第2章计算机网络体系结构与协议-1.ppt

第2章计算机网络体系结构与协议 主要内容 计算机网络体系结构的协议 协议分层的概念和原则 协议 接口 服务等概念之间的关系 OSI和TCP IP网络参考模型 2 1网络体系结构中的几个概念 实体 是能够发送和接受信息的任何东西 它并不是指一台计算机 一部电话或一台交换机 这里所说的实体往往是进程 用户程序 网管系统 电子邮件设备等 网络节点 我们通常把计算机 交换机等设备称为网络节点 一个网络节点里包含了多个网络实体 协议三个要素 1 语义 规定通信双方彼此 讲什么 即确定协议元素的类型 如规定通信双方要发出什么控制信息 执行的动作和返回的应答 2 语法 规定通信双方彼此 如何讲 即确定协议元素的格式 如数据和控制信息的格式 3 时序 定时关系 规定了信息交流的次序 协议 是计算机网络实体之间有关通信规则约定的集合 为进行网络中的数据交换而建立的规则 标准或约定 说明协议概念的例子 问题的提出 什么样的实体之间可以互相通信 同一节点内的实体是如何联系 层次的概念 为了降低设计的复杂性和便于维护 一般的网络设计都采用了层次结构 我们希望退货 尊敬的John 由于 方面的原因 FAX 我们希望退货 我们希望退货 FAX 尊敬的John 由于 方面的原因 尊敬的John 由于 方面的原因 尊敬的John 由于 方面的原因 我们希望退货 我们希望退货 他们要退货 经理们的想法 公司之间的正规书信 利用信函 传真等传递的公文 协议层次实例 甲公司 乙公司 协议 实际是对等实体之间的通信规则的约定 甲公司 节点 乙公司 节点 经理 实体 助手 实体 秘书 实体 经理 实体 助手 实体 秘书 实体 对等实体 对等实体 对等实体 文件传送模块 通讯服务模块 网络接入模块 文件传送模块 通讯服务模块 网络接入模块 文件及文件传送命令 与通讯有关的报文 计算机1与计算机2之间通过通信网络传送文件 将工作分为三类 分别由三个模块来完成 文件传送模块 发送方应用程序应当确信接收方文件管理程序已做好接收和存储文件的准备 若文件格式不一样 则其中一台计算机应完成文件格式的转换通讯服务模块 用来保证文件和文件传送命令可靠地在两个系统间交换网络接入模块 负责做与网络接口细节有关的工作 计算机1 计算机2 网络接口 网络接口 通信网络 划分层次的举例 对等实体 位于不同系统 网络节点 的同一层次的实体叫做对等实体 协议层次化的目的 简化网络设计的复杂性 将复杂的问题分割 利用不同的技术去解决整个网络的通信问题 协议与分层的必要性通信协议代表着标准化 是规定计算机信息交换中消息的格式和含义的约定 是通信双方都必须遵循的一系列规则 为了简化网络设计的复杂性 通信协议采用分层的结构 各层协议之间既相互独立又相互高效的协调工作 计算机网络协议 分层与体系结构 1 1 各层之间相互独立 高层不必关心低层的实现细节 而仅仅只需要知道该层通过层间接口所提供的服务 这样 每一层只实现一种相对独立的功能 因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小的问题 降低了问题的复杂程度 2 灵活性好 当任何一层发生变化时 只要层间接口关系保持不变 则在这层以上或以下的各层均不受影响 甚至可以改变某一层所提供的服务 3 结构上可分割开 各层都可以用最适合自己的技术去实现 4 利于实现和维护 整个复杂的系统被细划为一些相对独立的小系统 5 易于标准化 层次化结构的优点 划分层次要遵循的原则 1 层次的数量不能过多 真正需要时划分一层 2 层次的数量不能太少 层次的数量应保证能从逻辑上将功能分开 截然不同的功能不放在一层 3 类似的功能放在同一层 4 在实现技术经常变化的地方增加层次 5 层次边界要选得合理 使层次之间的信息流量最小 不是数据流量 而是用于控制 交流的额外信息流量 接口 接口就是相邻层之间进行信息交换必须遵守的规则 服务定义了两层之间的接口 接口是相邻两层之间的边界 低层通过接口为上层服务 服务 Service 及服务访问点 SAP 服务是网络的低层向高层所提供的功能性的支持 高层利用低层的 服务 来开展工作 某一层的SAP就是上一层可以访问本层 可以得到服务的地方 换句话说 上层通过接口使用低层的服务 上层叫做服务的使用者 低层叫做服务的提供者 其他相关概念 服务原语 原语就是不可再细分的意思 Request请求表示某实体希望开始调用服务Indication指示表示某实体被通知有事件发生Response响应表示某实体对事件做出了响应Confirm确认表示对发回响应的确认举例 打电话 在计算机网络层次结构中 层与层之间是单向依赖的 相邻层之间通过一组服务原语 Serviceprimitive 建立相互作用 下层提供服务原语操作 上层调用服务原语操作 从信息的角度看 各层的服务可分为面向连接服务和无连接服务两大类面向连接服务 又称 虚电路 服务 是一种 电话通信系统模式 过程为 建立连接 使用连接 传输数据 释放连接 