第1章通信模型與OSI模型

第1頁(yè)第1章通信模型與OSI模型本章概述本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)主要內(nèi)容第2頁(yè)本章概述物流公司管理物品的收集倉(cāng)儲(chǔ)、包裝加工、中轉(zhuǎn)配送；交通系統(tǒng)管理交通規(guī)則、運(yùn)輸秩序、決定兩地之間的交通方式、運(yùn)輸距離和時(shí)間；運(yùn)輸工具關(guān)注物品的數(shù)量體積、物品包裝、決定承載能力和運(yùn)輸速度；郵遞雙方則關(guān)心物品完好程度、損壞丟失、到達(dá)時(shí)間、資費(fèi)合理等問(wèn)題。如果在兩地之間，傳輸文本、音頻、圖像、視頻等數(shù)字化信息，需要什么樣的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本章全面研究通信系統(tǒng)的基本模型和組成原理，分析OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型，為數(shù)據(jù)通信所涉及的各方面技術(shù)問(wèn)題，提供一個(gè)完善和標(biāo)準(zhǔn)的參考體系。第3頁(yè)本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成理解通信模型的結(jié)構(gòu)與服務(wù)類型理解通信服務(wù)質(zhì)量的重要參數(shù)掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展階段的特征理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本組成掌握OSI層次結(jié)構(gòu)原理理解OSI模型服務(wù)與功能第4頁(yè)主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6OSI層次結(jié)構(gòu)1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.1通信系統(tǒng)

1.1.1通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通信系統(tǒng)的基本組成和工作流程，是一個(gè)簡(jiǎn)單的信息通信的基本模型。模型由消息源即信源、發(fā)送終端即發(fā)送變換器、信道、接收終端即接收變換器和收信者即信宿五個(gè)主要部分組成。通信過(guò)程中的干擾、失真和差錯(cuò)可以統(tǒng)一規(guī)劃為進(jìn)入信道的噪聲，雖然實(shí)際的現(xiàn)象更為復(fù)雜。

第5頁(yè)通信系統(tǒng)的基本框圖第6頁(yè)通信系統(tǒng)組成交換設(shè)備是現(xiàn)代通信網(wǎng)的核心，其基本功能是匯集、轉(zhuǎn)接和分配用戶信號(hào)，實(shí)現(xiàn)用戶間的選擇性連接和自由通信，完成多個(gè)信源和信宿之間通信信道的分配。不同屬性的通信業(yè)務(wù)要求不同的交換設(shè)備。實(shí)時(shí)性強(qiáng)的電話業(yè)務(wù)使用直接接續(xù)話路的電路交換設(shè)備。實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，采用分組交換設(shè)備把數(shù)據(jù)信號(hào)分組、存儲(chǔ)和交換，利用各信道的空閑時(shí)隙“見縫插針”地傳送，經(jīng)常應(yīng)用于即時(shí)通信。第7頁(yè)通信系統(tǒng)組成傳輸系統(tǒng)是由物理鏈路和連接交換節(jié)點(diǎn)組成，在通信雙方的傳輸終端設(shè)備之間，提供信號(hào)的傳輸通道、補(bǔ)償線路衰耗、延長(zhǎng)傳輸距離。為了提高傳輸系統(tǒng)的效率，現(xiàn)代通信采用了各種先進(jìn)的復(fù)用技術(shù)和設(shè)備，擴(kuò)大一個(gè)通信系統(tǒng)的服務(wù)范圍或覆蓋。第8頁(yè)1.1.2通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)一般參照所用的傳輸媒介、信源的種類、所傳信號(hào)的屬性、結(jié)構(gòu)和復(fù)用方式等特征進(jìn)行分類。第9頁(yè)1.1.3數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

1數(shù)字通信系統(tǒng)模型在發(fā)信端，模擬信號(hào)數(shù)字化功能可包含在信源編碼器內(nèi)，而收信端，從數(shù)字信號(hào)恢復(fù)出模擬信號(hào)的功能則包含在信宿譯碼器內(nèi)。并且，這一對(duì)編譯碼器還具有數(shù)字復(fù)用/去復(fù)用，加密/解密，碼型變換/反變換，同步、控制信令、維護(hù)和管理、開銷數(shù)據(jù)的插入/分出等功能，以提高數(shù)字通信效率和安全性。第10頁(yè)1數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字信號(hào)具有不限距離的遠(yuǎn)程傳輸能力，數(shù)字通信系統(tǒng)除包括上述信源編碼器、信宿譯碼器外，為了遠(yuǎn)程傳輸，還包括由信道編碼器、調(diào)制器、信道解調(diào)器和信道譯碼器組成的傳輸系統(tǒng)，以及保證接收和發(fā)送兩端設(shè)備協(xié)調(diào)一致，同步工作的數(shù)字同步系統(tǒng)、控制信令通道和網(wǎng)管數(shù)據(jù)通道等。