第3章 计算机网络体系结构与OSI参考模型

第3章计算机网络体系结构〖主要内容〗计算机网络体系结构概述，各层功能的简单介绍，主要介绍物理层和数据链路层及网络层。

〖教学重点〗OSI参考模型的七层功能，物理层概念，数据链路层的流量控制方法，HDLC概念。

计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间要不断地交换数据和控制信息，要做到有条不紊地交换数据，每个结点就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理体系。

计算机网络就是按照高度结构化设计方法采用功能分层原理来实现的，即计算机网络体系结构的内容。

3.1 网络体系结构及协议的概念3.1.1 网络体系和网络体系结构网络体系（Network Architecture）：是为了完成计算机间的通信合作，把每台计算机互连的功能划分成有明确定义的层次，并规定了同层次进程通信的协议及相邻之间的接口及服务。

网络体系结构：是指用分层研究方法定义的网络各层的功能、各层协议和接口的集合。

3.1.2 计算机网络体系结构计算机的网络结构可以从网络体系结构、网络组织和网络配置三个方面来描述，网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络；网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局、硬件、软件和和通信线路来描述计算机网络；网络体系结构是从功能让来描述计算机网络结构。

网络体系结构最早是由IBM公司在1974年提出的，名为SNA计算机网络体系结构：是指计算机网络层次结构模型和各层协议的集合结构化是指将一个复杂的系统设计问题分解成一个个容易处理的子问题，然后加以解决。

层次结构是指将一个复杂的系统设计问题分成层次分明的一组组容易处理的子问题，各层执行自己所承担的任务。

计算机网络结构采用结构化层次模型，有如下优点：●各层之间相互独立，即不需要知道低层的结构，只要知道是通过层间接口所提供的服务●灵活性好，是指只要接口不变就不会因层的变化（甚至是取消该层）而变化●各层采用最合适的技术实现而不影响其他层●有利于促进标准化，是因为每层的功能和提供的服务都已经有了精确的说明3.1.3 网络协议1.协议(Protocol)网络中计算机的硬件和软件存在各种差异，为了保证相互通信及双方能够正确地接收信息，必须事先形成一种约定，即网络协议。

