第三章-开放系统互连参考模型七层协议要点课件.ppt
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- 第三 开放系统 互连 参考 模型 协议 要点 课件
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1、第第3章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构网络体系结构OSI参考模型TCP/IP体系结构 3.1 网络体系结构网络体系结构一、一、 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念 1、网络层次体系结构主要包括四个要素: 实体、系统、层、 协议。系统中能够收发系统中能够收发信息和处理信息信息和处理信息的任何东西。的任何东西。包含一个或多个实体,具有信息处理和通信功能的整体。通常一个系统总是硬件、软件两部分的有机结合。 是处理复杂问题的一种结构化技术。 是在系统中两实体间完成通信或服务所必须遵循的规则和约定的集合。协议又包含三个要素:语法、语义、时序。 语法:数据结构、编码和信号电平语法:数据
2、结构、编码和信号电平等。等。语义:用于协调和差错处理的控制语义:用于协调和差错处理的控制信息。信息。时序:传输速率匹配和事件先后顺时序:传输速率匹配和事件先后顺序。序。2、计算机网络体系结构指指网络通信功能的网络通信功能的层次构成、各层的通信协议规范和相邻层的接层次构成、各层的通信协议规范和相邻层的接口协议规范的集合模型。口协议规范的集合模型。3、层次式结构 两个系统中实体间的通信是一个十分复杂的过程,为了减少协议设计和调试过程的复杂性,大多数网络的实现都按层次的方式来组织,每一层完成一定的功能,每一层又都建立在它的下层之上。不同的网络,其层的数量、各层的名字、内容和功能不尽相同,然而在所有的
3、网络中,每一层都是通过层间接口向上一层提供一定的服务,而把这种服务是如何实现的细节对上层加以屏蔽。层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能。每一层不必知道下面一层是如何实现的,只要知道下层通过层间接口提供的服务是什么,以及本层应向上层提供什么样的服务,就能独立地设计。由于系统已经被分解为相对简单的若干层次,故易于实现和维护。当由于技术的变化或其它原因某层的实现需要更新或替换时,只要它和上、下层的接口服务关系不变,则其它层次都不受影响,从而具有很大的灵活性。分层结构易于交流、易于理解和易于标准化,对于计算机网络这种涉及两个和更多个实体间通信的系统就更有其优越性。二、网络层次划分的原则二、
4、网络层次划分的原则 1980年,H.Zimmerman提出了网络层次划分的基本原则: (1) 层次适中,当必须要有不同级的抽象时,设立一层。 (2) 界面清晰,当所提供的服务容易描述时,作为层次间的界面,应使通过界面的信息量最少。 (3) 当某层功能实现技术明显地与别层不同时,单独设立一层。 (4) 功能相似的放在同一层。(5) 根据过去成功的经验分层。(6) 功能具有独立性,并能局部化时,单设一层。(7) 每层只与上下相邻层有接口关系,而与其他层无关。(8) 对数据做不同处理时可分层。 (9)在现存标准接口的可用处分层,每层的功能选择应着眼于国际标准的制定。 三、协议和服务的区别及相互关系
5、在开放系统互连参考模型在开放系统互连参考模型OSI/RM中采用了七层协议中采用了七层协议体系结构,除最高层和最低层以外的任何一层,均可记为体系结构,除最高层和最低层以外的任何一层,均可记为(N),表示),表示“第第N层层”。 在在OSI/RM模型中,协议和服务是两个非常重要的不模型中,协议和服务是两个非常重要的不同概念。控制两个(同概念。控制两个(N)层对等实体进行通信的规则的集)层对等实体进行通信的规则的集合称为合称为(N)协议)协议;两个(;两个(N)层实体间的通信在()层实体间的通信在(N)协议的控制下,能够使(协议的控制下,能够使(N)层向上一层提供服务,这种)层向上一层提供服务,这种
6、服务就称为服务就称为(N)服务)服务,接受(,接受(N)服务的()服务的(N)层服务)层服务用户是(用户是(N1)层实体。)层实体。 上述关于协议和服务的基本概念及相互关系如图所示上述关于协议和服务的基本概念及相互关系如图所示四、数据单元(1)协议数据单元(PDU)在对等实体之间所传送的数据叫作协议数据单元,由两部分组成:协议控制信息(PCI)和用户数据 (2)接口数据单元 (IDU)相邻两层实体间传送的信息叫作接口数据单元,也由两部分组成:接口控制信息(ICI)和接口数据(3)服务数据单元 (SDU)是一种已经在O S I层间进行过转换并删除了其中的控制信息和转换指令的协议数据单元。协议数据
