。由于主机的类型很多，因此，目前市场上这类网关很多。第八章网络操作系统 8.2 网络体系结构网络体系结构 8.2.1 8.2.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念1 1何谓网络体系结构何谓网络体系结构在一个网络中需要许多网络协议，其中有的协议是解决较低层次的问题，如实现源主机和目标主机之间的通信；有的是解决较高层次的问题，如允许源主机系统去访问目标系统中的文件系统。因此，我们可以如同处理操作系统结构问题一样，即将操作系统分为多个层次，在每个层次中设置若干个功能的方法，来处理网络协议。于是我们将网络分为多个层次，上层功能的实现依赖于下层提供的功能；在每个层次设
30、置一个或多个协议，分别用于实现不同的功能。第八章网络操作系统 所谓网络体系结构，就是计算机网络的层次及其协议的集合。具体地说，网络体系结构是关于计算机网络应设置哪几层，每个层次又应提供哪些协议的精确定义。至于这些功能应如何实现，则不属于网络体系结构部分。从上面的介绍可以看到，网络体系结构是从层次结构及功能上来描述计算机网络结构，并不涉及每一层硬件和软件的组成，更不涉及这些硬件和软件本身的实现问题。对于同样的网络体系结构，可采用不同方法设计出完全不同的硬件和软件，为相应的层次提供完全相同的功能和接口。第八章网络操作系统 2 2开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型OSI/RMOSI/RM1)开
31、放系统定义及其互连参考模型(1)开放系统(OSI)的内容。所谓开放系统，是指在与其它系统通信和相互合作方面，能遵循OSI标准的、能对信息进行处理或传送的自治整体。OSI主要涉及这样两方面的内容：开放系统之间的信息交换，这是每一个单独的开放系统的内部行为；开放系统之间相互合作去完成一项共同任务。相互合作包括相当广泛的内容，如进程间的通信，数据的表示，进程和资源的管理等。第八章网络操作系统(2)OSI/RM的组成。ISO7498描述了OSI参考模型，它建立了一种体制，用于协调现有的和将来的系统互连标准。OSI/RM由四部分组成：开放系统；应用实体，即与OSI有关的应用进程的外貌；连接，即为在两个或
32、多个实体之间进行信息交换，所建立起来的一种连接(Association)；物理介质，用于在开放系统之间进行连接。图8-6示出了OSI/RM的四个组成部分。第八章网络操作系统 图8-6 OSI/RM的组成 系统A系统B系统C应用实体物理介质连接第八章网络操作系统 2)分层在OSI/RM中所采用的基本结构技术是分层，每个系统可被看成是由有序的一组子系统所组成，如图8-7所示。由图可看出，一个系统被分成若干个层次，其中第N层是由若干个处于N层的子系统所组成。(N)子系统又包括了若干个(N)实体。在同一层中的实体为对等实体(Peer Entity)。除最高层外，分布在(N)层中的(N)实体相互合作，向
33、(N+1)层的实体提供(N)服务。第八章网络操作系统 图8-7 OSI/RM的分层 物理介质系统B系统C系统A最高层(N1)层 N层第八章网络操作系统 3)网络协议 (N)实体之间的合作，是受一个或几个(N)协议支配的。(N)协议精确地规定了(N)实体如何利用(N1)服务协同工作去实现(N)功能。所谓(N)协议，是指一组局部于(N)层的规则和格式(语义和语法的)，它决定着(N)实体在执行(N)功能时的通信行为。其中，语义规定协议元素的类型，亦即，通信双方所要表达的内容；语法规定把若干个协议元素组合在一起来表达一个更完善的内容时，所须遵循的格式，即规定内容的表达形式；规则是指应答关系，即通信过程
