第1章通信模型與OSI模型

第1頁第1章通信模型與OSI模型本章概述本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)主要內(nèi)容第2頁本章概述物流公司管理物品的收集倉儲、包裝加工、中轉(zhuǎn)配送；交通系統(tǒng)管理交通規(guī)則、運輸秩序、決定兩地之間的交通方式、運輸距離和時間；運輸工具關(guān)注物品的數(shù)量體積、物品包裝、決定承載能力和運輸速度；郵遞雙方則關(guān)心物品完好程度、損壞丟失、到達(dá)時間、資費合理等問題。如果在兩地之間，傳輸文本、音頻、圖像、視頻等數(shù)字化信息，需要什么樣的系統(tǒng)來實現(xiàn)。本章全面研究通信系統(tǒng)的基本模型和組成原理，分析OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型，為數(shù)據(jù)通信所涉及的各方面技術(shù)問題，提供一個完善和標(biāo)準(zhǔn)的參考體系。第3頁本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成理解通信模型的結(jié)構(gòu)與服務(wù)類型理解通信服務(wù)質(zhì)量的重要參數(shù)掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展階段的特征理解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本組成掌握OSI層次結(jié)構(gòu)原理理解OSI模型服務(wù)與功能第4頁主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6OSI層次結(jié)構(gòu)1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.1通信系統(tǒng)

1.1.1通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通信系統(tǒng)的基本組成和工作流程，是一個簡單的信息通信的基本模型。模型由消息源即信源、發(fā)送終端即發(fā)送變換器、信道、接收終端即接收變換器和收信者即信宿五個主要部分組成。通信過程中的干擾、失真和差錯可以統(tǒng)一規(guī)劃為進(jìn)入信道的噪聲，雖然實際的現(xiàn)象更為復(fù)雜。

第5頁通信系統(tǒng)的基本框圖第6頁通信系統(tǒng)組成交換設(shè)備是現(xiàn)代通信網(wǎng)的核心，其基本功能是匯集、轉(zhuǎn)接和分配用戶信號，實現(xiàn)用戶間的選擇性連接和自由通信，完成多個信源和信宿之間通信信道的分配。不同屬性的通信業(yè)務(wù)要求不同的交換設(shè)備。實時性強的電話業(yè)務(wù)使用直接接續(xù)話路的電路交換設(shè)備。實時性要求不高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，采用分組交換設(shè)備把數(shù)據(jù)信號分組、存儲和交換，利用各信道的空閑時隙“見縫插針”地傳送，經(jīng)常應(yīng)用于即時通信。第7頁通信系統(tǒng)組成傳輸系統(tǒng)是由物理鏈路和連接交換節(jié)點組成，在通信雙方的傳輸終端設(shè)備之間，提供信號的傳輸通道、補償線路衰耗、延長傳輸距離。為了提高傳輸系統(tǒng)的效率，現(xiàn)代通信采用了各種先進(jìn)的復(fù)用技術(shù)和設(shè)備，擴(kuò)大一個通信系統(tǒng)的服務(wù)范圍或覆蓋。第8頁1.1.2通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)一般參照所用的傳輸媒介、信源的種類、所傳信號的屬性、結(jié)構(gòu)和復(fù)用方式等特征進(jìn)行分類。第9頁1.1.3數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

