本章学习目标
l 掌握开放系统互连参考模型中的若干重要概念 (分层,协议,网络体系结构 )
l 掌握 OSI/RM各层协议的功能及基本原理并掌握传输控制协议 TCP/IP
3.1网络体系结构概述计算机网络系统是由各种各样的计算机和终端设备通过通信线路连接起来的复杂系统
。 在这个系统中,由于 计算机类型,通信线路类型,连接方式,同步方式,通信方式等的不同,给网络各结点的通信带来诸多不便
。 要使不同的设备真正以协同方式进行通信是十分复杂的 。 要解决这个问题,势必涉及通信体系结构设计和各厂家共同遵守约定标准等问题,这也即计算机网络体系结构和协议问题 。
协议
计算机网络是由多个互连的结点组成的，结点之间需要不断地交换数据与控制信息；
要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必须遵守一些事先约定好的规则；
这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序；
这些 为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议 (Protocol)。
l语法,语法是指构成应用数据的一组规则，
是数据的表示形式，它涉及文字、图像、数据等的表示；语法实际上是一种对应用数据单元符号比特串的解释方法 ；
l语义,是指一个数据的特定内容及含义，语义是由应用层负责处理的，只有应用实体才能知道数据的意义；
l时序,即对事件实现顺序的详细说明。
网络协议的三要素网络的体系结构
一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集；
对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构模型，计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的；
网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构 (Network Architecture)。
网络体系结构的发展
1974年，美国 IBM公司首先公布了世界上第一个计算机网络体系结构（ SNA,System Network
Architecture），凡是遵循 SNA的网络设备都可以很方便地进行互连。
1977年 3月，国际标准化组织 ISO的技术委员会 TC97
成立了一个新的技术分委会 SC16专门研究,开放系统互连,,并于 1983年提出了开放系统互连参考模型，
即著名的 ISO 7498国际标准（我国相应的国家标准是
GB 9387），记为 OSI/RM。
ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分层次的原则是：
1.网中各结点都有相同的层次；
2.不同结点的同等层具有相同的功能；
3.同一结点内相邻层之间通过接口通信；
4.每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；
5.不同结点的同等层按照协议来实现对等层之间的通信；
OSI参考模型网 络 层数据链路层物 理 层数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数 据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层传输介质 传输介质
CC PCCP
网 络 层
AP
A
AP
B
O S I 环境
B
传输介质计算机
B
计算机
A
A
物理层
通过物理传输比特（ bit）流
中继器和集线器
建立、维护和取消物理连接数据链路层
将比特信息加以组织封装成数据帧（ Frame）
通过使用接收系统的硬件地址来寻址
两个子层
媒体访问控制（ MAC）
逻辑链路控制（ LLC）
网卡、网桥和交换机网络层
基于网络层地址进行不同网络系统间的路径选择
网络层地址（ IP地址 ）
分割和重新组合 数据包、分组 （ Packet）
差错检验和可能的修复
可能的数据流量控制
路由器传输层
在不同物理节点上的应用程序间建立连接以：
传输数据
将数据组织成 数据段 （ Segment）
连接类型类型
面向连接 (Connection-oriented)
无连接 (Connectionless)
5--7层
会话层
建立、管理和终止会话
表示层
利用一种公用的信息表示格式翻译多种信息
数据表示、数据安全、数据压缩
应用层
网络服务与使用者应用程序间的一个接口数据传输的封装和解封封装过程
segment→pa
cket→
frame→Bit
解封过程
bit→frame
→packet→s
egment
TCP/IP（ Transmission Control
Protocol/Internet Protocol的简写，中文为传输控制协议 /互联网络协议）
TCP/IP是 20世纪 70年代中期，美国国防部为其
ARPANET广域网开发的网络体系结构和协议标准
。到 80年代它被确定为因特网的通信协议。
TCP/IP是一组通信协议的代名词，是由一系列协议组成的协议簇。它本身指两个协议集,TCP为传输控制协议,IP为互连网络协议。