第11頁(yè)數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖第12頁(yè)2.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)和通信相結(jié)合的一種通信方式，是通過(guò)數(shù)據(jù)終端與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)間的通信，自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)大部分通信過(guò)程，及相關(guān)通信對(duì)象的通信事務(wù)處理，諸如檢測(cè)傳輸差錯(cuò)，甚至能自動(dòng)校正傳輸差錯(cuò)。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，這是一個(gè)遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE通過(guò)一個(gè)由傳輸信道和其兩端的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備DCE組成的數(shù)據(jù)電路，與另一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連的基本通信模型。第13頁(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖第14頁(yè)3.數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的統(tǒng)一性數(shù)字通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)交換和傳輸?shù)南到y(tǒng)，主要任務(wù)是電路交換和高速率寬帶大容量實(shí)時(shí)傳輸。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)交換和傳輸?shù)南到y(tǒng)，主要任務(wù)是高速分組交換和寬帶傳輸。二者有聯(lián)系，但是，面對(duì)的對(duì)象和功能目標(biāo)差異較大。第15頁(yè)第16頁(yè)主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.2通信模型通信服務(wù)基于一個(gè)抽象的通信模型，該模型通過(guò)規(guī)定參與者的行為和作用、允許交換數(shù)據(jù)的數(shù)目和順序、信息流的方向和對(duì)話的持續(xù)時(shí)間，制定通信雙方的實(shí)施次序、狀態(tài)、流程。通信模型中聯(lián)系通信雙發(fā)的第三方，即由數(shù)據(jù)鏈路組成的傳輸系統(tǒng)，是通信模型中的關(guān)鍵和樞紐，這個(gè)通信對(duì)象類似于物流系統(tǒng)，具有兩個(gè)重要的特性。第17頁(yè)通信模型特征其一，對(duì)服務(wù)對(duì)象數(shù)量的限制，即是為通信雙方兩者服務(wù)，還是為多個(gè)通信對(duì)象服務(wù)。類似于實(shí)物運(yùn)輸中的專用交通服務(wù)和公共交通服務(wù)。其二，對(duì)數(shù)據(jù)鏈路傳輸數(shù)據(jù)，提供的可靠、有序、時(shí)效的管理方式。服務(wù)對(duì)象可以是通信雙方，也可以是通信多方，類似于實(shí)物運(yùn)輸中，為了保障物品可靠、時(shí)效運(yùn)輸，設(shè)置的交付確認(rèn)、簽收制度。在數(shù)據(jù)通信中，設(shè)置了數(shù)據(jù)傳輸序號(hào)確認(rèn)機(jī)制，保證傳輸?shù)挠行蛐浴Ｍㄐ拍Ｐ蛷V泛使用的面向連接和面向數(shù)據(jù)報(bào)兩種服務(wù)。第18頁(yè)1.2.1服務(wù)對(duì)象對(duì)于通信模型的組成結(jié)構(gòu)，可以采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行分析，包括我們可見的通信參與的發(fā)送、接收、中轉(zhuǎn)對(duì)象；傳輸信息的媒介對(duì)象；傳輸?shù)男畔?duì)象；高層的人類對(duì)象。也有我們?cè)趯?shí)物傳輸中可見的包裝物品的包裹，而在數(shù)據(jù)通信中不容易看見的封裝信息的數(shù)據(jù)包裹。數(shù)據(jù)通信的過(guò)程是無(wú)人參與的，因此實(shí)物傳輸中人工的工作，同樣需要執(zhí)行者進(jìn)行實(shí)時(shí)的交流，為通信提供服務(wù)。模塊化通信系統(tǒng)提供兩類服務(wù)：組裝服務(wù)和通信服務(wù)。第19頁(yè)組裝服務(wù)定義為組裝器類的服務(wù)對(duì)象提供組裝服務(wù)，組裝服務(wù)能配置用戶定制的通信服務(wù)。通信服務(wù)允許對(duì)相應(yīng)的用戶進(jìn)行尋址、維護(hù)連接和交換SDU，它的服務(wù)是由不同類的服務(wù)對(duì)象提供的，包括服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)類、連接端點(diǎn)類、數(shù)據(jù)流源類和數(shù)據(jù)流匯聚類。