计算机网络第一章概述

第1章计算机网络概述Computer

Networks

Introduction四川师范大学计算机科学学院College

of

Computer

ScienceSichuanNormalUniversity李贵洋网络可以为我们做什么？个人使用：浏览网页、网游、收发邮件、下载资料、写博客即时聊天：QQ、MSN、SKYPE……（文字——声音——视频）在线听音乐、看电影；网上销售、网上购物查阅问题，搜索信息商店超市刷卡、火车飞机购票、医院挂号开药等企业使用：电视网络、电话网络（有线、无线）计算机网络远程监控（如对公司员工监控、施工现场监控、奥运报道等）视频会议公司内部信息资源共享、文件传输、办公打印等教育行业使用：远程教学（授课、改作业、做实验、与学生互动、统计学生学习情况等）军方使用：无线网络作战物联网（智能家居，手机购物……）……这门课会让我们收获什么呢？他们是怎么实现通信的呢？课程简介课程目的课程主要内容本课程对同学的要求成绩评估参考书籍课程目的让学生了解和掌握计算机网络方面的基本知识和基本原理以及相关技术，为今后进一步从事网络通信方面的应用和研究打下基础，特别是具备在工程应用方面的理论知识。本课程与操作系统、接口与技术、数据库系统概论等课程有紧密的联系。通过本门课程的学习，使学生掌握计算机网络的原理，为学习网络安全、网络编程等课程打下坚实的基础。本课程的主要内容计算机网络概述物理层数据链路层网络层运输层应用层网络安全因特网上的音频/视频服务无线网络下一代因特网水平方向的协议垂直方向的服务4321计算机1AP1554321AP2计算机2本课程对同学的要求基本要求：要求学生掌握计算机网络的基本概念，基本原理，通信技术的基础知识，网络体系结构，通信协议，局域网技术等，初步形成数据通信的基本理论体系，并结合实际网络能进行常规设备的操作与应用。较高要求：能对网络协议进行较深入的分析和研究，并能在现有协议基础上结合实际情况提出新的技术解决方案。不同学生可以自主选择时间和投入，以达基本以上的更高级别。成绩评估期末考试平时成绩70%30%参考书籍<计算机网络>第五版谢希仁编著<计算机网络>第四版

Andrew

S.

TanenbaumData

&

computer

communications-7th

Edition.William

Stallings<TCP/IP详解卷1：协议>.W.Richard

Stevens见书后附录C1.1

计算机网络在信息时代的作用1.2

因特网概述1.3

因特网的组成1.4

因特网在我国的发展1.5

计算机网络的类别1.6

计算机网络的性能1.7

计算机网络的体系结构第

1

章

概述1.1

计算机网络在信息时代的作用一、知识经济的来临经济：投入（原材料）、产出（产品）、利润知识经济：智力资源（无限制挖掘）--高科技产品知识经济的两个重要特点就是：信息化和全球化。信息化和全球化的基础就是网络。网络技术的产生：计算机技术+通信技术，计算机技术与通信技术间又是相辅相承的：一方面，通信技

术为计算机间的数据传输和数据交换提供了必要的

手段；另一方面，计算机技术又提高了通信的性能。二、网络已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。网络是广义的，目前包括三网（电话网、有线电视网、计算机网络）确实已经成为了国家的基础设施，在这三网中，作用最大的还是计算机网络，它是网络的核心，也是发展最快的网络。三、Internet是自印刷术以来人类通信方面的最大的变革主要表现在加快了全球信息化的进程，加速发展是在

“信息高速公路”的概念下迅速发展的，也就是“国家信

息基础结构行动计划NII”。Internet大大改变了人类的工作、学习和生活方面，是一场新的革命。计算机网络向用户提供的最重要的功能连通性计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。共享即资源共享。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。1.2