1數(shù)字通信系統(tǒng)模型在發(fā)信端，模擬信號數(shù)字化功能可包含在信源編碼器內(nèi)，而收信端，從數(shù)字信號恢復(fù)出模擬信號的功能則包含在信宿譯碼器內(nèi)。并且，這一對編譯碼器還具有數(shù)字復(fù)用/去復(fù)用，加密/解密，碼型變換/反變換，同步、控制信令、維護(hù)和管理、開銷數(shù)據(jù)的插入/分出等功能，以提高數(shù)字通信效率和安全性。第10頁1數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字信號具有不限距離的遠(yuǎn)程傳輸能力，數(shù)字通信系統(tǒng)除包括上述信源編碼器、信宿譯碼器外，為了遠(yuǎn)程傳輸，還包括由信道編碼器、調(diào)制器、信道解調(diào)器和信道譯碼器組成的傳輸系統(tǒng)，以及保證接收和發(fā)送兩端設(shè)備協(xié)調(diào)一致，同步工作的數(shù)字同步系統(tǒng)、控制信令通道和網(wǎng)管數(shù)據(jù)通道等。第11頁數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖第12頁2.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信是計算機(jī)和通信相結(jié)合的一種通信方式，是通過數(shù)據(jù)終端與計算機(jī)或計算機(jī)與計算機(jī)間的通信，自動化實現(xiàn)大部分通信過程，及相關(guān)通信對象的通信事務(wù)處理，諸如檢測傳輸差錯，甚至能自動校正傳輸差錯。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，這是一個遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE通過一個由傳輸信道和其兩端的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備DCE組成的數(shù)據(jù)電路，與另一個計算機(jī)系統(tǒng)相連的基本通信模型。第13頁數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖第14頁3.數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的統(tǒng)一性數(shù)字通信系統(tǒng)是實現(xiàn)數(shù)字信號交換和傳輸?shù)南到y(tǒng)，主要任務(wù)是電路交換和高速率寬帶大容量實時傳輸。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號交換和傳輸?shù)南到y(tǒng)，主要任務(wù)是高速分組交換和寬帶傳輸。二者有聯(lián)系，但是，面對的對象和功能目標(biāo)差異較大。第15頁第16頁主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.2通信模型通信服務(wù)基于一個抽象的通信模型，該模型通過規(guī)定參與者的行為和作用、允許交換數(shù)據(jù)的數(shù)目和順序、信息流的方向和對話的持續(xù)時間，制定通信雙方的實施次序、狀態(tài)、流程。通信模型中聯(lián)系通信雙發(fā)的第三方，即由數(shù)據(jù)鏈路組成的傳輸系統(tǒng)，是通信模型中的關(guān)鍵和樞紐，這個通信對象類似于物流系統(tǒng)，具有兩個重要的特性。第17頁通信模型特征其一，對服務(wù)對象數(shù)量的限制，即是為通信雙方兩者服務(wù)，還是為多個通信對象服務(wù)。類似于實物運輸中的專用交通服務(wù)和公共交通服務(wù)。其二，對數(shù)據(jù)鏈路傳輸數(shù)據(jù)，提供的可靠、有序、時效的管理方式。服務(wù)對象可以是通信雙方，也可以是通信多方，類似于實物運輸中，為了保障物品可靠、時效運輸，設(shè)置的交付確認(rèn)、簽收制度。在數(shù)據(jù)通信中，設(shè)置了數(shù)據(jù)傳輸序號確認(rèn)機(jī)制，保證傳輸?shù)挠行蛐?。通信模型廣泛使用的面向連接和面向數(shù)據(jù)報兩種服務(wù)。第18頁1.2.1服務(wù)對象對于通信模型的組成結(jié)構(gòu)，可以采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行分析，包括我們可見的通信參與的發(fā)送、接收、中轉(zhuǎn)對象；傳輸信息的媒介對象；傳輸?shù)男畔ο螅桓邔拥娜祟悓ο?。也有我們在實物傳輸中可見的包裝物品的包裹，而在數(shù)據(jù)通信中不容易看見的封裝信息的數(shù)據(jù)包裹。數(shù)據(jù)通信的過程是無人參與的，因此實物傳輸中人工的工作，同樣需要執(zhí)行者進(jìn)行實時的交流，為通信提供服務(wù)。模塊化通信系統(tǒng)提供兩類服務(wù)：組裝服務(wù)和通信服務(wù)。