數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡體系結構課件

1、第3章 計算機網(wǎng)絡體系結構本章主要內容：網(wǎng)絡體系結構開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型 TCP/IP參考模型 OSI參考模型和TCP/IP參考模型的比較 本章學習要求：掌握：協(xié)議、層次、接口與網(wǎng)絡體系結構的根本概念 掌握：網(wǎng)絡體系結構的層次化研究方法掌握：OSI參考模型及各層的根本效勞功能掌握：TCP/IP參考模型的層次劃分、各層的根本效勞 功能與協(xié)議族了解：OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較第3章 計算機網(wǎng)絡體系結構引論： 計算機網(wǎng)絡是一個非常復雜的系統(tǒng)，為了使不同的廠家網(wǎng)絡設備真正做到相互之間的互聯(lián)互通，就必須要求不同的廠家共同遵守約定的規(guī)定和標準，就像我們不同的人之間進行交流，必須要熟悉和掌握

2、雙方都能知道的語言。這就是計算機網(wǎng)絡體系結構產(chǎn)生的背景。 而如何形成這樣一個大家都共同遵守的規(guī)定或標準？如何去研究如此復雜的計算機網(wǎng)絡？人們采用了一種分而治之的，即一種分層的思想，從而形成了計算機網(wǎng)絡體系結構。下面將對這些問題進行了解。第3章 計算機網(wǎng)絡體系結構 為了能更加清楚地理解計算機網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議，我們先分析一下實際生活中的郵政系統(tǒng)，如以下圖所示。第3章 計算機網(wǎng)絡體系結構圖3-1 郵政系統(tǒng)分層模型 第3章 計算機網(wǎng)絡體系結構 人們平時寫信時，都有個約定，即信件的格式和內容。一般必須采用雙方都懂的語言文字和文體，開頭是對方稱謂，最后是落款等。這樣，對方收到信后才能看懂信中的內容，知道

3、是誰寫的，什么時候寫的等。信寫好之后，必須將信件用信封封裝并交由郵局寄發(fā)。寄信人和郵局之間也要有約定，這就是規(guī)定信封寫法并貼郵票。郵局收到信后，首先進行信件的分揀和分類，然后交付有關運輸部門進行運輸，如航空信交付民航，平信交鐵路或公路運輸部門等。這時，郵局和運輸部門也有約定，如到站地點、時間、包裹形式等。信件送到目的地后進行相反的過程，最終將信件送到收信人手中。由上可知，郵政系統(tǒng)可分為三層，而且上下層之間，同一層之間均有協(xié)定，亦即協(xié)議。第3章 計算機網(wǎng)絡體系結構通過上面的郵政收發(fā)系統(tǒng)已經(jīng)了解，信件的傳送必須通過一層一層的人和部門進行來完成，在完成的過程中，人與人之間，部門與部門之間還必須共同遵

4、守約定的協(xié)議。同樣的道理也適用于計算機網(wǎng)絡這類復雜的大系統(tǒng)。如以下圖所示，可將一個計算機網(wǎng)絡抽象為假設干層。其中，第n層是由分布在不同系統(tǒng)中的處于第n層的子系統(tǒng)構成。第3章 計算機網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡層次結構示意圖注意：計算機通信是一個復雜的過程，相互通信的兩個計算機系統(tǒng)必須高度協(xié)調工作才行，而這種“協(xié)調是相當復雜的。 “分層可以將龐大而復雜的問題，轉化為假設干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。 第3章 計算機網(wǎng)絡體系結構3.1 計算機網(wǎng)絡體系結構 3.1.1 網(wǎng)絡體系結構的定義和開展 網(wǎng)絡體系就是為了完成計算機間的通信合作，人們把計算機互聯(lián)的功能劃分成定義明確的層次，并規(guī)

5、定了同層次進程通信的協(xié)議以及相鄰層之間的接口與效勞，將這些同層進程間通信的協(xié)議以及相鄰層接口統(tǒng)稱為網(wǎng)絡體系結構Network Architecture。即計算機網(wǎng)絡體系結構是計算機網(wǎng)絡的層次、各層次的功能、網(wǎng)絡拓撲結構、各層協(xié)議和相鄰層接口的總稱。 注1：只是從功能上描述計算機通信網(wǎng)結構 。注2：是抽象的。1網(wǎng)絡體系結構的定義網(wǎng)絡體系結構：一個功能完備的計算機網(wǎng)絡需要制定一整套復雜的協(xié)議集;網(wǎng)絡協(xié)議是按層次結構來組織的；網(wǎng)絡層次結構模型與各層協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡體系結構；網(wǎng)絡體系結構對計算機網(wǎng)絡應該實現(xiàn)的功能進行了精確的定義；體系結構是抽象的，而實現(xiàn)是指能夠運行的一些硬件和軟件。 3.1 計算機

6、網(wǎng)絡體系結構 注：計算機通信的網(wǎng)絡體系結構實際上就是結構化功能分層和通信協(xié)議(規(guī)程)的集合，也就是從邏輯功能上構筑計算機進程之間相互通信的層次化結構、不同系統(tǒng)對等層之間的通信協(xié)議以及同一系統(tǒng)相鄰層間的接口效勞的集合。層次、接口的概念： 層次layer 接口interface3.1 計算機網(wǎng)絡體系結構 層次layer層次是人們對復雜問題處理的根本方法；將總體要實現(xiàn)的很多功能分配在不同層次中；對每個層次要完成的效勞及效勞要求都有明確規(guī)定；不同的系統(tǒng)分成相同的層次；不同系統(tǒng)的最低層之間存在著“物理通信；不同系統(tǒng)的對等層次之間存在著“虛擬通信；對不同系統(tǒng)的對等層之間的通信有明確的通信規(guī)定；高層使用低層

7、提供的效勞時，并不需要知道低層效勞的具體實現(xiàn)方法。 3.1 計算機網(wǎng)絡體系結構 接口interface接口是同一結點內相鄰層之間交換信息的連接點;同一個結點的相鄰層之間存在著明確規(guī)定的接口，低層向高層通過接口提供效勞;只要接口條件不變、低層功能不變，低層功能的具體實現(xiàn)方法與技術的變化不會影響整個系統(tǒng)的工作。3.1 計算機網(wǎng)絡體系結構 3.1.1 網(wǎng)絡體系結構的定義和開展 2網(wǎng)絡體系結構的開展1各計算機制造廠商網(wǎng)絡體系結構標準化 2國際網(wǎng)絡體系結構標準化 系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結構 SNA System Network Architecture開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM 3.1.2 網(wǎng)絡體系結構的分

