計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教程23372-第2章1講

第2章

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

第1講教學(xué)內(nèi)容與要求主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述（約30分鐘）物理層（約20分鐘）數(shù)據(jù)鏈路層（約50分鐘）重點(diǎn)與難點(diǎn)了解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念及TCP/IP體系結(jié)構(gòu)了解物理層的主要功能掌握數(shù)據(jù)鏈路層的功能及主要協(xié)議2.1

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述2.1.1概述在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，不同系統(tǒng)的實(shí)體間應(yīng)該能夠進(jìn)行通信，實(shí)體是指各種應(yīng)用程序、文件傳輸軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及終端等。兩個實(shí)體要想實(shí)現(xiàn)通信，首先要有一條傳送數(shù)據(jù)的通路，其次還要有一些互相遵守的規(guī)則——協(xié)議?！胺謱印笨蓪嫶蠖鴱?fù)雜的問題轉(zhuǎn)化為比較容易處理和研究的若干較小的局部問題。一、分層每一個層次的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對于上下層都是不可見的，每一層都建立在它的下層之上，每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務(wù)，而這種服務(wù)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對上層是屏蔽的。二、協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要有三部分組成：語義：對協(xié)議元素的含義進(jìn)行解釋，規(guī)定通信雙方彼此“講什么”。語法：將若干個協(xié)議元素和數(shù)據(jù)組合在一起，用來表達(dá)一個完整的內(nèi)容所應(yīng)遵循的格式，也就是對信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做一種規(guī)定，規(guī)定通信雙方“如何講”。時序：對事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。三、服務(wù)服務(wù)是各層向其上層提供的一組原語（操作）。服務(wù)定義了該層能夠代表它的上層完成的操作，但絲毫未涉及這些操作是如何完成的。服務(wù)定義了兩層之間的接口，上層是服務(wù)用戶，下層是服務(wù)提供者。2.1.2TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)OSI體系結(jié)構(gòu)TCP/IP體系結(jié)構(gòu)TCP/IP協(xié)議集應(yīng)用層應(yīng)用層TELNET、FTP、HTTP、

SMTP、DNS等表示層會話層傳輸層傳輸層TCP、UDP網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)際層IP、ICMP、ARP、RARP數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)接口層各種物理通信網(wǎng)絡(luò)接口物理層一、TCP/IP模型的各層功能網(wǎng)絡(luò)接口層通常包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和計算機(jī)中對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡。它們一起處理與電纜（或其他任何傳輸媒介）的物理接口細(xì)節(jié)。一、TCP/IP模型的各層功能網(wǎng)際層對應(yīng)于OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層。處理數(shù)據(jù)報文在網(wǎng)絡(luò)中的活動，如報文的路由選擇。在TCP/IP協(xié)議組件中，網(wǎng)際層協(xié)議包括IP協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議）、ICMP協(xié)議（Internet控制報文協(xié)議）、ARP協(xié)議（地址解析協(xié)議）、RARP協(xié)議（逆向地址解析協(xié)議）以及IGMP協(xié)議（Internet組管理協(xié)議）。一、TCP/IP模型的各層功能傳輸層對應(yīng)OSI參考模型的傳輸層，主要為兩臺主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。在TCP/IP協(xié)議組件中，有兩個互不相同的傳輸協(xié)議：TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議），這兩種傳輸層協(xié)議在不同的應(yīng)用程序中有不同的用途。一、TCP/IP模型的各層功能應(yīng)用層對應(yīng)OSI參考模型的應(yīng)用層、表示層和會話層。負(fù)責(zé)處理特定的應(yīng)用程序細(xì)節(jié)。應(yīng)用層協(xié)議包括超文本傳輸協(xié)議(HTTP)、文件傳輸協(xié)議(FTP)、遠(yuǎn)程登錄協(xié)議(Telnet)、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP)、域名系統(tǒng)(DNS)等。二、TCP/IP與OSI的比較OSI的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜但不實(shí)用，不過其概念清楚，體系結(jié)構(gòu)理論較完整。TCP/IP的協(xié)議在Internet中得到廣泛應(yīng)用，成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP只定義了三層具體內(nèi)容，即應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)際層，而最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有定義具體內(nèi)容。2.2

物理層2.2.1概述物理層負(fù)責(zé)在相互通信的計算機(jī)之間傳遞數(shù)據(jù)比特位，建立物理媒體上傳輸比特位流的規(guī)則，定義線纜如何連接到網(wǎng)絡(luò)適配器上，以及需要用何種傳輸技術(shù)在線纜上傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（DataTerminalEquipment）通常是指具有一定數(shù)據(jù)處理能力和具有發(fā)送、接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備，它既是信源，又是信宿。數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備DCE（DataCircuit-terminatingEquipment），介于DTE與傳輸介質(zhì)之間，其作用是完成數(shù)據(jù)信號的變換。2.2.1概述物理層的功能包括：提供建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性。實(shí)現(xiàn)實(shí)體間的按位傳輸。保證按位傳輸?shù)恼_性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間比特流的透明傳輸。物理層管理，如功能的激活及差錯控制。2.2.2接口標(biāo)準(zhǔn)物理接口標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層與物理傳輸介質(zhì)之間的邊界與接口，包括四個特性：機(jī)械特性：規(guī)定了物理連接時接口所用連接器的形狀和尺寸，引腳的數(shù)量、功能、規(guī)格、引腳的分布，電纜的長度及所含導(dǎo)線的數(shù)目等。電氣特性：規(guī)定了在接口電纜的哪條線上出現(xiàn)的電壓應(yīng)為什么范圍，即什么樣的電壓，表示為1或0。2.2.2接口標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）物理接口標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層與物理傳輸介質(zhì)之間的邊界與接口，包括四個特性：功能特性：規(guī)定了物理接口上各條信號線的功能分配和確切定義。物理接口信號線一般分為：數(shù)據(jù)線、控制線、定時線和地線。規(guī)程特性：定義了信號線進(jìn)行二進(jìn)制比特流傳輸?shù)囊唤M操作過程，包括各信號線的工作規(guī)則和時序。2.3