34、中双方的应答规则。第八章网络操作系统 4)数据单元OSI把对等实体之间所传送的信息称为(N)协议数据单元(N)-PDU，由两部分组成：(N)协议控制信息(N)-PCI，用它来协调两个实体之间的连接操作；(N)服务数据单元(N)-SDU，其中存放由(N+1)实体提供的数据。图8-8示出了相邻层数据单元间的关系。第八章网络操作系统 图8-8 相邻层数据单元的逻辑关系(N)PDU(N1)SDU(N1)PDU(N1)PCIN层(N1)层第八章网络操作系统 3 3OSIOSI七层模型七层模型OSI/RM共分七层，如图8-9所示。其中，最低层是物理层；次低层是数据链路层，再上是网络层、传输层、会晤层、表示
35、层；最高层是应用层。其中低三层即物理层、数据链路层和网络层用于实现通信子网中的信息传输，或者说，它们是面向通信的(一般称之为通信子网)；最高三层即会晤层、表示层和应用层向应用进程提供资源子网功能的服务，因此它是面向应用的；中间层即传输层，它是在高三层和低三层之间起桥梁作用。第八章网络操作系统 图8-9 OSI七层模型 物理介质物理层数据链路层网络层传输层会晤层表示层应用层主机系统物理层数据链路层网络层中继系统中继系统主机系统传输层协议会晤层协议表示层协议应用层协议第八章网络操作系统 8.2.2 OSI/RM8.2.2 OSI/RM中的低三层中的低三层1 1物理层物理层(Physical Lay
36、er)(Physical Layer)物理层是OSI的最低层，它建立在通信介质(它不在OSI七层之内)的基础上实现系统和通信介质的接口功能，为数据链路实体之间透明的传输比特流提供服务。为实现数据链路实体之间比特流的透明传输，物理层应提供下述功能：(1)物理链接的建立与拆除。在两个数据链实体之间通信之前，先由物理层在它们之间建立物理链接，通信完后再拆除该物理链接。第八章网络操作系统(2)物理服务数据单元传输。物理层既可采用同步传输方式，亦可采用异步传输方式传输物理服务数据单元，两种方式分别需要在系统中配置同步适配器或异步适配器来完成数据的发送和接收。(3)物理层管理。可以管理本层的某些事务，如功
37、能的激活(何时发送或接收等)、差错控制等。第八章网络操作系统 2 2数据链路层数据链路层(Data-Link Layer)(Data-Link Layer)数据链路层的主要用途是在相邻两系统的网络实体之间建立、维持和释放数据链路连接，以及正确无误地传输数据链路服务数据单元。数据链路层应具有下述功能：(1)数据链路连接的建立和释放：在两个相邻系统的网络实体之间，提供一条或多条数据链路连接，该连接是动态地建立和释放的。(2)数据链路协议数据单元的形成：将数据链路服务数据单元配上数据链路协议控制信息，形成数据链路协议数据单元。第八章网络操作系统(3)定界和同步：可识别出在物理链接上传输的数据链路服务
38、数据单元的开始和结束。(4)顺序和流量控制：控制数据单元的传输顺序和流量。(5)差错的检测和恢复：能检测出传输出错、格式出错和操作出错，并从出错状态中解脱出来；对于不能恢复的差错，则向网络实体报告。第八章网络操作系统 3 3网络层网络层(Network Layer)(Network Layer)1)1)网络层的功能网络层的功能网络层应具有的功能如下：(1)网络连接服务：利用数据链路连接构成源和目标两个传输实体间的网络连接；网络连接还可由若干个通信子网以串连形式构成。(2)路径选择：在两个网络地址之间选择一条适当的传输路径。第八章网络操作系统(3)网络连接多路复用：提供多条网络连接以多路复用一条
39、数据链路来提高数据链路连接的利用率。(4)分段与组段：当数据单元太长时可将它们分段；反之，亦可将几个较短的数据单元组成一个较大的数据单元一起传输。(5)有序传送和流量控制：利用有序传送方法来传送网络服务数据单元，并对网络连接上的信息流量进行控制。(6)差错的检测和恢复：检测网络连接上所传输的数据单元是否出错，并使之从错误状态中解脱出来。第八章网络操作系统 2)网络层提供的数据传输服务(1)数据报服务。在数据报传输方式中，发方网络层从传输层接收报文，再为它配上完整的目标地址后，作为一个独立的信息单位传送出去。数据报每经过一个中继结点时，都要根据当时当地的情况，并按一定算法选择一条最佳传输路径转发
