第五课第五课 网络体系结构网络体系结构 (2)(2)

附：首先了解 bit、 Byte、 KB、MB、 GB

1Byte （字节） = 8个 bit （比特位） 1KB=1024 Byte 1MB=1024KB 1GB=1024MB

物理层物理层 物理层为建立、维护和释放数据链路实体

之间的二进制比特传输的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的特性。物理连接可以通过中继系统，允许进行全双工或半双工的二进制比特流的传输。物理层的数据服务单元是比特，它可以通过同步或异步的方式进行传输。

物理层物理层是设备之间的物理接口 , 数据位

流通过该接口从一台设备传送给另一台设备。

物理层应该保持数据传输的正确性 .( 即当一方发送“ 1” 时，对方接收到的就应该是“ 1” 而不是“ 0” 。

物理层基本功能

  机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列方式，定义接插及锁紧方式等。电气特性 指明在接口电缆的线路上出现的电压、电流等范围。功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压信号表示何种意义，通信过程中完成何种功能。规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。是功能事件时序的描述。

机械特性机械特性

99 针与针与   2525 针串行口插针示意图针串行口插针示意图

电气特性电气特性 RS-232C 电气特性

功能特性功能特性

规程特性规程特性 规程特性：

　　规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤，这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成。　　　　物理层中较重要的新规程是 EIA RS-449及 X.21 ，然而经典的 EIA RS-232C 仍是目前最常用的计算机异步通信接口。

中继器中继器

衰减的信号

放大的信号

中继器图 中继器对信号的放大

集线器集线器

Hub以太网 Ethernet 100

所有节点共享 100M 带宽

同一时间只能有一个设备发送信息

数据链路层概述数据链路层概述数据链路层概述数据链路层概述

数据链路层的目的、服务及功能

1．目的

数据链路层在网络实体间提供建立、维持和释放数据链路连接以及提供传输数据链路服务数据单元的功能和过程的手段；在物理连接上建立数据链路连接。它检测和校正物理层出现的错误，为网络层提供可靠的数据链路。

数据链路层概述数据链路层概述数据链路层概述数据链路层概述

2．服务（ 1 ）数据链路连接。

（ 2 ）接收数据链路服务数据单元和网络层交换数据；

（ 3 ）提供数据链路端点标识符；

（ 4 ）当把数据链路服务数据单元划分为多个数据链路协议数据单元传送时，要保证按发送方发送的顺序向接收方的网络层递交，即提供保序的服务；

（ 5 ）差错位检测、纠正和报告；

（ 6 ）流量控制；

（ 7 ）服务质量参数的商定。

数据链路层的目的、服务及功能

数据链路层概述数据链路层概述数据链路层概述数据链路层概述 数据链路层的目的、服务及功能

3．功能1 、链路管理：当网络中的两个结点进行通信时，发送方必须确知接收方是否已处在准备接收状态。2 、帧同步：数据链路层，数据传送的单位是帧。 3 、流量控制：协调发送方与接收方的工作。 4 、差错控制：接收方可通过校验帧的差错编码，判断接收到的帧是否有差错。 5 、透明传输：所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组合，都应能够在链路上传送。 6 、寻址：在多点连接的情况下，保证每一帧都能送到正确的目的站。

数据链路层数据链路层

该层用于建立相邻结点之间的数据传输；它将不可靠的物理信道处理为可靠的通道，使高层不必考虑物理介质的具体特性；该层的数据单元为帧 (frame)； IEEE 标准将该层又分为介质访问控制层 (MAC) 和逻辑链路控制层 ( LLC ) 。

