第三章 網絡體系結構
來源：程序員人生 發布時間：2016-06-03 13:02:47 閱讀次數：2454次
主要內容：
- 網絡體系結構標準化組織
- 開放互聯模型7層協議；
- 層間關系，各層主要功能，提供服務
- 網絡體系結構舉例：TCP/IP
1、網絡標準化組織
1、國際組織
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、我國的國家標準按部門/行業在國家技術監督局統1指點下進行
標準的制定方式
- 同等采取：直接援用國際標準（翻譯）
- 等效采?。杭夹g內容和編寫風格略有差異
- 參照采?。焊鶕姨攸c，參照國際標準，制定國家標準
計算機網絡（包括信息技術）方面標準均為同等采取
國家標準以GBXXXX的情勢公布
2、. ISO/OSI網絡參考模型
1、計算機網絡體系結構實質上是定義和描寫1組用于計算機及其通訊設施之間互聯的標準和規范，遵守這組規范就能夠很方便的實現計算機裝備之間的通訊。
2、OSI模型的確立主要采取了分解和高度抽象的方法;
抽象：標準的本身應當獨立于實現的具體環境
- 肯定整體框架和模塊的接口方式
- 肯定模塊的外觀特性（可提供的服務）
- 肯定模塊的協議規范（確保服務提供應遵守的規則）
分解：將全部系統功能分解為子模塊；
并通過對各子模塊的功能、交換的數據結構和時序進行約定；
調和模塊之間的動作，保證系統設計的公道性和互操作性；
根據子模塊間的依賴關系，采取具有層次結構的模型與之對應；
3、模塊劃分的原則
獨立性：減少模塊間交互的信息，下降依賴性
單向性：模塊間的援用堅持單向性，下降實現難度
增值性：各模塊在使用下層服務的基礎上，完成特定的通訊功能，提供增值服務
同構性：互連的系統應當具有相同的層次結構
適用性：同構系統的相同層次之間才能進行成心義的通訊，并借助于下層服務予以實現
4、OSI層功能分配
利用層（A），利用下層的服務，支持各種利用服務要求
表示層（P），解決異種系統之間的信息表示問題，屏蔽不同系統在數據表示方面的差異
會話層（S），提供控制會話和數據傳輸的手段
運輸層（T），屏蔽通訊子網差異，和用戶要求和網絡服務之間的差異
網絡層（N），利用路由技術，實現用戶數據的端－端傳輸
數據鏈路層（DL），利用過失處理技術，提供高可靠傳輸的數據鏈路
物理層（PH），肯定物理裝備接口，提供點－點的比特流傳輸
網絡中的結點機作為中繼系統，只負責數據的傳輸，因此只要具有第3層（網絡層以下）的功能便可。
OSI7層功能的總和（直接或間接）提供了用戶為完成某項特定利用所需的所有通訊能力。如果某項利用無需通訊的支持，或系統中的某項設施與通訊無關，也就不屬于OSI/RM的范圍。
5、OSI的相干術語
1般術語
“開放”：所遵守的標準是開放的；遵守標準的系統是開放的；同構和異構系統之間的對等開放
“開放系統互連”：遵守OSI標準的開放系統之間的通訊
“層”：開放系統的邏輯劃分，代表功能上相對獨立的1個子模塊
若（N）層表示OSI層次結構中的任1層，則有（N＋1）層表示該層次的上鄰層
（N－1）層表示該層次的下鄰層
“層服務”：同1主機上的不同層次之間，本層(n)向上層(n+1)提供的通訊能力,是(n)以下所有子層的服務之和，上層的通訊同過下層來實現
“對等層”：位于不同主機之間相同層次的OSI子層；
“層協議”：不同主機對等層之間，為對等層之間的通訊所定義的語義、語法和時序約定
“層功能”：完成制定服務和通訊的能力
“層實體”：層功能實現的真正承當者（相應的硬軟件）
“服務原語”：
原語的特點：功能要末完全履行，要末不履行
層服務被援用的接口
服務原語由原語名和原語參數兩部份組成
服務原語主要分為兩大類：無確認的原語類型，有確認的原語類型