第19頁組裝服務(wù)定義為組裝器類的服務(wù)對象提供組裝服務(wù)，組裝服務(wù)能配置用戶定制的通信服務(wù)。通信服務(wù)允許對相應(yīng)的用戶進(jìn)行尋址、維護(hù)連接和交換SDU，它的服務(wù)是由不同類的服務(wù)對象提供的，包括服務(wù)訪問點類、連接端點類、數(shù)據(jù)流源類和數(shù)據(jù)流匯聚類。組裝器類對象配置和控制用戶定制的通信系統(tǒng)。每個通信服務(wù)可能擁有不同的能力。在同一時刻組裝器能控制和維護(hù)多個通信服務(wù)以應(yīng)對用戶的需求。第20頁通信服務(wù)通信服務(wù)是由多個相應(yīng)的服務(wù)訪問點(SAP)對象表示的。每個SAP對象提供對它所代表的服務(wù)的訪問能力，它使用戶能建立和釋放通信連接。每個SAP對象上綁定了一個惟一的通信地址，用來在服務(wù)提供者的作用范圍內(nèi)識別相關(guān)的用戶。通信參與方的一個連接是由多個相應(yīng)的連接端點(CEP)對象表示的。每個CEP對象提供對一個特定的連接的訪問能力。與一個CEP對象相聯(lián)的用戶可以在連接生命期內(nèi)改變通信模式，或修改所代表的連接QoS。通信傳輸?shù)膶ο笠粋€數(shù)據(jù)流，是由一個數(shù)據(jù)流源(SRC)對象和一個或多個數(shù)據(jù)流匯聚(SNK)對象表示的。SRC對象可以在所代表的流上發(fā)送SDU，這些SDU以后能被相應(yīng)的SNK對象接收。第21頁通信系統(tǒng)構(gòu)架在北電網(wǎng)絡(luò)模塊化通信系統(tǒng)構(gòu)架(ModularCommunicationSystem,MCS)參考體系結(jié)構(gòu)中基本對象類和語義關(guān)系如圖所示。參考模型描述了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模擬人工服務(wù)時，所需的功能單元和相互關(guān)系，為我們學(xué)習(xí)通信任務(wù)的結(jié)構(gòu)組成，提供了一個層次的分解參考模型。第22頁MCS構(gòu)架的參考服務(wù)對象圖第23頁1.2.2連接類型通信模型中，兩點之間的連接比較簡單，但是網(wǎng)絡(luò)中大多是多點連接，連接的服務(wù)模型有：靈活的通信服務(wù)質(zhì)量QoS連接、多點連接、臨時連接。第24頁多點連接模型所有的通信服務(wù)都基于一個多點連接的抽象模型。一個多點連接代表一個有兩個或多個用戶參與的通信聯(lián)系，只有加入到同一連接的用戶才能通過交換信息進(jìn)通信。用戶信息由提供者作為服務(wù)數(shù)據(jù)單元(servicedataunit,SDU)進(jìn)行傳遞。SDU被提供者透明地傳送，即它對信息內(nèi)容、格式和編碼方面不能作任何的限制。除非SDU含有高級別的通信服務(wù)質(zhì)量需求。第25頁多點播送在任何時刻，能夠存在擁有不同參與者的多個連接，連接本身只提供用戶間的邏輯聯(lián)系，信息交換的方法是由一個抽象的數(shù)據(jù)流來定義。數(shù)據(jù)流是一個SDU序列，它從一個數(shù)據(jù)流源端口單向地流到一個或多個數(shù)據(jù)流匯聚端口。具有多個數(shù)據(jù)流匯聚匯集的流被稱為多點播送流（multicaststream）。如圖所示在一個數(shù)據(jù)流源端口和多個數(shù)據(jù)流匯聚端口之間的單向數(shù)據(jù)管道。第26頁多點播送的數(shù)據(jù)流圖第27頁連接特性原則上講，一個連接可以包含無限數(shù)目的數(shù)據(jù)流，可以自由地對它們進(jìn)行布局和重新調(diào)整。在一個連接的生命期內(nèi)，可以創(chuàng)建新數(shù)據(jù)流，也可以終止已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)流。一個連接中數(shù)據(jù)流的布局是通信模式定義的，通信模式包含連接中所有參與者的地址，指定了特定參與者之間存在著數(shù)據(jù)流，也可以指定點到點或點到多點性質(zhì)不同的通信結(jié)構(gòu)和方向性。第28頁連接特性類似于實物傳輸中破損和傳遞時間等問題，對于通信多方是傳輸效果，稱為通信的服務(wù)質(zhì)量，定義了連接及流在可靠性、安全性和性能方面的性質(zhì)。同一連接上的不同的數(shù)據(jù)流可以賦予不同的服務(wù)質(zhì)量。第29頁1.2.3通信階段通信服務(wù)模型定義通信對象的關(guān)系之后，需要考慮的是通信的流程與狀態(tài)。