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第3章计算机网络体系结构第3章计算机网络体系结构3.1网络体系结构概述3.2OSI/RM中的重要概念3.3物理层3.4数据链路层3.5网络层3.6公共数据网网络协议X.253.7传输层3.8传输控制协议TCP3.9会话层3.10表示层3.11应用层第3章计算机网络体系结构本章学习目标l了解开放系统互连参考模型中的若干重要概念l熟悉OSI/RM各层协议的功能及基本原理并掌握传输控制协议TCP返回本章首页第3章计算机网络体系结构3.1网络体系结构概述1974年，美国IBM公司首先公布了世界上第一个计算机网络体系结构（SNA，SystemNetworkArchitecture），凡是遵循SNA的网络设备都可以很方便地进行互连。1977年3月，国际标准化组织ISO的技术委员会TC97成立了一个新的技术分委会SC16专门研究“开放系统互连”，并于1983年提出了开放系统互连参考模型，即著名的ISO7498国际标准（我国相应的国家标准是GB9387），记为OSI/RM。返回本章首页第3章计算机网络体系结构在OSI中采用了三级抽象：参考模型（即体系结构）、服务定义和协议规范（即协议规格说明），自上而下逐步求精。OSI/RM并不是一般的工业标准，而是一个为制定标准用的概念性框架。经过各国专家的反复研究，在OSI/RM中，采用了如表3-1所示的7个层次的体系结构，表中对于各层主要功能的简略描述还是很粗浅的，更准确的概念将在以后的有关章节中给出。第3章计算机网络体系结构表3-1OSI/RM七层协议模型返回本节第3章计算机网络体系结构3.2OSI/RM中的重要概念3.2.1协议和服务的区别及相互关系3.2.2服务访问点3.2.3数据单元3.2.4服务原语3.2.5OSI/RM特点分析返回本章首页第3章计算机网络体系结构3.2.1协议和服务的区别及相互关系在开放系统互连参考模型OSI/RM中采用了七层协议体系结构，除最高层和最低层以外的任何一层，均可记为（N），表示“第N层”。在OSI/RM模型中，协议和服务是两个非常重要的不同概念。控制两个（N）层对等实体进行通信的规则的集合称为（N）协议；两个（N）层实体间的通信在（N）协议的控制下，能够使（N）层向上一层提供服务，这种服务就称为（N）服务，接受（N）服务的（N）层服务用户是（N＋1）层实体。上述关于协议和服务的基本概念及相互关系如图3-1所示。第3章计算机网络体系结构开放系统A（N）层服务用户（N＋1）实体（N）实体提供服务交换服务原语（N＋1）实体（N）实体提供服务交换服务原语开放系统B提供（N）层服务（N）层协议提供（N-1）层服务通过（N-1）层连接进行通信（N）层服务提供者层间接口层间接口（N＋1）层（N）层（N-1）层图3.1协议与服务的概念图3-1协议与服务的概念返回本节第3章计算机网络体系结构3.2.2服务访问点服务访问点（SAP，ServiceAccessPoint）是指同一系统中相邻两层实体之间进行交换信息之处，即（N）层实体和（N＋1）层实体之间的逻辑接口，也称为插口（Socket）或端口（Port）。一个（N）层服务是由一个（N）层实体作用在一个（N）层SAP上来完成的，虽然两层之间可以允许有多个SAP，但一个（N）层SAP只能被一个（N）层实体所使用，并且也只能为一个（N＋1）层实体所使用；但一个（N）层实体却可以向多个（N）层SAP提供服务，这称为连接复用；一个（N＋1）层实体也可以使用多个（N）层SAP，这称为连接分裂。返回本节第3章计算机网络体系结构3.2.3数据单元（1）协议数据单元（2）接口数据单元（3）服务数据单元第3章计算机网络体系结构（N）PCI（N）SDU（N）PDU（N-1）ICI（N-1）IDU（N-1）SDU（N-1）ICI（N-1）PCI（N-1）PDU（N）层（N-1）层图3.2协议数据单元PDU、接口数据单元IDU和服务数据单元SDU图3-2协议数据单元PDU、接口数据单元IDU和服务数据单元SDU返回本节第3章计算机网络体系结构3.2.4服务原语服务原语（ServicePrimitive）是指服务用户与服务提供者之间进行交互时所要交换的一些必要信息。