組裝器類對(duì)象配置和控制用戶定制的通信系統(tǒng)。每個(gè)通信服務(wù)可能擁有不同的能力。在同一時(shí)刻組裝器能控制和維護(hù)多個(gè)通信服務(wù)以應(yīng)對(duì)用戶的需求。第20頁(yè)通信服務(wù)通信服務(wù)是由多個(gè)相應(yīng)的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(SAP)對(duì)象表示的。每個(gè)SAP對(duì)象提供對(duì)它所代表的服務(wù)的訪問(wèn)能力，它使用戶能建立和釋放通信連接。每個(gè)SAP對(duì)象上綁定了一個(gè)惟一的通信地址，用來(lái)在服務(wù)提供者的作用范圍內(nèi)識(shí)別相關(guān)的用戶。通信參與方的一個(gè)連接是由多個(gè)相應(yīng)的連接端點(diǎn)(CEP)對(duì)象表示的。每個(gè)CEP對(duì)象提供對(duì)一個(gè)特定的連接的訪問(wèn)能力。與一個(gè)CEP對(duì)象相聯(lián)的用戶可以在連接生命期內(nèi)改變通信模式，或修改所代表的連接QoS。通信傳輸?shù)膶?duì)象一個(gè)數(shù)據(jù)流，是由一個(gè)數(shù)據(jù)流源(SRC)對(duì)象和一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)流匯聚(SNK)對(duì)象表示的。SRC對(duì)象可以在所代表的流上發(fā)送SDU，這些SDU以后能被相應(yīng)的SNK對(duì)象接收。第21頁(yè)通信系統(tǒng)構(gòu)架在北電網(wǎng)絡(luò)模塊化通信系統(tǒng)構(gòu)架(ModularCommunicationSystem,MCS)參考體系結(jié)構(gòu)中基本對(duì)象類和語(yǔ)義關(guān)系如圖所示。參考模型描述了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模擬人工服務(wù)時(shí)，所需的功能單元和相互關(guān)系，為我們學(xué)習(xí)通信任務(wù)的結(jié)構(gòu)組成，提供了一個(gè)層次的分解參考模型。第22頁(yè)MCS構(gòu)架的參考服務(wù)對(duì)象圖第23頁(yè)1.2.2連接類型通信模型中，兩點(diǎn)之間的連接比較簡(jiǎn)單，但是網(wǎng)絡(luò)中大多是多點(diǎn)連接，連接的服務(wù)模型有：靈活的通信服務(wù)質(zhì)量QoS連接、多點(diǎn)連接、臨時(shí)連接。第24頁(yè)多點(diǎn)連接模型所有的通信服務(wù)都基于一個(gè)多點(diǎn)連接的抽象模型。一個(gè)多點(diǎn)連接代表一個(gè)有兩個(gè)或多個(gè)用戶參與的通信聯(lián)系，只有加入到同一連接的用戶才能通過(guò)交換信息進(jìn)通信。用戶信息由提供者作為服務(wù)數(shù)據(jù)單元(servicedataunit,SDU)進(jìn)行傳遞。SDU被提供者透明地傳送，即它對(duì)信息內(nèi)容、格式和編碼方面不能作任何的限制。除非SDU含有高級(jí)別的通信服務(wù)質(zhì)量需求。第25頁(yè)多點(diǎn)播送在任何時(shí)刻，能夠存在擁有不同參與者的多個(gè)連接，連接本身只提供用戶間的邏輯聯(lián)系，信息交換的方法是由一個(gè)抽象的數(shù)據(jù)流來(lái)定義。數(shù)據(jù)流是一個(gè)SDU序列，它從一個(gè)數(shù)據(jù)流源端口單向地流到一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)流匯聚端口。具有多個(gè)數(shù)據(jù)流匯聚匯集的流被稱為多點(diǎn)播送流（multicaststream）。如圖所示在一個(gè)數(shù)據(jù)流源端口和多個(gè)數(shù)據(jù)流匯聚端口之間的單向數(shù)據(jù)管道。第26頁(yè)多點(diǎn)播送的數(shù)據(jù)流圖第27頁(yè)連接特性原則上講，一個(gè)連接可以包含無(wú)限數(shù)目的數(shù)據(jù)流，可以自由地對(duì)它們進(jìn)行布局和重新調(diào)整。在一個(gè)連接的生命期內(nèi)，可以創(chuàng)建新數(shù)據(jù)流，也可以終止已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)流。一個(gè)連接中數(shù)據(jù)流的布局是通信模式定義的，通信模式包含連接中所有參與者的地址，指定了特定參與者之間存在著數(shù)據(jù)流，也可以指定點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)性質(zhì)不同的通信結(jié)構(gòu)和方向性。第28頁(yè)連接特性類似于實(shí)物傳輸中破損和傳遞時(shí)間等問(wèn)題，對(duì)于通信多方是傳輸效果，稱為通信的服務(wù)質(zhì)量，定義了連接及流在可靠性、安全性和性能方面的性質(zhì)。同一連接上的不同的數(shù)據(jù)流可以賦予不同的服務(wù)質(zhì)量。第29頁(yè)1.2.3通信階段通信服務(wù)模型定義通信對(duì)象的關(guān)系之后，需要考慮的是通信的流程與狀態(tài)。