计算机网络第03章(1).ppt

第三章网络体系结构与网络协议 3 1有关网络体系结构的几个基本概念 1 层次 层次概念提出的背景 分层是人们对复杂问题处理的一种方法 计算机网络需要处理许多复杂的问题 如信号传输 差错控制 寻址 数据交换以及提供用户接口等 为了使处理过程简单化 采用了分层的方法 计算机网络中的层次概念 分层是将网络要实现的许多功能 分配在不同的层次中 每个层次要完成的功能及实现过程都有明确的规定 各层之间是相对独立的 下层为上层提供服务 上层利用下层提供的服务来完成自己的功能 同时为更上层提供服务 高层使用低层提供的服务时 并不需要知道低层服务的具体实现办法 不同地区的网络系统分成相同的层次 不同系统的同等层次具有相同功能 层次概念中的名词解释 服务 是各层为其上一层所提供的功能 或是为上一层的实体所做的工作 实体 是指任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程 进程 进程概念的要点有两个 第一 进程是一个实体 每一个进程都有它自己的地址空间 第二 进程是一个执行中的程序 活动的实体 对等实体 不同网络系统上位于同一层次 完成相同功能的实体 对等层 两个不同系统的同级层次 图3 1层次概念中的名词解释 2 接口 接口的概念 接口是网络同一结点内 相邻层之间交换信息的连接点 同一结点的相邻层之间有明确规定的接口 低层向高层通过接口来提供服务 下层向上层提供的服务用一组原语来描述 接口定义下层向上层提供的服务原语和服务 只要接口条件与低层功能不变 低层功能的具体实现方法与技术的变化 不会影响整个系统的工作 接口概念中的名词解释 服务原语 是指下层为上层提供的服务用一组原语来描述 表3 1各类原语的含义 原语 是指由若干条机器指令构成的 并用以完成特定功能的一段程序 这段程序在执行期间是不可分割的 3 网络协议 网络协议的定义 协议是一种通信中的规则或约定 只有执行这些规则或约定 通信系统才能保证通信双方顺利 正确地进行通信 网络协议 就是计算机利用网络进行通信时 必须遵守的一些事先约定好的规则 具体说 网络协议就是定义网络实体间发送或接收数据的格式 语法 顺序 时序 和发送 接收数据时应采取的操作 语义 组成协议的三个要素 语法 语义和时序是组成网络协议的三个要素 图3 2网络协议的语法内容 网络协议的意义和结构方式 意义 网络协议对于计算机网络来说 是不可缺少的 功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集 网络协议的结构方式 网络协议是按照层次结构模型来组织的 网络协议是控制两个对等实体进行通信的规则 在协议控制下 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 还需要使用下层提供的服务 理解网络协议需清楚的几个问题 网络中所有的通信活动都是由协议所控制 每层可能有许多协议 但一个协议只属于一个层次 网络协议由软件或硬件来实现 计算机网络是一个庞大而复杂的系统 要保证计算机网络能够有条不紊地工作 就必须制定出一系列的通信协议 完成一项功能需多个协议协调工作 这多个协调工作的协议就组成一个协议集 在协议集中 不同协议完成不同任务 目前 已经存在很多的网络协议 已经组成了一个完整的体系 网络协议需要不断地完善和发展 当一种新的网络服务出现时 就必然要制定新的协议 4 计算机网络体系结构 计算机网络体系结构的概念 计算机网络体系结构的定义 计算机网络体系结构是指网络层次结构模型与各层协议的集合 网络体系结构包括三个方面的内容 分层结构与每层的功能 服务与层间接口 协议 计算机网络体系结构定义的要点 将一个网络系统分成若干个层次 在每一层上规定该层应该实现的功能和应该向上层提供的服务 规定相邻层间的通信接口 规定两个系统的各个层次实体之间进行通信时应该遵守的协议 同一网络中任意两个终端系统必须具有相同的层次 通信只能在对等层之间进行 网络体系结构的对等层通信 