TCP/IP简介
TCP/IP虽不是国际标准，但它是为全世界广大用户和厂商接受的网络互连的事实标准。
是目前最流行的商业化的协议，并被公认为当前的工业标准或“事实上的标准”。
TCP/IP协议特点：
1.开放的协议标准，可以免费使用；
2.独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；
3.统一的网络地址分配方案，使得整个
TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；
TCP/IP参考模型与层次
TCP/IP参考模型的各层
第 1层：网络接口层 (Network Interface)
网络接口层对应 OSI物理层和数据链路层并实现与它们相同的功能，其中包括 LAN和
WAN的技术细节。这一层也称为 主机到网络层 (Host-to-Network)。
TCP/IP参考模型的各层第 2层：互联网络层 (internet)
互联网络层的目的是运送数据包，将数据从任何在相连的网络上送到目的地，
管理这层的特定协议称为互联网络协议
(IP)。最佳的路径选定和数据包交换都发生在这层。
TCP/IP参考模型的各层第 3层：传输层 (Transport)
传输层负责处理有关服务质量等事项，
如可靠度、流量控制和错误校正。该层可以提供不同服务质量、不同可靠性保证的传输服务，并且协议发送端和目标端的传输速度差异。这一层也称为 主机到主机层 (Host-
to-Host)。
TCP/IP参考模型的各层第 4层：应用层 (Application)
应用层包括会话层和表示层的功能，
用来建立应用层来处理高层协议、有关表达、编码和会话控制。 TCP/IP将所有应用程序相关的内容都归为一层，并保证为下层适当的将数据封装成数据包。
TCP/IP协议栈
OSI参考模型与 TCP/IP参考模型的比较
OSI参考模型与 TCP/IP 参考模型的共同之处是,它们都采用了层次结构的概念，在传输层中二者定义了相似的功能。
但是，二者在层次划分与使用的协议上，
有很大区别 ;
3.2 物理层简介物理层位于 OSI参考模型的最底层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体 (即信道 )。物理层的传输单位为比特。物理层是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始透明比特流的物理连接。
数据终端设备 DTE（ Date Terminal Equipment ）
具有一定数据处理及发送和接收能力的设备。
数据电路端接设备 DCE (Date Circuit
Terminating Equipment 是在 DTE和传输网络之间就提供信号变换和编码的能力。
DTE和 DCE
物理层接口与协议物理层协议物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信号有关的特性,包括机械特性、电气特性、功能特性和规程特性四个方面 。这些特性确保物理层通过物理信号的传输可以在相邻的网络节点之间正确地收发比特流信息。
这样做的主要目的，是为了便于不同的制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备。使各个厂家的产品都能够相互兼容。
机械特性：
规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式、锁定装置形式等。一般来说,DTE的连接器常用插针形式，其几何尺寸与 DCE连接器相配合，插针芯数和排列方式与 DCE连接器成镜像对称。使用 25根引脚的 DB-25插头座，它的两个固定螺丝中心之间的距离为 47.04017 mm，其他方面的尺寸也都有详细的规定
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
图2,5 0 E I A - 2 3 2 - D 2 5 根引脚编号图电气特性一般包括：接收器和发送器电路特性的说明、表示信号状态的电压 /电流电平的识别、
最大传输速率的说明、以及与互连电缆相关的规则等。物理层的电气特性还规定了 DTE-
DCE接口线的信号电平、发送器的输出阻抗、
接收器的输入阻抗等电器参数。
电气特性电气特性,EIA-232-D与 CCITT的 V.28
建议书一致,采用负逻辑,此时逻辑 0相当于对信号地线有 +5V-- +15V的电压，而逻辑 1相当于对信号地线有 -5V-- -15V的电压。
逻辑,0”相当于数据,0”（空号）或控制线的,接通,状态；逻辑,1”相当于数据
,1”（传号）或控制线的,断开,状态。
功能特性
l 功能特性,EIA-232-D的功能特性与
CCITT的 V.24建议书一致 。 它规定了什么电路应当连接到 25根引脚中的哪一根以及该引脚信号线的作用 。 下图画的是最常用的 10根引脚信号线的作用,其余的一些引脚可以空着不用 。
D T E
计算机或终端
D C E
调制解调器图2,5 1 E I A - 2 3 2 - D / V,2 4 的主要信号线定义
20
