计算机网络实例

1.3计算机网络实例中国教育和科研计算机网CERNETCERNET的发展历史CERNET的发展现状CERNET的主干网拓扑结构CERNET国际和国内互连现状CERNET承担的大型项目

CERNET发展历史1994年国家立项投资建设，1995年底完成第一期工程国家教育部领导管理，服务于教育和科研等公益事业第一个全国范围Internet主干网1997年开始分担通信费用，自我运行

CERNET发展现状统计数字（1999年）：联网单位

500，通达城市70多主机数量

30万用户数量

200万主要应用：Internet服务，教育和科研信息，图书文献全国高校招生系统，分配系统，远程教育等

计算机信息网络及其应用关键技术研究先进网络管理与运行技术网络及信息安全网络互连和路由技术网络设计和测试技术中文网络应用环境和网络信息发现技术典型计算机网络应用技术计算机协同工作CSCW远程教育数字化图书馆:DataGrid高性能计算:computingGrid

1.4计算机网络的层次体系结构1.4.1基本概念1）计算机网络协议

2）协议的分层概念3）计算机网络协议的分层模型4）计算机网络的体系结构1）什么是计算机网络协议定义计算机网络协议是指连接在网络上的计算机进行相互通信的规则约定。协议在生活中的实例交通规则碰撞/退让

2）协议的分层概念一个生活中的分层模型分层模型对应的协议族分层模型带来的好处一种简化复杂系统的科学方法

例：会话分层模型分层模型对应的协议族协议族每一层次定义确定的规则这些分层的规则构成协议族用协议族实现通信过程“两人会话”的协议族媒介层：双方不能同时讲话语言层：双方使用同种语言概念层：双方对话题具有共同知识背景

分层模型带来的好处容易解决通信的异质性（heterogeneity）问题语言层解决不同种语言的相互翻译：（汉-英）媒介层解决信息传递：语音（电话）/文字（传真）使复杂问题简化，高层屏蔽低层细节问题概念层只关心会话内容，不关心语种和会话方式语言层只关心语种，不关心会话内容和方式媒介层只关心信息的传递，不关心信息的内容

使设计容易实现每个层次向上一层提供服务每个层次向下一层请求服务第N层的功能向N-1层请求服务向N+1层提供服务层次划分的特点各层的功能相对独立每层的改变不影响其他层低层次隐藏复杂性接口的作用定义请求/提供服务的方式层次模型3）计算机网络的分层模型计算机网络面临的问题

用户的资源和信息存储在采用不同操作系统的主机中，这些主机分布在网络的不同地方需要在不同的传输介质上实现采用不同操作系统的主机之间的通信解决异种机和异种网络互连问题的方法分层

计算机网络分层模型的例子对等实体Peer不同机器里包含的对应层的实体（软件或硬件）对等实体通信一种抽象概念实现逻辑通信——虚通信4）计算机网络的体系结构定义层次结构和协议的集合构成网络的体系结构。作用复杂网络的抽象概念描述，形成网络的框架结构，实现网络的结构化设计；对每一层进行功能界定，成为该层次的实现者进行软件编程和硬件设计的依据。

网络体系结构的主要概念描述网络的层次结构

网络的基本构成构成之间的相互关系每个层次定义三个基本概念

接口、服务和协议三个概念之间的相互关系

接口与服务的关系

协议与服务的关系

每个层次定义三个基本概念接口每层接口告诉上层进程对其的访问方式定义需要的参数和预期的结果服务

每层为上层提供服务，定义该层做什么协议每层中使用的对等协议只涉及该层的内部事物协议的修改和替换不影响更高层次

与服务有关的概念网络连接类型

面向连接（虚电路）数据流有序无连接（数据报）每个报文相对独立到达目的地的先后顺序可能是乱序服务的类型

服务的实现

服务的实现服务用四种类型的原语（操作）实现面向连接原语举例面向连接会话过程举例

三个概念之间的相互关系:

1）2）协议与服务的关系服务每层向上一层提供的一组原语（操作）。定义两层之间的接口：上层是服务用户下层是服务提供者协议定义同层对等实体之间数据包交换的格式和含义的一组规则。实体利用协议实现服务。