通信服務(wù)有服務(wù)組裝、連接建立、數(shù)據(jù)傳輸、連接釋放和服務(wù)刪除五個(gè)階段第30頁(yè)1.2.4通信設(shè)施連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放是一種通信服務(wù)所必備的通信設(shè)施，除此之外，通信服務(wù)還可以定義一些附加的、可選設(shè)施。諸如連接轉(zhuǎn)發(fā)、連接遷移、連接搜尋、連接合并、連接分離、連接再協(xié)商、加入數(shù)據(jù)流匯聚、刪除數(shù)據(jù)流匯聚、流轉(zhuǎn)發(fā)、劃分子流、代理建立、第三方建立等。第31頁(yè)1.2.5尋址尋址是一種在一個(gè)已定義的范圍內(nèi)標(biāo)識(shí)和定位對(duì)象的概念。通信服務(wù)的用戶需要用地址來(lái)指定與之建立連接的參與者。通信服務(wù)的提供者用這些地址，定位相應(yīng)的服務(wù)用戶所在的節(jié)點(diǎn)和服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)。通信地址可以按單一地址和組地址來(lái)分類。第32頁(yè)第33頁(yè)主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.3通信服務(wù)質(zhì)量服務(wù)質(zhì)量指的是涉及可靠性、安全性和性能方面的通信屬性（稱為QoS屬性），這些屬性用一組QoS參數(shù)表征,為通信效果提供了參考標(biāo)準(zhǔn)。第34頁(yè)1.3.1可靠性完全性非二義性時(shí)間有序第35頁(yè)1.3.2安全性1.訪問(wèn)控制2.鑒別3.完整性4.保密性5.不可否認(rèn)性第36頁(yè)1.3.3性能通信服務(wù)質(zhì)量的性能是可測(cè)量、可計(jì)算的質(zhì)量參數(shù)。假設(shè)在一個(gè)生產(chǎn)者和一個(gè)消費(fèi)者之間存在一個(gè)單點(diǎn)播送的數(shù)據(jù)流。設(shè)n表示該流上第n個(gè)SDU，其中n=1,2,3，...。定義treq,n和tind,n分別表示第n個(gè)SDU在數(shù)據(jù)流源的傳輸請(qǐng)求，和數(shù)據(jù)流匯聚的傳輸指示發(fā)生的時(shí)刻，如圖1-8所示。第37頁(yè)請(qǐng)求時(shí)間和指示時(shí)間關(guān)系圖1-8第38頁(yè)1.吞吐率一個(gè)數(shù)據(jù)流的吞吐率定義為在一定的時(shí)間單位里，在數(shù)據(jù)流源和數(shù)據(jù)流匯聚之間所傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)總量。最大吞吐量參數(shù)只能用來(lái)描述一個(gè)數(shù)據(jù)流在最壞情況下的通信量?；谶@一流通信量的描述，服務(wù)提供者分配資源，通常也用來(lái)決定對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)流的收費(fèi)。因此，如果通信量是突發(fā)性的，為了節(jié)省資源和減少代價(jià)，希望采用一種更加精細(xì)的表征方法。服務(wù)提供者也會(huì)用一種適當(dāng)?shù)氖召M(fèi)策略，來(lái)刺激服務(wù)用戶更加精確地說(shuō)明它們的通信量。第39頁(yè)2.時(shí)延在數(shù)據(jù)流源和數(shù)據(jù)流匯聚之間傳輸SDU會(huì)消耗一些時(shí)間，用于對(duì)它進(jìn)行處理、在節(jié)點(diǎn)中排隊(duì)和在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。因此每個(gè)SDU在其傳輸請(qǐng)求和指示之間將經(jīng)歷一定的延遲時(shí)間。時(shí)延的上界Dmax，表示一個(gè)數(shù)據(jù)流上任意SDU被傳輸時(shí)所需要的最大時(shí)間延遲。第40頁(yè)3.抖動(dòng)同一數(shù)據(jù)流的各個(gè)SDU可能經(jīng)歷不同的傳輸時(shí)延，時(shí)延的變化通常稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)可以看成是在一個(gè)數(shù)據(jù)流中，任意SDU的傳輸請(qǐng)求和指示之間所經(jīng)歷的時(shí)延最大值Dmax和時(shí)延最小值Dmin之間的差值。換言之，抖動(dòng)可以看成是用D表示的平均時(shí)延的偏差。如果偏差是對(duì)稱的，可以推出傳輸延遲的上界是D+J，下界是D-J。以后我們把抖動(dòng)J定義為Dmax和Dmin之間的差值。第41頁(yè)SDU最大時(shí)間延遲圖1-10，SDU抖動(dòng)圖1-11第42頁(yè)4.差錯(cuò)率由于損壞、擁塞和錯(cuò)過(guò)最后期限，SDU可能丟失。SDU是由服務(wù)提供者放入一個(gè)或多個(gè)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(protocoldataunit,PDU)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)模虼酥挥挟?dāng)一個(gè)SDU的所有的PDU都丟失時(shí)，該SDU才丟失。如果只有幾個(gè)PDU丟失，該SDU稱為不完全的SDU。網(wǎng)絡(luò)中的傳輸干擾和節(jié)點(diǎn)中硬件的差錯(cuò)會(huì)造成PDU被損壞。受損壞的PDU是否要丟棄依賴于該P(yáng)DU的哪些部分受到了影響。每個(gè)PDU除了所攜帶的SDU信息外，還會(huì)包含一些協(xié)議信息：如序號(hào)和數(shù)據(jù)流標(biāo)識(shí)。第43頁(yè)第44頁(yè)主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

