第2章计算机网络体系结构与协议

1、第2章 计算机网络体系结构与协议 内容提要 2.1 网络体系结构中的几个概念 2.2 OSI参考模型 2.3 TCP/IP参考模型 2.4 对比OSI参考模型与TCP/IP参考模型 2.7 习题 2.1 网络体系结构中的几个概念 2.1.1 网络协议网络协议 1、定义：、定义：网络协议是指通信双方必须共同遵守 的约定和通信规则，它是通信双方关于通信 如何进行所达成的共(gng)识(sh)。 2、协议的三要素： (1)语法(Syntax)：数据与控制信息的格式、数据 编码等。 (2)语义(Semantics)：控制信息的内容，需要做 出的动作及响应。 (3)时序(Timing)：事件先后顺序和匹

2、配。 2.1.2 协议分层 我们希望退货 尊敬的李先生： 由于方面的原因 我们希望退货 传真# 尊敬的李先生： 由于方面的原因 我们希望退货 他们希望退货 尊敬的李先生： 由于方面的原因 我们希望退货 传真# 尊敬的李先生： 由于方面的原因 我们希望退货 经理们的想法 高级助理使用公 司之间的正规书信 秘书利用信 函、传真等 传递正规书信 图2-1 协议层次实例 1、体系结构(Architecture) 是指计算机通信网的分层、各层协议和层间接口的集合， 也就是通信网及其部件所应完成的功能的精确定义。 2、分层结构的优点 (1)各层之间相互独立； (2)灵活性好； (3)各层都可以采用最合适的

3、技术来实现，各层实现技术 的改变不影响其他层； (4)易于实现和维护； (5)由于每层的功能与所提供的服务已有精确的说明，因 此有利于促进标准化。 2.1.3 其他相关概念 图2-2 层次、协议、接口与服务等概念 1系统/网络结点/结点(System) 网络中有自治能力的计算机或交换设备。 2.实体(Entity) 每个层次中能够发送和接收信息的任何东 西。 一个系统包括若干个实体； 分为软件实体和硬件实体两种类型。 3.对等实体 位于不同系统的同一层次的实体。 网络协议是计算机网络中对等实体之间有 关通信规则约定的集合。 4协议栈（Protocol Stack） 协议栈是指某个系统中所有层次

4、的协 议的列表。栈是具有层次结构的一组协 议，能实现整个通信过程。 5网络体系结构（Network Architecture） 网络体系结构是指层次结构与协议的 集合，是层次结构和协议的有机整体。 网络体系结构并不包括每层的实现细节和 接口规范。 6.服务(Service) 每个层次所能完成的操作功能。 下层对上层提供服务，或者说上层使用 下层提供的服务； 上层叫做服务的使用者，下层叫做服务 的提供者； 不能跨层提供服务。 7面向连接的服务和无连接的服务 (1)面向连接的服务 面向连接的服务要求服务的提供者要做建 立连接、维护连接和拆除连接的工作。其特 点是可靠性高、能够保证数据顺序传输。 (

5、2)无连接的服务 无连接的服务不需要维持连接。其特点是 可靠性低、不能保证数据的传输顺序。 8接口（Interface） 接口是相邻两层之间的边界。 9 服务访问点(SAP：Service Access Point) 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。 10协议数据单元（Protocol Data Unit, PDU） 协议数据单元是对等实体之间通过协议传 送的数据单元(虚拟数据)。 11接口数据单元（Interface Data Unit, IDU）/ 服务数据单元(Service Data Unit：SDU) 接口数据单元是相邻层次之间通过接口传 递的数据单元(物理数据

6、)。 接口数据单元=控制信息+服务数据单元 2.2 OSI参考模型 2.2.1 OSI参考模型概述参考模型概述 1、计算机网络体系结构的发展 (1)20世纪70年代，各公司为主的计算机网络体 系结构； (2) 20世纪80年代，国际标准化组织 ISO(International Standard Organizition)提出了 OSI/RM：Open System Interconnection/Reference Model 开放系统互连 基本参考模型； (3) 20世纪90年代，以Internet体系结构为主的计 算机网络体系结构。 2、OSI/RM的特点 (1)每个层次的对应实体之间都

