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第3章计算机网络体系结构 1计算机网络体系结构概述2OSI ISO开放系统互连参考模型3TCP IP模型4OSI模型和TCP IP模型的对比 第3章计算机网络体系结构 1计算机网络体系结构概述 1 1建立计算机网络体系结构的必要性为了能够使不同地理分布 且功能相对独立的计算机之间组成网络实现资源共享 计算机网络系统需要涉及和解决许多复杂的问题 包括信号传输 差错控制 寻址 数据交换和提供用户接口等一系列问题 计算机网络体系结构是为简化这些问题的研究 设计与实现而抽象出来的一种结构模型 计算机网络系统 一般采用层次模型 在层次模型中 往往将系统所要实现的复杂功能分化为若干个相对简单的细小功能 每一项分功能以相对独立的方式去实现 这样就有助于将复杂的问题简化为若干个相对简单的问题 从而达到分而治之 各个击破的目的 1计算机网络体系结构概述 将上述分层的思想或方法运用于计算机网络中 就产生了计算机网络的分层模型 2ISO OSI开放系统互连参考模型 国际标准化组织ISO在1977年建立了一个分委员会来专门研究体系结构 提出了开放系统互连参考模型OSI RM这是一个定义连接异种计算机标准的主体结构 OSI被认为是解决了已有协议在广域网和高通信负载方面存在的问题 开放 表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行连接 互连 是指将不同的系统互相连接起来 以达到相互交换信息 共享资源 分布应用和分布处理的目的 OSI RM OpenSystemInterconnectionReferenceMode 开放系统互连 ISO InternationalOrganizationforStandards 国际标准化组织 2ISO OSI开放系统互连参考模型 2 1OSI七层模型开放系统互连参考模型 OSI 采用分层的结构化技术 共分7层 从低到高为 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 分层原则 即目标站第n层收到的对象应当与源站第n层发出的对象完全一致 它由7个协议层组成 最低3层 1 3 是依赖网络的 实现通信子网的功能 高3层 5 7 是面向应用的 实现资源子网的功能 2ISO OSI开放系统互连参考模型 应用层 会话层 传输层 网络层 物理层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 接口 接口 接口 接口 接口 接口 报文 M 报文 M 报文 M 报文 M 报文分组 P 帧 F 位 bit 表示层协议 会话层协议 传输层协议 数据链路层 图3 2OSI七层模型 表示层 网络层协议 物理媒介 数据链路层协议 主机X 主机Y 应用层协议 2ISO OSI开放系统互连参考模型 2 2OSI参考模型各层的功能1 物理层 PhysicalLayer 物理层位于OSI参考模型的最低层 它直接面向原始比特流的传输 物理层必须解决好包括传输介质 信道类型 数据与信号之间的转换 信号传输中的衰减和噪声等在内的一系列问题 另外 物理层标准要给出关于物理接口的机械 电气 功能和规程特性 以便于不同的制造厂家既能够根据公认的标准各自独立地制造设备 又能使各个厂家的产品能够相互兼容 2 数据链路层 DataLinkLayer 数据链路层涉及相邻节点之间的可靠数据传输 为了能够实现相邻节点之间无差错的数据传送 数据链路层在数据传输过程中提供了确认 差错控制和流量控制等机制 2ISO OSI开放系统互连参考模型 3 网络层 NetworkLayer 网络中的两台计算机进行通信时 中间可能要经过许多中间结点甚至不同的通信子网 网络层的任务就是在通信子网中选择一条合适的路径 使发送端传输层所传下来的数据能够通过所选择的路径到达目的端 4 传输层 TransportLayer 传输层是OSI七层模型中唯一负责端到端节点间数据传输和控制功能的层 传输层是OSI七层模型中承上启下的层 它下面的三层主要面向网络通信 以确保信息被准确有效地传输 它上面的三个层次则面向用户主机 为用户提供各种服务 2ISO OSI开放系统互连参考模型 5 会话层 SessionLayer 会话层的主要功能是在两个节点间建立 维护和释放面向用户的连接 并对会话进行管理和控制 保证会话数据可靠传送 会话连接和传输连接之间有三种关系 一对一关系 一对多关系 多对一关系 会话过程中 会话层来需要决定使用全双工通信还是半双工通信 6 表示层 PresentationLayer 表示层专门负责有关网络中计算机信息表示方式的问题 