通信服務(wù)有服務(wù)組裝、連接建立、數(shù)據(jù)傳輸、連接釋放和服務(wù)刪除五個階段第30頁1.2.4通信設(shè)施連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放是一種通信服務(wù)所必備的通信設(shè)施，除此之外，通信服務(wù)還可以定義一些附加的、可選設(shè)施。諸如連接轉(zhuǎn)發(fā)、連接遷移、連接搜尋、連接合并、連接分離、連接再協(xié)商、加入數(shù)據(jù)流匯聚、刪除數(shù)據(jù)流匯聚、流轉(zhuǎn)發(fā)、劃分子流、代理建立、第三方建立等。第31頁1.2.5尋址尋址是一種在一個已定義的范圍內(nèi)標(biāo)識和定位對象的概念。通信服務(wù)的用戶需要用地址來指定與之建立連接的參與者。通信服務(wù)的提供者用這些地址，定位相應(yīng)的服務(wù)用戶所在的節(jié)點和服務(wù)訪問點。通信地址可以按單一地址和組地址來分類。第32頁第33頁主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.3通信服務(wù)質(zhì)量服務(wù)質(zhì)量指的是涉及可靠性、安全性和性能方面的通信屬性（稱為QoS屬性），這些屬性用一組QoS參數(shù)表征,為通信效果提供了參考標(biāo)準(zhǔn)。第34頁1.3.1可靠性完全性非二義性時間有序第35頁1.3.2安全性1.訪問控制2.鑒別3.完整性4.保密性5.不可否認(rèn)性第36頁1.3.3性能通信服務(wù)質(zhì)量的性能是可測量、可計算的質(zhì)量參數(shù)。假設(shè)在一個生產(chǎn)者和一個消費者之間存在一個單點播送的數(shù)據(jù)流。設(shè)n表示該流上第n個SDU，其中n=1,2,3，...。定義treq,n和tind,n分別表示第n個SDU在數(shù)據(jù)流源的傳輸請求，和數(shù)據(jù)流匯聚的傳輸指示發(fā)生的時刻，如圖1-8所示。第37頁請求時間和指示時間關(guān)系圖1-8第38頁1.吞吐率一個數(shù)據(jù)流的吞吐率定義為在一定的時間單位里，在數(shù)據(jù)流源和數(shù)據(jù)流匯聚之間所傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)總量。最大吞吐量參數(shù)只能用來描述一個數(shù)據(jù)流在最壞情況下的通信量。基于這一流通信量的描述，服務(wù)提供者分配資源，通常也用來決定對這個數(shù)據(jù)流的收費。因此，如果通信量是突發(fā)性的，為了節(jié)省資源和減少代價，希望采用一種更加精細(xì)的表征方法。服務(wù)提供者也會用一種適當(dāng)?shù)氖召M策略，來刺激服務(wù)用戶更加精確地說明它們的通信量。第39頁2.時延在數(shù)據(jù)流源和數(shù)據(jù)流匯聚之間傳輸SDU會消耗一些時間，用于對它進(jìn)行處理、在節(jié)點中排隊和在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。因此每個SDU在其傳輸請求和指示之間將經(jīng)歷一定的延遲時間。時延的上界Dmax，表示一個數(shù)據(jù)流上任意SDU被傳輸時所需要的最大時間延遲。第40頁3.抖動同一數(shù)據(jù)流的各個SDU可能經(jīng)歷不同的傳輸時延，時延的變化通常稱為抖動。抖動可以看成是在一個數(shù)據(jù)流中，任意SDU的傳輸請求和指示之間所經(jīng)歷的時延最大值Dmax和時延最小值Dmin之間的差值。換言之，抖動可以看成是用D表示的平均時延的偏差。如果偏差是對稱的，可以推出傳輸延遲的上界是D+J，下界是D-J。以后我們把抖動J定義為Dmax和Dmin之間的差值。第41頁SDU最大時間延遲圖1-10，SDU抖動圖1-11第42頁4.差錯率由于損壞、擁塞和錯過最后期限，SDU可能丟失。SDU是由服務(wù)提供者放入一個或多個協(xié)議數(shù)據(jù)單元(protocoldataunit,PDU)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)模虼酥挥挟?dāng)一個SDU的所有的PDU都丟失時，該SDU才丟失。如果只有幾個PDU丟失，該SDU稱為不完全的SDU。網(wǎng)絡(luò)中的傳輸干擾和節(jié)點中硬件的差錯會造成PDU被損壞。受損壞的PDU是否要丟棄依賴于該PDU的哪些部分受到了影響。每個PDU除了所攜帶的SDU信息外，還會包含一些協(xié)議信息：如序號和數(shù)據(jù)流標(biāo)識。第43頁第44頁主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