目标地址 源地址 控制信息 数据 循环冗余校验

数据链路层数据链路层物理层只负责传输无结构的原始比特流，是不

可靠的。数据链路层将不可靠的物理连接（数据电路）转换成（对网络层来说）可靠的数据链路。为实现转换：

首先，必须将物理层的无结构原始比特流划分成一定长度的结构数据单元——帧（ frame ）

其次，对帧进行差错控制（ error control ），实现检错 /纠错功能。

最后，通过合适的流量控制（ flow control ）协议保证收发双方的传输同步，为网络层提供透明可靠的服务。

数据链路层的功能实现停止等待协议

停止等待协议的工作原理：

重传丢失

DATA0

ACK

DATA1

ACK

A BDATA0

NAK

DATA0

A BDATA0

DATA0

A B

超时

ACK ACK

DATA0

DATA0

A B

ACK

ACK出错

丢弃

(1)正常情况 (2)帧校验错误 (3)数据帧丢失 (4)确认帧丢失

时间

丢失

重传

超时

重传

媒介访问控制方法 介质访问控制

确定共享介质环境（冲突域）中的计算机哪一台可以发送数据的协议。

介质访问控制有两大类非确定性 MAC 协议：

使用先来先服务（ FCFS ）的方式。带冲突检测的载波侦听多路访问协议 (CSMA/CD) 就是非确定性MAC技术。

确定性 MAC 协议 使用“轮流”的形式。令牌环（ Token Ring ）采用了这种形式。

CSMA/CD原理

发送数据前先侦听侦听是否有其它人在发送。

缺点不能完全避免冲突随着网络规模的扩大，发生冲突的几率也越大。

令牌 原理

令牌在网络中传递，只有获得令牌才能发送数据，数据发送完成释放令牌。

IEEE802 规范IEEE （电气与电子工程师协会）将第二层分成 LLC （逻

辑链路控制层）和 MAC （介质访问控制层）；IEEE802 规范： 802.1:802 协议概论； 802.2:LLC 协议 802.3: 以太网 CSMA/CD 协议 802.4:令牌总线协议； 802.5:令牌环协议； 802.6:城域网协议； 802.7:宽带技术协议； 802.8:光纤技术协议； 802.9:LAN 上的语音 / 数据集成协议； 802.10:LAN安全互操作标准； 802.11: 无线 LAN 协议

冲突域冲突

在同一个网络上，当两个 bits 同时在介质中传输时，数据就会发生碰撞，造成损坏，这叫做冲突。

冲突域一组连接到同一物理媒介的集合，如果两个设备同时

访问媒介，信息将发生冲突，那么这组设备就在同一个冲突域。

所有第一层的互连设备都是冲突域的一部分。

解决冲突的方法方案一

检测冲突，采用竞争的方法或轮流通讯的方法

方案二 使用设备把网络分段（ Segmentation ）

以减少冲突；例如：网桥、交换机或路由器。

广播域广播

一次发送给所有设备的数据包。广播域广播域就是能够同时收到某个广播的一组设备

的集合。

减小广播的有效办法是使用路由器来隔离广播。

数据链路层数据链路层

L3 数据 L3 数据

L2 数据 L2 数据

T2 T2H2 H2

到物理层 从物理层

从网络层 到网络层

数据链路层

数据链路层帧 帧

数据链路层数据封装示意图数据链路层数据封装示意图

OSIOSI 模型下三层与网络设备模型下三层与网络设备 OSI参考模型与网络设备，如集线器、交换机、路由器，存

在一一对应的关系，下图就是 OSI模型下三层与网络设备的对应图。

交换机层交换机层以太网交换机

每个节点独享 100M带宽

骨干交换式以太网 100

多个设备可同时发送信息

网络层网络层

网络层又称通信子网层，主要负责控制通信子网的操作，实现网络上任意一个节点数据准确无误的传输到其他节点。

网络层功能网络层功能 OSI参考模型规定网络层的主要功能有以下三点： 1 、路径选择与中继：在点 -点连接的通信子网中，信息从源结点出

发，要经过若干个中继结点的存储转发后，才能到达目的结点。通信子网中的路径是指从源结点到目的结点之间的一条通路，它可以表示为从源结点到目的结点之间的相邻结点及其链路的有序集合。一般在两个结点之间都会有多条路径选择。路径选择是指在通信子网中，源结点和中间结点为将报文分组传送到目的结点而对其后继结点的选择，这是网络层所要完成的主要功能之一。

