第三章 网络体系结构
来源：程序员人生 发布时间：2016-06-03 13:02:47 阅读次数：2278次
主要内容：
- 网络体系结构标准化组织
- 开放互联模型7层协议；
- 层间关系，各层主要功能，提供服务
- 网络体系结构举例：TCP/IP
1、网络标准化组织
1、国际组织
International Standards Organization (ISO)
International Telecommunications Union–Telecommunication StandardsSector (ITU-T)
American National Standards Institute(ANSI)
Institute of Electrical and ElectronicsEngineers (IEEE)
Electronic Industries Association (EIA)
2、我国的国家标准按部门/行业在国家技术监督局统1指点下进行
标准的制定方式
- 同等采取：直接援用国际标准（翻译）
- 等效采取：技术内容和编写风格略有差异
- 参照采取：根据国家特点，参照国际标准，制定国家标准
计算机网络（包括信息技术）方面标准均为同等采取
国家标准以GBXXXX的情势公布
2、. ISO/OSI网络参考模型
1、计算机网络体系结构实质上是定义和描写1组用于计算机及其通讯设施之间互联的标准和规范，遵守这组规范就能够很方便的实现计算机装备之间的通讯。
2、OSI模型的确立主要采取了分解和高度抽象的方法;
抽象：标准的本身应当独立于实现的具体环境
- 肯定整体框架和模块的接口方式
- 肯定模块的外观特性（可提供的服务）
- 肯定模块的协议规范（确保服务提供应遵守的规则）
分解：将全部系统功能分解为子模块；
并通过对各子模块的功能、交换的数据结构和时序进行约定；
调和模块之间的动作，保证系统设计的公道性和互操作性；
根据子模块间的依赖关系，采取具有层次结构的模型与之对应；
3、模块划分的原则
独立性：减少模块间交互的信息，下降依赖性
单向性：模块间的援用坚持单向性，下降实现难度
增值性：各模块在使用下层服务的基础上，完成特定的通讯功能，提供增值服务
同构性：互连的系统应当具有相同的层次结构
适用性：同构系统的相同层次之间才能进行成心义的通讯，并借助于下层服务予以实现
4、OSI层功能分配
利用层（A），利用下层的服务，支持各种利用服务要求
表示层（P），解决异种系统之间的信息表示问题，屏蔽不同系统在数据表示方面的差异
会话层（S），提供控制会话和数据传输的手段
运输层（T），屏蔽通讯子网差异，和用户要求和网络服务之间的差异
网络层（N），利用路由技术，实现用户数据的端－端传输
数据链路层（DL），利用过失处理技术，提供高可靠传输的数据链路
物理层（PH），肯定物理装备接口，提供点－点的比特流传输
网络中的结点机作为中继系统，只负责数据的传输，因此只要具有第3层（网络层以下）的功能便可。
OSI7层功能的总和（直接或间接）提供了用户为完成某项特定利用所需的所有通讯能力。如果某项利用无需通讯的支持，或系统中的某项设施与通讯无关，也就不属于OSI/RM的范围。
5、OSI的相干术语
1般术语
“开放”：所遵守的标准是开放的；遵守标准的系统是开放的；同构和异构系统之间的对等开放
“开放系统互连”：遵守OSI标准的开放系统之间的通讯
“层”：开放系统的逻辑划分，代表功能上相对独立的1个子模块
若（N）层表示OSI层次结构中的任1层，则有（N＋1）层表示该层次的上邻层
（N－1）层表示该层次的下邻层
“层服务”：同1主机上的不同层次之间，本层(n)向上层(n+1)提供的通讯能力,是(n)以下所有子层的服务之和，上层的通讯同过下层来实现
“对等层”：位于不同主机之间相同层次的OSI子层；
“层协议”：不同主机对等层之间，为对等层之间的通讯所定义的语义、语法和时序约定