因特网概述网络的网络网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。互联网是“网络的网络”(network

of

networks)。连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。网络把许多计算机连接在一起。因特网则把许多网络连接在一起。DifferentNetworksHost结点链路internet(a)

简单的网络

(b)互联网（网络的网络）注意图标的含义：即主机、交换机、路由器以及网络的表示网络计算机网络互连起来网络网络网络网络网络路由器路由器路由器路由器路由器路由器互连网(互联网)由许多网络通过路由器互连而成互连网(互联网)是：“网络的网络”互连网网络使用互路连由网器也可可以以把用不一同朵的云来表示因特网发展的三个阶段第一阶段：从单个网络ARPANET向互联网发展的过程第二阶段：三级结构的因特网建成第三阶段：形成多级ISP结构的因特网因特网发展的第一阶段：ARPA网第一个分组交换网ARPANET

最初只是一个单个的分组交换网。ARPA

研究多种网络互连的技术。1983

年TCP/IP

协议成为标准协议。同年，ARPANET分解成两个网络：ARPANET——进行实验研究用的科研网MILNET——军用计算机网络1983~1984

年，形成了因特网Internet。internet：泛指由多个计算机网络互连而成的网络。Internet：当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，采用TCP/IP协议，其前身是ARPANET。1990

年ARPANET

正式宣布关闭。校园网校园网校园网校园网校园网校园网三级结构的因特网（NSFNET）第二阶段的特点是美国国家科学基金会NSF建成了三级结构的因特网。分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。主机到主机的通信可能要经过多种网络。国家主干网地区网地区网地区网多级结构的因特网第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP

结构的因特网。由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的因特网主干网替代，出现了因特网服务提供者ISP

(Internet

Service

Provider)。一一级级IISSPP大公司大公司校园网 校园网NAPNAPAB主机A→本地ISP→第二层ISP→NAP→第一层ISP→NAP→第二层ISP→本地ISP→主机B第一层ISP第一层ISP

第二层ISP第二层ISP

第二层ISPP大公司本地本地ISPISP本地本地ISPISP本地本地ISPISP

公司校园网

校园网本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第一层ISP第一层第二层第三层本地ISP第二层ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第二层ISP本地ISP本地ISP第二层ISP用户因特网ISP1因特网

服务提供者用户通过ISP

上网IP地址ISP2根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP

地址数目的不同，ISP

也分成为不同的层次。万维网的问世20世纪90年代，由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网WWW

(World

Wide

Web)被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。因特网的发展概况因特网的未来发展NGI(美国)，CNGI(中国)计划开发更加先进的网络服务技术和开发具有革命性的应用1.2.3

因特网的标准化工作因特网协会–ISOC(Internet

Society)技术组织IAB

(Internet

Architecture

Board)IETF（

Internet

Engineering

Task

Force）IRTF

（

Internet

Research

TaskForce）因特网协会ISOC因特网研究指导小组IRSG因特网工程部IETF因特网工程指导小组IESG…RGWG……RG因特网研究部IRTF…领域领域因特网体系结构研究委员会IABWGWGWG因特网的标准形式-RFC（Request

For

Comments）制定因特网标准的四个阶段各种RFC之间的关系1、因特网草案2、建议标准3、草案标准4、因特网标准历史的RFC实验的RFC提供信息的RFC6

种RFC1.3

因特网的组成从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：边缘部分（资源子网）由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。核心部分（通信子网）由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）因特网的边缘部分主机路由器网络因特网的核心部分因特网的边缘部分与核心部分1.3.1

因特网的边缘部分端系统处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(end

system)。

“主机A和主机B进行通信”，实际上是指：“运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信”。边缘部分中的端系统中运行的程序之间的通信方式分为：客户服务器模式Client/Server对等方式Peer-to-Peer1.

