计算机网络与通信第2章.ppt

第2章计算机网络体系结构 第2章计算机网络体系结构 2 1概述2 2OSI体系结构2 3TCP IP体系结构2 4五层体系结构 2 1概述 计算机网络体系结构描述了计算机网络系统的总体架构 是网络功能的结构性的划分 计算机网络的层次结构及各层协议的集合统称计算机网络的体系结构 Architecture 具有同样体系结构的计算机网络才能无缝地互连 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义 实现 implementation 是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题 体系结构是抽象的 而实现则是具体的 是真正在运行的计算机硬件和软件 2 1概述 世界上第一个计算机网络体系结构 IBM公司于1974年提出系统网络体系结构 SNA Digital DNA Honeywell DSA 1977年ISO开始研究 1983年形成标准 开放系统互连参考模型 OSI RM 分为七层 1983 ARPANET TCP IP体系结构为四个层次 五层网络 综合OSI和TCP IP 形成五层体系结构 物理层 数据链路层 网络层 传输层 应用层 2 1概述 OSI RM的七个层次 数据流 应用层 2 2OSI体系结构 2 2 1开放系统互连参考模型 层次化结构的好处 各层之间相互独立 高层不必更新低层的实现细节 只有知道低层所提供的服务 以及本层向上层提供的服务即可 每层都建立在其下层之上 目的是给上层提供服务 利于实现和维护 某个层次实现细节的变化不会对其它层次产生影响易于标准化 允许多个厂家开发设备简化了网络的设计与实现 各层只和上下层联系 了解数据在源和目的之间的传输过程 同时知道设备的用途和使用 层次化需遵循的原则 根据功能进行分层 每层应该实现定义明确的功能 类似的功能放同一层 层次边界选择合理 使层之间的信息流量 用于控制 交流的额外信息流量 最小 层次数量应适当 2 2 1开放系统互连参考模型 OSI环境中的数据流 划分层次的概念举例 计算机1向计算机2通过网络发送文件 可以将要做的工作进行如下的划分 第一类工作与传送文件直接有关 确信对方已做好接收和存储文件的准备 双方协调好一致的文件格式 两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 剩下的工作由下面的模块负责 两个计算机交换文件 文件传送模块 计算机1 计算机2 文件传送模块 只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的 把文件交给下层模块进行发送 把收到的文件交给上层模块 再设计一个通信服务模块 文件传送模块 计算机1 计算机2 文件传送模块 只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方 把文件交给下层模块进行发送 把收到的文件交给上层模块 通信服务模块 通信服务模块 再设计一个网络接入模块 文件传送模块 计算机1 计算机2 文件传送模块 通信服务模块 通信服务模块 网络接入模块 网络接入模块 通信网络 网络接口 网络接口 网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如 规定传输的帧格式 帧的最大长度等 应用层用户接口 HTTP FTP表示层数据编码 加密处理等ASCII EBCDIC JPEG会话层提供不用应用程序之间的数据区分 QQ HTTP FET 物理层设备间发送和接收数据 说明设备接口 电压 速度 电缆EIA TIARSC 232 V 35数据链路层数据组合成帧 用地址访问介质 发现错误但不纠正 802 2 802 3 HDLC网络层用路由器决定路径的逻辑寻址 传输层可靠或不可靠的数据传输 数据重传或纠正 TCP UDP 2 2 2OSI的一些基本概念 实体和对等实体 每一层中实现该层功能的软件或硬件 虚拟传输 协议和协议数据单元协议 Protocol 是某一个层次中指导实体之间通信的规则 包含三个方面的要素 语法 syntax 格式 数据结构what语义 semantics 对各元素的解释 比如链路层 控制how同步 时序 timing 顺序when协议数据单元 ProtocolDataUnit PDU 由两部分组成 本层的协议控制信息和用户数据 2 2 2OSI的一些基本概念 服务 服务访问点和服务原语N层实体在N层协议的控制下可以向N 1层实体提供服务 Service 实现N 1层所需要的某种功能服务有如下两种形式 面向连接的服务 Connection OrientedService 建立连接 维护连接 拆除连接 优点 可靠性高 像打电话无连接的服务 ConnectionlessService 像发邮件 不能马上确认对方是否已经收到 可靠性也低 不能保证数据的正确传输顺序 服务访问点 ServiceAccessPoint SAP 是上下层实体之间信息交换的接口 服务原语 ServicePrimitive 描述提供的服务 定义服务规范 规定通过SAP所必需传递的信息 request 请求下层提供服务indication 通知上层事件response 上层对下层实体指示的响应confirm 下层实体向上层实体确认 是否完成 打电话 拨号 请求 铃响 指示 拿起电话 响应 振铃音变通话音 确认 2 3TCP IP体系结构 Internet使用TCP IP体系结构 网络接口层严格说并不是一个独立的层次 没有定义什么具体的协议 网际层 传输层和应用层是TCP IP的主要内容 对应的OSITCP IPTCP IP主要协议 TCP IP四层协议的表示方法举例 应用层运输层网际层网络接口层 主机A 主机B 路由器 网络2 网络1 应用层运输层网际层网络接口层 网际层网络接口层 4321 2 4五层体系结构 AndrewS Tanenbaum建议了计算机网络的五层体系结构 根据Internet的实际情况 