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计算机网络基础与局域网构建

计算机网络基础与局域网构建. 第 3 章 计算机网络系统结构. 第 3 章 计算机网络系统结构.  知识点. ● OSI 参考模型中七个层次的关系和工作原 理、相关术语 ● 分层体系结构中的数据传输 ● TCP/IP 参考模型及与 OSI 模型的比较 ● 媒体访问控制概念， CSMA/CD 介质访问控 制方法 ● IEEE802 标准及内容. 重点和难点. ● OSI 低三层和网络层的基本概念和主要功能，相关术语 及概念 ● CSMA/CD 介质访问控制方法. 3.1 O S I 参考模型 3.1.1 规则的必要性

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计算机网络基础与局域网构建

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  1. 计算机网络基础与局域网构建 第3章 计算机网络系统结构

  2. 第3章 计算机网络系统结构 知识点 • ● OSI参考模型中七个层次的关系和工作原 • 理、相关术语 • ●分层体系结构中的数据传输 • ●TCP/IP参考模型及与OSI模型的比较 • ●媒体访问控制概念，CSMA/CD介质访问控 • 制方法 • ●IEEE802标准及内容

  3. 重点和难点 • ● OSI低三层和网络层的基本概念和主要功能，相关术语 及概念 • ●CSMA/CD介质访问控制方法

  4. 3.1 OSI参考模型 3.1.1 规则的必要性 3.1.2 规则到模型的转换（OSI参考模型） 3.2 OSI各层的功能 3.2.1 物理层(physical layer) 3.2.2 数据链路层(data link layer) 3.2.3 网络层(network layer) 3.2.4 传输层(transport layer) 3.2.5 会话层(session layer) 3.2.6 表示层(presentation layer) 3.2.7 应用层(application layer) 本章内容

  5. 本章内容 • 3.3 TCP/IP体系结构 • 3.3.1 TCP/IP参考模型简介 • 3.3.2 TCP/IP参考模型层次 • 3.3.3 TCP/IP 模型各层功能简介 • 3.3.4 TCP/IP协议栈 • 3.4 局域网参考模型与IEEE 802标准 • 3.4.1 局域网IEEE802标准简介 • 3.4.2 IEEE802标准系列 • 3.5局域网中的介质访问控制方法 • 3.5.1 CSMA/CD访问控制/IEEE802.3标准 • 3.5.2令牌环（Token Ring）访问控制/IEEE802.5标准

  6. 3.1 OSI参考模型 • 3.1.1 规则的必要性 要建立正常、有效运转的网络就必须遵循一定的规则

  7. 3.1.2 规则到模型的转换(OSI参考模型) • 1. 层结构

  8. 3.1.2 规则到模型的转换(OSI参考模型) • 2. 同一端中各层次关系 • 根据模型，每一层的执行过程都要与另一台计算机上对等层（相应层次，如主机A端的7层对主机B端的7层、主机A端的5层对主机B端的5层等）进行通信。但是，整个操作必须通过低一层的层次发送消息来完成。即第N层使用N-1层的服务，并向第N+1层提供服务。

  9. 3. 不同端中层的相互作用 3.1.2 规则到模型的转换(OSI参考模型)

  10. 3.1.2 规则到模型的转换(OSI参考模型) • 4. 各层的数据单元 • 根据每层在模型中的位置，它们的数据包有不同的名字： • ◆物理层——位（Bit） • ◆数据链路层——帧（Frames） • ◆网络层——分组或包（Packets） • ◆传输层——段（Segments） • ◆应用层——消息（Messages）

  11. 3.2 OSI各层的功能 • 3.2.1 物理层(physical layer) • 1. 主要功能 • 物理层是OSI参考模型的最低层。物理层协议的实现就是位传输的规则。该层定义了物理网络结构、所使用的传输介质的机械和电气特性等，它不包括对传输介质的说明，但它的实现与传输介质密切相关。 • 2. 相关术语 • ⑴链路 • 链路是两个节点间的连线，分物理链路和逻辑链路： • ◆物理链路：指实际的通信连线。 • ◆逻辑链路：指在逻辑上起作用的链路。