40、出去。事实上，数据报类似于通常的电报。在采用数据报服务时，收、发双方无需建立连接。第八章网络操作系统(2)虚电路服务。通信前先由源主机发送呼叫报文分组，其中包含源和目标主机的全网地址。目标主机若同意通信，便由其网络层在双方之间建立一条虚电路(虚电路是通过分时复用一条物理链路后所形成的一条逻辑电路)。在以后的通信中，便只需填上虚电路的逻辑信道号即可；通信结束时，将该虚电路拆除。在概念上，虚电路服务类似于通常的电话。第八章网络操作系统 8.2.3 OSI/RM8.2.3 OSI/RM中的高四层中的高四层1 1传输层传输层(Transport Layer)(Transport Layer)传输层在低
41、三层和高三层间起桥梁作用。该层消除了OSI高层所要求的服务与各类网络层所提供的服务之间的差异，具体表现在以下三方面。(1)传输出错率和建立连接的失败率：在OSI标准中根据出错率和失败率，可把网络提供的服务分为A，B，C三类。A类最好，C类最差。传输层应针对不同的网络服务再增加相应的服务，使之满足高层的要求。第八章网络操作系统(2)数据传输速率、吞吐量和传输时延：如果通信子网所提供的这几项指标不能满足上层要求，传输层应增加相应的措施来改善这些指标。(3)分段和组段功能：网络层所传送数据单元的大小是一定的，但会晤层数据单元的大小是任意的，因而传输层应具有分段和组段功能，通过对会晤层数据单元进行分段
42、、组段，来构成适合于在网络连接上传送的数据单元。第八章网络操作系统 2 2会晤层会晤层(Session Layer)(Session Layer)会晤层的作用是对基本的传输连接服务进行“增值”，以提供一个能满足多方面要求的会晤连接服务。会晤层的“增值”是基于下述几种应用要求的。(1)半双工通信。在某些系统中，系统与远程终端之间采用双方轮流发送的方式，这只要求网络提供半双工通信方式。为此，在会晤层设置了数据令牌，仅仅持有数据令牌的会晤用户才具有传输数据的权力。第八章网络操作系统(2)更有效的差错纠正机制。会晤实体必须保留已发送的全部数据，以备传输出错时重发。但若所传输的数据很长，其所付出的空间和
43、时间开销是可观的。为了减少时空开销，会晤层向会晤用户提供了同步点，用以把传输的数据隔离为若干段，然后，逐个分段地发送和确认。对已经收到确认的段，便释放其占用的空间(缓冲区)；仅对未收到确认的段，才认为出错并予以重发。(3)允许暂停发送消息。当发送方已发完已有消息后，允许暂停发送一段时间。若暂停时间较短，可不断开已建立的连接。恢复发送时，从原中断点开始。第八章网络操作系统 3 3表示层表示层 (Presentation Layer)(Presentation Layer)表示层的主要用途是对不同系统的表示方法进行转换，消除网内各应用实体之间的语言差异，以实现不同系统之间的数据交换。事实上，在异构
44、网络中，各系统对传输数据的表示方法因机器而异。为使各开放系统中的应用实体之间能进行通信，要求各系统按相同的规则对数据进行编码。这种共同的规则被称为传送语法(Transfer Syntax)。不按这种规则进行编码的数据，将无法被对方理解。这就要求各系统都具有将本地语法转换为传送语法和将传送语法转换为本地语法的能力。所以从语法角度上看，表示层最基本的作用是协商一种传送语法，以实现传送语法和本地语法之间的变换。表示层还可提供一些附加功能，如数据加密、数据压缩等。第八章网络操作系统 4 4应用层应用层应用层是OSI/RM的最高层，它为应用进程访问OSI环境提供了手段，并直接为应用进程服务，其它各层也都