7、单元协议数据单元PDU、接口数据单元、接口数据单元IDU和服务数据单元和服务数据单元SDU五、服务存取点服务存取点(SAP,Service Access Point)是指同一系统中相邻两层实体之间进行交换信息之处,即(N)层实体和(N1)层实体之间的逻辑接口,也称为插口(Socket)或端口(Port)。一个(N)层服务是由一个(N)层实体作用在一个(N)层SAP上来完成的,虽然两层之间可以允许有多个SAP,但一个(N)层SAP只能被一个(N)层实体所使用,并且也只能为一个(N1)层实体所使用;但一个(N)层实体却可以向多个(N 1 )层提供服务,这称为连接复用连接复用;一个(N1)层实体也可
8、以使用多个(N)层SAP,这称为连接分连接分裂裂。实体、服务存取点、连接六、服务原语 服务原语(Service Primitive)是指服务用户与服务提供者之间进行交互时所要交换的一些必要信息。OSI/RM规定了四种服务原语类型,如表所示。 从使用服务原语的角度考虑,可将服务分为需要证实的服务和不需要证实的服务两大类,前者每次服务要使用全部四种服务原语,而后者只使用两种服务原语,如图所示 系统A用户ARequestConfirmRequest需要证实的服务不需要证实的服务服务层系统B用户BIndicationResponseIndication时间图3.3 服务原语关系图Socket编程简介常
9、用的Socket类型有两种:流式Socket和数据报式Socket。流式Socket是一种面向连接的Socket,针对面向连接的TCP服务应用。数据报式Socket是一种面向无连接的Socket,针对面向无连接的UDP服务应用。常用的Socket编程函数 Socket( )建立连接 Listen( )监听是否有服务请求 Accept( )连接端口的服务请求 Send( )和recv( )面向连接的Socket数据传输 Sendto( )和 Recvfrom( )面向无连接的Socket数据传输 Close()释放Socket Shutdown()可关闭单方向上的传输四、常见的网络层次模型四、常
10、见的网络层次模型 1. OSI/RM参考模型*20世纪70年代后期,国际标准化组织(ISO)为了促进异种机互连的研究和发展,制订了一个参照模型,为协调标准的研制提供了一个共同基础,允许现存的和正在演变中的标准化活动有一致的框架和前景。在1983年形成了开放系统互连(OSI)基本参考模型的正式文件,即著名的ISO 7498国际标准。 2.TCP/IP参考模型 TCP/IP参考模型将网络分成:网络接口层、网络层、传输层、应用层。 LAN参考模型 LAN参考模型是IEEE制定的标准。它将网络分成:逻辑链路控制层、介质访问控制层、物理层。(1) 逻辑链路控制(LLC,Logical Link Cont
11、ral)层(2) 介质访问控制(MAC,Media Access Contral)层(3) 物理层 3.2 OSI OSI参考模型参考模型物理层 physical layer数据链路层 data link layer网络层 network layer传输层 transport layer应用层application layer表示层 presentation layer会话层 session layer(一)、OSI/RM模型将整个网络分成七层结构,由低层到高层依次是:最低3层(1-3)是依赖网络的,牵涉到将两台通信计算机链接在一起所使用的数据通信网的相关协议高三层(5-7)是面向应用的,牵涉
12、到允许两个末端用户应用进程交互作用的协议,通常是由本地操作系统提供的一套服务。中间的传输层为面向应用的上3层遮蔽了跟网络有关的下3层的详细操作。本质上讲,它建立在由下3层提供的服务上,为面向应用的高层提供网络无关的信息交换服务。1、 物理层典型问题典型问题 多少电压代表多少电压代表1 和和0 比特持续多少微秒比特持续多少微秒 传输是否在两个方向传输是否在两个方向 连接如何建立及终止连接如何建立及终止 网络连接器有多少针网络连接器有多少针2)DTE/DCE接口DTE(数据终端设备)指网络中用于处理用户数据的设备,是计算机的信源与信宿。通常是一台计算机;DCE(数据电路端接设备)是介于DTE与网络