8、層模型1實體 Entity2效勞 Service3接口 Interface4效勞原語 Service Primitive5數(shù)據(jù)單元 Data Unit1OSI/RM模型的相關概念 1.實體和系統(tǒng)實體：某一層除一些實際存在的物理設備外，具有數(shù)據(jù)收發(fā)能力的活動單元。可以是軟件實體(如進程)，也可以是硬件實體(如某一接口芯片)。 例：用戶應用程序，網(wǎng)卡。系統(tǒng)：可以是一臺計算機或一臺網(wǎng)絡設備等。實體能夠發(fā)送或接收信息，系統(tǒng)可以包含一個或多個實體。位于不同系統(tǒng)的同一層次的實體稱為對等實體(Peer Entity)。3.1.2 網(wǎng)絡體系結構的分層模型2.接口、效勞和效勞訪問點接口是相鄰兩層之間的邊界，是相

9、鄰兩層之間交換信息的連接點。低層通過接口為上層提供效勞，上層通過接口使用低層提供的效勞。效勞就是網(wǎng)絡中各層向其相鄰上層提供的一組功能集合。效勞的使用者和提供者通過效勞訪問點直接聯(lián)系。效勞訪問點SAP (Service Access Point)是指相鄰兩層實體之間通過接口調用效勞或提供效勞的聯(lián)接點，它是相鄰兩層實體的邏輯接口，也可以說N層的SAP就是N+1層可以訪問N層的地方，每個SAP都有惟一的地址，供效勞用戶間建立連接之用。3.1.2 網(wǎng)絡體系結構的分層模型接口和效勞的概念與程序設計中模塊之間的函數(shù)調用十分類似，兩個程序調用就可以看作是效勞使用者和提供者，效勞訪問點就是調用函數(shù)，函數(shù)的參數(shù)

10、可以看作接口之間的控制信息和傳遞的數(shù)據(jù)。協(xié)議和效勞在概念上是不一樣的。首先，協(xié)議保證了下層效勞得以向上層順利提供，但是上層用戶只能看到下層提供的效勞而看不到兩層之間的協(xié)議；其次，協(xié)議是“水平的，即協(xié)議控制對等實體之間的通信規(guī)那么，但是效勞是“垂直的，即效勞是由下層向上層通過接口提供的。注意：3.1.2 網(wǎng)絡體系結構的分層模型3.面向連接的效勞和無連接的效勞連接：在同等層的兩個同等實體間所建立的邏輯鏈路。面向連接的效勞：利用建立的連接進行數(shù)據(jù)傳輸。例如：打 就是面向連接效勞的一個縮影，有一個明顯的建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和撤除連接的過程。優(yōu)點：可靠性高，而且可以保證數(shù)據(jù)順序傳輸，比較適合于數(shù)據(jù)量大、實

11、時性要求較高的數(shù)據(jù)傳輸應用場合。永久性連接效勞/非永久性連接效勞。3.1.2 網(wǎng)絡體系結構的分層模型無連接的效勞：類似于發(fā)電報，電報發(fā)出后并不能馬上確認對方是否已經(jīng)收到。通信前，無需在兩個同等層實體之間事先建立連接，通信鏈路資源完全在數(shù)據(jù)傳輸過程中動態(tài)地進行分配。缺點：不需要維護連接的開銷，但是可靠性較低，也不能保證數(shù)據(jù)的傳輸順序。優(yōu)點：靈活方便，信道的利用率高，特別適合于短報文的傳輸。3.1.2 網(wǎng)絡體系結構的分層模型4.效勞原語效勞通常是由一系列的效勞原語來描述的。所謂原語，就是不可再細分的意思。在同一系統(tǒng)中，N+1層實體向N層實體請求效勞時，用戶和效勞提供者之間要進行交互的信息即為效勞原

12、語。常用的效勞原語有如下幾種：請求(Request) 、指示(Indication) 響應(Response)、確認(Confirm)注：網(wǎng)絡中低層通過效勞訪問點向相鄰高層提供效勞，而高層那么通過原語或過程調用相鄰低層的效勞。3.1.2 網(wǎng)絡體系結構的分層模型以打 為例說明效勞原語：甲和乙位于高層，是效勞的使用者； 機位于低層，是效勞的提供者，為打 的人提供上述四個效勞原語。首先，甲在自己的 機上撥乙的 號碼，發(fā)出“請求；乙的 機響鈴，“指示給乙有 打進來；乙拿起 ，作為“響應；甲的 由振鈴音變?yōu)橥ㄔ捯?，甲就收到了可以通話的“確認。3.1.2 網(wǎng)絡體系結構的分層模型5.協(xié)議數(shù)據(jù)單元協(xié)議數(shù)據(jù)單元

13、PDU (Protocol Data Unit)是不同系統(tǒng)同等實體之間通過協(xié)議所交換信息的單位。其格式一般由協(xié)議控制信息PCI和用戶數(shù)據(jù)組成。6.效勞和協(xié)議的關系效勞是對高一層而言的，由一系列效勞原語組成的，它位于層次接口的位置，表示低層為上層提供哪些操作功能，至于這些功能是如何實現(xiàn)的，完全不是效勞考慮的范疇。協(xié)議相當于一種工具，是同層次對等實體之間的，有關協(xié)議數(shù)據(jù)單元的格式、含義及控制規(guī)那么的集合。層次對外的效勞都是在本層協(xié)議的支持下完成的，且每一層可以根據(jù)需要選擇或改變本層所使用的協(xié)議，而不影響高層的軟件實現(xiàn)。3.1.2 網(wǎng)絡體系結構的分層模型3.1.2 網(wǎng)絡體系結構的分層模型圖3-2 計

14、算機網(wǎng)絡分層體系結構示意圖 2、分層原理 3.1.2 網(wǎng)絡體系結構的分層模型3、分層的好處 1獨立性強2靈活性好3易于實現(xiàn)和維護4能夠促進標準化3.1.2 網(wǎng)絡體系結構的分層模型4、分層的原那么 1層次不能太多，也不能太少。 2應在接口效勞描述工作量最小、穿過相鄰邊界相互作用次數(shù)最少或 通信量最小的地方建立邊界。 3每層應當實現(xiàn)一個定義明確的功能。 4每一層的功能要盡量局部化。 5每層功能的選擇應該有助于制定網(wǎng)絡協(xié)議的國際標準。 6同一節(jié)點內相鄰層次之間通過接口通信，每一層只與它的上、下鄰 層產(chǎn)生接口，規(guī)定相應的業(yè)務。 7不同節(jié)點的同等層按照協(xié)議實現(xiàn)同等層之間的通信。在網(wǎng)絡通信系統(tǒng)中，兩個實體