1.4.1身邊的網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)其距離和復(fù)雜性可以分成四類局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、個人域網(wǎng)。第45頁1.4.1網(wǎng)絡(luò)發(fā)展標(biāo)志性階段

1.第一階段：資源共享早期的集中式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，一般也稱為以大型機(jī)為中心的面向終端的集中式分時計算模式。它最典型的特征是：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的相結(jié)合，但是通過主機(jī)系統(tǒng)形成大部分的通信流程，構(gòu)成系統(tǒng)的所有通信協(xié)議都是系統(tǒng)專有的，大型主機(jī)在系統(tǒng)中占據(jù)著絕對的支配作用，所有控制和管理功能都是由主機(jī)來完成。第46頁計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成

第47頁圖1-13計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成2.第二階段：計算機(jī)與通信技術(shù)融合1962-1965年，美國國防部的高級研究計劃署（AdvancedResearchProjectsAgency，ARPA）和英國的國家物理實驗室（NationalPhysicsLaboratory，NPL）都在對新型的計算機(jī)通信技術(shù)進(jìn)行研究。英國NPL的戴維德（David）于1966年首次提出了“分組”（packet）這一概念。到1969年12月，DARPA的計算機(jī)分組交換網(wǎng)ARPANET投入運行。第48頁ARPR網(wǎng)ARPANET連接了美國加州大學(xué)洛杉機(jī)分校、加州大學(xué)圣巴巴拉分校、斯坦福大學(xué)和猶他大學(xué)4個結(jié)點的計算機(jī)。ARPR網(wǎng)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的一個重要的里程碑，ARPANET的成功，標(biāo)志著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)入了一個新紀(jì)元。第49頁特點完成了對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、分類與子課題研究內(nèi)容的描述；提出了資源子網(wǎng)、通信子網(wǎng)的兩級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的概念；研究了報文分組交換的數(shù)據(jù)交換方法；采用了層次結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型與協(xié)議體系。第50頁3第三階段：網(wǎng)絡(luò)體系標(biāo)準(zhǔn)完善與協(xié)議融合，互聯(lián)網(wǎng)IT產(chǎn)業(yè)融入生活I(lǐng)SO正式制訂、頒布了ISO/IEC7498國際標(biāo)準(zhǔn)“開放系統(tǒng)互連參考模型”O(jiān)SI/RM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel）。ISO的OSI/RM已被國際社會所公認(rèn)，成為研究和制訂新一代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。第51頁4第四階段：需求與技術(shù)融合，泛在應(yīng)用1991年，XeroxPARC首席科學(xué)家MarkWeiser在“Thecomputerforthe21stCentury”一文中，提出了21世紀(jì)的計算將是一種無所不在的（UbiquitousComputing）的計算模式。第52頁1.4.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義我們在本書中將把計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義為：依據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以資源共享傳輸為目的，利用通信設(shè)備，將地理上分散且獨立的計算機(jī)系統(tǒng)互相連接起來形成的集合體。第53頁第54頁主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念