7、通过各自的 协议通信； (2)各个计算机系统都有相同的层次结构； (3)不同系统的相应层次有相同的功能； (4)同一系统的各层次之间通过接口联系； (5)相邻层之间，下层为上层提供服务，同 时上层使用下层提供的服务。 图2-3 OSI参考模型示意图 2.2.2 物理层物理层(Physical Layer) 1、功能： 建立、维持和释放数据链路实体间的连 接； 介于数据链路层和物理传输介质之间， 并且起到逻辑接口的作用。 2、传输的信息：二进制比特流。 2.2.3 数据链路层数据链路层(Data Link Layer) 1、功能： 建立、维持和释放网络实体间的连接； 在物理层提供的比特服务基础上

8、，在相邻结 点之间提供简单的通信链路； 负责数据链路的流量控制、差错控制。 2、传输的信息：帧(Frame)。 3、分层：逻辑链路控制(LLC:Logic Link Control) 和介质访问控制(MAC:Medium Access Control)。 4、网络产品：网卡、网桥和Modem。 2.2.4 网络层网络层 1、功能： 路由； 对通信子网进行运行控制； 提供交换、统计功能。 2、传输的信息：分组或包(Packet)。 3、网络产品：路由器和网关。 2.2.5 传输层传输层(Network Layer) 1、功能： 向用户提供可靠的、透明的端到端的数 据传输； 流量控制、差错控制。

9、2、传输的信息：段(Segment)。 1-3层为通信子网 5-7层为资源子网 第4层，传输层是过渡层，也是最关键、 最核心的一层。 2.2.6 会话层会话层(Session Layer) 1、功能： 提供两个互相通信的应用进程之间的会 话机制，即建立、组织和协调双方的交 互，并使会话获得同步； 对话管理、数据流同步和重新同步、隔 离功能。 2.2.7 表示层表示层(Presentation Layer) 1、功能： 为异种主机通信提供一种公共语言，以 便能进行互操作； 编码和解码、数据格式转换、压缩和解 压缩、加密和解密。 2.2.8 应用层应用层(Application Layer) 1、

10、功能： 为用户的应用程序提供网络服务； 管理开放系统的互联，即启动、维持和 终止系统。 2.2.9 OSI参考模型中的数据传输 图2-4 OSI参考模型中的数据传输 1、数据单元：各层传输数据的最小 单位。 2、封装(Encapsulation)：在发送结点 自上而下逐层增加头(尾)信息，而 在目的结点又自下而上逐层去掉头 (尾)信息的过程叫做封装。 2.3 TCP/IP参考模型 图2-5 TCP/IP模型与OSI参考模型对照图 TCP/IP协议模型：Transmission Control Protocol,Internet Protocol是一组协议，最 主要的是TCP和IP，其中TCP用

11、来为应 用程序提供端到端的通信和控制功能， 而IP用来给各种不同的通信子网或局域 网提供一个统一的互联平台。 1主机-网络层/网络接口层 功能：传输经网络互联层处理过的信息， 并提供一个主机与实际网络的接口。 2网络互联层（IP层）-关键层 (1)功能： 使主机可以把分组发往任何网络并使各 分组独立地传向目的地； 分组路由； 拥塞控制。 (2)信息格式：数据报(Datagram) (3)使用的协议：IP协议 3传输层 (1)功能：为应用程序提供端到端的通信功 能。 (2)使用的协议： TCP：可靠的，面向连接的协议； UDP(User Datagram Protocol)用户数据 报协议：不可

12、靠的，无连接的协议。 4应用层 (1)功能：为用户提供所需要的各种服务。 (2)使用的协议： 电子邮件协议 SMTP(Simple Message Transfer Protocol)： 用来发送邮件； POP3(Post Office Protocol3)：用来接收邮件； 超文本传输协议HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)，在浏览器中，此协议是一个缺 省协议 ； 网络终端协议Telnet，如电子公告版BBS； 文件传输协议FTP(File Transfer Protocol)； 网络新闻传输协议NNTP(Network News Transfer Protoc

13、ol)； 域名系统DNS(Domain Name System)； 简单网络管理协议SNMP(Simple Network Management Protocol)； 路由信息协议RIP/开放式最短路径优先 OSPE：Router Information Protocol。 2.4 对比OSI参考模型与TCP/IP参考模型 1OSI参考模型与TCP/IP参考模型的对照关系 (1)ICP/IP是四层结构，而OSI是七层结构； (2)ICP/IP中的网络互联层，而OSI中的网络层； (3) ICP/IP中的传输层，而OSI中的传输层。 无连接 无连接 无连接 面向连接 无连接 面向连接 2OSI参考模型与TCP/IP参考模型的优缺点比 较 (1)OSI参考模型 抽象能力高，适合于描述各种网络； 概念划