45、通过应用层向应用进程提供服务。应用层所提供的服务可分为两类：(1)公共应用服务元素(CASE)。公共应用服务元素是用户元素和特定应用服务元素中公共使用的那部分元素。它提供了应用层中最基本的服务，其中包含了为多个应用实体协作所提供的服务，以及为分布式处理的同步和分布式数据库的更新同步提供保证。第八章网络操作系统(2)特定应用服务元素(SAEA)。为特定需要提供服务。目前ISO只对已广泛使用的某特定应用服务元素进行了标准化。如文件传送、存取和管理(FTAM)，虚拟终端(VT)及作业传送和操纵(JTM)等。第八章网络操作系统 8.2.4 TCP/IP 8.2.4 TCP/IP 网络体系结构网络体系结
46、构1 1TCP/IPTCP/IP模型模型由网络互连协议IP和传输控制协议TCP一起，构成了著名的TCP/IP协议，它一直是Internet网络的核心协议，并已成为事实上的网络互连协议的标准，几乎所有的WAN和LAN都支持该协议。TCP/IP是一个协议族，其中包含了多种协议，由这些协议构成了TCP/IP的网络体系结构。虽然没有官方公布的TCP/IP的分层模型，但可根据已制定的许多协议而将TCP/IP模型分为四层(物理层不在模型中)。图8-10示出了TCP/IP模型与OSI模型的比较。第八章网络操作系统 图8-10 TCP/IP模型与OSI/RM的比较 1 物理层 2 数据链路层 3 网络层 4
47、传输层 5 会话层 6 表示层 7 应用层OSI/RM网络访问层网络互连层传输层(TCP，UDP)TCP/IP应用层(各种应用层协议，如TELNET，FIP，SMTP)第八章网络操作系统 1)网络访问层在源主机系统，网络访问层接收由网络互连层送下来的IP数据报，并对它做些处理后，将它发送给选定的网络，后者又将它传送给目标主机。目标主机系统的网络访问层接收由目标主机物理层向上传送的IP数据报，经处理后，再向上送给网络互连层。由此可知，该层主要关注的是两个端系统之间的数据通信，以及两个端系统借以通信的网络类型。所使用的网络可能是电路交换网、分组交换网、ATM网或者以太网等。可见，网络访问层是与网络
48、相关的，因此，人们将与网络访问相关的功能分离出来，单独形成一个独立的网络访问层是必要的，这样便可把对网络访问的实现细节隐藏起来，使在网络访问层以上的各层通信协议，与所使用的网络无关。第八章网络操作系统 2)网络互连层网络互连层是TCP/IP模型中最重要的层次，其中的IP协议主要用于异构型网络之间的相互连接和路由选择。IP所提供的是面向无连接的、不可靠的传输服务，它可使由源主机发送的IP数据报，穿越由各种WAN和不同的LAN互连形成的互连网络，到达目标主机。从20世纪70年代中期到90年代中期，一直使用IP协议的第4版本IP V4.0；后来在IP V4的基础上又提出了新的IP协议，此即IP V6
49、，它继承了IP V4的一切优点，又对IP V4的不足之处做了修改和补充。第八章网络操作系统 3)传输层传输层中最主要的协议是传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)，它所提供的是面向连接的、可靠的端端通信机制。由于TCP和IP两个协议是同时使用在一个系统中的，故人们把它们称为TCP/IP协议。TCP协议是建立在网络层的基础上的，在制定TCP时，已考虑到它所依赖的通信子网可能是不可靠的，因此，在TCP协议中，采取了增强可靠性的措施，以确保传输层能正确无误地运行。第八章网络操作系统 4)应用层应用层处于TCP/IP模型的最高层。它提供了许多用于支持各种应用程
50、序的网络服务，相应地，在应用层就有许多应用层协议，如用于支持文件传输的文件传输协议FTP、提供电子邮件服务的简单邮件传送协议SMTP、远程登录协议TELNET，以及用于实现网络管理的简单网络管理协议SNMP等。第八章网络操作系统 2 2互联网协议互联网协议IP V4IP V4和和IP V6IP V6 1)IP V4 协议IP V4是早期在Internet上使用的网络互连协议(亦称“互联网协议”)，可利用它来实现网络互连。为了能使IP V4数据报穿越由各种不同的网络互连所形成的互联网，IP V4协议主要应解决三个问题，即寻址、数据报的分段和重新组装、路由选择。第八章网络操作系统(1)寻址。为了能