15、要實現(xiàn)相互通信，它們必須具有相同的語言，交流什么、怎樣交流及何時交流等是數(shù)據(jù)通信雙方都必須共同遵守的規(guī)那么，這些規(guī)那么的集合稱為協(xié)議(Protocol)。規(guī)定了數(shù)據(jù)通信雙方用于“交談的一套語義和語法規(guī)那么。協(xié)議有三個要素，即：語義Semantics：“講什么；控制信息的內容，需要做出的動作及響應；語法Syntax：“怎么講；數(shù)據(jù)與控制信息的格式、數(shù)據(jù)編碼等；時序Timing或同步定時：“序速控；事件先后順序和速率匹配。3.1.3 網(wǎng)絡協(xié)議以兩個人打 為例說明協(xié)議的概念：甲撥號乙方 振鈴乙拿起 并通話通話完畢掛斷 甲乙兩者使用的 號碼就“語法 乙的 振鈴是一個信號，表示有 打進，乙選擇接 ，這一

16、系列的動作包括了控制信號、響應動作等“語義 通話過程的因果順序“時序注1：協(xié)議設計兼顧協(xié)議的效率和靈活性，開放性。注2：通信協(xié)議實質上是實體間通信時所使用的一種語言。3.1.3 網(wǎng)絡協(xié)議 這里，甲乙公司都可以看作是網(wǎng)絡結點，而經(jīng)理、助手和秘書是一個個的通信實體。處于不同結點的相同層次的實體叫做對等實體。 而協(xié)議實際上是對等實體之間的通信規(guī)那么的約定。比方兩個公司的秘書之間就有收發(fā) 、和普通信函的協(xié)議，高級助理之間都遵照標準公函的協(xié)議，經(jīng)理之間當然也有協(xié)議，不過那就是商人們的事情了。 通信系統(tǒng)采用了層次化結構的優(yōu)點：獨立性強/適應性強/易于實現(xiàn)和維護/易于標準化3.1.3 網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡通信協(xié)議的

17、特點是層次性,可靠性和有效性。 協(xié)議的分層可以將復雜的問題簡單化 協(xié)議可靠性和有效性是正常和正確通信的保證，只有協(xié)議可靠和有效，才能實現(xiàn)系統(tǒng)內各種資源共享。注意：通信協(xié)議實質上是實體間通信時所使用的一種語言 網(wǎng)絡協(xié)議的特點3.1.3 網(wǎng)絡協(xié)議OSI-RM體系結構1979年，ISO公布了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM(Open System Interconnection/Reference Model)。在OSI中 的“開放是指只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就可以與位于世界上任何地方、同樣遵循同一標準的其它任何系統(tǒng)進行通信；3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM應用層傳輸層網(wǎng)絡層表示層會話層

18、數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI參考模型中高層，面向信息處理。OSI參考模型中低層，面向數(shù)據(jù)通信。3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RMOSI構造了堆棧式的七層模型：OSI參考模型在上圖中，OSI的最高層是應用層，面向用戶提供給用效勞，最底層是物理層，連接傳輸介質實現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)通信。物理層到應用層之間從下到上依次為數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層和表示層。層與層之間的聯(lián)系是通過各層之間的接口來進行的，上層通過接口向下層提出效勞請求，而下層通過接口向上層提供效勞。兩個用戶計算機通過網(wǎng)絡進行通信時，除物理層之外，其余各對等層之間均不存在直接的通信關系，而是通過各對等層之間的通信協(xié)議來進行通

19、信。3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM注意：如上圖所示，虛線表示各對等層之間是通過通信協(xié)議進行通信的，沒有物理上的連接，只有兩物理層之間通過傳輸介質才能進行真正的數(shù)據(jù)通信。物理層的主要功能：利用傳輸介質為通信的網(wǎng)絡結點之間建立、管理和釋放物理連接；實現(xiàn)比特流的透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸效勞；物理層的數(shù)據(jù)傳輸單元是比特。 3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能：在物理層提供的效勞根底上，數(shù)據(jù)鏈路層在通信的實體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接；傳輸以“幀為單位的數(shù)據(jù)包；采用過失控制與流量控制方法，使有過失的物理線路變成無過失的數(shù)據(jù)鏈路。 網(wǎng)絡層的主要功能：通過路由選擇算法為分

20、組通過通信子網(wǎng)選擇最適當?shù)穆窂?；為?shù)據(jù)在節(jié)點之間傳輸創(chuàng)立邏輯鏈路；實現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)絡互連等功能。3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM傳輸層的主要功能：向用戶提供可靠端到端end-to-end效勞；處理數(shù)據(jù)包錯誤、數(shù)據(jù)包次序，以及其他一些關鍵傳輸問題；傳輸層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細節(jié)，是計算機通信體系結構中關鍵的一層。會話層的主要功能：負責維護兩個節(jié)點之間的傳輸鏈接，以便確保點-點傳輸不中斷；管理數(shù)據(jù)交換。3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM表示層的主要功能：用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式；數(shù)據(jù)格式變換；數(shù)據(jù)加密與解密；數(shù)據(jù)壓縮與恢復。應用層的主要功能:為應用程序提供了網(wǎng)

21、絡效勞;應用層需要識別并保證通信對方的可用性，使得協(xié)同工作的應用程序之間的同步;建立傳輸錯誤糾正與保證數(shù)據(jù)完整性的控制機制。3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM現(xiàn)在把以上所述各層的主要功能歸納如下：應用層：與用戶應用進程的接口，即相當于做什么？表示層：數(shù)據(jù)格式的轉換，即相當于對方看起來像什么？會話層：會話的管理與數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐剑聪喈斢谳喌秸l講話和從 何講起？傳輸層：從端到端全網(wǎng)絡透明的傳輸報文，即相當于對方在何處？網(wǎng)絡層：分組交換和路由選擇，即相當于走那條路可以到達該處？數(shù)據(jù)鏈路層：在鏈路上無過失的傳送幀，即相當于每一步該怎么走？物理層：將比特流放到物理媒體上傳送，即相當于對上一層的每一

22、步應該怎樣利用物理媒體？3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RMOSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)流 注1：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層為下三層，統(tǒng)稱為低層，構成了開放的網(wǎng)絡通信平臺，實現(xiàn)OSI參考模型面向通信(含傳輸和交換)的功能。 注2：OSI參考模型的高層(或稱為上三層)為會話層、表示層和應用層，主要面向用戶的應用進程，進行分布的信息處理。 注3：中間的第四層為傳輸層，它是計算機通信的關鍵層次，為上下層間提供接口與效勞，起與通信兩端橋接的作用。 注4：通信子網(wǎng)內的交換設備僅包括下三層功能。 3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RMOSI參考模型總結OSI參考模型中，采用的是三級抽象： 1、 體系結構arc