1.5.1網(wǎng)絡(luò)體系的基本組成我們稱由物理介質(zhì)組成的通信線路為鏈路（link），并稱被連的計算機(jī)（或通信設(shè)備）為結(jié)點（node）如圖所示。結(jié)點的作用是對數(shù)據(jù)信息的控制（接收、發(fā)送、處理），鏈路的作用是為數(shù)據(jù)信息傳輸提供有效和穩(wěn)定的通道，鏈路是一個結(jié)構(gòu)上的概念，一般在有應(yīng)用進(jìn)程準(zhǔn)備或正在通過結(jié)點和鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，我們稱從源結(jié)點到目標(biāo)結(jié)點的一條或多條鏈路為信道（CHANNEL）。第55頁結(jié)點與鏈路圖第56頁1.5.2基本概念在討論數(shù)據(jù)信息是如何從一個結(jié)點傳送到另一個結(jié)點的過程之前，清楚通信結(jié)點、鏈路的工作方式和關(guān)系十分重要。數(shù)據(jù)信息在結(jié)點和鏈路上的傳輸工作方式和結(jié)點與鏈路的組合方式產(chǎn)生了下面幾個概念：傳輸模式、線路配置、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)類型、互連網(wǎng)絡(luò)。第57頁1傳輸模式

數(shù)據(jù)信息在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸和共享的工作是從發(fā)送結(jié)點，以不同的模式、速度、流量向目的結(jié)點傳輸?shù)?，這里我們先了解數(shù)據(jù)的傳輸模式“傳輸模式”這個術(shù)語是用來對兩個互相連接的通信結(jié)點之間的信號流動的方式進(jìn)行定義的，共有三種傳輸模式：單工模式、半雙工模式和全雙工模式。第58頁2線路配置線路配置是指兩個或兩個以上的結(jié)點連接到鏈路的方式。一條鏈路是數(shù)據(jù)信息從一個結(jié)點傳輸?shù)搅硪粋€結(jié)點的物理路徑。為了直觀起見，可以以最簡單的方式設(shè)想每條鏈路都由一條連接兩個點的線段表示。為實現(xiàn)通信，兩個結(jié)點必須以某種方式同時連接到同一條鏈路上。線路配置定義了結(jié)點連接到鏈路上的方式，有兩種線路配置方式：點到點連接和多點連接。第59頁點到點鏈路圖第60頁一個交換網(wǎng)（switchednetwork）交換網(wǎng)有很多種，最普通的兩種是電路交換（circuit-switched）和分組交換（packet-switched）。前者主要用于電話系統(tǒng)，而后者多用于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。交換網(wǎng)絡(luò)一般以云形圖。第61頁交換網(wǎng)圖

第62頁3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)“拓?fù)洹边@個術(shù)語是指計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)物理或邏輯布置的方式。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)著重于結(jié)點之間的鏈路組合方式，兩個或兩個以上的結(jié)點連接到一條或兩條以上的鏈路形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫撬墟溌泛瓦B接的所有結(jié)點互相之間關(guān)系的幾何表示。共有五種可能的基本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕W(wǎng)狀、星型、樹型、總線型以及環(huán)型。由基本拓?fù)浣M合成了星型環(huán)、混合型。第63頁混合型拓?fù)鋱D第64頁4網(wǎng)絡(luò)類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是體現(xiàn)了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點和鏈路的布局，當(dāng)談到網(wǎng)絡(luò)時，我們需要一個稱謂，一般定義以下三大類：局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）、廣域網(wǎng)（WAN）、個人域網(wǎng)（PAN）。網(wǎng)絡(luò)的分類由網(wǎng)絡(luò)的大小、所有權(quán)、覆蓋范圍和實際體系構(gòu)架決定。第65頁第66頁主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型