以TCP IP体系结构为基础 综合了TCP IP和OSI两种体系结构 自下而上分别为 物理层 数据链路层 网络层 传输层和应用层 ISO OSI五层体系结构TCP IP 2 4五层体系结构 五个层次的功能简述如下 物理层为数据链路层提供透明的比特流 BitStream 传输服务 向下与物理媒体相连 规定连接物理媒体的网络接口规范 物理层涉及网络接口机械的 电气的 功能的和规程的规范 数据链路层负责在单个链路上的节点间传送称为帧 Frame 的PDU 在不太可靠的物理链路上可以实现可靠的传输 对于广播链路进行链路的访问控制 为了实现传输的可靠性 可以提供流量控制和差错控制 提供传输透明性 2 4五层体系结构 网络层负责计算机间的通信 在分组交换网络上传送称为分组或包 Packet 的PDU 从源结点通过中间转发结点逐跳地 HopbyHop 将分组传送到目的结点 实现网络互连 路由优化 传输层负责应用进程间的通信 为两个应用进程之间提供端到端 EndtoEnd 的数据传输服务 为应用进程提供一条端到端的逻辑信道 在源结点和目的结点的两个传输层实体之间 不涉及线路中间的路由器等中间系统 通信连接 流量控制 拥塞控制和差错控制 应用层对应OSI的高三层 对应TCP IP的应用层 提供面向用户的网络服务 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用进程数据先传送到应用层 加上应用层首部 成为应用层PDU 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层PDU再传送到运输层 加上运输层首部 成为运输层报文 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层报文再传送到网络层 加上网络层首部 成为IP数据报 或分组 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 IP数据报再传送到数据链路层 加上链路层首部和尾部 成为数据链路层帧 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层帧再传送到物理层 最下面的物理层把比特流传送到物理媒体 计算机1向计算机2发送数据 应用层 applicationlayer 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 物理传输媒体 计算机1 AP2 AP1 电信号 或光信号 在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层 计算机2 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 物理层接收到比特流 上交给数据链路层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分 上交给网络层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去首部 取出数据部分上交给运输层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层剥去首部 取出数据部分上交给应用层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层剥去首部 取出应用程序数据上交给应用进程 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 我收到了AP1发来的应用程序数据 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用程序数据 10100110100101比特流110101110101 注意观察加入或剥去首部 尾部 的层次 应用程序数据 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 10100110100101比特流110101110101 计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层 H2 T2 H3 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层 H4 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层 应用程序数据 H5 应用程序数据 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 我收到了AP1发来的应用程序数据 2 5小结 实体 entity 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合 在协议的控制下 两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务 要实现本层协议 还需要使用下层所提供的服务 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议 下面的协议对上面的服务用户是透明的 协议是 水平的 即协议是控制对等实体之间通信的规则 服务是 垂直的 即服务是由下层向上层通过层间接口提供的 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方 称为服务访问点SAP ServiceAccessPoint 实体 协议 服务和服务访问点 续 服务用户 第n层 第n 1层 服务用户 协议很复杂 协议必须将各种不利的条件事先都估计到 而不能假定一切情况都是很理想和很顺利的 必须非常仔细地检查所设计协议能否应付所有的不利情况 应当注意 事实上难免有极个别的不利情况在设计协议时并没有预计到 在出现这种情况时 协议就会失败 因此实际上协议往往只能应付绝大多数的不利情况 著名