客户服务器方式运行客户端程序运行服务器端程序请求服务得到服务网络核心客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。网络边缘客户A客户B客户软件和服务器软件的特点客户软件的特点被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。服务器软件的特点一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。2.对等连接方式对等连接对等连接(peer-to-peer，简写为P2P)是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。对等连接的特点对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，

只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。例如：运行P2P

程序运行P2P

程序网络边缘网络核心DCEF运行P2P

程序运行P2P

程序例如主机C

请求D

的服务时，C

是客户，D

是服务器。但如果C

又同时向F提供服务，那么C

又同时起着服务器的作用。1.3.2

因特网的核心部分网络网络网络网络网络路由器路由器路由器网络核心部分是因特网中最复杂的部分。在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是实现分组交换(packetswitching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。路由器网络网络路由器路由器分组交换的产生三种交换方式的比较电路交换报文交换分组交换

两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。电路交换Circuit

switching传统电话网使用电路交换

但若要将5

部电话机两两相连，则需要10

对电线。交换机当电话机的数量很大时，就必须使用电话交换机进行连接。“交换”的含义“交换”的含义在这里，“交换”(switching)的含义就是转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。电路交换的特点电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接电路交换举例A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行交换机交换机交换机用户线交换机中继线中继线B用户线C

DA电路交换举例C

和D

通话只经过一个本地交换机通话在C到D的连接上进行交换机交换机交换机用户线交换机中继线中继线B用户线C

DA电路交换（面向连接）建立连接——通话——释放连接电路交换就是计算机终端之间通信时，一方发起呼叫，独占一条物理线路。当交换机完成接续，对方收到发起端的信号，双方即可进行通信。在整个通信过程中双方一直占用该电路。特点：优点：实时性强，时延小，有序，交换设备成本较低。缺点：线路利用率低，电路接续时间长，通信效率低，不同类型终端用户之间不能通信等。无法处理突发性的计算机数据。适用性：电路交换比较适用于信息量大、长报文，经常使用的固定用户之间的通信。分组交换(packet

switching)分组交换的出现电路交换的电话网很适合于电话通信。但计算机数据具有很大的突发性。使用电路交换会导致网络资源严重浪费。计算机逐渐增多，连网的需求日益迫切，计算机网络需要使用更加有效的连网技术。这就导致分组交换的问世。数

据

数

据

数

据分组交换在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）依次把各分组发送到接收端接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数

据分组11010011101

• •

•

•

••

•

•报文发送端首部分组数

据首部分组首部数

据发送发送发送在前发送数

据首部数

据首部数

据首部接收端11010011101

• •

•

•

•

•

•

•因特网的核心部分因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连起

来的路由器组成，而主机处在因特网的边缘部分。在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。H2H4H6路由器网络核心部分网络主机H1H5H3（a）核心部分的路由器把网络互连起来H1H5

H4H3H6发送的分组H2路由器AEDBC网络核心部分主机（b）核心部分中的网络可用一条链路表示分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5

发送分组H2向H6

发送分组各分组可独立选径！路由器主机A—C传送时，该分组不会占用网络其他部分的资源！分组的存储转发过程H1A互联网ECH5H6H4H2DBH3H1

向H5发送分组路主机在路由器E

暂存最后到达目的主机由器

查找转发表找到转发的端口H5在路由器C

暂存查找转发表

找到转发的端口在路由器A

暂存查找转发表找到转发的端口路由器在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。路由器处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。主机和路由器的作用不同主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机。分组交换的优点高效

动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。灵活

以分组为传送单位和查找路由。迅速

不必先建立连接就能向其他主机发送分组。可靠

保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。分组交换带来的问题分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。分组交换技术在网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类：无连接的网络服务（数据报服务）服务质量尽最大努力面向连接的网络服务（虚电路服务）。服务质量有较好的保证提供数据报服务的特点H1

H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1

向H5

发送分组路径可能变化数据报：网络随时接受主机发送的分组，网络为每个分组独立地选择路由。提供虚电路服务的特点H1

H5H2

H4H3ACDBH6E分组交换网H1

要和H5

通信虚电路：主机H1先向主机H5发出一个特定格式的控制信息分组，要求进行通信，同时寻找一条合适路由。若主机H5同意通信就发回响应，然后双方就建立了虚电路。虚电路H1