1.4.1身邊的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)其距離和復(fù)雜性可以分成四類局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、個(gè)人域網(wǎng)。第45頁(yè)1.4.1網(wǎng)絡(luò)發(fā)展標(biāo)志性階段

1.第一階段：資源共享早期的集中式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，一般也稱為以大型機(jī)為中心的面向終端的集中式分時(shí)計(jì)算模式。它最典型的特征是：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的相結(jié)合，但是通過(guò)主機(jī)系統(tǒng)形成大部分的通信流程，構(gòu)成系統(tǒng)的所有通信協(xié)議都是系統(tǒng)專有的，大型主機(jī)在系統(tǒng)中占據(jù)著絕對(duì)的支配作用，所有控制和管理功能都是由主機(jī)來(lái)完成。第46頁(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成

第47頁(yè)圖1-13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成2.第二階段：計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)融合1962-1965年，美國(guó)國(guó)防部的高級(jí)研究計(jì)劃署（AdvancedResearchProjectsAgency，ARPA）和英國(guó)的國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室（NationalPhysicsLaboratory，NPL）都在對(duì)新型的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)進(jìn)行研究。英國(guó)NPL的戴維德（David）于1966年首次提出了“分組”（packet）這一概念。到1969年12月，DARPA的計(jì)算機(jī)分組交換網(wǎng)ARPANET投入運(yùn)行。第48頁(yè)ARPR網(wǎng)ARPANET連接了美國(guó)加州大學(xué)洛杉機(jī)分校、加州大學(xué)圣巴巴拉分校、斯坦福大學(xué)和猶他大學(xué)4個(gè)結(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)。ARPR網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要的里程碑，ARPANET的成功，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元。第49頁(yè)特點(diǎn)完成了對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、分類與子課題研究?jī)?nèi)容的描述；提出了資源子網(wǎng)、通信子網(wǎng)的兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的概念；研究了報(bào)文分組交換的數(shù)據(jù)交換方法；采用了層次結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型與協(xié)議體系。第50頁(yè)3第三階段：網(wǎng)絡(luò)體系標(biāo)準(zhǔn)完善與協(xié)議融合，互聯(lián)網(wǎng)IT產(chǎn)業(yè)融入生活I(lǐng)SO正式制訂、頒布了ISO/IEC7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“開放系統(tǒng)互連參考模型”O(jiān)SI/RM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel）。ISO的OSI/RM已被國(guó)際社會(huì)所公認(rèn)，成為研究和制訂新一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。第51頁(yè)4第四階段：需求與技術(shù)融合，泛在應(yīng)用1991年，XeroxPARC首席科學(xué)家MarkWeiser在“Thecomputerforthe21stCentury”一文中，提出了21世紀(jì)的計(jì)算將是一種無(wú)所不在的（UbiquitousComputing）的計(jì)算模式。第52頁(yè)1.4.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義我們?cè)诒緯袑延?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義為：依據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以資源共享傳輸為目的，利用通信設(shè)備，將地理上分散且獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互相連接起來(lái)形成的集合體。第53頁(yè)第54頁(yè)主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念