  12. 3.2.1 物理层(physical layer) • ⑵通路 • 指从发出信息的节点（信源）到接收信息的节点（信宿）的一串节点和链路。也就是说，物理层要建立起两个节点间的链路，在物理层传送的信号是一系列的比特（bit），即一系列的“0”和“1”，而这些“0”和“1”代表什么意思，物理层不关心。因此，传输的信息的有可能是乱码。它相当于在两点间只要架起一条电话线，而且能通话就行，至于通话的质量和内容，物理层不负责。

  13. 3.2.2数据链路层(data link layer) • 1. 主要功能 • 数据链路层负责将上层传来的二进制数据最终组织成离散的数据帧，然后将各数据帧传送到物理层。它除了将接收到的数据封装成数据帧再传送外，还检查帧的传送是否正确，以保证节点与节点之间的可靠数据传输，并为上一层网络层提供有效的服务。 • 说明：数据链路层的传输单位是“帧”（frames）。“帧”（frames）是指由物理层的位（1和0）组成的信息逻辑单位。它像字节一样，一帧也是一系列连续的位（1和0）组成的数据单位。

  14. 3.2.2数据链路层(data link layer) 2. 相关术语 • ①数据链路 • 把用来实现数据传输的规程的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。 • ②帧与报文 • 帧与报文都是信息传送的基本单元。只不过报文是面向用户，而帧则是针对传输而言。 • 帧是发送方与接收方之间通过链路传送的一个完整的消息组的信息单位。

  15. 3.2.2数据链路层(data link layer) • 3. 媒体访问控制（MAC） • 媒体访问控制（media access control，即MAC）是指控制网上各工作站在适当的情况下发送数据，并在发送数据的过程中，及时发现问题以及出现问题后妥善处理问题的一整套管理方法。 • 按媒体访问控制方式分类，可分争用和令牌传递两种类型。

  16. 3.2.3 网络层(network layer) • 1.主要功能 • 网络层的任务就是要选择合适的路径和转发数据包，使发方的数据能够正确无误的按地址寻找到接收方的路径（网络中两点之间到达的路径肯定有很多），并将数据包交给接收方。 • 说明：在网络层，数据传送单位是包。

  17. 3.2.4 传输层(transport layer) • 1. 功能概述 • 传输层又被称为主机—主机层，基本功能是： • ◆接收上一层（会议层）发来的数据，并进行分段。 • ◆保证数据正确传送到另一端。

  18. 3.2.4 传输层(transport layer) • 2. 传输层和链路层传输的区别 • 在传输层中，源端则必须明确给出目的端地址，否则数据在子网中将不知发往何处；链路层要建立连接很简单，它目的端总是存在并处于等待状态，就像打乒乓球一样，对手总是盯着你的手，等你发球；在传输层则不然，两端之间要建立连接必须经过建立、传送和释放三个过程才能实现。

  19. 3.2.5 会话层(session layer) • 会话层主要实现服务请求者和提供者之间的通信。它负责两主机之间什么时候可以传输数据与接收数据，为不同的用户提供建立会话联系，并对会话进行有效管理。

  20. 3.2.6表示层(presentation layer) • 它主要用于处理两个通信系统中的信息的表示方式。完成字符和数据格式发转换，对数据进行加密和解密、压缩和恢复等操作。 • 通常，不同类型的计算机都分别具有不同的文件格式，所以文件转换的选择服务是常有的。同样，用户具有不同种类型的终端，这些终端的字符编码大多也是不相容的，还原显示器的行和屏幕宽度、格式、字符的位置等都属于表示层要解决的问题。

  21. 3.2.7 应用层(application layer) • 应用层是OSI的最高层，它与用户直接联系，负责网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，包括建立与结束使用者之间的联系，监督并且管理相互连接起来的应用系统及所使用的应用资源。