保护地( P r o t e c t i v e G r o u n d )①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
22
发送( T X D )
接收( R X D )
请求发送( R T S )
允许发送( C T S )
D C E 就绪( D S R )
信号地( S i g n a l G r o u n d )
载波检测( D C D )
D T E 就绪( D T R )
振铃指示( R I )
规程特性
l规程特性,EIA-232-D的规程特性也与
CCITT的 V.24建议书一致,可用下例简单说明 。
l假设有一台计算机 DTE通过调制解调器 DCE
及电话线路与远端的终端 DTE建立呼叫并进行半双工通信，待数据传送完毕以后，释放呼叫。
3.3物理传输介质在网络的最低层次上，所有计算机通信都以某种能量形式对数据进行编码，
并将这些能量通过传输介质发送出去。
例如，电流可用来在导线上传输数据，
而无线电波可用来在空中传输数据。
网络传输介质双绞线有线 同轴电缆光纤无线传输媒体概述 微波卫星红外线双绞线的两种类型
非屏蔽双绞线
(Unshielded Twisted-Pair,UTP)
屏蔽双绞线
(Shielded Twisted-Pair,STP)
比 UTP多一层屏蔽层双绞线的结构 (1)
双绞线的结构每根线的绝缘层用于隔离两根导线，绞在一起可减少干扰绞在一起限制了电磁能量的发射，并有助于防止双绞线中的电流发射能量干扰其他导线。其次，绞在一起也使双绞线本身不易被电磁能量所干扰，有助于防止其他导线中的信号干扰这两根导线。
双绞线的颜色序号 1 2 3 4 5 6 7 8
颜色 橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕双绞线的接头 (RJ45)
正面侧面双绞线的线材等级类别 最大传输速度 应 用
1类 2Mbit/s 模拟和数字语音 (电话 )通信以及低速的数据传输 。
2类 4Mbit/s 语音,ISDN和不超过的 4Mbit/s的局域网数据传输 。
3类 16Mbit/s 不超过 16Mbit/s的局域网数据传输 。
4类 20Mbit/s 不超过 20Mbit/s的局域网数据传输 。
5类 100Mbit/s 100Mbit/s距离 100米的局域网数据传输 。
E5类 1000Mbit/s 1000Mbit/s的局域网数据传输
6类 2.4Gbit/s 1000Mbit/s以上的的局域网数据传输 。
同轴电缆网络中使用的第二种导线是同轴电缆，
和有线电视所用的电缆一样。同轴电缆较双绞线有更好的抗干扰作用。与双绞线绞在一起以限制干扰不同，同轴电缆由一根为金属屏蔽层所包围的导线组成。
同轴电缆的结构同轴电缆的类型和技术标准类型技术标准 细缆 粗缆直径 0.25英寸 0.5英寸传输距离 185m 500m
接头 螺旋形 BNC头 (端接 )T形头 (分接 ) AUI
阻抗 50 Ω 50 Ω
应用的局域网类型
10Base2
(细缆以太网 )
10Base5
(粗缆以太网 )
光纤的结构光纤的类型
多模光纤 (Multimode Fiber,MMF)
光信号不止一种波长，典型的多模光纤尺寸为 62.5μm/125μm
单模光纤 (Singlemode Fiber,SMF )
光信息只有一种波长，典型的单模光纤尺寸为 8μm/125μm
光纤的类型光纤通信系统无线传输介质
在一些电缆光纤难于通过或施工困难的场合,
例如,高山,湖泊或岛屿等,即使在城市中挖开马路敷设电缆有时也很不划算,特别是通信距离很远,对通信安全性要求不高,敷设电缆或光纤既昂贵又费时,若利用无线电波等无线传输介质在自由空间传播,就会有较大的机动灵活性,可以轻松实现多种通信,抗自然灾害能力和可靠性也较高 。
红外线红外线一般局限于一个很小的区域（例如，在一个房间内）并且通常要求发送器直接指向接收器。 红外硬件与采用其他机制的设备比较相对便宜，且不需要天线。计算机网络可以使用红外技术进行数据通信。 例如，为一个大房间配备一套红外连接以使该房间内的所有计算机在房间内移动时仍能和网络保持连接。红外网络对小型的便携计算机尤为方便。因为红外技术提供了无需天线的无绳连接。这样，使用红外技术的便携计算机可将所有的通信硬件放在机内。
红外线红外线红外网络需要通信的双方设备都拥有一个收发器，最好还有同步软件。传输速度
4Mbit/s~16Mbit/s。
红外线是一种视线技术，不能通过不透明的物理 (如墙壁 )，并且易受外界光线干扰。
微波超出无线电和电视所用的频率范围的微波也能用于传播信息，许多长途电话公司使用微波传输电话通信。一些大公司也安装了微波通信系统作为公司网络的一部分。与无线电波向各个方向传播不同，微波传输集中于某个方向，可以防止他人截取信号。但是，
微波不能穿透金属。微波传输在发送和接收器之间存在无障碍的通道时工作得很好，因此，绝大多数微波装置都设有高于周围建筑物和植被的高塔，并且其发送器都直接朝向对方高塔上的接收器 。
卫星卫星通信
卫星通信就是利用位于 3万 6千公里高空的人造地球同步卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力通信。卫星通信可以克服地面微波通信的距离限制，其最大特点就是通信距离远，