2 、流量控制：网络中多个层次都存在流量控制问题，网络层的流量控制则对进入分组交换网的通信量加以一定的控制，以防因通信量过大造成通信子网性能下降。

3 、网络连接建立与管理：在面向连接服务中，网络连接是传输实体之间传送数据的逻辑的贯穿通信子网的端 --端通信通道。

网络层网络层 负责将从发送端的连接多于一个链路的数据的传输，这

时一个数据包从发送端到接收端要经过路由的选择和数据包的转发过程：

1) 将网络逻辑地址转换成物理机器地址： IP=>MAC 。

2)决定服务质量 (如消息的优先权 ) ， 从发送者到接收者之间存在多条线路径时 ,还需要进行路由选择： 路由选择。

3) 当数据包的大小比数据链路层允许的最大数据帧还要大时 , 网络层将其分成多个数据段，在接收端负责将多个数据段组合数据包：包的拆分和重组。

网络层网络层

路径选择路径选择

网络中拥挤控制网络中拥挤控制

网络层

传送分组

L4 数据 L4 数据

L3 数据 L3 数据

H3 H3

到数据链路层

从传输层 到传输层

网络层 网络层

分组

从数据链路层

分组

网络层数据封装示意图网络层数据封装示意图

网络层作用网络层作用

网络层

数据链路层

物理层

• 将比特组合成字节进而组合成帧• 用MAC 地址访问介质• 差错控制

• 设备间接收或发送比特流• 说明电压、线速和线缆等

提供路由器用来决定路径的逻辑寻址IPIPX

802.3 / 802.2HDLC

EIA/TIA-232V.35

路由器路由器

Routing TableNET INT Metric

124

S0S0E0

100

1.0 4.0

1.3E0

4.3

S0

2.2

E0

2.1

S0

4.1

4.2

1.1

1.2

Routing TableNET INT Metric

124

E0S0S0

001

传输层

为会话层实体提供独立于具体网络的高效经济透明的端 --- 端多路数据传输服务。 本层提供了两个实体之间端对端的通信，掩盖了通信网服务的差别。该层的数据单元是段（ Segment) ，该层通常提供两种服务：面向连接的服务和面向无连接的服务。主要协议包括 Internet的TCP、UDP，Novell 的 SPX 等。

传输层从会话层接收数据 ,在必要时把它分成较小的单元传输给网络层 , 并确保到达对方的各段信息正确无误 ,而且这些任务都必须高效率地完成。设立传输层的目的是在使用通信子网提供服务的基础上，使用传输层协议和增加的功能，使得通信子网对于端 --端用户是透明的。高层用户不需要知道它们的物理层采用何种物理线路。对高层用户来说，两个传输层实体之间存在着一条端 --端可靠的通信连接。传输层向高层用户屏蔽了通信子网的细节。