23、hitecture 2、效勞定義service definition 3、協(xié)議說明protocol specification1、體系結構開放系統(tǒng)的層次結構、層次之間的相互關系及各層所包括的可能的效勞；作為一個框架來協(xié)調和組織各層協(xié)議的制定；對網(wǎng)絡內部結構最精煉地概括與描述。 3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM2、效勞定義詳細地說明了各層所提供的效勞；某一層的效勞就是該層及其以下各層的一種能力；低層的效勞是通過接口向上一層提供的;各層所提供的效勞與這些效勞是如何實現(xiàn)的無關；定義了層與層之間的接口與各層使用的原語，但不涉及接口是具體實現(xiàn)的。 3、協(xié)議說明每一層都有特定的協(xié)議，標準操作。3.

24、2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RMISO劃分七層結構的根本原那么：網(wǎng)中各結點都具有相同的層次；不同結點的同等層具有相同的功能；同一結點內相鄰層之間通過接口通信；每層可以使用下層提供的效勞，并向其上層提供效勞；不同結點的同等層通過協(xié)議來實現(xiàn)對等層之間的通信。3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RMOSI參考模型的特征為：(1)采用了有利于異構計算機系統(tǒng)互連、互通的層次化結構。(2)是一種抽象的標準框架，也是OSI中最高一級的抽象，而不是具體實現(xiàn)的描述。(3)在不同開放實系統(tǒng)的對等(Peer)層之間的通信由此層的協(xié)議管理。(4)在同一開放實系統(tǒng)的相鄰層間的接口定義了效勞關系和操作原語。(5)可提

25、供的效勞為面向連接的或無連接的數(shù)據(jù)效勞。(6)每層實體執(zhí)行所定義的功能，修改某層的功能不應影響其他層。3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM七層OSI參考模型具有以下優(yōu)點：1簡化了相關的網(wǎng)絡操作。2提供即插即用的兼容性和不同廠商之間的標準接口。3使各個廠商能夠設計出具有互操作性的網(wǎng)絡設備，加快數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的開展。4防止以各區(qū)域網(wǎng)絡的變化影響另一個區(qū)域的網(wǎng)絡，因此，每一個區(qū)域的網(wǎng)絡都能單獨快速升級。5把復雜的網(wǎng)絡問題分解為小而簡單的問題，易于學習和操作。3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM3.2.1 物理層 Physical Layer 2、物理層的特性1機械特性2電氣特性3功能特性4規(guī)程特

26、性1、DTE和DCE物理層的內容介紹，主要從以下四個方面： 3.2.1 物理層 Physical Layer 4、物理層提供的效勞 1物理連接 -下面介紹2物理效勞數(shù)據(jù)單元3順序化4數(shù)據(jù)鏈路標識5效勞質量指標6故障情況報告1物理連接的建立、維持與撤除 2數(shù)據(jù)傳輸 3物理層管理 3、物理層的功能 3.2.1 物理層 Physical Layer 4、物理層提供的效勞-補充下面內容 1物理連接 圖3-4 物理連接形式 (a) 點到點連接 (b) 多點連接補充內容：物理信道的連接方式1、點到點連接方式 終端或計算機與計算機之間可以直接地或者通過調制解調器，用線路撥號線路或專用線路進行連接。當兩者之間

27、的通信量較大時，可采用這種點到點的連接方式。 3.2.1 物理層 Physical Layer 2、 多點連接方式 多點方式即多個終端或計算機通過一條公用總線直接或通過調制解調器與計算機相連。 3.2.1 物理層 Physical Layer 3、 集中式連接 將多個相距不遠的終端連接到多路復用器或集線器上，再用一條傳輸線路將復用器或集線器與計算機相連。3.2.1 物理層 Physical Layer 物理層位于OSI參考模型的最底層，向下直接與物理傳輸介質相連接。該層定義了電纜如何連接到網(wǎng)卡上，以及需要用何種傳送技術在電纜上發(fā)送數(shù)據(jù)。它還定義了位同步及檢查。物理層描述了軟件與硬件之間的實際連

28、接，定義其上層數(shù)據(jù)鏈路層所使用的訪問方法。物理層協(xié)議是各種網(wǎng)絡設備進行互聯(lián)時必須遵守的底層協(xié)議。物理層的主要特點是： 主要負責在物理連接上傳輸二進制比特流。提供為建立、維護和釋放物理連接所需要的機械、電氣、功能和規(guī)程的特性。3.2.1 物理層 Physical Layer 兩個相關的概念：數(shù)據(jù)終端設備DTE (Data Terminal Equipment)是網(wǎng)絡中用于處理用戶數(shù)據(jù)的設備，是計算機網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)源，是資源子網(wǎng)的實體。通常是一臺計算機，也可以是I/O設備。數(shù)據(jù)電路端接設備DCE (Data Circuit Terminating Equipment)是介于DTE和網(wǎng)絡傳輸介質之間的

29、設備，將DTE發(fā)出的數(shù)字信號按順序變?yōu)檫m合在傳輸介質上傳輸?shù)男盘栃问?，并將它送到傳輸介質上；同時，又可以從傳輸介質上接收遠方傳輸來的信號，并將它轉換為計算機能接收的數(shù)字信號形式并送往計算機。3.2.1 物理層 Physical Layer 注1：通信接口特性是指DTE和DCE之間連接的物理特性。注2：這種連接特性與所選用的DCE類型、傳輸信道模擬/數(shù)字、通信方式半雙工/全雙工和通信速率有關。注3：物理層標準主要描述了通信接口的相關特性。包括機械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性。 注意：數(shù)據(jù)通信接口特性3.2.1 物理層 Physical Layer 例如，通過 線進行計算機通信時所用的調制解

30、制器。DTE和DCE之間的接口標準物理層接口協(xié)議。物理層的功能：(1)物理連接的建立、維持和撤除(2)物理效勞數(shù)據(jù)單元傳輸同步和異步(3)物理層管理如功能的激活和過失控制)3.2.1 物理層 Physical Layer 物理層的四個特性：1機械特性物理連接時所使用可接插連接器的形狀和尺寸，以及連接器中引腳的數(shù)量與排列等。2電氣特性在物理連接上傳輸二進制比特流時線路上信號電平上下、阻抗匹配、傳輸速率與距離限制。3功能特性物理接口上各條信號線的功能分配和準確定義，說明某些連線上出現(xiàn)的某一電平所表示的意義。4規(guī)程特性定義了信號線進行二進制比特流傳輸?shù)囊唤M操作過程。3.2.1 物理層 Physica