  22. 3.3 TCP/IP体系结构 3.3.1 TCP/IP参考模型简介 • TCP/IP是一组通信协议的代名词，这组协议使任何具有网络设备的用户能访问和共享INTERNET上的信息。其中最重要的协议族是传输协议控制（TCP）和网际协议（IP）。TCP和IP是两个独立且紧密结合的协议，负责管理和引导数据报文在INTERNET上的传输。二者使用专门的报文头定义每个报头的内容。TCP负责和远程主机的连接；IP负责寻址，使报文被送到其他该去的地方。

  23. 3.3.2 TCP/IP参考模型层次 TCP/IP也分为不同的层次开发，每一层负责不同的通信功能，但TCP/IP协议简化了层次设计，只有四层，这与OSI由七层组成不同。这四层包括： ◆应用层◆传输层◆网际互联层◆网络接口层

  24. 3.3.3 TCP/IP 模型各层功能简介 • 1. 网络接口层 • 这是TCP/IP软件的最低层，负责处理对介质的访问，实现传输数据需要的 机械、电气、功能性及过程等特性；负责接收IP数据报并通过网络发送之。或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。 2. 网际互联层（IP） ①处理来自传输层的分组发送请求。收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。 ②处理输入数据报。首先检查其合法性，然后进行寻址---假如该数据报已到达信宿地（本机），则转发该数据报。 ③处理报文。处理路径、流量、拥塞等问题。

  25. 3.3.3 TCP/IP 模型各层功能简介 • 3. 传输层（TCP） • 基本功能是为两台主机的应用程序提供端到端的通信。传输层从应用层接收数据，并且在必要时把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保对方的各段信息正确无误。 • 4. 应用层 • 负责处理特定的应用程序细节。应用程序显示接收到的信息，把用户的数据发送到低层，为应用软件提供网络接口.

  26. 3.3.4 TCP/IP协议栈 • TCP/IP协议栈包含一簇协议，分别对各个不同的层次，完成特定的功能和应用。

  27. 3.4 局域网参考模型与IEEE 802标准 • 3.4.1 局域网IEEE802标准简介 IEEE 802标准协议主要解决最低两层（即物理层和数据链路层）的功能以及与网络层的接口服务。IEEE802参考模型中与OSI参考模型的对应关系如图所示。

  28. 3.4.2IEEE802标准系列 • 1. IEEE 802标准的内容 • IEEE 802.1：综述局域网概述、体系结构、网络管理和网络联； • IEEE 802.2：定义逻辑链路控制LLC； • IEEE 802.2：定义逻辑链路控制子层（LLC）的功能与服务。 • IEEE 802.3:描述CSMA/CD介质访问协议及采用该协议的广播 式局域网的物理层规范。 • IEEE 802.4：描述Token Bus介质访问协议及采用该协议的总线局域网的物理层规范。 • IEEE 802.5：描述Token Ring介质访问协议及采用该协议的环型局域网的物理层规范。 • IEEE 802.6：关于城域网的分布式队列双总线DQDB（Distributed Queue Dual Bus）的标准等。

  29. 3.4.2IEEE802标准系列 • IEEE 802.7：描述宽带技术进展。 • IEEE 802.8：描述光纤技术进展。 • IEEE 802.9：描述语音和数据综合局域网技术。 • IEEE 802.10：描述局域网的安全与解密问题。 • IEEE 802.11：描述无线局域网技术。 • IEEE 802.12：描述用于高速局域网的介质访问方法及相应的物理层规范。

