4741自考第2章计算机网络体系结构

计算机网络原理主讲人郭翠云第二章计算机网络体系结构本章介绍计算机网络体系结构的概念、网络的分层体系结构、网络的参考模型，面向连接的服务和无连接的服务，开放系统互连参考模型（OSI/RM）及其各层概述，TCP/IP网络体系结构及其各层概述。OSI和TCP/IP的相同点与不同点。2.1网络的分层体系结构2.2OSI/RM开放系统互连参考模型2.3TCP/IP参考模型2.4OSI/RM和TCP/IP参考模型的比较学习目的与要求要求理解计算机网络分层的目的理解协议的要素、服务、协议与服务的区别、协议数据单元理解面向连接的服务和无连接服务的概念理解ISO基本参考模型与各层的功能理解TCP/IP参考模型与各层的功能了解两个参考模型的相同点与不同点。2.1网络的分层体系结构课程内容与考核知识点（1）计算机网络体系结构的定义和发展。（2）计算机网络分层体系结构及分层原理。（3）计算机网络通信协议的概念，网络通信协议三要素。考核要求领会：网络分层体系结构的概念计算机网络体系结构协议的概念通信协议三要素：语义、语法、时序关系。2.1.1协议的要素（领会）网络协议(Protocol)：为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。由以下三个要素组成：(1)语义(Semantics):涉及用于协调与差错处理的控制信息。用于解释比特流的每一部分的意义；(2)语法(Syntax):涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。(3)定时(Timing):涉及速度匹配和排序等。事件实现顺序的详细说明语义——交流什么what；语法——怎样交流how；定时——何时交流when。2.1.2分层体系结构（领会）解决复杂系统时，可采用分解为若干个容易处理的子系统,然后“分而治之”的方法；分层就是系统分解的最好方法之一；层次结构的好处使每一层实现一种相对独立的功能每一层次的功能相对简单且易于实现和维护；分层结构还有利于交流、理解和标准化。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。网络的体系结构(Architecture)计算机网络各层次结构模型及其协议的集合,称为网络的体系结构(Architecture)。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。层次化的体系结构计算机网络都采用层次化的体系结构计算机网络涉及多个实体间的通信,其层次结构一般以垂直分层模型来表示。这种层次结构的要点可归纳如下:(1)除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。

(2)对等层的虚通信必须遵循该层的协议。

(3)n层的虚通信是通过n/n-1层间接口处n一1层提供的服务以及n-1层的通信(通常也是虚通信)来实现的。实体、协议、服务实体(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。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。5不同机器中对应的层称为对等实体（peerentity)第n层的通信规则和功能由该层的协议描述相邻上下层之间都有接口，接口定义下层向上层提供的服务。层次结构的划分原则(1)每层的功能应是明确的,并且是相互独立的。

(2)层间接口必须清晰,跨越接口的信息量应尽可能少。

(3)层数应适中。世界上第一个网络体系结构是IBM公司提出的“系统网络体系结构SNA”2.2OSI/RM开放系统互连参考模型课程内容与考核知识点（1）OSI/RM对等实体的通信。（2）OSI/RM各层的功能。（3）面向连接的服务和无连接的服务。考核要求领会：OSI参考模型及每层的功能。OSI/RM对等实体通信2.2.1OSI/RM简介在OSI中的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其他任何系统进行通信；OSI标准中，采用的是三级抽象：