1.5.1網(wǎng)絡(luò)體系的基本組成我們稱由物理介質(zhì)組成的通信線路為鏈路（link），并稱被連的計(jì)算機(jī)（或通信設(shè)備）為結(jié)點(diǎn)（node）如圖所示。結(jié)點(diǎn)的作用是對(duì)數(shù)據(jù)信息的控制（接收、發(fā)送、處理），鏈路的作用是為數(shù)據(jù)信息傳輸提供有效和穩(wěn)定的通道，鏈路是一個(gè)結(jié)構(gòu)上的概念，一般在有應(yīng)用進(jìn)程準(zhǔn)備或正在通過(guò)結(jié)點(diǎn)和鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，我們稱從源結(jié)點(diǎn)到目標(biāo)結(jié)點(diǎn)的一條或多條鏈路為信道（CHANNEL）。第55頁(yè)結(jié)點(diǎn)與鏈路圖第56頁(yè)1.5.2基本概念在討論數(shù)據(jù)信息是如何從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)的過(guò)程之前，清楚通信結(jié)點(diǎn)、鏈路的工作方式和關(guān)系十分重要。數(shù)據(jù)信息在結(jié)點(diǎn)和鏈路上的傳輸工作方式和結(jié)點(diǎn)與鏈路的組合方式產(chǎn)生了下面幾個(gè)概念：傳輸模式、線路配置、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)類型、互連網(wǎng)絡(luò)。第57頁(yè)1傳輸模式

數(shù)據(jù)信息在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸和共享的工作是從發(fā)送結(jié)點(diǎn)，以不同的模式、速度、流量向目的結(jié)點(diǎn)傳輸?shù)?，這里我們先了解數(shù)據(jù)的傳輸模式“傳輸模式”這個(gè)術(shù)語(yǔ)是用來(lái)對(duì)兩個(gè)互相連接的通信結(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)流動(dòng)的方式進(jìn)行定義的，共有三種傳輸模式：?jiǎn)喂つＪ?、半雙工模式和全雙工模式。第58頁(yè)2線路配置線路配置是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)連接到鏈路的方式。一條鏈路是數(shù)據(jù)信息從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)結(jié)點(diǎn)的物理路徑。為了直觀起見，可以以最簡(jiǎn)單的方式設(shè)想每條鏈路都由一條連接兩個(gè)點(diǎn)的線段表示。為實(shí)現(xiàn)通信，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)必須以某種方式同時(shí)連接到同一條鏈路上。線路配置定義了結(jié)點(diǎn)連接到鏈路上的方式，有兩種線路配置方式：點(diǎn)到點(diǎn)連接和多點(diǎn)連接。第59頁(yè)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路圖第60頁(yè)一個(gè)交換網(wǎng)（switchednetwork）交換網(wǎng)有很多種，最普通的兩種是電路交換（circuit-switched）和分組交換（packet-switched）。前者主要用于電話系統(tǒng)，而后者多用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。交換網(wǎng)絡(luò)一般以云形圖。第61頁(yè)交換網(wǎng)圖

第62頁(yè)3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)“拓?fù)洹边@個(gè)術(shù)語(yǔ)是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)物理或邏輯布置的方式。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)著重于結(jié)點(diǎn)之間的鏈路組合方式，兩個(gè)或兩個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)連接到一條或兩條以上的鏈路形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫撬墟溌泛瓦B接的所有結(jié)點(diǎn)互相之間關(guān)系的幾何表示。共有五種可能的基本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕W(wǎng)狀、星型、樹型、總線型以及環(huán)型。由基本拓?fù)浣M合成了星型環(huán)、混合型。第63頁(yè)混合型拓?fù)鋱D第64頁(yè)4網(wǎng)絡(luò)類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)和鏈路的布局，當(dāng)談到網(wǎng)絡(luò)時(shí)，我們需要一個(gè)稱謂，一般定義以下三大類：局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）、廣域網(wǎng)（WAN）、個(gè)人域網(wǎng)（PAN）。網(wǎng)絡(luò)的分類由網(wǎng)絡(luò)的大小、所有權(quán)、覆蓋范圍和實(shí)際體系構(gòu)架決定。第65頁(yè)第66頁(yè)主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型