OSI/RM规定了四种服务原语类型，如表3-2所示。第3章计算机网络体系结构从使用服务原语的角度考虑，可将服务分为需要证实的服务和不需要证实的服务两大类，前者每次服务要使用全部四种服务原语，而后者只使用两种服务原语，如图3-3所示系统A用户ARequestConfirmRequest需要证实的服务不需要证实的服务服务层系统B用户BIndicationResponseIndication时间图3.3服务原语关系图返回本节第3章计算机网络体系结构3.2.5OSI/RM特点分析OSI/RM的概念比较抽象，它并没有规定具体的实现方法和措施，更未对网络的性能提出具体的要求，它只是一个为制定标准用的概念性框架。OSI/RM七层协议模型上、下大，中间小，这是因为最高层要和各种类型的应用进程接口，而最低层要和各种类型的网络接口，因此上、下两头标准特别多，而中间几层标准就稍简单些。有些层的任务过于繁重，如数据链路层和网络层，有些层的任务又太轻，如会话层和表示层。返回本节第3章计算机网络体系结构3.3物理层3.3.1DTE和DCE3.3.2EIA-232-D/V.24接口标准3.3.3RS-449/V.35的信号定义返回本章首页第3章计算机网络体系结构3.3.1DTE和DCEDTE数据终端设备DCE数据电路端接设备信号线与控制线用户环境DTE数据终端设备DCE数据电路端接设备信号线与控制线用户环境串行比特传输通信环境用户设施通信设施用户设施图2.49DTE通过DCE与通信传输线路相连图3-4DTE通过DCE与通信传输线路相连返回本节第3章计算机网络体系结构3.3.2EIA-232-D/V.24接口标准（1）机械特性：EIA-232-D遵循ISO2110关于插头座的标准，使用25根引脚的DB-25插头座，它的两个固定螺丝中心之间的距离为47.040.17mm，其他方面的尺寸也都有详细的规定，DTE上安装带插针的公共接头连接器，DCE上安装带插孔的母接头连接器，其引脚编号如图3-5所示，引脚分为上、下两排，分别有13根和12根引脚，当引脚指向人的方向时，从左到右其编号分别为1～13和14～25。12345678910111213141516171819202122232425图2.50EIA-232-D25根引脚编号图第3章计算机网络体系结构（2）电气特性：EIA-232-D与CCITT的V.28建议书一致，采用负逻辑，此时逻辑0相当于对信号地线有+5V～+15V的电压，而逻辑1相当于对信号地线有-5V～-15V的电压。逻辑“0”相当于数据“0”（空号）或控制线的“接通”状态；逻辑“1”相当于数据“1”（传号）或控制线的“断开”状态。第3章计算机网络体系结构（3）功能特性：EIA-232-D的功能特性与CCITT的V.24建议书一致。它规定了什么电路应当连接到25根引脚中的哪一根以及该引脚信号线的作用。图3-6画的是最常用的10根引脚信号线的作用，其余的一些引脚可以空着不用。在某些情况下，可以只用图3-6中的9根引脚（振铃指示RI信号线不用），这就是常见的9针COM1串行鼠标接口。第3章计算机网络体系结构DTE计算机或终端DCE调制解调器图2.51EIA-232-D/V.24的主要信号线定义20保护地(ProtectiveGround)①②③④⑤⑥⑦⑧22发送(TXD)接收(RXD)请求发送(RTS)允许发送(CTS)DCE就绪(DSR)信号地(SignalGround)载波检测(DCD)DTE就绪(DTR)振铃指示(RI)图3-6EIA-232-D/V.24的主要信号线定义第3章计算机网络体系结构（4）规程特性：EIA-232-D的规程特性也与CCITT的V.24建议书一致，可用下例简单说明。