向H5

发送的所有分组都沿此虚电路传送。报文交换（Message

Swiching）将用户的报文存储在交换机的存储器中。当所需要的输出电路空闲时，再将该报文发向接收交换机或终端，它以“存储——转发”方式在网内传输数据。特点：优点：中继电路利用率高，可以多个用户同时在一条线路上传送，可实现不同速率、不同规程的终端间互通，有序传输。缺点：以报文为单位进行存储转发，网络传输时延大，几分钟到几个小时不等，且占用大量的交换机内存和外存，不能满足对实时性要求高的用户。适用性：报文交换适用于传输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信，如公用电报网。报文报文报文A

B

C

D报文交换三种交换的比较电路交换分组交换t连接建立数据传送报文连接释放数据传送的特点比特流直达终点A

B

C

D报文 报文 报文A

B

C

D分组分组分组存储存储转发转发存储存储转发转发1.4

计算机网络在我国的发展19世纪80、90年代我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行建成新的中国公用分组交换网，并改称为CHINAPAC20世纪80

、90年代公安、银行、军队以及其他部分相继建立了各自的专用计算机广域网国内的很多单位都安装了大量的局域网1994年我国用64Kbit/s专线正式连入因特网，被国际上正式的承认为接入因特网的国家。5月中科院高能物理研究所设立了我国第一个万维网服务器。9月中国公用计算机互联网（CHINANET）正式启动。取得的成绩陆续建造了与因特网互联的9个全国范围的公用计算机网络1.5

计算机网络的分类计算机网络的不同定义最简单的定义：计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。因特网(Internet)是“网络的网络”。计算机网络的定义：计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（包含网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统）实现网络资源共享和信息传递的系统。1.5.2

几种不同的类别的网络从网络作用范围进行分类广域网WAN

(Wide

Area

Network)：几十km～几千km城域网MAN

(Metropolitan

Area

Network)：5km~50km局域网LAN

(Local

Area

Network)：1km

以内个人区域网PAN

(Personal

Area

Network)广域网、城域网、局域网以及个人区域网的关系广域网局域网企业网校园网个人区域网…城域网

城域网局域网

局域网

局域网

局域网

局域网

局域网…互联网由局域网和广域网组成互联网局域网局域网广域网路由器结点交换机相距较远的局域网通过路由器与广域网相连组成了一个覆盖范围很广的互联网从网络的使用者进行分类公用网(public

network)国家的电信公司出资建造的大型网络专用网(private

network)这是某部门为本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络，如军队、铁路、电力等系统建造的专用网。用来把用户接入到因特网的网络接入网AN(Access

Network)，它又称为本地接入网或居民接入网。由ISP提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。1.6

计算机网络的性能速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。Bit来源于binarydigit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个1

或0。速率即数据率(datarate)或比特率(bitrate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是b/s，或kb/s,

Mb/s,

Gb/s

等速率往往是指额定速率或标称速率。2、带宽带宽“带宽”本来的意思是指某个信号具有的频带宽度。带宽的单位是赫兹(Hz)、千赫(kHz)、兆赫(MHz)等。对于数字信道，“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语。比特(bit)是计算机中的数据的最小单元，它也是信息量的度量单位。带宽的单位就是比特每秒(bit/s)。正是因为数字信道通常使用它所能传送的最高数据传输速率作为数据的发送速率（传输速率），因此在数字信道上数据的发送速率等于数字信道的带宽。带宽有时也称为吞吐量。常用的带宽单位更常用的带宽单位是千比每秒，即kb/s