传输层

传输层

传输层

提供两个端系统之间可靠、透明的数据传送

提供两个端系统之间可靠、透明的数据传送

差错控制差错控制

顺序控制顺序控制

流量控制流量控制

传送报文

H4H4 H4H4H4 H4

L4 数据

L4 数据

L4 数据

L5 数据 L5 数据

L4 数据

L4 数据

L4 数据 到网络层 从网络层

从会话层 到会话层

传输层 传输层

传输层数据封装及功能示意图

传输层

提供给高层的服务

应用程序进行数据通信的过程

应用层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

应用层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

物理介质 物理介质 物理介质

AP1 AP3

端到端通信

通信子网

传输层作用

TCPUDPSPX

802.3 / 802.2HDLC

EIA/TIA-232V.35

IPIPX

传输层

数据链路层

物理层

• 可靠或不可靠的数据传输• 数据重传前的错误纠正

• 将比特组合成字节进而组合成帧• 用MAC 地址访问介质• 错误发现但不能纠正

• 设备间接收或发送比特流• 说明电压、线速和线缆等

网络层 提供路由器用来决定路径的逻辑寻址

会话层会话层可以通知进程之间实现同步通信。名思义，会话层建立，管理和终止两台通信主机之间的会话。会话层给上层提供可和上层进行会话的服务，这些服务包括：建立会话性能 ( 建立不同的连接 ) ，管理对话性能 (避免双方同时发送数据 ) ， 管理活动性能 (把会话分成多个活动 ) ，礼貌地结束会话性能 ( 确认数据传输是否真的结束了，而不是因为以外终端而结束的。 )除了会话规则以外，会话层为进行高效的用户传输，服务分类和会话层，表示层以及应用层的差错报告提供条件。

举例： 应用举例：连接时控制通信会话的两种可能

方式： 1. 在建立一次连接中，可以发生几次会话。

2. 一次会话需要传输层建立几次连接才能完成

会话层

传送报文为通信的两个进程建立会话连接，进行交换

为通信的两个进程建立会话连接，进行交换

会话管理会话管理

令牌管理令牌管理

同步管理同步管理

会话层

L6 数据

H5

L5 数据

到传输层 从传输层

从表示层 到表示层

会话层

L6 数据

H5

L5 数据

会话层

会话层数据封装及功能示意图

会话层作用

保证不同应用间的数据区分

用户接口

• 数据表示• 加密等特殊处理过程

会话层

表示层

应用层 Telnet HTTP

ASCIIEBCDICJPEG

Operating System/Application Access Scheduling （应用访问时序）

第六层：表示层 表示层确保一个系统应用层发送的信息可以被另一种系统的应用层读取。为不同终端的上层用户提供数据和信息的语法表示变换方法。 。换句话说，表示层处理计算机存储信息的格式问题。在必要时，表示层需要把各种不同的数据格式转换成一种通用的格式。

表示层 为上下层之间提供对数据或信息的语法和语义的转换。 该层完成某些特定的功能，它提供了一种公共语言，

可以使不同类型的计算机相互通信、相互理解；该层还能够提供数据压缩、解压缩的服务，以及加密解密的服务。

表示层

信息格式的转换信息格式的转换

数据的加密和解密数据的加密和解密

OSI 内部语法

表示层

L6 数据

数据的编码、加密和压缩 H6

L7 数据

从应用层

到会话层

表示层

L6 数据

数据的解码、解密和解压缩 H6

L7 数据

到应用层

从会话层

表示层

表示层数据封装示意图

表示层作用

用户接口

• 数据表示• 加密等特殊处理过程表示层

应用层TelnetHTTP

ASCIIEBCDIC （扩充二进制编码的十进制编码）

JPEG （联合图象专家组，一种压缩标准）

为应用进程提供访问 OSI环境的手段。如文件传输、电子邮件、网络管理等。

该层预先定义的完整功能直接面向用户，该层的应用程序有 FTP、 TELNET、 SMTP 等。

7 、应用层

应用层

为用户使用网络提供接口为用户使用网络提供接口

应用层

L7 数据

FTP DNSNFS

用户

应用层

到应用层

L7 数据

FTP DNSNFS

用户

应用层

从应用层

应用层功能示意图

应用层作用

用户接口应用层 Telnet HTTP

应用层

为用户的应用进程访问 OSI环境提供服务 负责整个网络应用程序一起很好地工作

计算机

应用程序

字处理演示文稿电子表格数据库设计和制造项目计划其他

网络应用程序

电子邮件文件传输远程访问客户 / 服务器 处理信息查询网络管理其他

OSI参考模型中各层主要功能 为应用程序提供网络服务

数据表示

互连主机通信

端到端连接

确定地址和最佳路径

介质访问

二进制传输

应用层

表示层

会话层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

7

6

5

4

3

2

1

网络参考模型

谢谢观看 再见 !Zhenghui_2008@yahoo.com.cn