填空1、常见的三种拓扑结构总线型、星状、环状。

2、建立计算机网络的根本目的是实现数据通信和资源共享。

3、OSI参考模型共七层，由低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层和表示层。

4、OSI模型的原语有四种类型，即请求、指示、响应和确认。

5、下层能够向上层提供的服务有两种基本形式：面向连接和无连接的服务，面向连接的服务又称为虚电路服务，无连接服务又称为数据报服务。

6、通信用的互联设备指数据终端设备（DTE）和数据电路终接设备（DCE）间的互联设备。

7、每次通信都要经过建立通信链路和拆除通信链路两过程，这种建立起来的数据收发关系就称为数据链路。

8、数据链路层的数据传输单位是帧。

9、常见的数据链路层设备有网卡、网桥和交换机。

10、数据链路层将本质上不可靠的传输介质变成可靠的传输通路提供给网络层。

11、数据链路层分为两个子层：逻辑链路控制子层和介质访问控制子层。

12、网络层的主要功能是路由选择、流量控制、传输确认、中断、差错及故障的恢复等。

13、路由选择算法一类是自适应算法，另一类是非自适应算法。

14、传输层是资源子网与通信子网的界面和桥梁。

传输层下面三层面向数据通信，上面三层面向数据处理。

15、数据传送包括语义和语法两个方面的问题。

语义即与数据内容、意义有关的方面；语法则是与数据表示形式有关的方面。

16、传统局域网采用共享介质方式的CSMA/CD、令牌传递控制等方法。

17、在传统的广域交换网络的通信子网中，使用的数据交换技术有两种：电路交换技术和存储转发交换技术。

存储转发交换技术又包括报文交换和分组交换两种。

18、局域网标准主要是由IEEE制定的IEEE802系列标准。

19、常见的局域网标准有以太网、FDDI、ATM、无线局域网。

20、ATM信元结构由53B组成，53B被分成5B的头部和被称为载荷的48B信息部分。

21、在FDDI网络中，工作站、集中器和FDDI互连设备等都被称为站点。

1.什么是网络体系结构？请说出使用分层协议的两个理由。

答：将同层进程间通信的协议以及相邻层的接口统称为网络体系结构。

分层思想对于计算机网络的设计和实现有着极大的优势，如各层之间是独立的、灵活性好、结构可分割、易于实现和维护、促进标准化等。

2.什么是实体？什么是对等实体？答：实体是指层中的活动元素，它既可以是软件，也可以是硬件。

不同主机中位于同一层次的实体称作对等实体。

3.什么是网络协议？它包括哪些因素？试举出自然语言中的相对应的要素。

答：为网络执行数据交换而建立的规则、标准或约定就是网络协议。

典型的网络协议包含语法、语义和同步三个方面。

4.OSI网络参考模型定义了哪些数据单元？它们之间的关系如何？答：OSI参考模型定义了服务数据单元、协议数据单元和接口数据单元，它们之间的关系如图3.4，3.5所示。

5.面向连接的服务和无连接服务的主要区别是什么？答：面向连接服务与无连接服务的区别在于两个实体通信前是否建立连接。

6.有两个网络都可以提供可靠的面向连接的服务。

其中一个提供可靠的字节流，另一个提供可靠的报文流。

这两者是否相同？请给出一个例子予以说明。

答：字节流没有报文的边界7.试说明服务与协议的关系？答：服务涉及相邻层间的接口，协议涉及不同计算机上对等实体之间发送的分组，它们之间的关系如图3.6所示。

8.服务原语的作用是什么？试以有确认服务为例进行说明。

答：利用服务原语可以通知服务提供者采取某些行动，或报告对等实体正在执行的活动。

有确认服务需要使用请求、指示、响应和确认原语。

9.说明在实际网络中数据是如何进行封装传输的。

答：若从客户端A发送信息到客户端B，从客户端A是从应用端依次往下传输，在表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层各自加上本层的协议头，在物理层时，以比特流在网络中进行传输，到达客户端B的物理层，通过客户端B的物理层依次向上传输，经过数据链路层时，去除在客户端A中在数据链路层加上的报头，其他的内容当做数据包向上提交。

第3章计算机网络的体系结构学习要点1.理解网络体系的概念2.理解网络协议的概念3.掌握ISO/OSI参考模型的层次结构和各层功能4.掌握TCP/IP体系结构的各层功能5.了解OSI与TCP/IP参考模型的区别6.了解TCP/IP主要的功能及特点3.1 网络体系结构的基本概念1.网络体系结构的形成计算机网络的体系结构采用了层次结构的方法来描述复杂的计算机网络，把复杂的网络互连问题划分为若干个较小的、单一的问题，并在不同层次上予以解决。

2.网络体系的分层结构图3-1 网络体系的层次结构模型3.层次结构中的相关概念（1）实体（2）协议：一个网络协议主要由以下3个要素组成：<1>语法（Syntax）：指数据与控制信息的结构或格式，如数据格式、编码及信号电平等；<2>语义（Semantics）：指用于协调与差错处理的控制信息，如需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答<3>定时（Timing）：指事件的实现顺序，如速度匹配、排序等。

（3）接口（4）服务（5）层间通信图3-2对等实体通信实例实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一台主机的对应层通信，这包含了下面两方面的通信：<1>相邻层之间通信<2>对等层之间通信3.2 开放系统互连参考模型1.OSI参考模型OSI参考模型采用了层次结构，将整个网络的通信功能划分成七个层次，每个层次完成不同的功能。

这七层由低层至高层分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层，如图所示。

2.OSI/RM各层的主要功能（1）物理层物理层（Physical Layer）处于OSI参考模型的最低层。

物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送“比特”流。

物理层传输的单位是比特（Bit），不去考虑比特流的意义和结构。

（2）数据链路层在物理层提供比特流传输服务的基础上，数据链路层（Data Link Layer）通过在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以“帧”为单位的数据，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路，保证点到点（point-to-point）可靠的数据传输。