1.6.1協(xié)議概念我們將通信雙方在通信時需要遵循的一組規(guī)則和約定稱為協(xié)議。協(xié)議主要由語義、語法和定時三部分組成，語義規(guī)定通信雙方準(zhǔn)備“講什么”，亦即確定協(xié)議元素的種類；語法規(guī)定通信雙方“如何講”，確定數(shù)據(jù)的信息格式、信號電平等；定時則包括速度匹配和排序等。第67頁1.6.2協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)第N層的實體在實現(xiàn)自身定義的功能時，只使用N-1層提供的服務(wù)。N層向N+1層提供服務(wù)，此服務(wù)不僅包括N層本身所執(zhí)行的功能，還包括由下層服務(wù)提供的功能總和。最低層只提供服務(wù)，是提供服務(wù)的基礎(chǔ)；最高層只是用戶，是使用服務(wù)的最高層；中間各層既是下一層的用戶，又是上一層服務(wù)的提供者。僅在相鄰層間有接口，且下層所提供服務(wù)的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)對上層完全屏蔽。第68頁層次結(jié)構(gòu)圖第69頁SAP服務(wù)是在服務(wù)訪問點（SAP）提供給上層使用的。N層SAP就是N+1層可以訪問N層服務(wù)的地方。每個SAP都有一個能夠唯一地標(biāo)識它的地址。類似地，在運輸過程中SAP地址也就是發(fā)送和接收搬運物品的目的地址，是物品接收和發(fā)送地點的街名地址，每個層面都有各自的SAP。其中要說明的是，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方的信息都是必須的。第70頁SAP第71頁1.6.3服務(wù)的分類下層向上層提供的服務(wù)可以劃分為面向連接的和無連接的兩大類別。面向連接的服務(wù)類似于打電話。要和某人通話，拿起電話，撥號碼，談話，然后掛斷。同樣，在使用面向連接的服務(wù)時，用戶首先要建立連接，傳送數(shù)據(jù)，然后釋放連接。第72頁相反，無連接服務(wù)類似于郵政系統(tǒng)和運輸系統(tǒng)中普通信件（物品）的投遞。每個報文（信件）帶有完整的目標(biāo)地址，并且每一個報文都獨立于其他報文，經(jīng)由系統(tǒng)選定的路線傳遞。在正常情況下，當(dāng)兩個報文發(fā)往同一目的地時，先發(fā)的先收到。但是，也有可能先發(fā)的報文在途中延誤了，后發(fā)的報文反而先收到，這種情況與物品運輸非常相似，而這種情況在面向連接的服務(wù)中是絕不可能發(fā)生的。第73頁第74頁主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.7OSI模型

1.7.1層次化結(jié)構(gòu)體系目前比較著名的體系結(jié)構(gòu)是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型和美國國防部研制的TCP/IP協(xié)議體系。另外IBM公司的SNA體系（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）、DEC公司的DNA體系（數(shù)字網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）以及Novell公司和微軟公司提出的前局域網(wǎng)協(xié)議結(jié)構(gòu)也很有影響。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布了關(guān)于開放系統(tǒng)互連（OSI）的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架，如圖所示。該模型被稱為開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型。