假设有一台计算机DTE通过调制解调器DCE及电话线路与远端的终端DTE建立呼叫并进行半双工通信，待数据传送完毕以后，释放呼叫。其整个过程略。返回本节第3章计算机网络体系结构3.3.3RS-449/V.35的信号定义RS-449实际上由下列三个接口标准组成：（1）RS-449：规定了接口的机械特性、功能特性和规程特性。（2）RS-423-A：规定了在采用非平衡传输时（此时所有电路共用一个公共地）的电气特性，它采用单端输出和差分输入电路。（3）RS-422-A：规定了在采用平衡传输时（此时所有电路没有公共地）的电气特性，它采用双端差分输出、差分输入，这时信号传输线不和地线发生关系。第3章计算机网络体系结构接收就绪(RR)测试方式(TM)数据方式(DM)请求发送(RTS)允许发送(CTS)接收数据(RxD)发送数据(TxD)图2.53RS-449/V.35主要控制信号RRTMDMRTSCTSRxDTxDDTEDCE保护地图3-7RS-449/V.35主要控制信号返回本节第3章计算机网络体系结构3.4数据链路层3.4.1数据链路层的基本概念3.4.2具有最简单流量控制的数据链路层协议3.4.3滑动窗口协议3.4.4高级数据链路控制HDLC返回本章首页第3章计算机网络体系结构3.4.1数据链路层的基本概念数据链路层的主要作用是：通过一些数据链路层协议和链路控制规程，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。“线路（Line）”、“链路（Link）”和“数据链路”是不同的概念。线路中间没有任何交换节点，而链路是一条无源的端到端的物理线路段，在进行数据通信时，两台计算机之间的通信链路往往是由许多线路串接而成。把实现控制数据传输的一些规程的硬件和软件加到链路上就构成了像数据管道一样的数据链路。有时往往将链路称为物理链路，而将数据链路称为逻辑链路，即物理链路加上必要的通信规程就是数据链路。返回本节第3章计算机网络体系结构3.4.2具有最简单流量控制的数据链路层协议为了使收方的接收缓冲区在任何情况下都不会溢出，最简单的方法是发方从主机每取一个数据块，就将其送到数据链路层的发送缓冲区中发送出去，然后等待；收方收到数据帧后，将其放入数据链路层的接收缓冲区并交付给主机，同时回应一信息给发送节点表示数据帧已经上交给主机，接收任务已经完成；发方收到由接收站点发过来的双方事先商定好的信息，则从主机取下一个新的数据帧再发送。在这种情况下，收方的接收缓冲区的大小只要能够装得下一个数据帧即可，这就是最简单最基本的停止-等待（Stop-and-Wait）协议。返回本节第3章计算机网络体系结构3.4.3滑动窗口协议图3-8（a）画出了刚开始发送时的情况。这时，在扇形的发送窗口内共有5个序号，从0号到4号，具有这些序号的数据帧就是发送端现在可以发送的帧。若发送端发完了这5个帧仍未收到确认信息，由于发送窗口已填满，就必须停止发送而进入等待状态。当0号帧的确认信息ACK收到后，发送窗口就沿顺时针方向旋转1个号，使窗口后沿再次与一个未被确认的帧号相邻（如图3-8（b）所示）。由于这时5号帧的位置已经落入发送窗口之内，因此，发送端现在就可以发送这个5号帧。设以后又有1至3号帧的确认帧到达发送端，于是发送窗口再沿顺时针方向向前旋转3个号（如图3-8（c）所示），相应地发送端可以继续发送的数据帧的发送序号是6号、7号和0号。第3章计算机网络体系结构0123456701234567WS前沿01234567后沿WS=5（a）允许发送0～4号帧WS（b）允许发送1～5号帧（c）允许发送4～0号帧图3-8发送窗口Ws流星控制图第3章计算机网络体系结构图3-9（a）表示一开始接收窗口处于0号帧处，接收端准备接收0号帧。0号帧一旦收到，接收窗口就沿顺时针方向向前旋转1个号（图3-9（b）），准备接收1号帧，同时向发送端发送对0号帧的确认信息。当陆续收到1号、2号和3号帧时，接收窗口的位置应如图3-9（c）所示的那样。第3章计算机网络体系结构0123456701234567W