31、l Layer 典型的物理層協(xié)議RS 232C協(xié)議1機械特性：25針連接器DB-25接口，在DTE一側采用孔式結構，在DCE一側采用針式結構，兩連接器間最長連接線為15米，并且針式和孔式結構插頭/插座引線的排列順序不同。2電氣特性：采用單端發(fā)送單端接收、雙極性電源供電的非平衡式電路，其邏輯“1電平為-15V-5V，邏輯“0電平為+5V+15，-5V+5V為過渡區(qū)，不做定義。數(shù)據(jù)傳輸速率一般為300、600、1200、2400、4800、9600、19200bps等。3功能特性：DB-25連接器25針中的20個針及其信號的含義。4規(guī)程特性：定義了DTE與DCE通過RS 232接口連接時，各信號線

32、在建立、維持和撤除物理連接及傳輸比特信號時的時序要求。(a)9針; (b)15針; (c)25針; (d)37針; (e)34針 機械特性： ISO標準化的五種連接器規(guī)格 幾種電氣特性電路RS232C功能特性：針腳特性DTE 通過 DCE 與通信傳輸線路相連 DTEDCEDCE串行比特傳輸RS232C接口信號線與控制線通信環(huán)境用戶設施通信設施DTERS232C接口信號線與控制線用戶設施典型MODEM典型MODEM典型RS232接口連線(1) 保護地(2) 發(fā)送數(shù)據(jù)(3) 接收數(shù)據(jù)(4) 請求發(fā)送(5) 允許發(fā)送(6) DCE 就緒(7) 信號地(8) 載波檢測(20) DTE 就緒(22) 振

33、鈴指示DTEDCE計算機或終端調制解調器注：除了RS232協(xié)議外，還有其他標準。 如：RS-449 由 3 個標準組成。即：RS-449RS-423-ARS-422-A RS -449標準的機械特性規(guī)定使用37針的標準連接器。保持與RS -232C接口的兼容性, 使得在采用新的接口標準時不必變更基于RS -232C接口的設備接口。這一方面是通過RS -449標準的電氣特性和功能特性實現(xiàn)的。 3.2.1 物理層 Physical Layer RS -422A標準是平衡方式的, 采用的是平衡發(fā)送器和差分接收器, 使用雙線來傳輸信號, 增強了抗共模干擾能力。在距離為10 m時, 速率可達10 Mb/

34、s; 在距離增加到1000 m時, 速率仍可達100 kb/s。 建議中所規(guī)定的電氣特性與RS -422A電氣特性相類似。 RS -423A標準是非平衡方式的, 采用的是單端發(fā)送器和差動接收器。由于采用了差分接收, 可以獲得比RS -232C更好的傳輸特性。在距離為10 m時, 速率可達300 kb/s; 在距離增加到1 000 m時, 速率為3 kb/s。 3.2.1 物理層 Physical Layer 3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 1、鏈路與數(shù)據(jù)鏈路圖3-5 鏈路與數(shù)據(jù)鏈路 鏈路(link)是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結點。 注1：一條

35、鏈路只是一條通路的一個組成局部。數(shù)據(jù)鏈路(data link) 除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。假設把實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構成了數(shù)據(jù)鏈路。注2：現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器即網(wǎng)卡來實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。注3：一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。 3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 圖3-6 從層次結構上看數(shù)據(jù)的傳送 高層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層系統(tǒng)A網(wǎng)絡層鏈路層物理層網(wǎng)絡層鏈路層物理層高層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層系統(tǒng)B路由器1路由器2常常在兩個對等的數(shù)據(jù)鏈路層

36、之間畫出一個數(shù)字管道，而在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀。幀(Frame)數(shù)據(jù)鏈路層中的信息傳輸單位。幀分為幀頭、信息和幀尾3個字段，幀中包含地址、控制、數(shù)據(jù)及校驗碼等信息。節(jié)點節(jié)點幀幀3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 數(shù)據(jù)鏈路層的作用是對物理層傳輸原始比特流的功能的加強，將物理層提供的可能出錯的物理連接改造成為邏輯上無過失的數(shù)據(jù)鏈路，即使之對網(wǎng)絡層表現(xiàn)為一條無過失的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層的根本功能是向網(wǎng)絡層提供透明的和可靠的數(shù)據(jù)傳送效勞。透明傳輸是指該層上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的內容、格式及編碼方式?jīng)]有限制，也沒有必要解釋信息結構的意義；不管所傳數(shù)據(jù)是什么樣的比特組合，都應當能夠在

37、物理鏈路上傳送。3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 為了到達可靠傳輸，數(shù)據(jù)鏈路層必須具備一系列相應的功能，主要有：如何將比特流組織成數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元幀；如何控制幀在物理信道上的傳輸，包括如何處理傳輸過失(過失控制)，如何協(xié)調收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率(流量控制)，以防止接收方因來不及處理發(fā)送方來的高速數(shù)據(jù)而導致緩沖器溢出及線路阻塞。在面向連接的效勞時，為兩個網(wǎng)絡實體之間提供數(shù)據(jù)鏈路通路的建立、維持和釋放管理，即鏈路管理。3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 注意：數(shù)據(jù)鏈路層介于物理層和網(wǎng)絡層之間，能夠把物理層傳輸來的原始數(shù)據(jù)打包成幀。負責數(shù)據(jù)鏈路信息從源節(jié)

38、點傳輸?shù)侥康墓?jié)點的數(shù)據(jù)傳輸與控制，例如連接的建立、維護與撤除、異常情況處理、過失控制與恢復、信息格式等，檢測和校正物理層可能出現(xiàn)的過失，并為兩系統(tǒng)之間提供一條無過失的鏈路。3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 1數(shù)據(jù)鏈路的建立與撤除 2幀傳輸和幀同步3過失與流量控制4數(shù)據(jù)鏈路管理1數(shù)據(jù)鏈路的建立與撤除在鏈路兩端的節(jié)點要進行通信前，必須首先確認對方已處于就緒狀態(tài)，并交換一些必要的信息以對幀序號初始化，然后才能建立連接。在傳輸過程中那么要維持該連接。如果出現(xiàn)過失，需要重新初始化，重新自動建立連接。傳輸完畢后那么要釋放連接。 2、數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能：3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Dat