數(shù)據(jù)鏈路層2.3.1概述數(shù)據(jù)鏈路層是OSI模型中下數(shù)第二層，數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)的單位是數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)鏈路層通過一些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，在不太可靠的物理鏈路上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。采用的方法是接收方對收到的幀進(jìn)行校驗(yàn)、發(fā)回應(yīng)答幀，發(fā)送方對錯誤幀進(jìn)行重發(fā)。2.3.2數(shù)據(jù)鏈路層的功能鏈路管理負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路層連接的建立、維持和釋放。幀同步指接收方應(yīng)當(dāng)能從收到的比特流中準(zhǔn)確地區(qū)分幀的開始和結(jié)束。2.3.2數(shù)據(jù)鏈路層的功能（續(xù)）流量控制發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率必須使接收方來得及接收。檢測和校正差錯差錯的出現(xiàn)一般都是突發(fā)性的，系統(tǒng)必須對差錯進(jìn)行及時的控制及恢復(fù)。2.3.2數(shù)據(jù)鏈路層的功能（續(xù)）區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和控制信息由于數(shù)據(jù)和控制信息都是在同一信道中傳輸，而且通常數(shù)據(jù)和控制信息處于同一幀中，因此要有相應(yīng)的措施使收方能夠?qū)⑺鼈儏^(qū)分開來。2.3.2數(shù)據(jù)鏈路層的功能（續(xù)）透明傳輸不管所傳數(shù)據(jù)是什么比特組合，都應(yīng)當(dāng)能夠在鏈路上傳輸。尋址進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，要保證每一幀被送到正確的地方，接收方也要知道發(fā)送方是誰。2.3.3數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議分為兩類：面向字符型的通信規(guī)程與面向比特型的通信規(guī)程。面向字符型的通信規(guī)程是指在鏈路上傳送由規(guī)定字符集中的字符所組成的數(shù)據(jù)，而且在鏈路上傳送的控制信息也必須由同一字符集中的若干指定的控制字符構(gòu)成。2.3.3數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議（續(xù)）數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議分為兩類：面向字符型的通信規(guī)程與面向比特型的通信規(guī)程。面向比特的通信規(guī)程要求以幀為單位傳輸數(shù)據(jù)。幀分為控制幀和信息幀。將信息幀的數(shù)據(jù)字段（即正文）看作比特流，所以稱為面向比特的通信規(guī)程，高級數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC就是一個面向比特的協(xié)議。2.3.4IEEE802標(biāo)準(zhǔn)在20世紀(jì)80年代初期，美國電氣和電子工程師協(xié)會IEEE802委員會首先制訂出局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，即著名的IEEE802參考模型。之后隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，擴(kuò)充和制訂了不少新的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)中只涉及OSI模型最低的兩個層次，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。2.3.4IEEE802標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）為了使局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層不致于太過復(fù)雜，IEEE802參考模型將其數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個子層：邏輯鏈路控制子層（簡稱LLC子層）媒體訪問控制子層（簡稱MAC子層）2.3.4IEEE802標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）MAC子層：定義了局域網(wǎng)中與接入各種傳輸媒體有關(guān)的問題，MAC子層負(fù)責(zé)在物理層的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無差錯的通信。其主要功能是：MAC幀的封裝與拆卸；實(shí)現(xiàn)和維護(hù)各種MAC協(xié)議；比特差錯檢測；尋址等。2.3.4IEEE802標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）LLC子層：數(shù)據(jù)鏈路層中與媒體接入無關(guān)的部分都集中在LLC子層。其主要功能是：數(shù)據(jù)鏈路的建立和釋放；LLC幀的封裝和拆卸；差錯控制；提供與高層的接口，即服務(wù)訪問點(diǎn)SAP等。2.3.4IEEE802標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）LLC幀封裝在MAC幀中，所以LLC幀中沒有標(biāo)志字段和幀校驗(yàn)序列字段，只有四個字段，即目的服務(wù)訪問點(diǎn)（DSAP）、源服務(wù)訪問點(diǎn)（SSAP）、控制和數(shù)據(jù)字段。服務(wù)訪問點(diǎn)SAP實(shí)際上是LLC子層的邏輯地址，簡稱SAP地址。一個主機(jī)的LLC子層上設(shè)有多個SAP，以便向多個進(jìn)程提供服務(wù)。2.3.4IEEE802