“层功能”：完成制定服务和通讯的能力
“层实体”：层功能实现的真正承当者（相应的硬软件）
“服务原语”：
原语的特点：功能要末完全履行，要末不履行
层服务被援用的接口
服务原语由原语名和原语参数两部份组成
服务原语主要分为两大类：无确认的原语类型，有确认的原语类型
Reguest原语（n+1->n)
Confirm原语 (n->n+1)
Indication原语（n->n+1)
Response原语（n+1->n)
3、物理层
1、服务
对虚电路交换情势，建立、保持和释放连接，并实现比特流的透明传输。
对数据报交换情势，实现比特流的透明传输。
2、协议
机械特性：接口部件的尺寸、规格、插脚数和散布等；
电气特性：接口部件的信号电平、阻抗、传输速率等；
功能特性：接口部件的信号线（数据线、控制线、地址线等）的用处；
规程特性：接口部件的信号线在建立、保持、释放物理连接和传输比特流的时序。
3、重要协议特性：数据编码，数据速率，传输方式
物理层不是指具体的物理传输媒体，而是装备与物理介质的接口规范
物理层协议举例:RS232C接口
4、数据链路层（DL）
1、服务（提供给网络层）：
面向连接的服务(Connection-oriented)：基于虚电路
无连接的服务(Connectionless)：基于数据报（有应对（ACK），无应对（N-ACK））；
进行过失通知（没法处理的过失情况--->通知上层）
2、本层功能
帧封装:本层的PDU情势，通过物理层发送
流量控制：通讯双方的速率匹配
物理寻址：分组的地址有两种-逻辑和物理
过失控制：由于物理线路存在过失率
媒体访问控制：多个装备连接到同1条线路上(通讯控制规程)
3、数据链路通讯控制规程
对同享物理信道，如何调和节点的访问：
（1）询问/确认：对等通讯模式，
（2）轮询/选择：多点通讯模式
数据传输模式
（1）异步传输（单个字节或字符）
（2）同步传输（数据块的传输）
串行同步传输控制
（1）面向字符的同步传输（IBM的BSC帧）
（2）面向比特的同步传输
4、面向字符的同步传输（BSC帧）
以字符传输为基本单位
控制信息采取ASCII特殊字符
分为数据帧和控制帧
采取停－等流控协议
半双工通讯（每一个帧的传输必须在前1个帧的应对以后）
5、面向比特的同步传输（2进制数据传输）
IBM的SDLC－ISO的HDLC
以比特为传输的基本单位
根据配置以半双工或全双工方式工作
以窗口机制进行流量控制
以捎带应对方式提高工作效力
当前数据链路的数据传输方式
6、HDLC v.s. BSC
分别以字符和比特为传输基本单位
BSC的控制字符采取特定ASCII编码
HDLC以比特组合进行控制
面向字符的传输控制由于缺少灵活性和传输效力而不再使用
现有数据链路通讯传输控制采取类似HDLC的情势
7、过失控制
冗余交验码的计算，毛病检测，毛病纠正；
8、流量控制（可靠传输）
Stop－wait：应对确认方式，半双工工作方式
滑动窗口协议：窗口大小的设定
9、媒体访问控制
如何控制多台装备对媒体的同享，争用的解决，在IEEE802中对不同的拓扑具有不同的利用规范
5、网络层
1、OSI网络层运行环境：是通讯子网协议的最高层
2、提供服务：面向连接的服务－虚电路方式，面向无连接的服务－数据报方式
当前的争辩、结论、未来（Internet：尽力而为的服务，ATM：保证质量的服务）
3、网络层功能
（1）逻辑寻址
物理地址（MAC）
逻辑地址（IP）
端口地址（Port）
（2）路由（分组传输路径选择）
信源与信宿位于不同网段，或不同的子网内
实现路由功能的通讯装备：路由器
（3）网络层协议
Ip－internet、Ipx－Novell
（4）流量控制
网络层1般不进行流量控制
6、传输层
1、提供服务
提供端口地址寻址(TSAP)
完成数据块的端到端传输（End-End）