39、a Link Layer 2幀傳輸和幀同步為了使傳輸中發(fā)生過失后只將出錯的有限數(shù)據(jù)進行重發(fā)，數(shù)據(jù)鏈路層將比特流組織成幀并以幀為單位傳送。數(shù)據(jù)鏈路層的幀應包含尋址信息和用來檢測錯誤的信息，同時幀的組織結構必須設計成使接收方能夠從物理層收到的比特流中明確地區(qū)分出幀的起始與終止。這是一個看起來簡單，實現(xiàn)起來卻并不容易的問題。這是幀同步要解決的問題。由于網(wǎng)絡傳輸中很難保證定時的正確和一致，所以不能采用依靠時間間隔關系來確定一幀的起始與終止的方法。 3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 幀同步方法 1. 字節(jié)計數(shù)法 字節(jié)計數(shù)法以一個特殊字符表示一幀的起始，并以一個專門字段來標明幀內的字

40、節(jié)數(shù)。接收方可以通過對該特殊字符的識別，從比特流中區(qū)分出幀的起始，并從專門字段中獲知該幀中隨后跟隨的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，從而可確定出幀的終止位置。 采用字節(jié)計數(shù)法時，如果用于計數(shù)的字段出錯，即失去了幀邊界劃分的依據(jù)，將造成災難性的后果。由于這個原因，字符計數(shù)法已經(jīng)很少被采用。3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 2. 使用字符填充的首尾定界符法 使用字符填充的首尾定界符法用一些特定的字符來定界一幀的起始與終止，面向字符的同步協(xié)議BSC(Binary Synchronous Communication)便是典型例子。為了不使數(shù)據(jù)信息位中出現(xiàn)的與特定字符相同的字符被誤判為幀的首尾定界符，

41、可以在這種數(shù)據(jù)字符前填充一個轉義控制字符(DLE)以示區(qū)別，從而到達數(shù)據(jù)的透明性。3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 3. 使用比特填充的首尾定界符法 使用比特填充的首尾定界符法以一組特定的比特模式(如01111110)來標志一幀的起始與終止。高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC(High level Data Link Control)協(xié)議采用該法。假設在信息位中碰巧出現(xiàn)了與該特定模式相同的比特串，就會誤認為找到了一個幀的邊界。為了防止出現(xiàn)這種錯誤，HDLC采用零比特填充法。比方，對信息位中的任何連續(xù)出現(xiàn)的5個“1，發(fā)送方自動在其后插入一個“0，而接收方那么做該過程的逆操作，每收

42、到連續(xù)5個“1，那么自動刪去其后所跟的“0，以此恢復原始信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐该餍?。比特填充很容易由硬件來實現(xiàn)，其性能優(yōu)于字符填充方法。3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 4. 違法編碼法 該法在物理層采用特定的比特編碼方法時采用。例如，曼徹斯特編碼方法，是將數(shù)據(jù)比特“1編碼成“高-低電平對，將數(shù)據(jù)比特“0編碼成“低-高電平對。而“高-高電平對和“低-低電平對在數(shù)據(jù)比特中是違法的?？梢越栌眠@些違法編碼序列來定界幀的起始與終止。局域網(wǎng)IEEE 802標準中就采用了這種方法。違法編碼法不需要任何填充技術便能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明性，但它只適用采用冗余編碼的特殊編碼環(huán)境。3.2.2 數(shù)據(jù)

43、鏈路層 Data Link Layer (3)過失與流量控制 為了使所有的幀最終都能按順序正確傳送到目的機的網(wǎng)絡層，通信系統(tǒng)必須具備檢測過失的能力，這也是數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能之一。過失控制除選用高可靠性的設備和傳輸介質及相應的輔助設施外，在軟件方面要進行過失控制編碼。要在傳送之前，發(fā)送方先按照某種規(guī)那么附加上一定的冗余位，構成一個碼字再發(fā)送出去。接收方通過對過失編碼(奇偶校驗碼或CRC碼)的檢查，可以判定一幀在傳輸過程中是否發(fā)生了過失。一旦發(fā)現(xiàn)過失，一般可以采用幀重發(fā)的方法來糾正。3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 這就要求接收方收完一幀后，向發(fā)送方傳送一個接收是否正確的反

44、響信息(確認幀或否認幀)，使發(fā)送方據(jù)此做出是否需要重新發(fā)送的決定。發(fā)送方只有當收到接收方傳送的已正確接收確實認幀后，才能認為該幀已經(jīng)正確發(fā)送完畢，否那么需要重發(fā)直至正確為止。流量控制應確保通信的根本要求，即發(fā)方的發(fā)送數(shù)據(jù)速率必須不能超過收方及時接收和處理的能力。當收方來不及接收時，就必須采取相應的措施來控制發(fā)方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 由于收發(fā)雙方各自使用的設備的工作速率和緩沖存儲空間的差異，可能出現(xiàn)發(fā)送方發(fā)送能力大于接收方接收能力的現(xiàn)象，假設此時不對發(fā)送方的發(fā)送速率(也即鏈路上的信息流量)進行適當?shù)南拗?，前面來不及接收的幀將被后面不斷發(fā)送來的幀淹

45、沒，從而造成幀的喪失而出錯。因此，流量控制實際上是對發(fā)送方數(shù)據(jù)流量的控制，使其發(fā)送速率不致超過接收方所能處理的速率。在這個過程中，需要通過某種反響機制使發(fā)送方知道接收方是否能跟得上。要有一些規(guī)那么使得發(fā)送方知道在什么情況下可以接著發(fā)送下一幀，而在什么情況下必須暫停發(fā)送，以等待收到某種反響信息后再繼續(xù)發(fā)送。3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 注1：滑動窗口協(xié)議就是一種常用的流量控制方法。注2： 需要說明的是，流量控制并不是數(shù)據(jù)鏈路層特有的功能，許多高層協(xié)議中也提供流量控制功能，只不過流量控制的對象不同而已。 比方，對于數(shù)據(jù)鏈路層來說，控制的是相鄰兩節(jié)點之間數(shù)據(jù)鏈路上的流量，而

46、對于傳輸層來說，控制的那么是從源到最終目標之間端對端的流量。 3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 4數(shù)據(jù)鏈路管理注意：上述的數(shù)據(jù)鏈路控制功能與其數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議(規(guī)程)密切相關，不同的網(wǎng)絡具有不同的通信協(xié)議(規(guī)程)。本節(jié)討論的重點是廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC(規(guī)程)，而局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議(規(guī)程)比廣域網(wǎng)的更為復雜，我們將在介紹局域網(wǎng)時再進行講述。 3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 3.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer 3、數(shù)據(jù)鏈路層提供的效勞 1無確認、無連接效勞 Unacknowledged Connectionless