网络体系结构只允许通信在端系统的对等层之间进行 但是对等层之间的通信不能直接进行 实际上 每一层必须依靠下层提供的服务来实现对等层通信 图3 3对等通信举例 计算机网络体系结构的优点 易于实现和维护 各层的变化互不影响 保证了系统工作的稳定性 有利于标准化 各层之间相互独立 可使问题处理简单化 3 2OSI参考模型 3 2 1OSI参考模型提出的背景 每层的协议规范精确地定义了发送的控制信息 以及控制信息解释的过程 服务定义详细地说明了各层所提供的服务 定义了每层向上层提供的服务的含义 指出 某层提供的服务是该层和以下各层的能力或功能 定义了服务提供的方式 指出 每层通过接口向相邻的上层提供服务 另外还定义了层与层之间的接口与各层使用的原语 但是 服务定义并不涉及各层服务的具体实现办法 3 2 2OSI参考模型的概念 1 OSI参考模型的三级抽象 在OSI参考模型中 采用的是三级抽象 即体系结构 服务定义和协议规范 体系结构 体系结构将网络系统实现的许多功能抽象为七个层次 并定义了层次之间的相互关系 以及各层包括的服务 服务定义 协议规范 2 OSI参考模型的性质 OSI参考模型只是描述了一些概念 并没用提供实现的方法 因此 OSI参考模型是作为一种概念性框架来协调和组织各层协议的制定 各种网络产品只有和OSI参考模型一致时才能互连 3 2 3OSI参考模型的结构 1 OSI参考模型的分层结构 OSI将网络的整个通信功能划分为七个层次 图3 4OSI参考模型的结构 每层用于执行某种功能 并具有自己的通信协议 2 OSI划分层次的原则 网络中任意两个端系统必须具有相同的层次 即都是七层 不同结点的同等层具有相同的功能 同一结点内相邻层之间通过接口通信 每层可以使用下层提供的服务 并向其上层提供服务 不同结点的同等层通过协议来实现同等层之间的通信 3 2 4OSI参考模型各层的功能 1 物理层 功能 建立 维持和释放物理连接 实现通信过程的比特流的透明传输 传输的数据单位 比特 2 数据链路层 主要功能 在物理层提供的服务基础上 在通信的实体间建立数据链路连接 在一条有可能出差错的物理连接上 进行几乎无差错的数据传输 传输的数据单位 帧 帧包含地址 控制 数据和校验等信息 3 网络层 功能 为数据在结点之间传输创建逻辑链路 通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径 以及实现拥塞控制 网络互连等功能 传输的数据单位 分组 4 传输层 特点 实现了源主机到目的主机的 端到端 连接 主要功能 向上层用户提供可靠的端到端的数据传输服务 传输的数据单位 报文 5 会话层 会话层是一个进程到进程的层次 主要功能是 组织和同步端与端之间的各种进程间的通信 并提供会话管理服务 会话层及其以上层次的传输数据单位 报文 6 表示层 主要功能 为应用层提供信息表示方式的服务 如数据格式变换 数据加密与解密 数据压缩与恢复等 使得应用层可以根据这些服务 解释数据的含义 7 应用层 应用层是用户与网络的接口 应用层通过应用程序来完成网络用户的应用需求 如文件传输 数据库 电子邮件与其他网络服务 一台计算机要发送数据到另一台计算机 数据首先必须打包 打包的过程称为封装 3 2 5OSI环境中的数据传输过程 1 名词解释 OSI环境 所谓OSI环境 就是OSI参考模型所描述的范围 这个范围包括主机中从应用层到物理层的七层与通信子网 服务数据单元 SDU 一个SDU由两部分组成 图3 5服务数据单元的组成 层控制信息 PCI 头部 数据单元 数据封装 封装就是在数据单元前加上层控制信息头部 2 OSI参考模型的数据封装与解封 OSI参考模型的数据封装原理 将数据单元从某层传送到下层 在数据单元进入下层之前 会在数据单元中加入层控制信息 PCI 和接口控制信息 ICI 数据单元 层控制信息和接口控制信息共同组成接口数据单元 IDU 下层接收到IDU后 就会从IDU中去掉接口控制信息 这时的数据包称为服务数据单元 SDU 服务数据