13、中传输介质之间的设备,例如:调制解调器DTE通过通过DCE与通信传输线路相连与通信传输线路相连2、 数据链路层 数据链路层是OSI模型的第二层,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可靠的数据传送;它控制网络层与物理层之间的通信,并对网络层提供服务。1)线路、链路和数据链路的区别线路(Line)、链路(Link)和数据链路是不同的概念。线路线路中间没有任何交换节点,而链路链路是一条无源的端到端的物理线路段,在进行数据通信时,两台计算机之间的通信链路往往是由许多线路串接而成。把实现控制数据传输的一些规程的硬件和软件加到链路上就构成了像数据管道一样的数据链路数据链路。有时
14、往往将链路称为物理链路,而将数据链路称为逻辑链路,即物理链路加上必要的通信规程就是数据链路。 3)数据链路控制规程(DLC)面向字符的数据链路控制规程:它利用若干个特殊规定的控制字符控制报文的传送。报文通常由标题(报头)和正文组成。例如:标题开始字符SOH;正文开始字符STX等等。标题含有报文名称、源站地址、目标站地址、发送日期等信息;正文则是报文的具体内容。面向比特的数据链路控制规程:由于面向字符的控制规程效率低下,因而提出了面向比特的DLC规程。高级数据链路控制规程HDLC:信息字段的头尾各加上信息字段的头尾各加上24bit的控制信息,就构成了一个的控制信息,就构成了一个完整的完整的HDL
15、C数据帧。其结构如图所示。数据帧。其结构如图所示。(1)标志符)标志符F为为8bit(01111110)。其作用有三:一是作)。其作用有三:一是作为一帧开始和结束的分界符;二是进行帧同步;三是用于为一帧开始和结束的分界符;二是进行帧同步;三是用于其他信息段的定位。其他信息段的定位。 (2)地址字段)地址字段A为为8bit。(3)控制字段)控制字段C共共8bit,是最复杂的字段。根据其前面两,是最复杂的字段。根据其前面两个比特取值的不同,可将个比特取值的不同,可将HDLC数据帧划分为三大类:信数据帧划分为三大类:信息帧息帧I,监督帧,监督帧S,无编号帧,无编号帧U (4)帧校验序列()帧校验序列
16、(FCS,Frame Check Sequence)字段)字段共共16bit。HDLC数据帧结构数据帧结构信息帧信息帧I,用于实现信息的编号传送;,用于实现信息的编号传送;监督帧监督帧S,用于差错控制和流量控制,只包含用于差错控制和流量控制,只包含接收序号接收序号;HDLC 命令和应答命令和应答r HDLC 规程定义了规程定义了18 种命令和种命令和13 种应答种应答 这些命令和应答是为适应各种应用而设置这些命令和应答是为适应各种应用而设置的,对的,对某一特定的应用只需其中的某些命令和应答。某一特定的应用只需其中的某些命令和应答。 初始化连接初始化连接 数据传输数据传输 差错控制差错控制 连接
17、终止连接终止3、 网络层 网络层是OSI模型的第三层,其主要功能是分组传送、路由选择和流量控制,实现端到端通信系统中中间节点的路由选择;就是将网络地址翻译成对应的物理地址,并决定如何将数据从发送方路由到接收方。1)网络层的功能2)网络层提供的服务面向连接服务(虚电路服务)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(虚电路),一旦建立了虚电路,则在以后发送的数据分组中就不必再填上源和目标主机的全网地址,而只需标上虚电路号。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
18、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。 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。 l虚电路服务虚电路服务n在传送数据之前,首先通过虚呼叫建立一条虚电路在传送数据之前,首先通过虚呼叫建立一条虚电路n所有分组沿同一条路径传送,并且按发出顺序到达所有分组沿同一条路径传送,并且按发出顺序到达n类似电路交换类似电路交换n建立连接之后,分组中只需要携带连接标识建立连接之后,分组中只需要携带连接标识n可以在建立连接时协商参数、可以在建立连接时协商参数、QoS、开销等、开销等虚电路1.31.21.12.32.22.12.32.22.
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