Reguest原語（n+1->n)
Confirm原語 (n->n+1)
Indication原語（n->n+1)
Response原語（n+1->n)
3、物理層
1、服務
對虛電路交換情勢，建立、保持和釋放連接，并實現比特流的透明傳輸。
對數據報交換情勢，實現比特流的透明傳輸。
2、協議
機械特性：接口部件的尺寸、規格、插腳數和散布等；
電氣特性：接口部件的信號電平、阻抗、傳輸速率等；
功能特性：接口部件的信號線（數據線、控制線、地址線等）的用處；
規程特性：接口部件的信號線在建立、保持、釋放物理連接和傳輸比特流的時序。
3、重要協議特性：數據編碼，數據速率，傳輸方式
物理層不是指具體的物理傳輸媒體，而是裝備與物理介質的接口規范
物理層協議舉例:RS232C接口
4、數據鏈路層（DL）
1、服務（提供給網絡層）：
面向連接的服務(Connection-oriented)：基于虛電路
無連接的服務(Connectionless)：基于數據報（有應對（ACK），無應對（N-ACK））；
進行過失通知（沒法處理的過失情況--->通知上層）
2、本層功能
幀封裝:本層的PDU情勢，通過物理層發送
流量控制：通訊雙方的速率匹配
物理尋址：分組的地址有兩種-邏輯和物理
過失控制：由于物理線路存在過失率
媒體訪問控制：多個裝備連接到同1條線路上(通訊控制規程)
3、數據鏈路通訊控制規程
對同享物理信道，如何調和節點的訪問：
（1）詢問/確認：對等通訊模式，
（2）輪詢/選擇：多點通訊模式
數據傳輸模式
（1）異步傳輸（單個字節或字符）
（2）同步傳輸（數據塊的傳輸）
串行同步傳輸控制
（1）面向字符的同步傳輸（IBM的BSC幀）
（2）面向比特的同步傳輸
4、面向字符的同步傳輸（BSC幀）
以字符傳輸為基本單位
控制信息采取ASCII特殊字符
分為數據幀和控制幀
采取停－等流控協議
半雙工通訊（每一個幀的傳輸必須在前1個幀的應對以后）
5、面向比特的同步傳輸（2進制數據傳輸）
IBM的SDLC－ISO的HDLC
以比特為傳輸的基本單位
根據配置以半雙工或全雙工方式工作
以窗口機制進行流量控制
以捎帶應對方式提高工作效力
當前數據鏈路的數據傳輸方式
6、HDLC v.s. BSC
分別以字符和比特為傳輸基本單位
BSC的控制字符采取特定ASCII編碼
HDLC以比特組合進行控制
面向字符的傳輸控制由于缺少靈活性和傳輸效力而不再使用
現有數據鏈路通訊傳輸控制采取類似HDLC的情勢
7、過失控制
冗余交驗碼的計算，毛病檢測，毛病糾正；
8、流量控制（可靠傳輸）
Stop－wait：應對確認方式，半雙工工作方式
滑動窗口協議：窗口大小的設定
9、媒體訪問控制
如何控制多臺裝備對媒體的同享，爭用的解決，在IEEE802中對不同的拓撲具有不同的利用規范
5、網絡層
1、OSI網絡層運行環境：是通訊子網協議的最高層
2、提供服務：面向連接的服務－虛電路方式，面向無連接的服務－數據報方式
當前的爭辯、結論、未來（Internet：盡力而為的服務，ATM：保證質量的服務）
3、網絡層功能
（1）邏輯尋址
物理地址（MAC）
邏輯地址（IP）
端口地址（Port）
（2）路由（分組傳輸路徑選擇）
信源與信宿位于不同網段，或不同的子網內
實現路由功能的通訊裝備：路由器
（3）網絡層協議
Ip－internet、Ipx－Novell
（4）流量控制
網絡層1般不進行流量控制
6、傳輸層
1、提供服務
提供端口地址尋址(TSAP)
完成數據塊的端到端傳輸（End-End）
提供面向連接的服務和無連接的服務（TCP/UDP）
2、功能
過失控制（端到端）
流量控制（端到端）
8、表示層
翻譯、加密、緊縮
9、利用層
具體網絡利用（Email、ftp）
