第三章、计算机网络体系结构与协议

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章、计算机网络体系结构与协议,2,1,3,4,5,6,7,OSI,参考模型,数据链路层是,OSI,参考模型中的第二层，介于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，,其最基本的服务是将源机网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。,为达到这一目的，数据链路层必须具备一系列相应的功能，主要有：,1、,如何将数据组合成数据块,，在数据链路层中称这种数据块为帧（,frame），,帧是数据链路层的传送单位。,2、,如何控制帧在物理信道上的传输,，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使与接收方相匹配。,3、,在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理,。,数据链路层差错控制,我们将通过通信信道后接收的数据与发送的数据不一致的现象称为传输差错，通常简称为差错。,出现差错的产生是不可避免的，重要的是分析差错产生的原因与差错类型，研究检查是否出现差错以及如何纠正差错，即所谓的差错控制方法。,1、差错产生的原因,当数据从发送方出发，通过通信信道时，由于通信信道总是有一定的噪声存在，在到达接收方时，接收信号是数据信号与噪声的叠加。在接收端，接收电路在取样时判断信号电平。如果噪声对信号叠加的结果在电平判决时出现错误，就会引起传输数据的错误。,通信信道的噪声分为两类：,热噪声,由传输介质导体的电子热运动产生的（特点：时刻存在，幅度较小，强度与频率无关，但频谱很宽,随机噪声）,冲击噪声,是由外界电磁干扰引起的（特点：幅度较大，是引起传输差错的主要原因,突发噪声）,2、差错类型,随机差错,由随机噪声引起的错误（一般出错数据位不相邻）,突发差错,由冲击噪声引起的错误（一般会引起相邻多个数据位出错）,通信系统必须具备发现,(,即检测,),差错的能力，并采取措施纠正之，使差错控制在所能允许的尽可能小的范围内，这就是差错控制过程，也是数据链路层的主要功能之一。,数据接收方通过检错码检查传送一帧数据是否出错，一旦发现传输出错，则采用,反馈重发,ARQ,的方法来纠正。,差错控制的,2,种方式：停止等待方式、连续工作方式,2,个概念：,ACK,确认反馈,NAK,错误反馈,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,ACK,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,NAK,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,ACK,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,停止等待方式,等到确认接收方正确无误地收到数据帧后才发送下一个帧，协议简单，系统通信效率低。,发送方,接收方,连续工作方式,先将全部数据帧发送完毕后再补发错误帧，协议较复杂，但系统通信效率高。,1,1,ACK,2,2,NAK,3,3,ACK,2,2,发送方,接收方,检错码与纠错码,对于如何判断接收到的帧正确与否，人们提出了,纠错码,和,检错码,2种策略：,1、采用纠错码方案时，能够在接收端发现并自动纠正传输差错（海明码、正反码）。,2、采用检错码方案时，接收端可以发现出现了差错，但不能确定是哪一个或哪一些位是错误的，并且自己不能纠正传输差错（奇偶检验码、循环冗余编码）。,纠错码方法虽然有优越之处，但实现困难，在一般的通信场合不易采用。检错码方法虽然需要通过重传机制达到检错的目的，但原理简单，实现容易，编码与解码速度快，目前正得到广泛的使用。,奇偶校验码,奇偶校验码是一种通过增加冗余位使得码字中,“,1,”,的个数恒为奇数或偶数的编码方法,它是一种检错码。,例：使用偶校验（,“,1,”,的个数为偶数）,10110101,10110101,1,（,6,）,10110001,10110001,0,（,4,）,一般来说奇偶校验可以用来检查单个错误，检错能力差，只用于通信要求较低的环境。,TCP/IP,参考模型,1978,年,TCP/IP,协议成为网络主流协议，真正实现了不同网络设备和计算机之间的互联通信，但当时的,TCP/IP,其实并不是按照,OSI,层模型制定的。,TCP/IP,的特点：,1,、开放性、免费性。,2,、适用于各种网络，尤其是互联网。,3,、采用统一网络地址分配，具有地址唯一性。,4,、标准化高层协议，提供多种可靠用户服务。,后期在对,TCP/IP,协议的研究中，制定了,TCP/IP,参考模型，其可以看成是,OSI,的简化模型。,网络层,传输控制协议,TCP：,为应用程序提供可靠的通信连接，适合一次传输大批数据的情况，并适用于要求得到响应的应用程序。,用户报文协议,UDP：,和,TCP,相反，提供一种传输不可靠的服务，适合于一次传输少量数据，主要应用于可靠性高的局域网中。,网际协议,IP：,负责在主机和网络之间寻址和路由数据包。,传输层,地址解析协议,ARP：,将,IP,地址解析为硬件主机地址。,网际控制消息协议,ICMP：,发送消息，并报告有关数据包的传输错误。,TCP/IP,为何有如此之长的生命力。,TCP/IP,富有创造力的,2+N,结构使其可以通过增加,N,来面对网络的新应用和新需求。,TCP/IP,的,2,个主协议一般不改动，保证了协议的稳定性，保证了,TCP/IP,原有的简单、灵活、高速的设计思想。,TCP,握手协议,在,TCP/IP,协议中，,TCP,协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接。,第一次握手：,A,发送,SYN,（连接请求，包含,A,的,IP,地址）给,B,，等待,B,确认；,第二次握手：,B,收到,SYN,，必须确认,A,的连接请求，同时也发送一个,SYN,给,A,，即,SYN+ACK,；,第三次握手：,A,收到,B,的,SYN,ACK,，向,B,发送确认,ACK,，发送完毕后，,A,和,B,完成三次握手。,完成三次握手后即建立,TCP,连接，,A,和,B,开始传输数据,。,TCP,协议的不安全性,如果,A,故意不完成第三次握手过程，,B,无法收到确认的,ACK,会导致,B,一直等待,，,而,B,在有限的时间内只能响应有限数量的连接，这就会导致,B,一直等待回应而无法响应其他机器进行的连接请求。如果这种情况大量、持续出现，,B,最终会崩溃甚至死机。,1,、等待消耗,2,、虚假连接,C,A,B,B,B,B,B,B,