1.6.1協(xié)議概念我們將通信雙方在通信時(shí)需要遵循的一組規(guī)則和約定稱為協(xié)議。協(xié)議主要由語(yǔ)義、語(yǔ)法和定時(shí)三部分組成，語(yǔ)義規(guī)定通信雙方準(zhǔn)備“講什么”，亦即確定協(xié)議元素的種類；語(yǔ)法規(guī)定通信雙方“如何講”，確定數(shù)據(jù)的信息格式、信號(hào)電平等；定時(shí)則包括速度匹配和排序等。第67頁(yè)1.6.2協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)第N層的實(shí)體在實(shí)現(xiàn)自身定義的功能時(shí)，只使用N-1層提供的服務(wù)。N層向N+1層提供服務(wù)，此服務(wù)不僅包括N層本身所執(zhí)行的功能，還包括由下層服務(wù)提供的功能總和。最低層只提供服務(wù)，是提供服務(wù)的基礎(chǔ)；最高層只是用戶，是使用服務(wù)的最高層；中間各層既是下一層的用戶，又是上一層服務(wù)的提供者。僅在相鄰層間有接口，且下層所提供服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)上層完全屏蔽。第68頁(yè)層次結(jié)構(gòu)圖第69頁(yè)SAP服務(wù)是在服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（SAP）提供給上層使用的。N層SAP就是N+1層可以訪問(wèn)N層服務(wù)的地方。每個(gè)SAP都有一個(gè)能夠唯一地標(biāo)識(shí)它的地址。類似地，在運(yùn)輸過(guò)程中SAP地址也就是發(fā)送和接收搬運(yùn)物品的目的地址，是物品接收和發(fā)送地點(diǎn)的街名地址，每個(gè)層面都有各自的SAP。其中要說(shuō)明的是，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方的信息都是必須的。第70頁(yè)SAP第71頁(yè)1.6.3服務(wù)的分類下層向上層提供的服務(wù)可以劃分為面向連接的和無(wú)連接的兩大類別。面向連接的服務(wù)類似于打電話。要和某人通話，拿起電話，撥號(hào)碼，談話，然后掛斷。同樣，在使用面向連接的服務(wù)時(shí)，用戶首先要建立連接，傳送數(shù)據(jù)，然后釋放連接。第72頁(yè)相反，無(wú)連接服務(wù)類似于郵政系統(tǒng)和運(yùn)輸系統(tǒng)中普通信件（物品）的投遞。每個(gè)報(bào)文（信件）帶有完整的目標(biāo)地址，并且每一個(gè)報(bào)文都獨(dú)立于其他報(bào)文，經(jīng)由系統(tǒng)選定的路線傳遞。在正常情況下，當(dāng)兩個(gè)報(bào)文發(fā)往同一目的地時(shí)，先發(fā)的先收到。但是，也有可能先發(fā)的報(bào)文在途中延誤了，后發(fā)的報(bào)文反而先收到，這種情況與物品運(yùn)輸非常相似，而這種情況在面向連接的服務(wù)中是絕不可能發(fā)生的。第73頁(yè)第74頁(yè)主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)1.2通信模型1.3通信服務(wù)質(zhì)量1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型1.7OSI模型1.8本章小結(jié)1.7OSI模型

1.7.1層次化結(jié)構(gòu)體系目前比較著名的體系結(jié)構(gòu)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型和美國(guó)國(guó)防部研制的TCP/IP協(xié)議體系。另外IBM公司的SNA體系（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）、DEC公司的DNA體系（數(shù)字網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）以及Novell公司和微軟公司提出的前局域網(wǎng)協(xié)議結(jié)構(gòu)也很有影響。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布了關(guān)于開放系統(tǒng)互連（OSI）的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架，如圖所示。該模型被稱為開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型。