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石铁峰
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大学计算机网络实用技术-石铁峰-课件PPT,大学,计算机网络,实用技术,石铁峰,课件,ppt
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第3章 计算机网络体系结构与协议,3.1 网络体系结构的基本概念 3.2 开放系统互联参考模型(OSIRM) 3.3 TCP/IP体系结构 3.4 OSI与TCP/IP两种模型的比较 3.5 Internet上的IP协议与IP地址,第3章 计算机网络体系结构与协议,3.1 网络体系结构的基本概念 3.1.1 网络体系结构和网络协议的概念 计算机网络体系结构指的是整个网络系统的逻辑和功能分配，定义和描述了一组用于计算机与其通信设施之间互连的标准和规范的集合。遵循这组标准和规范就可以方便地实现计算机设备之间的通信。 计算机网络是计算机和通信设备的集合，这些设备能够通过传输介质使用通用网络协议相互通信.共享资源。在计算机网络中,存在着各种不同的计算机和不同的设备，它们可能存在着很大的差异。 为了使各种不同的系统能够进行正常的通信，通信的双方必须遵守共同一致的规则和约定。 网络协议，就是为在网络中进行的数据交换而建立的一种双方都能识别和理解的规则.标准或约定。 一个网络协议主要由以下3要素组成： （1）语法，数据与控制信息的结构或格式。即对通信双方采用的数据格式.编码等进行定义。例如，报文中内容的顺序.形式等等； （2）语义，需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种,响应。即对发出请求.执行的动作，以及对方的应答做出解释。 例如，对于报文，它由什么部分组成，哪些部分用于控制数据，哪些部分是真正的通信内容； （3）同步，即事件实现顺序的详细说明。例如，是采用同步传输还是异步传输。 3.1.2 网络的层次概念 当前实际运行的邮政系统的工作流程示意图如图3-1，图中清晰地表明了信件发送和接收的过程。整个工作过程可以看作一个分为四层的层次结构。,图3-1 邮政系统工作流程,这种分层的做法，使每一层实现一种相对简单和独立的功能，将复杂的问题分解为若干较易处理的简单问题。 计算机网络是一个非常复杂的系统，网络通信也相当复杂，涉及各种软.硬件设备。经验告诉我们，结构化设计方法解决问题的思想就是将系统模块化.并层次组织各模块。计算机网络通信的的实现过程也采用分层结构化设计。,1.计算机网络中采用分层体系结构 计算机网络上的通信相当复杂。如果用一个协议规定通信的全过程，将是一个非常困难的事情。与其他复杂的体系一样，计算机网络系统的实现也采用分层结构化方法。 2.计算机网络中采用分层体系结构，主要有以下几点好处 （1）各层之间可相互独立，问题简单化。 （2）灵活性好。 （3）易于实现和维护。 （4）有利于促进标准化 。,3.计算机网络中采用分层体系结构各层次间的关系 （1）每一层都由一些实体组成，这些实体抽象地表示了通信时的硬件元素（如I/O芯片）或软件元素（如进程）。不同机器上同一层的实体叫做对等实体。计算机网络中，正是对等实体利用该层的协议在互相通信。 （2）系统中各相邻层之间要有一个接口，它定义了较低层向较高层提供的原始操作和服务。相邻层通过相互之间的接口进行信息交换，高层并不需要知道低层是如何实现的，仅需要知道该层通过层间的接口所能提供的服务，这样使得两层之间很好的保持了功能独立性。,（3）对于网络结构化层次模型，其特点是每一层都建立在它的较低一层之上，每一层都是向它的上一层提供服务，根本不需要知道下一层是如何实现服务的。这样每一层在实现自身功能时，直接使用较低一层提供的服务，而间接地使用了更低层提供的服务，并向较高一层提供更完善的服务，同时屏蔽了具体实现这些功能的细节。,3.2 开放系统互联参考模型(OSIRM) 开放系统互联OSI中的“开放”，是指凡遵守OSI标准的系统可以互联，彼此能开放式地进行通信。在OSI术语中，将在现实世界中能够进行信息处理或信息传送的自治整体叫做实系统。若一个实系统在和其他实系统通信时遵守OSI标准，这样的实系统便称为开放实系统。但是，一个开放实系统的各种功能不一定都与互联有关，在开放实系统中其功能与互联无关的部分称为本地系统，与互联有关的各部分称为开放系统，开放系统互联参考模型中的系统即指在开放实系统中与互联有关的各部分。