且通信费用与通信距离无关。
卫星通信的优点是,卫星通信的频带比微波接力通信更宽，通信容量更大，信号所受到的干扰也较小，
误码率也较小，通信比较稳定可靠。
卫星通信的缺点是：传播时延较长。
传输介质的选择传输介质的选择取决于以下诸因素,网络拓扑的结构、实际需要的通信容量、可靠性要求以及价格 等。
双绞线的显著特点是，价格便宜，但与同轴电缆相比，
其带宽受到限制。对于单个建筑物内低通信容量局域网来说，双绞线性能价格比是最好的。
光纤与双绞线和同轴电缆相比较，有一系列的优点：
频带宽、速率高、体积小、重量轻、衰减小、能电磁隔离、误码率低等，因此在高速数据通信中有广泛的应用。随着光纤产品价格的降低，性能的提高，光纤作为主流媒体将被进一步广泛采用。
3.4 数据链路层数据链路层的功能数据链路层最基本的服务是将源网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的网络层。
为达到这一目的，数据链路层必须具备一系列相应的功能，这些功能主要包括：
成帧
差错控制
流量控制
链路管理帧同步功能
为了使接收方能够检查传送数据，就必须能从物理层所收到的比特流中明确区分一个数据帧的开始和结束位置，这就是帧同步问题。
帧同步主要有 4种方法：
字节计数法
使用字符填充的首尾定界法
使用比特填充的首尾标志法
违规编码法
带位填充的首尾标记定界法
帧的起始和结束都用一个特殊的位串,01111110”,
称为 标记 (flag)
,0” 比特插入删除技术
采用,0”比特填充法进行位同步控制，同步位模式为 01111110。如果接收到的比特串为
10011111001111101，则原先未填充的比特串为
( )。
A.10011111001111101 B.100111110111111
C.100111110111110 D.111111001111101
差错控制功能
通信系统必须具备发现差错的能力，并采取措施纠正之，将差错的出现控制在所能允许的尽可能小的范围内，这就是差错控制功能。
主要策略：
差错编码和重发
计时器
对帧编号流量控制功能
流量控制处理的是发送方发送能力大于接收方接收能力的问题。
流量控制实际上是限制发送方的数据流量，使其发送速率不要超过接收方所能处理的范围。
链路管理功能数据链路层实现的链路的建立、
维持和释放功能统称链路管理 。
停等协议
停等 (Stop and Wait)协议是一个最简单的协议。它规定发送方每发送一帧就要停下来，等待对方已正确接收的确认 (Acknowledgement)返回后才能继续发送下一帧。发送的数据帧必须编号以区分是新发送的帧还是重发的帧。
停等协议的优点：简单
停等协议的缺点：造成信道浪费
捎带确认 (piggyback acknow ledgement)在双向传送时，返回的 ACK帧通常可由反向发送的数据帧一起捎带回来
“回退 n” Go Back n协议连续 AQR (Automatic Repeat Request)
为了提高信道的有效利用率，允许发送方不等确认帧返回就连续发送若干帧。。
允许连续发出多个未被确认的帧，要采用多位帧号才能区分
要求发送方有较大的发送缓冲区保留准备重发的帧
接收方应以正确的顺序将报文送主机
需要重发出错以后的所有帧，所以称为,回退 n”(Go
Back n)
实例如下图 回退 n协议回退 n协议
5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 84 9
0 1 7 85 63 42
0 1 2 3
E D D D D D D
发 送 方 发 送 帧接 收 方 接 收 帧时 间出 错计 时 器 超 时 重 传丢 弃
A A
c
k
3
A
c
k
4
A
c
k
5
A
c
k
6
A
c
k
2
c
k
1
A
c
k
0
1 0
选择重传协议
若某一帧出错，后面送来的正确的帧虽然不能立即送主机，但接收方仍可收下来，放在一个缓冲区中，同时只要求发送方重新传送出错的那一帧，一旦收到重传的帧后，就可与原先已正确接收但暂存在缓冲区中的其余帧一起按正确的顺序送主机。
图,选择重传 ARQ
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6
0 31 7654 8 1 21 11 09 1 3 1 42
2
E
发 送 方 发 送 帧接 收 方 接 收 帧出错将 2 ～ 6 依 次 送 主 机选 择 重 传时 间
A
c
k
6
A
c
k
7
A
c
k
8
A
c
k
9
A
c
k
1
0
A
c
k
1
1
A
c
k
1
2
A
c
k
0
A
c
k
1
N
a
k
2
暂 存 不 送 主 机说 明
选择重传看起来要比 go-back-N效率更高,因为它尽量减少了重传的量 。 另一方面,接收端必须维持一个足够大的缓存以便存错误帧之后收到的各帧,直到出错的帧被重传,而且它必须具有将收到的重传帧插入到正确位置的逻辑功能 。 发送端也要求更复杂的逻辑功能以便能够不按顺序发送一个帧 。 由于有这样的复杂性,选择重传 ARQ远不如 go-back-
N ARQ用得广泛 。