10、思考題
1、網卡地址的分層含義？
2、數據鏈路地址（MAC地址）、網絡地址（IP）和傳輸層地址（Port）的作用與區分？
1個主機會有1個MAC地址，而每一個網絡位置會有1個專屬于它的IP地址。IP地址專注于網絡層，將數據包從1個網絡轉發到另外1個網絡；而MAC地址專注于數據鏈路層，將1個數據幀從1個節點傳送到相同鏈路的另外一個節點。在微機系統中，每一個端口分配有唯1的地址碼，稱之為端口（PORT）地址。相應的利用程序對應相應的端口號，對英語傳輸層端對真個服務。
服務器真個端口號是固定的（服務器只要開著，對應的服務就1直運行著），端口號1般系統中對應于知名的1⑴023之間，這些知名端口號由I
n t e r n e t號分配機構（Internet Assigned Numbers Authority, IANA ）來管理。而客戶真個端口號只有用戶開啟相應的程序時才打開對應的端口號（因此也稱臨時端口號），大多數給臨時端口號分配1024~5000之間的端口號。大于5000的端口號是為其他服務預留的（internet上不經常使用的服務）。
IP地址和MAC地址相同點是它們都唯1，不同的特點主要有：
a、對網絡上的某1裝備，如1臺計算機或1臺路由器，其IP地址是基于網絡拓撲設計出的，同1臺裝備或計算機上，改動IP地址是很容易的（但必須唯1），而MAC則是生產廠商燒錄好的，1般不能改動。我們可以根據需要給1臺主機指定任意的IP地址，如我們可以給局域網上的某臺計算機分配IP地址為192.168.0.112
，也能夠將它改成192.168.0.200。而任1網絡裝備（如網卡，路由器）1旦生產出來以后，其MAC地址不可由本地連接內的配置進行修改。如果1個計算機的網卡壞了，在更換網卡以后，該計算機的MAC地址就變了。
b、長度不同。IP地址為32位，MAC地址為48位。
c、分配根據不同。IP地址的分配是基于網絡拓撲，MAC地址的分配是基于制造商。
d、尋址協議層不同。IP地址利用于OSI第3層，即網絡層，而MAC地址利用在OSI第2層，即數據鏈路層。
數據鏈路層協議可使數據從1個節點傳遞到相同鏈路的另外一個節點上（通過MAC地址），而網絡層協議使數據可以從1個網絡傳遞到另外一個網絡上（ARP根據目的IP地址，找到中間節點的MAC地址，通過中間節點傳送，從而終究到達目的網絡）。
MAC與IP的利用：MAC地址對應于OSI參考模型的第2層數據鏈路層，工作在數據鏈路層的交換機保護著計算機MAC地址和本身端口的數據庫，交換機根據收到的數據幀中的“目的MAC地址”字段來轉發數據幀。
如今比較流行的接入Internet的方式（也是未來發展的方向）是把主機通過局域網組織在1起，然后再通過交換機和 Internet相連接。這樣1來就出現了如何辨別具體用戶，避免盜用的問題。由于IP只是邏輯上標識，任何人都隨便修改，因此不能用來標識用戶；而
MAC地址則不然，它是固化在網卡里面的。從理論上講，除非盜來硬件（網卡），否則是沒有辦法冒名頂替的（注意：其實也能夠盜用，后面將介紹）。
基于MAC地址的這類特點，局域網采取了用MAC地址來標識具體用戶的方法。注意：具體實現：在交換機內部通過“表”的方式把MAC地址和IP地址逐一對應，也就是所說的IP、MAC綁定。
具體的通訊方式：接收進程，當有發給本地局域網內1臺主機的數據包時，交換機接收下來，然后把數據包中的IP地址依照“表”中的對應關系映照成MAC地址，轉發到對應的MAC地址的主機上，這樣1來，即便某臺主機盜用了這個IP地址，但由于他沒有這個MAC地址，因此也不會收到數據包。
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