47、 Service 2有確認、無連接效勞 Acknowledged Connectionless Service 3有確認、面向連接效勞 Acknowledged Connection-Oriented Service根本的效勞：將源系統(tǒng)網(wǎng)絡層傳來的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)侥康南到y(tǒng)網(wǎng)絡層。按數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡層提供的效勞質量、應用環(huán)境以及是否有連接一般分三種：無確認無連接效勞是源機向目的機發(fā)送獨立的幀，而目的機對收到的幀不作確認。這種效勞類似郵政系統(tǒng)的寄平信。事先不建立連接，事后也不存在釋放。如果出現(xiàn)丟幀，數(shù)據(jù)鏈路層并不去恢復它，恢復工作留給上層去完成。這類效勞適用于誤碼率很低的情況，也適用于實時語音傳輸

48、，這類情況下數(shù)據(jù)延遲引起的不良后果比數(shù)據(jù)損壞更嚴重。3、數(shù)據(jù)鏈路層提供的效勞 有確認無連接效勞是為了提高可靠性，這種效勞不需要建立連接，但是對每一個發(fā)出去的幀都要單獨進行確認。這種效勞類似掛號信。用這種方式，發(fā)送方就可以知道幀是否平安到達。如果在指定的時間間隔內確認幀未能到達，就必須重發(fā)此幀。這種效勞適用于像無線系統(tǒng)之類的不可靠信道。3、數(shù)據(jù)鏈路層提供的效勞 有確認面向連接效勞：數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡層提供的最復雜的效勞是面向連接的效勞。采用這種效勞，源機和目的機在傳送任何數(shù)據(jù)之前，必須先建立一條連接。在這連接上傳送的每一幀都被編上號，數(shù)據(jù)鏈路層保證所發(fā)送的每一幀都確實已收到，且只收到一次，所有幀都

49、是按正確順序收到的。所以，數(shù)據(jù)鏈路層的面向連接的效勞為網(wǎng)絡層協(xié)議實體之間的交互提供了可靠傳送的比特流的效勞。3、數(shù)據(jù)鏈路層提供的效勞 注意：當使用面向連接的效勞時，數(shù)據(jù)傳輸被分成3個不同的階段。在第一階段，建立連接，把通信雙方的幀傳送記錄變量和計數(shù)器初始化；第二階段進行實際的幀傳送；第三階段，也是最后階段，斷開連接，釋放有關變量、緩沖區(qū)和其他用于維持連接的資源。3、數(shù)據(jù)鏈路層提供的效勞 網(wǎng)絡層位于OSI參考模型的第三層，介于傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，它定義了網(wǎng)絡層實體通信用的協(xié)議，確定從源節(jié)點沿著網(wǎng)絡到達目的節(jié)點的路由選擇，處理相關的控制問題，如交換、路由和對數(shù)據(jù)報阻塞的控制。3.2.3 網(wǎng)絡層

50、Network Layer 1 、網(wǎng)絡層的任務 主要任務是把網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元或分組從源計算機經(jīng)過適當?shù)穆窂桨l(fā)送到目的地計算機。從源計算機到目的計算機可能要經(jīng)過假設干個中間節(jié)點，這需要在通信子網(wǎng)中進行路由選擇。網(wǎng)絡層與數(shù)據(jù)鏈路層有很大的差異，數(shù)據(jù)鏈路層僅把數(shù)據(jù)幀從線纜或信道的一端傳送到另一端(即在相鄰節(jié)點間進行數(shù)據(jù)傳送)，而網(wǎng)絡層向運輸層提供最根本的端到端的數(shù)據(jù)傳送效勞。3.2.3.1 網(wǎng)絡層設計要點3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 網(wǎng)絡層關心的是通信子網(wǎng)的運行控制，解決如何使數(shù)據(jù)分組跨越通信子網(wǎng)的問題，表達了網(wǎng)絡應用環(huán)境中資源子網(wǎng)訪問通信子網(wǎng)的方式。為防止通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過多的分組而

51、造成網(wǎng)絡阻塞，需要對流入的分組數(shù)量進行控制。另外，當分組要跨越多個通信子網(wǎng)才能到達目的地時，網(wǎng)絡層還要解決網(wǎng)際互連的問題。 因此，網(wǎng)絡層的目的是實現(xiàn)兩個端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)透明傳送，具體功能包括路由選擇、阻塞控制和網(wǎng)際互連等。3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 網(wǎng)絡層在其與運輸層的接口上為傳輸層提供效勞。這一接口是相當重要的，因為它往往是公共載體網(wǎng)絡(如電信網(wǎng)絡)與用戶的接口，也就是說，它是通信子網(wǎng)的邊界。載體網(wǎng)絡通常規(guī)定了從物理層直到網(wǎng)絡層的各種協(xié)議和接口，傳輸由其用戶提供的分組?；谶@種原因，對接口的定義必須十清楚確和完善。3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 2、網(wǎng)絡層的效

52、勞設計應該按照以下原那么： (1) 效勞應與通信子網(wǎng)無關。 (2) 通信子網(wǎng)的數(shù)量、類型和拓撲結構對于傳輸層來說是隱蔽的。 (3) 傳輸層所能獲得的網(wǎng)絡地址應采用統(tǒng)一的編號方式，即使跨越多個局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)也應如此。3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 基于上述原那么，網(wǎng)絡層的設計者有較大的自由度來編寫提供給傳輸層的效勞的技術標準。端系統(tǒng)之間的通信是靠通信子網(wǎng)中間節(jié)點間的通信完成的，表達了通信子網(wǎng)向端系統(tǒng)所提供的網(wǎng)絡效勞。通信子網(wǎng)向端系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡效勞有面向連接的(虛電路)和無連接(數(shù)據(jù)報)兩種，也即端系統(tǒng)的網(wǎng)絡層向端系統(tǒng)的運輸層提供的效勞。而通信子網(wǎng)內部的工作方式可以是面向連接的，也可

53、以是無連接的。也就是說，通信子網(wǎng)提供的網(wǎng)絡效勞與通信子網(wǎng)內部選擇的工作方式無關。3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 3、網(wǎng)絡層的功能 1網(wǎng)絡連接的建立與撤除 2路由選擇和中繼 3擁塞控制和流量控制 4網(wǎng)絡連接多路復用5過失檢測與恢復6分段和組塊7協(xié)議轉換面向連接的網(wǎng)絡效勞(Connection Oriented Network Service)又稱為虛電路(Virtual Circuit)效勞，它具有建立網(wǎng)絡連接、傳輸數(shù)據(jù)和撤除網(wǎng)絡連接三個階段，傳輸方式可靠。無連接網(wǎng)絡效勞(Connectionless Network Service)中