l 掌握开放系统互连参考模型中的若干重要概念 (分层,协议,网络体系结构 )
l 掌握 OSI/RM各层协议的功能及基本原理并掌握传输控制协议 TCP/IP
3.1网络体系结构概述计算机网络系统是由各种各样的计算机和终端设备通过通信线路连接起来的复杂系统
。 在这个系统中,由于 计算机类型,通信线路类型,连接方式,同步方式,通信方式等的不同,给网络各结点的通信带来诸多不便
。 要使不同的设备真正以协同方式进行通信是十分复杂的 。 要解决这个问题,势必涉及通信体系结构设计和各厂家共同遵守约定标准等问题,这也即计算机网络体系结构和协议问题 。
协议
计算机网络是由多个互连的结点组成的，结点之间需要不断地交换数据与控制信息；
要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必须遵守一些事先约定好的规则；
这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序；
这些 为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议 (Protocol)。
l语法,语法是指构成应用数据的一组规则，
是数据的表示形式，它涉及文字、图像、数据等的表示；语法实际上是一种对应用数据单元符号比特串的解释方法 ；
l语义,是指一个数据的特定内容及含义，语义是由应用层负责处理的，只有应用实体才能知道数据的意义；
l时序,即对事件实现顺序的详细说明。
网络协议的三要素网络的体系结构
一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集；
对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构模型，计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的；
网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构 (Network Architecture)。
网络体系结构的发展
1974年，美国 IBM公司首先公布了世界上第一个计算机网络体系结构（ SNA,System Network
Architecture），凡是遵循 SNA的网络设备都可以很方便地进行互连。
1977年 3月，国际标准化组织 ISO的技术委员会 TC97
成立了一个新的技术分委会 SC16专门研究,开放系统互连,,并于 1983年提出了开放系统互连参考模型，
即著名的 ISO 7498国际标准（我国相应的国家标准是
GB 9387），记为 OSI/RM。
ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分层次的原则是：
1.网中各结点都有相同的层次；
2.不同结点的同等层具有相同的功能；
3.同一结点内相邻层之间通过接口通信；
4.每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；
5.不同结点的同等层按照协议来实现对等层之间的通信；
OSI参考模型网 络 层数据链路层物 理 层数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数 据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层传输介质 传输介质
CC PCCP
网 络 层
AP
A
AP
B
O S I 环境
B
传输介质计算机
B
计算机
A
A
物理层
通过物理传输比特（ bit）流
中继器和集线器
建立、维护和取消物理连接数据链路层
将比特信息加以组织封装成数据帧（ Frame）
通过使用接收系统的硬件地址来寻址
两个子层
媒体访问控制（ MAC）
逻辑链路控制（ LLC）
网卡、网桥和交换机网络层
基于网络层地址进行不同网络系统间的路径选择
网络层地址（ IP地址 ）
分割和重新组合 数据包、分组 （ Packet）
差错检验和可能的修复
可能的数据流量控制
路由器传输层
在不同物理节点上的应用程序间建立连接以：
传输数据
将数据组织成 数据段 （ Segment）
连接类型类型
面向连接 (Connection-oriented)
无连接 (Connectionless)
5--7层
会话层
建立、管理和终止会话
表示层
利用一种公用的信息表示格式翻译多种信息
数据表示、数据安全、数据压缩
应用层
网络服务与使用者应用程序间的一个接口数据传输的封装和解封封装过程
segment→pa
cket→
frame→Bit
解封过程
bit→frame
→packet→s
egment
TCP/IP（ Transmission Control
Protocol/Internet Protocol的简写，中文为传输控制协议 /互联网络协议）
TCP/IP是 20世纪 70年代中期，美国国防部为其
ARPANET广域网开发的网络体系结构和协议标准
。到 80年代它被确定为因特网的通信协议。
TCP/IP是一组通信协议的代名词，是由一系列协议组成的协议簇。它本身指两个协议集,TCP为传输控制协议,IP为互连网络协议。
