第 3 章 计算机网络体系结构#

3.0 学习要求#

OSI/RM 协议 服务 接口 层 服务访问点 PDU

3.1 网络体系结构#

1. 定义#

• 网络体系：为了完成计算机间的通信合作，把每个计算机互联的功能划分成定义明确的层次，规定了同层次间的通信协议及相邻层之间的接口及服务
• 网络体系结构：网络体系中同层进程间的通信协议和相邻层接口及服务的统称

2. 网络体系结构的发展#

• ARPANET
• SNA
• OSI/RM

3. 层次结构方法包括三个内容#

分层及每层功能、服务与层间接口、协议

4. OSI/RM 分层结构的基本概念#

1. 层：系统的逻辑划分，代表功能上相对独立的一个子系统

2. 对等层：不同系统的相同层次

3. 实体：某一层中具有数据收发能力的活动单元，一般指该层的软件进程和实现该层协议的硬件单元

4. 对等实体：不同系统的相同层次中的两个实体

   ==协议作用在对等实体之间==

5. 通信协议：为了保证通信双方能正确而自动地进行通信而制定的一套规则、约定、标准

6. 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给相邻的上层

7. 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务

   计算机网络的通信方式——对等通信

   对等通信的实质——对等实体之间虚拟通信

3.2 开放系统互联参考模型#

1. 开放系统
   • 开放：
     • 所遵循的标准是开放的（任何人都可以参照）
     • 遵循标准开发的计算机系统是开放的（可以和任何地方的任意计算机系统进行通信）
   • 开放系统：
     • 遵循互联标准协议的实系统（传送和处理信息的自治整体）
2. OSI/RM 七层模型
   • 应用层
   • 表示层
   • 会话层
   • 传输层
   • 网络层
   • 数据链路层
   • 物理层
3. 通信协议
   • 定义：为了保证通信双方能正确而自动地进行通信而制定的一套规则、约定、标准
   • 特点：层次性，可靠性，有效性
   • 要素：语义，语法，时序
4. 服务
   • 定义：本层向上邻层提供的功能
   • 服务访问点（SAP）：上层实体可以访问下层实体提供的服务的地方（位于接口上）
   • 服务分类：
     1. 面向连接服务：建立连接，数据传输，拆除连接
     2. 无连接的服务：每个传送单元（报文，数据报）带有完整的目的地址
   • 服务原语：提供层服务的具有原子特征的语句（原子指不允许中断）
     • 功能：本层利用服务原语通知下邻层要做什么，下邻层利用服务原语通知本层已做了什么
     • 服务原语是层服务被引用的工具
     • 服务原语定义了相邻层之间的接口

3.3 OSI 各层概述#

1. 物理层#

目的：提供与通信介质的链接，向上层提供位信息的正确传送

2. 数据链路层#

• 目的：在相邻网络实体间建立和释放数据链路连接

• PDU：帧

• 主要协议：以太网协议

• 重要设备：网桥、交换机

• 功能和服务：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发

  • 数据链路连接的建立和拆除

    • 无连接、无应答
    • 无连接、有应答
    • 面向连接的服务

  • 构成数据链路数据单元（PDU）

  • 数据链路连接的分裂——多链路规程（MLP）

    为提高传输速率，将一条物理链路上传输的数据改用多条物理连接来传输

  • 定界与同步（帧接受）

    在接受的 bit 流中，识别出数据链路层 PDU 的开始和结束，以及PDU中的每个字段，以便实现正确的接受和控制

  • 顺序和流量控制

    • 顺序控制功能控制 PDU 按顺序在相邻节点之间传输
    • 流量控制功能用来保持 PDU 的发送和接受的速率匹配

  • 差错控制（检错和恢复）

• 停止等待 ARQ 协议（实现流量控制、差错控制）（使用与链路层 - 应用层）

  1. 理想数据传输：

     

  2. 带流量控制的数据传输对比：

     

  3. 实际的数据传输停等协议：

     

     有超时计时器，重传时间略大于“从发完数据帧到收到确认帧的平均时间”

     由于每发送一个数据帧就停止等待，帧的编号使用一位编号就行（01循环）

  4. 停等协议算法：==todo==

     发送节点：

• 连续 ARQ

  

  滑动窗口：发送窗口 WS，接收窗口 WR

  • 只有在接收窗口向前滑动时（与此同时也发送了确认），发送窗口才有可能向前滑动
  • 收发两端的窗口按照以上规律不断地向前滑动，因此连续 ARQ 协议又称为滑动窗口协议
  • 停等协议实际上是滑动窗口协议的特例
  • 发送窗口最大值：（WS + WR ≤ 2^n^）
    • n 个 bit 用来编号，编号总数 2^n^，接收窗口大小为 1，WS ≤ 2^n^ - 1

• 选择 ARQ（WR ＞ 1）

  • WR ≤ WS，则 WR ≤ 2^n-1^

3. 网络层#

端到端数据传输最底层

通信子网的最高层

数据报，虚电路

• 路由选择算法

  1. 最短路 Dijkstra 算法

     静态路由算法

  2. 扩散法——洪泛、选择洪泛

     静态路由算法

  3. 链路状态路由算法

     五大步骤：

     1. 发现邻居节点，并学习他们的网络地址
     2. 测量线路开销：测量到每个邻居节点的开销
     3. 创建链路状态分组：将所学习到的内容封装成一个分组
     4. 发布链路状态分组：将链路状态分组洪泛发送给所有其他路由器
     5. 计算到每个其他路由器的最短路

3.4 TCP/IP 体系结构#