54、兩實體之間的通信不需要事先建立一個連接。無連接網(wǎng)絡效勞有三種類型：數(shù)據(jù)報(Datagram)、確認交付(Confirmed delivery)和請求回復(Request reply)。4、網(wǎng)絡層提供的效勞：3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 從網(wǎng)絡互聯(lián)的角度講，面向連接的網(wǎng)絡效勞應滿足以下要求：網(wǎng)絡互聯(lián)操作的細節(jié)與子網(wǎng)功能對網(wǎng)絡效勞用戶應是透明的。網(wǎng)絡效勞應允許兩個通信的網(wǎng)絡用戶能在連接建立時就其效勞質量和其它連接選項進行協(xié)調。網(wǎng)絡效勞用戶應使用統(tǒng)一的網(wǎng)絡地址編碼方案。3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 1數(shù)據(jù)報效勞 CDABG

55、HFE網(wǎng)絡網(wǎng)絡圖3-7 數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡的通信過程 3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 2虛電路效勞GHFECDAB網(wǎng)絡網(wǎng)絡圖3-8 虛電路的通信過程 路由選擇：3.2.3.2 路由算法3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 路由選擇是指網(wǎng)絡中的節(jié)點根據(jù)通信網(wǎng)絡的當前狀態(tài)可用的數(shù)據(jù)鏈路、各條鏈路中的信息流量，按照一定的策略傳輸時間最短、傳輸路徑最短等為分組選擇一條可用的傳輸路由，將其發(fā)往目的主機。路由選擇是通信網(wǎng)絡最重要的功能之一，它與網(wǎng)絡的傳輸性能密切相關。 路由選擇通過具體的路由選擇算法來實現(xiàn)，路由選擇算法是網(wǎng)絡層軟件的一局部，它在路由選擇中起著重要作用。路由選擇算法的要求：算法

56、必須是正確的算法在計算上應簡單算法要具有魯棒性算法應具有可靠性算法應是公平的算法應是最優(yōu)化的3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 路由選擇按不同的算法可以分為兩大類型：靜態(tài)路由和動態(tài)路由。靜態(tài)路由選擇策略：也稱非自適應算法，即只在節(jié)點或鏈路故障時才改變網(wǎng)絡路由的算法。動態(tài)路由選擇策略：也稱自適應算法，即根據(jù)網(wǎng)絡擁塞和拓撲結構變化情況，頻繁改變路由選擇的算法。路由選擇算法3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 靜態(tài)路由選擇算法 靜態(tài)路由選擇算法不檢測也不考慮當前的網(wǎng)絡拓撲結構和流量信息，而是按照某種固定規(guī)那么進行路由選擇。路由表是在路由器加電啟動時加載到路由器中的。當一個分組到達某

57、網(wǎng)絡節(jié)點(即路由器)時，節(jié)點只根據(jù)分組上的地址信息從固定路由表中找出對應的目的地節(jié)點和應選擇的下一節(jié)點。所以，靜態(tài)路由的路由表信息是手工管理的。最初是由網(wǎng)絡管理員將它輸入到路由器的配置中，當網(wǎng)絡拓撲結構等發(fā)生改變而需要更新路由時，還需由網(wǎng)絡管理員手工更新路由信息。3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 在靜態(tài)路由算法中，有最短路由選擇算法、擴散法和基于流量的路由選擇算法等。下面分別簡單介紹三種路由選擇算法：1擴散式路由選擇算法2最短路由選擇算法3基于流量的路由選擇算法3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 1擴散式路由選擇算法擴散法是一種最簡單的路由算法。一個網(wǎng)絡節(jié)點從某條線路收到

58、一個分組后，再向除該線路外的所有線路重復發(fā)送收到的分組。結果最先到達目的節(jié)點的一個或假設干個分組肯定經(jīng)過了最短的路徑，而且所有可能的路徑都被嘗試過。顯然擴散法會產(chǎn)生大量的重復分組，如果不采取一些措施來抑制這種過程，有可能會產(chǎn)生無窮多個分組。三種措施3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 三種措施:一種措施是讓每個分組的頭部包含站點計數(shù)器，每經(jīng)過一個站點，計數(shù)器減1，當計數(shù)器為0時，就扔掉分組。理想的情況是計數(shù)器的初值為從源端到目的端的路徑長度。如果發(fā)送者不知道該路徑的長度，可以按最壞的情況，即子網(wǎng)的直徑來設置初值。3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 另一種措施是記錄下分組擴散的

59、路徑，防止它第二次再擴散到已擴散過的路徑中。為了到達這個目的，可以讓連接源端系統(tǒng)的節(jié)點給它所接收的來自端系統(tǒng)的每一個分組一個序號，每個節(jié)點對源端網(wǎng)絡節(jié)點有一張表，用來指明已見到的是源端生成的那個序號，這樣就很容易知道后來接收的分組是不是重復的，假設是就丟棄，否那么記錄該分組序號，再轉發(fā)到所有其他節(jié)點。為了防止該表無限制地增長，每個表應加一個計數(shù)器K作為參數(shù)，表示直到K的序號都已記錄下來了，這樣小于K的表項就可以不再需要了。3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 最后一種較為實際的措施稱為選擇性擴散法。在這種算法中，網(wǎng)絡節(jié)點并不將每一個發(fā)送來的分組從每一條線路上發(fā)出，而是僅發(fā)送到與正確方向

60、接近的那些線路上。不太可能將一個物理上應該向西傳送的分組傳送到向東的線路上去，除非網(wǎng)絡拓撲結構特別奇特。3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 注：在實際網(wǎng)絡中，擴散法很少被使用，但可用于一些特殊的場合。例如軍事網(wǎng)絡等健壯性要求很高的場合。即使有的網(wǎng)絡節(jié)點遭到破壞，只要源端、目的端系統(tǒng)間有一條信道存在，那么擴散法路由選擇仍能保證數(shù)據(jù)的可靠傳送。另外，這種方法也可用于將一個分組數(shù)據(jù)源傳送到所有其他節(jié)點的播送式數(shù)據(jù)交換中。它還可被用來進行網(wǎng)絡的最短路徑及最短傳輸延遲的測定。3.2.3 網(wǎng)絡層Network Layer 2最短路由選擇算法最短路由選擇法是一種使用較多的簡單算法。在每個網(wǎng)絡節(jié)點都