TCP/IP简介
TCP/IP虽不是国际标准，但它是为全世界广大用户和厂商接受的网络互连的事实标准。
是目前最流行的商业化的协议，并被公认为当前的工业标准或“事实上的标准”。
TCP/IP协议特点：
1.开放的协议标准，可以免费使用；
2.独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；
3.统一的网络地址分配方案，使得整个
TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；
TCP/IP参考模型与层次
TCP/IP参考模型的各层
第 1层：网络接口层 (Network Interface)
网络接口层对应 OSI物理层和数据链路层并实现与它们相同的功能，其中包括 LAN和
WAN的技术细节。这一层也称为 主机到网络层 (Host-to-Network)。
TCP/IP参考模型的各层第 2层：互联网络层 (internet)
互联网络层的目的是运送数据包，将数据从任何在相连的网络上送到目的地，
管理这层的特定协议称为互联网络协议
(IP)。最佳的路径选定和数据包交换都发生在这层。
TCP/IP参考模型的各层第 3层：传输层 (Transport)
传输层负责处理有关服务质量等事项，
如可靠度、流量控制和错误校正。该层可以提供不同服务质量、不同可靠性保证的传输服务，并且协议发送端和目标端的传输速度差异。这一层也称为 主机到主机层 (Host-
to-Host)。
TCP/IP参考模型的各层第 4层：应用层 (Application)
应用层包括会话层和表示层的功能，
用来建立应用层来处理高层协议、有关表达、编码和会话控制。 TCP/IP将所有应用程序相关的内容都归为一层，并保证为下层适当的将数据封装成数据包。
TCP/IP协议栈
OSI参考模型与 TCP/IP参考模型的比较
OSI参考模型与 TCP/IP 参考模型的共同之处是,它们都采用了层次结构的概念，在传输层中二者定义了相似的功能。
但是，二者在层次划分与使用的协议上，
有很大区别 ;
3.2 物理层简介物理层位于 OSI参考模型的最底层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体 (即信道 )。物理层的传输单位为比特。物理层是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始透明比特流的物理连接。
数据终端设备 DTE（ Date Terminal Equipment ）
具有一定数据处理及发送和接收能力的设备。
数据电路端接设备 DCE (Date Circuit
Terminating Equipment 是在 DTE和传输网络之间就提供信号变换和编码的能力。
DTE和 DCE
物理层接口与协议物理层协议物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信号有关的特性,包括机械特性、电气特性、功能特性和规程特性四个方面 。这些特性确保物理层通过物理信号的传输可以在相邻的网络节点之间正确地收发比特流信息。
这样做的主要目的，是为了便于不同的制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备。使各个厂家的产品都能够相互兼容。
机械特性：
规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式、锁定装置形式等。一般来说,DTE的连接器常用插针形式，其几何尺寸与 DCE连接器相配合，插针芯数和排列方式与 DCE连接器成镜像对称。使用 25根引脚的 DB-25插头座，它的两个固定螺丝中心之间的距离为 47.04017 mm，其他方面的尺寸也都有详细的规定
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
图2,5 0 E I A - 2 3 2 - D 2 5 根引脚编号图电气特性一般包括：接收器和发送器电路特性的说明、表示信号状态的电压 /电流电平的识别、
最大传输速率的说明、以及与互连电缆相关的规则等。物理层的电气特性还规定了 DTE-
DCE接口线的信号电平、发送器的输出阻抗、
接收器的输入阻抗等电器参数。
电气特性电气特性,EIA-232-D与 CCITT的 V.28
建议书一致,采用负逻辑,此时逻辑 0相当于对信号地线有 +5V-- +15V的电压，而逻辑 1相当于对信号地线有 -5V-- -15V的电压。
逻辑,0”相当于数据,0”（空号）或控制线的,接通,状态；逻辑,1”相当于数据
,1”（传号）或控制线的,断开,状态。
功能特性
l 功能特性,EIA-232-D的功能特性与
CCITT的 V.24建议书一致 。 它规定了什么电路应当连接到 25根引脚中的哪一根以及该引脚信号线的作用 。 下图画的是最常用的 10根引脚信号线的作用,其余的一些引脚可以空着不用 。
D T E
计算机或终端
D C E
调制解调器图2,5 1 E I A - 2 3 2 - D / V,2 4 的主要信号线定义
20