1.4.2计算机网络的参考模型1）ISO/OSI参考模型

2）TCP/IP参考模型

3）TCP/IP与ISO/OSI的对比

1）ISO/OSI参考模型ISO－国际标准化组织InternationalOrganizationforStandardization

OSI－开放系统互连参考模型（1983）

OpenSystemsInterconnection

连接异型机或异型网络的标准框架功能上相对独立的七层结构

P.16图OSI物理层物理层的功能在两个网络物理设备之间提供透明的比特流传输。物理层的特性机械特性：定义连接器形式以及插针分配电气特性：定义接口电路的电气参数功能特性：定义物理接口信号线规程特性：定义信号线的操作规程

OSI数据链路层数据链路层的功能在物理连接基础上建立、维护和释放数据链路（逻辑通道），在对等实体间实现帧的透明传输，流量控制和差错控制，管理竞争信道的使用权数据链路服务数据单元—帧

发送方封装数据帧（dataframe）定义和识别帧的边界处理接收方回送的确认帧（acknowledgementframe）

OSI网络层网络层的功能在数据链路之上为传输层提供建立、维护和释放网络连接（点到点的传输）手段，解决路由选择问题。网络层提供的主要服务

网络地址服务（向传输实体提供服务的SAP)网络连接和端点（逻辑信道）标识面向连接无连接网络服务数据单元—分组packet

OSI传输层传输层的功能在网络连接之上为会话层提供主机之间连接（端到端的传输）手段，屏蔽硬件技术细节。传输层提供的主要服务对会话层提供透明的多路复用（多个传输连接复用一个网络连接）传输连接标识（SAP）端到端的可靠性传输流量控制

OSI会话层的功能为应用在不同主机之间建立会话过程网络文件系统（NFS）数据库语言（SQL）Web浏览器（Netscape）...

OSI表示层的功能为应用提供编码格式及格式转换OSI应用层的功能2）TCP/IPTCP/IP协议的基本概念

TCP/IP协议的分层模型TCP/IP模型与ISO/OSI模型的对比

TCP/IP模型的两个重要分界线

TCP/IP的数据流

Internet的体系结构

TCP/IP协议的基本概念1983年正式成为ARPANET的标准协议UNIX操作系统的标准通信模块通用的、可使异种机相互通信的网络互连技术计算机通信协议族国际互联网Internet采用的协议标准已经形成的事实上的工业标准

TCP/IP的IP层对应于OSI的网络层有效地解决异种网络互连问题屏蔽异种网络全网统一标识（IP地址）设计思想高效、简洁提供不可靠的无连接服务，“尽力传递”假设物理信道的传输质量可以保障，由传输层纠错点到点的传输典型协议：IP

TCP/IP的传输层对应于OSI的传输层使源主机和目标主机对等实体之间会话提供端到端的连接。典型协议传输控制协议TCP（面向连接协议）误差控制流量控制用户数据报协议UDP（无连接协议）

TCP/IP的应用层对应于OSI的最高三层典型协议：远程登录协议Telnet文件传输协议FTP简单电子邮件协议SMTP超文本传输协议HTTP简单网络管理协议SNMP域名服务DNS

TCP/IP的网络接口层（子网层）对应于OSI的最下两层主机用某种协议与网络连接，以便通过网络传递IP分组。接口类型设备驱动程序如LAN的接口（网卡驱动程序）自身包含网络协议的复杂子系统如X.25、ATM等

TCP/IP与ISO/OSI的模型对比TCP/IP模型的重要分界线地址分界线软件分界线TCP/IP数据流在源端的数据封装（Encapsulation）在宿端的数据解封3）TCP/IP与ISO/OSI的比较两者的异同

ISO/OSI模型和协议的缺点

TCP/IP模型的缺点

结论

TCP/IP与OSI的异同相似之处基于独立的协议族层的功能划分相似关键差别ISO/OSI:从概念模型到协议实现TCP/IP:从协议实现到概念描述层次数量差别连接类型的差别ISO/OSI模型和协议的缺点糟糕的提出时机在TCP/IP协议出现商机之后提出，无发展空间。糟糕的技术表示层和会话层没有实现，数据链路层和网络层出现新的子层；效率低下，低层过分强调可靠性，忽略了高效的无连接服务；一些功能特性无法确定层次归属；概念模型由通信专家制定不适合计算机和软件工作方式。糟糕的实现糟