  30. 3.4.2IEEE802标准系列 2.IEEE 802各标准间的关系 IEEE 802各标准间的关系如图所示。

  31. 3.5局域网中的介质访问控制方法 • 3.5.1 CSMA/CD访问控制/IEEE802.3标准 下面对CSMA/CD控制过程具体说明： ①传输前侦听 各设备不断地侦听电缆上的载波（“载波”是指电缆上的信号，通常用电缆正在使用的电压来识别）。如果设备没有听到载波，则假定电缆空闲，并开始传输（类似于在讲话前，先听电话是否有忙音）；如果设备传输时电缆忙（载波升起），则该设备与已在电缆上的信号冲突。 ②如果电缆忙，则等待。 为了避免冲突，如果设备侦听到电缆忙，则等待（就像你听到电话线路有人说话，你将会一直等到那人讲完才开始讲话）。 ③传输且检测冲突 当电缆空闲便开始传输。

  32. 3.5.1 CSMA/CD访问控制/IEEE802.3标准 • 如果在同一段的其它设备也在这一时刻同时传输，则数据包在电缆上将产生冲突，因此，在传输过程中，设备应在电缆段上检测是否有冲突，如果有冲突，则重新发信息包，重传前要随机等待一段时间（如果两个或多个站点在冲突后立即重传，则它们的第二次传输也将发生冲突）。 • CSMA/CD这种方法的工作过程可以概括为：先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发。 • 说明： • CSMA/CD后来成为了IEEE 802标准之一，即IEEE 802.3标准。

  33. 3.5.2令牌环（Token Ring）访问控制/IEEE802.5标准 • 1. 令牌环网结构 • 令牌环是由环接口及一段点—点链路连接而成的环、作站连接到环接口上。介质是共享的但非广播的。 图3-5-1令牌环的结构示意

  34. 3.5.2令牌环（Token Ring）访问控制/IEEE802.5标准 • 2. 令牌环的工作原理 • 令牌环是一种点到点环形局域网介质访问方法，它是利用一个被称为令牌的特殊二进制信息模式在环网各通信设备之间依次传递信息发送权。 • 具体操作过程 • ① 发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌”（Token）的特殊帧来控制的。只有拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。 • ② 令牌的站将令牌转变成访问控制头，后面加挂上自己的数据进行发送。 • ③帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较： • ◆ 如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时将帧送回环中； • ◆ 如果地址不符合，则直接将帧送回环中。

  35. 3.5.2令牌环（Token Ring）访问控制/IEEE802.5标准 • ④ 数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧从环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其余的站点能获得发送帧的许可权。

  36. 总结 • ◆网络协议是指为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。 • ◆将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后“分而治之”，这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。对于计算机网络系统这样一个十分复杂的系统，分层是系统分解的最好方法之一。 • ◆所谓网络体系就是为了完成主机之间的通信，把网络结构划分为有明确功能的层次，并规定了同层次虚通信的协议及相邻层之间的接口及服务。 • ◆OSI参考模型由ISO组织提出，目的是实现异种机互连。OSI参考模型是七层结构（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

  37. 总结 • ◆在OSI七层模型中，每一层都提供一个特殊的网络功能。如果单从功能的角度观察，最底四层（物理层、数据链路层、网络层和传输层）主要提供电信传输功能，以节点到节点之间的通信为主；上面三层（会话层、表示层和应用层）则以提供使用者与应用程序之间的处理功能为主。 • ◆在OSI七层模型中，下面四层属于通信功能，上面三层属于处理功能。 • ◆CSMA/CD可以简单地概括为：先听后发、边发边听、冲突停止、随机延迟后重发。 • ◆OSI参考模型和TCP/IP参考模型都采用了层次结构的概念，但前者是七层模型，后者是四层结构。

  38. 习题 • 1、协议在网络中有什么作用？连网模型的作用是什么? • 2、OSI有那几层？为什么要分层？ • 3、OSI上下层的关系用什么描述？同等层次的关系用什么进行规定？ • 4、为什么说OSI是参考模型？它的作用是什么？使用它有什么好处？ • 5、什么是链路、数据链路、通路，它们之间有什么区别？ • 6、什么是帧？它与比特有什么联系？帧与报文有什么区别？

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