提供面向连接的服务和无连接的服务（TCP/UDP）
2、功能
过失控制（端到端）
流量控制（端到端）
8、表示层
翻译、加密、紧缩
9、利用层
具体网络利用（Email、ftp）
10、思考题
1、网卡地址的分层含义？
2、数据链路地址（MAC地址）、网络地址（IP）和传输层地址（Port）的作用与区分？
1个主机会有1个MAC地址，而每一个网络位置会有1个专属于它的IP地址。IP地址专注于网络层，将数据包从1个网络转发到另外1个网络；而MAC地址专注于数据链路层，将1个数据帧从1个节点传送到相同链路的另外一个节点。在微机系统中，每一个端口分配有唯1的地址码，称之为端口（PORT）地址。相应的利用程序对应相应的端口号，对英语传输层端对真个服务。
服务器真个端口号是固定的（服务器只要开着，对应的服务就1直运行着），端口号1般系统中对应于知名的1⑴023之间，这些知名端口号由I
n t e r n e t号分配机构（Internet Assigned Numbers Authority, IANA ）来管理。而客户真个端口号只有用户开启相应的程序时才打开对应的端口号（因此也称临时端口号），大多数给临时端口号分配1024~5000之间的端口号。大于5000的端口号是为其他服务预留的（internet上不经常使用的服务）。
IP地址和MAC地址相同点是它们都唯1，不同的特点主要有：
a、对网络上的某1装备，如1台计算机或1台路由器，其IP地址是基于网络拓扑设计出的，同1台装备或计算机上，改动IP地址是很容易的（但必须唯1），而MAC则是生产厂商烧录好的，1般不能改动。我们可以根据需要给1台主机指定任意的IP地址，如我们可以给局域网上的某台计算机分配IP地址为192.168.0.112
，也能够将它改成192.168.0.200。而任1网络装备（如网卡，路由器）1旦生产出来以后，其MAC地址不可由本地连接内的配置进行修改。如果1个计算机的网卡坏了，在更换网卡以后，该计算机的MAC地址就变了。
b、长度不同。IP地址为32位，MAC地址为48位。
c、分配根据不同。IP地址的分配是基于网络拓扑，MAC地址的分配是基于制造商。
d、寻址协议层不同。IP地址利用于OSI第3层，即网络层，而MAC地址利用在OSI第2层，即数据链路层。
数据链路层协议可使数据从1个节点传递到相同链路的另外一个节点上（通过MAC地址），而网络层协议使数据可以从1个网络传递到另外一个网络上（ARP根据目的IP地址，找到中间节点的MAC地址，通过中间节点传送，从而终究到达目的网络）。
MAC与IP的利用：MAC地址对应于OSI参考模型的第2层数据链路层，工作在数据链路层的交换机保护着计算机MAC地址和本身端口的数据库，交换机根据收到的数据帧中的“目的MAC地址”字段来转发数据帧。
如今比较流行的接入Internet的方式（也是未来发展的方向）是把主机通过局域网组织在1起，然后再通过交换机和 Internet相连接。这样1来就出现了如何辨别具体用户，避免盗用的问题。由于IP只是逻辑上标识，任何人都随便修改，因此不能用来标识用户；而
MAC地址则不然，它是固化在网卡里面的。从理论上讲，除非盗来硬件（网卡），否则是没有办法冒名顶替的（注意：其实也能够盗用，后面将介绍）。
基于MAC地址的这类特点，局域网采取了用MAC地址来标识具体用户的方法。注意：具体实现：在交换机内部通过“表”的方式把MAC地址和IP地址逐一对应，也就是所说的IP、MAC绑定。
具体的通讯方式：接收进程，当有发给本地局域网内1台主机的数据包时，交换机接收下来，然后把数据包中的IP地址依照“表”中的对应关系映照成MAC地址，转发到对应的MAC地址的主机上，这样1来，即便某台主机盗用了这个IP地址，但由于他没有这个MAC地址，因此也不会收到数据包。
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