无连接服务 是两个产实体之间的通信不需要先建立一个连接 是一种 邮政通信系统模式 服务类型有三类 数据报 确认交付 回答服务 面向连接服务与无连接服务比较 服务访问点 相邻两层实体之间通过接口调用服务或提供服务的联系点 协议数据单元 PDU 对等实体之间通过协议传送的数据单元 接口数据单元 IDU 相邻层次之间通过接口传递的数据单元 接口控制信息 ICI 相邻两实体之间交换信息时的控制信息服务数据单元 SDU 来自上一层 需要在本层与对等实体交换的信息协议控制信息 PCI 对等实体之间交换信息时的控制信息 服务和协议的关系 服务 是由一系列服务原语组成的 它位于层次接口的位置 表示低层为上层提供哪些操作功能 至于这些功能是如何实现的 完全不是服务考虑的范畴 协议 是同一层次对等实体之间的有关协议数据单元的格式 意义以及控制规则的集合 实体使用协议的最终目的是为了实现它所要提供的服务 每一层可以根据需要选择和改变本层所使用的协议 而不影响高层的软件实现 网络体系结构 层次与协议的集合 组织起来的有机整体 协议栈 某一系统内的各层协议集 P3 P2 P1 2 1 3 2 1 物理通信线路 3 N 1 N N 1 N 1 N N 1 Pn 1 Pn Pn 1 系统A 系统B 消息 层次 协议 接口和服务 第一层协议 第三层协议 第一层PDU 第三层PDU SDU SDU 一 二层接口 N 1 N层接口 调用服务原语 提供服务 理解以下概念 实体对等实体协议协议栈网络体系结构接口服务服务原语协议数据单元 PDU 服务数据单元 SDU 接口数据单元 IDU 思考 有2个占据山顶的蓝军部队和2个驻扎在山底的红军部队作战 其力量对比为一个山顶上的蓝军打不过红军 可2个山顶的蓝军协同作战则可以胜利 于是发电文给另一山顶的友军 但通讯线路不好 容易出错和丢失 因此要求收到电文的友军回送一个确认电文 但此确认电文也有可能出错或丢失 试问 OSI RM参考模型简介 OSI RM OpenSystemsInterconnection ReferenceModule 的全称是开放系统互连参考模型 是由国际标准化组织ISO在80年代初提出来的 当时 网络界出现了以IBM的SNA为代表的若干个网络体系结构 这些体系结构的着眼点往往是各公司内部的网络连接 没有统一的标准 因而它们之间很难互起来 在这种情况下 ISO提出了OSI参考模型 它最大的特点是开放性 不同厂家的网络产品 只要遵照这个参考模型 就可以实现互连 互操作和可移植性 也就是说 任何遵循OSI标准的系统 只要物理上连接起来 它们之间都可以互相通信 OSI参考模型定义了开放系统的层次结构和各层所提供的服务 OSI参考模型的一个成功之处在于 它清晰地分开了服务 接口和协议这三个容易混淆的概念 服务描述了每一层的功能 接口定义了某层提供的服务如何被高层访问 而协议是每一层功能的实现方法 通过区分这些抽象概念 OSI参考模型将功能定义与实现细节分了开来 概括性高 使它具有了普遍的适应能力 OSI七层参考模型 计算机网络第3章计算机网络体系结构与协议 开放系统互联参考模型 OSI RM 该模型有下面几个特点 每个层次的对应实体之间都通过各自的协议通信各个计算机系统都有相同的层次结构不同系统的相应层次有相同的功能同一系统的各层次之间通过接口联系相邻的两层之间 下层为上层提供服务 同时上层使用下层提供的服务 上图中的的点划线框部分是通信子网 它和网络硬件的关系密切 而且通信手段是一个传一个的连接方式 而从传输层开始向上 不再设计通信子网的细节 只考虑最终通信者之间的端到端的通信问题 这一点在介绍传输层的时候还要另加叙述 1 物理层物理层的主要功能是实现通信结点之间的物理连接 在物理传输介质上传输非结构化的 0 和 1 二进制比特流 物理层并不是指物理传输介质 它是介于数据链路层和物理传输介质之间的一层 是OSI参考模型的最底层 起着数据链路层到物理传输介质之间的逻辑接口的作用 物理层向数据链路层提供的服务包括 物理连接服务指向数据链路层提供物理连接 数据链路层通过接口将数据传送给物理层 物理层就通过传输介质一位一位地送到对等的数据链路层实体 至于数据是如何传送的 数据链路层并不关心 物理服务数据单元服务是在物理介质上传输非结构化的比特流 所谓非结构化的比特流 指顺序地传输 0 1 信号 而不必考虑这些 0 1 信号表示什么意义 顺序化服务是指 0 1 信号一定要按照原顺序传送给对方 而不必考虑这些 0 1 信号表示什么意义 物理层协议的设计问题主要是建立 维护和释放物理链路所需的机械的 电气的 光学的 功能的和规程的特性 OSI参考模型中并未定义实际的物理层协议 具体的物理层协议如EIA组织制定的RS 232C协议 CCITT的X 21协议等 机械特性指网络接口形状等 在RS 232C中 规定采用的连接器接口有25根针 接口形状为D形接口 电气特性包括信号电压 持续时间等 目前计算机的二进制信号多数是用电信号表示的 当然在用到光纤传输的时候也有光信号和光电转换问