表示层负责在不同的数据格式之间进行转换操作 以实现不同计算机系统间的信息交换 3 2ISO OSI开放系统互连参考模型 7 应用层 ApplicationLayer 应用层是OSI参考模型中最靠近用户的一层 负责为用户的应用程序提供网络服务 与OSI参考模型的其他层不同的是 它不为任何其他OSI层提供服务 而只是为OSI模型以外的应用程序提供服务 如电子表格程序和文字处理程序 包括为相互通信的应用程序或进程之间建立连接 进行同步 建立关于错误纠正和控制数据完整性过程的协商等 应用层还包含大量的应用协议 如虚拟终端协议 Telnet 简单邮件传输协议 SMTP 简单网络管理协议 SNMP 和超文本传输协议 HTTP 等 2ISO OSI开放系统互连参考模型 3 2 3OSI的层间通信在同一台计算机的层间交互过程 以及在同一层上不同计算机之间的相互通信过程是相互关联的 每一层向其协议规范中的上层提供服务 每层都与其他计算机中相同层的软件和硬件交换一些信息 1 同一台计算机之间相邻层的通信如图2 4所示 是OSI类型通信的一个例子 主机A发送信息给主机B 主机A的应用程序与主机B的应用层通信 主机A的应用层再与主机A的表示层通信 主机A的表示层再与主机A的会话层通信 等等 直到到达主机A的物理层 2ISO OSI开放系统互连参考模型 实例 主机A发送信息给主机B主机A的应用程序与主机B的应用层通信 主机A的应用层再与主机A的表示层通信 主机A的表示层再与主机A的会话层通信 等等 直到到达主机A的物理层 2ISO OSI开放系统互连参考模型 2ISO OSI开放系统互连参考模型 3TCP IP模型 3 1TCP IP模型TCP IP模型是由美国国防部创建的 所以有时又称DoD DepartmentofDefense 模型 是发展至今最成功的通信协议 它被用于构筑目前最大的 开放的互联网络系统Internet TCP IP是一组通信协议的代名词 这组协议使任何具有网络设备的用户能访问和共享Internet上的信息 其中最重要的协议族是传输控制协议 TCP 和网际协议 IP TCP和IP是两个独立且紧密结合的协议 负责管理和引导数据报文在Internet上的传输 二者使用专门的报文头定义每个报文的内容 TCP负责和远程主机的连接 IP负责寻址 使报文被送到其该去的地方 3TCP IP模型 TCP IP也分为不同的层次开发 每一层负责不同的通信功能 但TCP IP协议简化了层次设备 只有四层 由下而上分别为网络接口层 网络层 传输层 应用层 各层功能 网络接口层是TCP IP模型的最低层 负责接收从网络层交来的IP数据报并将IP数据报通过底层物理网络发送出去 或者从底层物理网络上接收物理帧 抽出IP数据报 交给互联网层 网络接口层使采用不同技术和网络硬件的网络之间能够互联 它包括属于操作系统的设备驱动器和计算机网络接口卡 以处理具体的硬件物理接口 3 3TCP IP模型 各层功能 网络层负责独立地将分组从源主机送往目标主机 涉及为分组提供最佳路径的选择和交换功能 并使这一过程与它们所经过的路径和网络无关 传输层的作用是在源结点和目的结点的两个对等实体间提供可靠的端到端的数据通信 为保证数据传输的可靠性 传输层协议也提供了确认 差错控制和流量控制等机制 传输层从应用层接受数据 并且在必要的时候把它分成较小的单元 传递给网络层 并确保到达对方的各段信息正确无误 应用层涉及为用户提供网络应用 并为这些应用提供网络支撑服务 把用户的数据发送到低层 为应用程序提供网络接口 由于TCP IP将所有与应用相关的内容都有归为一层 所以在应用层要处理高层协议 数据表达和对话控制等任务 3TCP IP模型 3TCP IP模型 4OSI模型和TCP IP模型的比较 1 相似点ISO OSI模型和TCP IP模型有许多相似之处 具体表现在 两者都均采用了层次结构并存在可比的传输层和网络层 两者都有应用层 虽然所提供的服务有所不同 均是一种基于协议数据单元的包交换网络 而且分别作为概念上的模型和事实上的标准 具有同等的重要性 2 不同点ISO OSI模型和TCP IP模型还是有许多不同之处 下面我们讨论为两种模型的不同之处 1 OSI模型包括了七层 而TCP IP模型只有四层 虽然它们具有功能相当的网络层 传输层和应用层 但其它层并不相同 4OSI模型和TCP IP模型的区别 TCP IP模型中没有专门的表示层和会话层 它将与这两层相关的表达 编码和会话控制等功能包含到了应用层中去完成 另外 TCP IP模型还将OSI的数据链路层和物理层包括到了一个网络访问层中 2 OSI模型在网络层支持无连接和面向连接的两种服务 而在传输层仅支持面向连接的服务 TCP IP