第75頁OSI參考模型圖第76頁不同層次對數(shù)據(jù)的稱謂在網(wǎng)絡(luò)體系中，對于傳輸?shù)男畔⒔?jīng)常有“數(shù)據(jù)信息”、“消息”、“分組”、“幀”等不同稱謂。這是因為數(shù)據(jù)信息軟資源包含“數(shù)據(jù)”和“信息”兩層含義，在網(wǎng)絡(luò)體系中被傳輸和處理的方式不同，在不同層面的存在形式完全不同，在通信子網(wǎng)中強調(diào)被傳輸?shù)默F(xiàn)實數(shù)據(jù)概念，在資源子網(wǎng)則被賦予抽象的數(shù)據(jù)集合和資源信息的含義。第77頁1.7.2OSI系統(tǒng)組成OSI系統(tǒng)是兼容的開放系統(tǒng)的互連，在功能上分解為七個層次和兩個面。層次提供了OSI系統(tǒng)的垂直功能結(jié)構(gòu)，而面則提供了OSI系統(tǒng)的水平功能結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)化將整個系統(tǒng)的復(fù)雜性分解成更容易處理的各個組件。每層或每個面的組件是構(gòu)造計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的粗粒度的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。OSI系統(tǒng)有兩個面：管理面和操作面。管理面包含層次和系統(tǒng)管理功能。一般來說，OSI管理由故障管理、記賬管理、配置和名字管理、性能管理及安全管理功能等領(lǐng)域組成。操作面包含了通信功能。第78頁1.對等層的通信在每一系統(tǒng)中，每一層調(diào)用直接下層提供的服務(wù)。比如，第三層使用第二層提供的服務(wù)，同時也向第四層提供服務(wù)。而通信設(shè)備的第N層與另一臺通信設(shè)備的第N層進(jìn)行通信。這種通信由同一對等層的協(xié)議控制。因此通信設(shè)備間的通信就成為使用給定層次對應(yīng)協(xié)議的對等過程。第79頁2.層間接口在發(fā)送端數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)信息從高層向低層傳遞，而在接收端這些信息由低層向高層傳遞都是通過相鄰兩層間的接口來實現(xiàn)的。每一層的接口都定義了這一層必須向上一層提供的數(shù)據(jù)信息和服務(wù)。定義良好的接口和層功能使網(wǎng)絡(luò)模塊化。只要一個層的功能仍能為上一層提供所需的服務(wù)，該層內(nèi)功能的具體實現(xiàn)就可以在不影響周圍層次的基礎(chǔ)上修改和替換。第80頁3.層次組織七個層次分為三個子功能組。第一、二、三層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層）為網(wǎng)絡(luò)支持層；它們處理從一個設(shè)備到另一個設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢矸矫娴膯栴}。第五、六、七層（會話層、表示層和應(yīng)用層）為用戶支持層；它們允許不相關(guān)的軟件系統(tǒng)間的互操作。第四層，即傳輸層，將這兩個子功能組連接起來并保證將下層傳送來的數(shù)據(jù)以上層能識別的形式傳送給上一層使用。OSI的高層常常通過軟件實現(xiàn)，而低層則是硬件和軟件的復(fù)合體，但物理層幾乎都是由硬件組成。第81頁OSI七層協(xié)議封裝圖第82頁1.7.3OSI通信模型OSI模型定義了兩類通信，一類基于連接抽象而另一類基于數(shù)據(jù)報抽象。OSI通信QoS的OSI通信QoS的屬性覆蓋性能、可靠性、安全性和優(yōu)先級通信各個方面。第83頁1.7.4OSI參考模型功能和特性

1.物理層數(shù)據(jù)通信模式，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，信號，編碼，接口，傳輸介質(zhì)第84頁2.數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）指定在網(wǎng)絡(luò)上沿著網(wǎng)絡(luò)鏈路在相鄰節(jié)點之間移動數(shù)據(jù)要串的技術(shù)規(guī)范。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)單元（比特組）無差錯地從一個站點送達(dá)下一個相鄰站點的對等層。它的主要任務(wù)是加強物理層傳輸原始位的功能，使之對網(wǎng)絡(luò)層顯現(xiàn)為