•体系结构（architecture）；

•服务定义（servicedefinition）；

•协议规范（protocolspecification）三级抽象OSI的体系结构定义了一个七层模型,用以进行进程间的通信为一个框架来协调各层标准的制定；对网络内部结构最精炼地概括与描述OSI的服务定义描述了各层所提供的服务,层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语（serverprimitive）；不涉及接口是如何具体实现的OSI各层的协议规范精确地定义了应当发送何种控制信息用何种过程来解释该控制信息。协议规范说明具有最严格的约束2.2.2OSI/RM的结构OSI七层模型从下到上分别为:物理层(PhysicalLayer,PH)数据链路层(DataLinkIayer,DL)网络层(NetworkLayer,N)传输层(TransportLayer,T)会话层(SessionLayer,S)表示层(PresentationLayer,P)应用层(ApplicationLayer,A)。应用层传输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI的体系结构OSI参考模型的结构1.只有主机才可能需要包含所有七层功能。2.通信子网中的节点机只需要最低三层甚至最低两层的功能。通信子网OSI环境中的数据传输过程加上控制信息报头去掉控制信息通过物理介质传输OSI/RM对等实体通信（领会）由于接收方的某一层只阅读和去除本层的控制信息,并进行相应的协议操作。这样,发送方和接收方的对等实体看到的信息是相同的,就好像这些信息通过虚通信直接传给了对方一样。ISO-OSI模型各层所涉及的问题物理层：缆线，信号的编码，网络接插件的电、机械接口数据链路层：成帧，差错控制、流量控制，物理寻址，媒体访问控制网络层：路由、转发，拥塞控制传输层：为会话层提供与下面网络无关的可靠消息传送机制会话层：负责建立（或清除）在两个通信的表示层之间的通信通道，包括交互管理、同步，异常报告。表示层：在两个应用层之间的传输过程中负责数据的表示语法应用层：处理应用进程之间所发送和接收的数据中包含的信息内容。OSI参考模型及每层的功能（领会）(1)物理层定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性。物理层的数据传输单元是比特。(2)数据链路层功能是建立、维持和释放网络实体之间的数据链路，采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。协议数据单元是帧。(3)在网络层进行路由选择，流量控制，还要解决网际互连的问题。协议数据单元是分组。OSI参考模型及每层的功能（领会）(4)传输层提供的端到端的透明数据传输服务,还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。(5)会话层主要功能是组织和同步不同主机上各种进程间的通信(也称为对话)。(6)表示层为上层用户提供共同的数据或信息的语法表示变换。数据加密与解密；数据压缩与恢复。(7)应用层不同的应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。2.2.3面向连接服务和无连接服务在网络体系结构中讨论的服务可以分为通信子网对网络中数据传输所提供的服务,与整个网络系统为用户提供的服务；通信子网的服务是指通信子网对主机间数据传输的效率和可靠性所提供的保证机制；通信服务可以分为两大类：面向连接服务（connect-orientedservice）；无连接服务（connectlessservice）。面向连接服务和无连接服务（领会）通信服务类型：面向连接服务数据传输过程前必须经过建立连接、维护连接和释放连接的3个过程；各分组可以不携带目的结点的地址；收发数据顺序不变可靠性好，协议复杂，通信效率不高面向无连接服务每个分组都要携带完整的目的节点的地址，各分组在通信子网中是独立传送的。不同分组可能选择不同的路径到达目的节点目的结点接收的数据分组可能出现乱序、重复与丢失的现象；可靠性不是很好，通信协议相对简单，效率较高确认和重传机制网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制保证；确认是指数据分组接收节点在收到每个分组后，向发送节点回送正确接收分组的确认信息。在规定的时间内，如果发送结点没有接收到接收结点的确认信息，就认为该数据分组发送失败，发送结点重新发送该数据分组；可以提高数据传输的可靠性。服务类型和服务质量通信协议四种类型：面向连接与确认服务面向连接与不确认服务无连接与确认服务无连接与不确认服务设计者可以根据不同的通信要求，决定选择不同的服务类型。面向连接无连接服务确认不确认2.3TCP/IP参考模型课程内容与考核知识点（1）TCP/IP的体系结构。（2）TCP/IP各层的功能。考核要求领会：TCP/IP参考模型及每层的功能。TCP/IP协议簇内容2.3.1TCP/IP简介最初是为实现ARPANET互联网而开发的。特点：1开放的协议标准；2独立于特定的网络硬件；3统一的网络地址分配方案；4标准化的高层协议。2.3.2TCP/IP的体系结构TCP/IP分四层：主机-网络层、互连层（IP）、传输层（TCP）和应用层TCP/IP层次模型TCP/IP是一组协议的代名词,它还包括许多别的协议,组成了TCP/IP协议簇。（领会）互联层主机-网络层TCP/IP参考模型每层的功能（领会）主机-网络层是TCP/IP的实现基础，包括各通信网与TCP/IP之间的接口和物理网络协议。互联层提供端到端的分组分发功能和数据分块和重组功能，建立互连网络。传输层负责应用进程之间的端到端通信。应用层应用程序间沟通的层。TCP/IP协议层次2.4OSI/RM和TCP/IP参考模型的比较课程内容与考核知识点（1）两者相似之处：基于协议栈的概念，分层体系结构。（2）两者不同之处：层的数目不同，面向连接的和无连接的通信。考核要求（1）识记：两者相似之处：基于协议栈的概念，分层体系结构；两者不同之处：层的数目不同，面向连接的和无连接的通信。（2）领会：面向连接的和无连接的服务机制。两者相同点和不同点（识记）OSI和TCP/IP的相同点：OSI和TCP/IP都是协议栈的概念为基础，并且协议栈中的协议彼此相互独立两个模型中都采用了层次结构的概念，各个层的功能也大体相似。OSI和TCP/IP的不同点：OSI分七层，而TCP/IP分四层，它们都有网络层、传输层和应用层，但其他层并不相同。无连接和面向连接的通信范围有所不同。OSI模型的网络层同时支持无连接和面向连接的通信，但传输层上只支持面向连接的通信。TCP/IP模型的网络层只有一种模式即无连接通信，但在传输层上同时支持两种通信模式。

2.4.1OSI模型和协议的缺点模型和协议自身的缺陷会话层和表示层几乎是空的数据链路层和网络层包含内容太多OSI模型以及相应的服务定义和协议都极其复杂协议的出现时机晚于TCP/IP协议2.4.2TCP/IP模型和协议的缺点该模型并没有清楚的区分哪些是规范、哪些是实现。TCP/IP模型的主机—网络层并不是常规意义上的一层，它是定义了网络层与数链路层的接口。对于接口和层次的区分不明确小结网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的概念；网络中计算机之间要做到有条不紊地交换数据就必须遵守一些事先约定好的规则。这些为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议。功能完备的网络需要制定一系列的协议；网络协议就是按照层次结构模型来组织的，网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构；

ISO定义的开放系统互联参考模型对推动网络协议标准化的研究起到了重要的作用；

Internet的广泛应用使TCP/IP协议成为事实上的标准。已考试题2008年4月15．下列关于网络体系结构的描述中正确的是（）A．网络协议中的语法涉及的是用于协调与差错处理有关的控制信息 B．在网络分层体系结构中,n层是n+1层的用户,又是n-1层的服务提供者C．O