第75頁(yè)OSI參考模型圖第76頁(yè)不同層次對(duì)數(shù)據(jù)的稱謂在網(wǎng)絡(luò)體系中，對(duì)于傳輸?shù)男畔⒔?jīng)常有“數(shù)據(jù)信息”、“消息”、“分組”、“幀”等不同稱謂。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)信息軟資源包含“數(shù)據(jù)”和“信息”兩層含義，在網(wǎng)絡(luò)體系中被傳輸和處理的方式不同，在不同層面的存在形式完全不同，在通信子網(wǎng)中強(qiáng)調(diào)被傳輸?shù)默F(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)概念，在資源子網(wǎng)則被賦予抽象的數(shù)據(jù)集合和資源信息的含義。第77頁(yè)1.7.2OSI系統(tǒng)組成OSI系統(tǒng)是兼容的開放系統(tǒng)的互連，在功能上分解為七個(gè)層次和兩個(gè)面。層次提供了OSI系統(tǒng)的垂直功能結(jié)構(gòu)，而面則提供了OSI系統(tǒng)的水平功能結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)化將整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性分解成更容易處理的各個(gè)組件。每層或每個(gè)面的組件是構(gòu)造計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的粗粒度的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。OSI系統(tǒng)有兩個(gè)面：管理面和操作面。管理面包含層次和系統(tǒng)管理功能。一般來(lái)說(shuō)，OSI管理由故障管理、記賬管理、配置和名字管理、性能管理及安全管理功能等領(lǐng)域組成。操作面包含了通信功能。第78頁(yè)1.對(duì)等層的通信在每一系統(tǒng)中，每一層調(diào)用直接下層提供的服務(wù)。比如，第三層使用第二層提供的服務(wù)，同時(shí)也向第四層提供服務(wù)。而通信設(shè)備的第N層與另一臺(tái)通信設(shè)備的第N層進(jìn)行通信。這種通信由同一對(duì)等層的協(xié)議控制。因此通信設(shè)備間的通信就成為使用給定層次對(duì)應(yīng)協(xié)議的對(duì)等過(guò)程。第79頁(yè)2.層間接口在發(fā)送端數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)信息從高層向低層傳遞，而在接收端這些信息由低層向高層傳遞都是通過(guò)相鄰兩層間的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每一層的接口都定義了這一層必須向上一層提供的數(shù)據(jù)信息和服務(wù)。定義良好的接口和層功能使網(wǎng)絡(luò)模塊化。只要一個(gè)層的功能仍能為上一層提供所需的服務(wù)，該層內(nèi)功能的具體實(shí)現(xiàn)就可以在不影響周圍層次的基礎(chǔ)上修改和替換。第80頁(yè)3.層次組織七個(gè)層次分為三個(gè)子功能組。第一、二、三層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層）為網(wǎng)絡(luò)支持層；它們處理從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢矸矫娴膯?wèn)題。第五、六、七層（會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層）為用戶支持層；它們?cè)试S不相關(guān)的軟件系統(tǒng)間的互操作。第四層，即傳輸層，將這兩個(gè)子功能組連接起來(lái)并保證將下層傳送來(lái)的數(shù)據(jù)以上層能識(shí)別的形式傳送給上一層使用。OSI的高層常常通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，而低層則是硬件和軟件的復(fù)合體，但物理層幾乎都是由硬件組成。第81頁(yè)OSI七層協(xié)議封裝圖第82頁(yè)1.7.3OSI通信模型OSI模型定義了兩類通信，一類基于連接抽象而另一類基于數(shù)據(jù)報(bào)抽象。OSI通信QoS的OSI通信QoS的屬性覆蓋性能、可靠性、安全性和優(yōu)先級(jí)通信各個(gè)方面。第83頁(yè)1.7.4OSI參考模型功能和特性

1.物理層數(shù)據(jù)通信模式，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，信號(hào)，編碼，接口，傳輸介質(zhì)第84頁(yè)2.數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）指定在網(wǎng)絡(luò)上沿著網(wǎng)絡(luò)鏈路在相鄰節(jié)點(diǎn)之間移動(dòng)數(shù)據(jù)要串的技術(shù)規(guī)范。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)單元（比特組）無(wú)差錯(cuò)地從一個(gè)站點(diǎn)送達(dá)下一個(gè)相鄰站點(diǎn)的對(duì)等層。它的主要任務(wù)是加強(qiáng)物理層傳輸原始位的功能，使之對(duì)網(wǎng)絡(luò)層顯現(xiàn)為