保护地( P r o t e c t i v e G r o u n d )①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
22
发送( T X D )
接收( R X D )
请求发送( R T S )
允许发送( C T S )
D C E 就绪( D S R )
信号地( S i g n a l G r o u n d )
载波检测( D C D )
D T E 就绪( D T R )
振铃指示( R I )
规程特性
l规程特性,EIA-232-D的规程特性也与
CCITT的 V.24建议书一致,可用下例简单说明 。
l假设有一台计算机 DTE通过调制解调器 DCE
及电话线路与远端的终端 DTE建立呼叫并进行半双工通信，待数据传送完毕以后，释放呼叫。
3.3物理传输介质在网络的最低层次上，所有计算机通信都以某种能量形式对数据进行编码，
并将这些能量通过传输介质发送出去。
例如，电流可用来在导线上传输数据，
而无线电波可用来在空中传输数据。
网络传输介质双绞线有线 同轴电缆光纤无线传输媒体概述 微波卫星红外线双绞线的两种类型
非屏蔽双绞线
(Unshielded Twisted-Pair,UTP)
屏蔽双绞线
(Shielded Twisted-Pair,STP)
比 UTP多一层屏蔽层双绞线的结构 (1)
双绞线的结构每根线的绝缘层用于隔离两根导线，绞在一起可减少干扰绞在一起限制了电磁能量的发射，并有助于防止双绞线中的电流发射能量干扰其他导线。其次，绞在一起也使双绞线本身不易被电磁能量所干扰，有助于防止其他导线中的信号干扰这两根导线。
双绞线的颜色序号 1 2 3 4 5 6 7 8
颜色 橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕双绞线的接头 (RJ45)
正面侧面双绞线的线材等级类别 最大传输速度 应 用
1类 2Mbit/s 模拟和数字语音 (电话 )通信以及低速的数据传输 。
2类 4Mbit/s 语音,ISDN和不超过的 4Mbit/s的局域网数据传输 。
3类 16Mbit/s 不超过 16Mbit/s的局域网数据传输 。
4类 20Mbit/s 不超过 20Mbit/s的局域网数据传输 。
5类 100Mbit/s 100Mbit/s距离 100米的局域网数据传输 。
E5类 1000Mbit/s 1000Mbit/s的局域网数据传输
6类 2.4Gbit/s 1000Mbit/s以上的的局域网数据传输 。
同轴电缆网络中使用的第二种导线是同轴电缆，
和有线电视所用的电缆一样。同轴电缆较双绞线有更好的抗干扰作用。与双绞线绞在一起以限制干扰不同，同轴电缆由一根为金属屏蔽层所包围的导线组成。
同轴电缆的结构同轴电缆的类型和技术标准类型技术标准 细缆 粗缆直径 0.25英寸 0.5英寸传输距离 185m 500m
接头 螺旋形 BNC头 (端接 )T形头 (分接 ) AUI
阻抗 50 Ω 50 Ω
应用的局域网类型
10Base2
(细缆以太网 )
10Base5
(粗缆以太网 )
光纤的结构光纤的类型
多模光纤 (Multimode Fiber,MMF)
光信号不止一种波长，典型的多模光纤尺寸为 62.5μm/125μm
单模光纤 (Singlemode Fiber,SMF )
光信息只有一种波长，典型的单模光纤尺寸为 8μm/125μm
光纤的类型光纤通信系统无线传输介质
在一些电缆光纤难于通过或施工困难的场合,
例如,高山,湖泊或岛屿等,即使在城市中挖开马路敷设电缆有时也很不划算,特别是通信距离很远,对通信安全性要求不高,敷设电缆或光纤既昂贵又费时,若利用无线电波等无线传输介质在自由空间传播,就会有较大的机动灵活性,可以轻松实现多种通信,抗自然灾害能力和可靠性也较高 。
红外线红外线一般局限于一个很小的区域（例如，在一个房间内）并且通常要求发送器直接指向接收器。 红外硬件与采用其他机制的设备比较相对便宜，且不需要天线。计算机网络可以使用红外技术进行数据通信。 例如，为一个大房间配备一套红外连接以使该房间内的所有计算机在房间内移动时仍能和网络保持连接。红外网络对小型的便携计算机尤为方便。因为红外技术提供了无需天线的无绳连接。这样，使用红外技术的便携计算机可将所有的通信硬件放在机内。
红外线红外线红外网络需要通信的双方设备都拥有一个收发器，最好还有同步软件。传输速度
4Mbit/s~16Mbit/s。
红外线是一种视线技术，不能通过不透明的物理 (如墙壁 )，并且易受外界光线干扰。
微波超出无线电和电视所用的频率范围的微波也能用于传播信息，许多长途电话公司使用微波传输电话通信。一些大公司也安装了微波通信系统作为公司网络的一部分。与无线电波向各个方向传播不同，微波传输集中于某个方向，可以防止他人截取信号。但是，
微波不能穿透金属。微波传输在发送和接收器之间存在无障碍的通道时工作得很好，因此，绝大多数微波装置都设有高于周围建筑物和植被的高塔，并且其发送器都直接朝向对方高塔上的接收器 。
卫星卫星通信
卫星通信就是利用位于 3万 6千公里高空的人造地球同步卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力通信。卫星通信可以克服地面微波通信的距离限制，其最大特点就是通信距离远，