它是为在世界范围内实现开放系统之间的互联而制定的一种国际标准，是国际性的网络体系结构标准。,3.2.2 OSI参考模型的结构 ISO/OSI只给出了一些原则性的说明，并不是一个具体的网络。它将整个网络的功能划分成七个层次，规定了网络通信每一层的功能，为网络通信的设计规划出一张蓝图。OSI参考模型的最高层为应用层，面向用户提供各种应用服务；最低层为物理层，与通信介质相连实现真正的数据通信。两个用户计算机进行网络通信时，只有物理层存在直接的数据交流，其余各对等层之间均不存在直接的数据交流，而是通过各对等层的协议来进行通信。 将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题的方法，称为分层体系结构方法。其划分原则如下 ：,（1）不同节点都划分为相同的层次结构。 （2）不同节点相同层实现一个定义明确的相同功能。 （3）每层功能的选择应该有助于制定网络协议的规范。 （4）各层边界的选择应尽量减少接口间的通信量。 （5）分层数不能太多也不能太少，避免功能划分不清楚和结构繁琐。 OSI将这7层从低到高分别叫做物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。如图3-2所示为ISO/OSI的7层结构。,图3-2 ISO/OSI 7层参模型,不同节点的同等层次具有相同的功能，同一节点内相邻层之间通过接口通信；每一层使用其更低一层提供的服务，并向其更高一层提供服务，同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信(虚拟通信)，如图3-3所示。,图3-3 ISO/OSI 两节点的层次模型,3.2.3 OSI/OSI 7层功能简介 1物理层 物理层的主要任务就是透明地传送二进制比特流，但是物理层并不关心比特流的实际意义和结构，只是负责接收和传送比特流。 为了实现物理层的功能，该层所涉及的内容主要有以下几个方面： （1）通信连接端口与传输媒体的物理和电气特性 （2）比特流的同步和传输方式 （3）网络的物理拓扑结构 （4）物理层完成的其他功能,2数据链路层 数据链路层（简称链路层）传输数据的单位是帧，其主要任务是通过数据链路层协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。由于物理层仅仅接收和传送比特流，并不关心比特流的意义和结构，所以数据链路层要产生和识别数据帧的边界。另外，数据链路层还提供了差错控制与流量控制的方法，保证在物理线路上传送的数据无差错。 数据链路层具体内容如下： （1）成帧,（2）物理地址寻址 （3）流量控制 （4）差错控制 （5）接入控制 3网络层 网络层传送的数据单位是报文分组或包。网络层的关键问题是如何进行路由选择，使发送站的传输层所传下来的报文能够正确无误地交付给目的站的传输层。路由选择的好坏在很大程度上决定了网络的性能，如网络吞吐量.平均延迟时间.资源的有效利用率等。,网络层的具体内容有以下几点： （1）逻辑地址寻址 （2）路由功能 （3）流量控制 （4）拥塞控制 4传输层 传输层所传送的数据单位是报文。传输层是通信子网（下面3层）和资源子网（上面3层）的分界线，它屏蔽了传输层以下的数据通信细节 ，使高层用户感觉不到通信子网的存在。传输层的主要功能是从会话层接收数据报文，并且当所发送的报文较长时，并且当所发送,的报文较长时，在传输层先要把它分割成若干个报文分组，然后再交给它的下一层（即网络层）进行传输。另外，这一层还负责报文错误的确认和恢复，以确保信息的可靠传递。 5会话层 会话层允许不同机器上的用户建立会话关系，它主要是针对远程访问，目的是完成正常的数据交换，并提供了对某些应用的增强服务会话。会话层的主要任务包括会话管理.传输同步以及数据交换管理等。 6表示层 表示层关心的是所传输的信息的语法和语义，但其,仅完成语法的处理，而语义的处理是由应用层来完成的。其主要功能有：用于处理在多个通信系统之间交换信息的表示方式，包括数据格式的转换 7应用层 应用层是OSI网络体系结构的最高层，是计算机网络与最终用户间的界面，为网络用户之间的通信提供专用的程序。 在OSI/RM中底三层，即物理层.数据链路层.网络层，负责有关通信子网的工作，属传输控制层；上三层，即会话层.表示层.应用层负责有关资源子网的工作，属应用控制层；而第四层连接通信子网和资源子网，是前两者的接口。,3.2.4 OSI环境中的数据传输过程 对等层协议之间需要交换的信息单元叫
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