且通信费用与通信距离无关。
卫星通信的优点是,卫星通信的频带比微波接力通信更宽，通信容量更大，信号所受到的干扰也较小，
误码率也较小，通信比较稳定可靠。
卫星通信的缺点是：传播时延较长。
传输介质的选择传输介质的选择取决于以下诸因素,网络拓扑的结构、实际需要的通信容量、可靠性要求以及价格 等。
双绞线的显著特点是，价格便宜，但与同轴电缆相比，
其带宽受到限制。对于单个建筑物内低通信容量局域网来说，双绞线性能价格比是最好的。
光纤与双绞线和同轴电缆相比较，有一系列的优点：
频带宽、速率高、体积小、重量轻、衰减小、能电磁隔离、误码率低等，因此在高速数据通信中有广泛的应用。随着光纤产品价格的降低，性能的提高，光纤作为主流媒体将被进一步广泛采用。
3.4 数据链路层数据链路层的功能数据链路层最基本的服务是将源网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的网络层。
为达到这一目的，数据链路层必须具备一系列相应的功能，这些功能主要包括：
成帧
差错控制
流量控制
链路管理帧同步功能
为了使接收方能够检查传送数据，就必须能从物理层所收到的比特流中明确区分一个数据帧的开始和结束位置，这就是帧同步问题。
帧同步主要有 4种方法：
字节计数法
使用字符填充的首尾定界法
使用比特填充的首尾标志法
违规编码法
带位填充的首尾标记定界法
帧的起始和结束都用一个特殊的位串,01111110”,
称为 标记 (flag)
,0” 比特插入删除技术
采用,0”比特填充法进行位同步控制，同步位模式为 01111110。如果接收到的比特串为
10011111001111101，则原先未填充的比特串为
( )。
A.10011111001111101 B.100111110111111
C.100111110111110 D.111111001111101
差错控制功能
通信系统必须具备发现差错的能力，并采取措施纠正之，将差错的出现控制在所能允许的尽可能小的范围内，这就是差错控制功能。
主要策略：
差错编码和重发
计时器
对帧编号流量控制功能
流量控制处理的是发送方发送能力大于接收方接收能力的问题。
流量控制实际上是限制发送方的数据流量，使其发送速率不要超过接收方所能处理的范围。
链路管理功能数据链路层实现的链路的建立、
维持和释放功能统称链路管理 。
停等协议
停等 (Stop and Wait)协议是一个最简单的协议。它规定发送方每发送一帧就要停下来，等待对方已正确接收的确认 (Acknowledgement)返回后才能继续发送下一帧。发送的数据帧必须编号以区分是新发送的帧还是重发的帧。
停等协议的优点：简单
停等协议的缺点：造成信道浪费
捎带确认 (piggyback acknow ledgement)在双向传送时，返回的 ACK帧通常可由反向发送的数据帧一起捎带回来
“回退 n” Go Back n协议连续 AQR (Automatic Repeat Request)
为了提高信道的有效利用率，允许发送方不等确认帧返回就连续发送若干帧。。
允许连续发出多个未被确认的帧，要采用多位帧号才能区分
要求发送方有较大的发送缓冲区保留准备重发的帧
接收方应以正确的顺序将报文送主机
需要重发出错以后的所有帧，所以称为,回退 n”(Go
Back n)
实例如下图 回退 n协议回退 n协议
5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 84 9
0 1 7 85 63 42
0 1 2 3
E D D D D D D
发 送 方 发 送 帧接 收 方 接 收 帧时 间出 错计 时 器 超 时 重 传丢 弃
A A
c
k
3
A
c
k
4
A
c
k
5
A
c
k
6
A
c
k
2
c
k
1
A
c
k
0
1 0
选择重传协议
若某一帧出错，后面送来的正确的帧虽然不能立即送主机，但接收方仍可收下来，放在一个缓冲区中，同时只要求发送方重新传送出错的那一帧，一旦收到重传的帧后，就可与原先已正确接收但暂存在缓冲区中的其余帧一起按正确的顺序送主机。
图,选择重传 ARQ
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6
0 31 7654 8 1 21 11 09 1 3 1 42
2
E
发 送 方 发 送 帧接 收 方 接 收 帧出错将 2 ～ 6 依 次 送 主 机选 择 重 传时 间
A
c
k
6
A
c
k
7
A
c
k
8
A
c
k
9
A
c
k
1
0
A
c
k
1
1
A
c
k
1
2
A
c
k
0
A
c
k
1
N
a
k
2
暂 存 不 送 主 机说 明
选择重传看起来要比 go-back-N效率更高,因为它尽量减少了重传的量 。 另一方面,接收端必须维持一个足够大的缓存以便存错误帧之后收到的各帧,直到出错的帧被重传,而且它必须具有将收到的重传帧插入到正确位置的逻辑功能 。 发送端也要求更复杂的逻辑功能以便能够不按顺序发送一个帧 。 由于有这样的复杂性,选择重传 ARQ远不如 go-back-
N ARQ用得广泛 。