（103

b/s）兆比每秒，即Mb/s（106

b/s）吉比每秒，即Gb/s（109

b/s）太比每秒，即Tb/s（1012

b/s）请注意：在计算机界，1K=210

=1024字节

1M=220字节,1G=230字节,1T=240字节。每秒106

个比特时间1010

11如果我们在网络中某一个点上观察数字信号流随时间的变化，那么信号在时间轴上的宽度就随着带宽的增大而变窄。下图是这一概念的示意图。1

ms带宽为1Mb/s时间每秒4

·106

个比特0.25

ms带宽为4Mb/s3.吞吐量吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。4、时延时延时延(delay或latency)是指一个报文或分组从一个网络(或一条链路)的一端传送到另一端所需的时间。时延是由以下几个不同的部分组成的：传播时延传播时延是电磁波在信道中传播所需要的时间。注意：信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。传播时延的计算公式是：信道长度（米）传播时延=信号在信道上的传播速率（米/秒）发送时延（传输时延）发送时延是发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。即从数据块的第一个比特开始发送算起，到最后一个比特发送完毕所需的时间。信道带宽是数据在信道上的发送速率。常称为数据在信道上的传输速率。发送时延的计算公式是：数据块长度（比特）发送时延=信道带宽（比特/秒）处理时延

交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。排队时延结点缓存队列中分组排队所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。数据经历的总时延就是以上四种时延之和：总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延1

0

1

1

0

0

1…在链路上产生传播时延结点B队列结点A

发送器在发送器产生发送时延

(即传输时延)在结点A中产生处理时延和排队时延数据链路四种时延所产生的地方从结点A

向结点B发送数据容易产生的错误概念对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。提高链路带宽减小了数据的发送时延。时延带宽积时延带宽积网络性能的两个度量——传播时延和带宽相乘，就得到另一个很有用的度量：传播时延带宽积。链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。5.

时延带宽积如果将一对进程之间的信道看成一个中空的管道，延迟相当于管道的长度，带宽相当于管道的直径，那么延迟和带宽的积就是管道的容积，即它所能容纳的比特数例：一条信道，单向时延为20ms，带宽是10Mbps，则能容下0.2Mbit＝20万bit（传播）时延链路带宽时延带宽积=传播时延·

带宽时延带宽积延迟和带宽的乘积的重要性该乘积相当于第1比特到达接收者之前，发送者必须发送的比特数，构造高性能网络时应考虑的。6、往返时延往返时延在计算机网络中，往返时延RTT

(Round-TripTime)也是一个重要的性能指标，它表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历的时延。7、利用率信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。时延与网络利用率的关系根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。若令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示D

和D0之间的关系：D=1

-UD0U

是网络的利用率，数值在0

到1

之间。时延D利用率U1D00时延急剧增大1.6.2

计算机网络的非性能特征费用质量标准化可靠性可扩展性和可升级性易于管理和维护1.7计算机网络的体系结构1.7.1

计算机网络体系结构的形成1.7.2

协议与划分层次1.7.3

具有五层协议的计算机网络体系结构1.7.4

实体、协议、服务和服务访问点1.7.5

TCP/IP的体系结构1.7.1

计算机网络体系结构的形成两台计算机之间需互传文件需要完成哪些工作？发起通信的计算机须将通路激活告诉网络如何识别接收数据的计算机查明接收方是否做好接收数据的准备查明接收方是否做好文件接收和存储的准备格式的转换流控、差错控制1.7.1

计算机网络体系结构的形成相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。哲学家——翻译——秘书结构IlikerabbitsLocation

A321321Location

BMessagePhilosopherTranslatorSecretaryInformationfor

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remotesecretaryL:

DutchIk

vindkonijnenleukFax

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DutchIk

vindkonijnenleukJ'aimebien

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vindkonijnenleukFax

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vindkonijnenleuk消息给远程翻译的消息给远程秘书的消息哲学家1（英语）哲学家2（法语）远程翻译（荷兰语）远程秘书本地翻译（荷兰语）本地秘书（传真）1.7.2

划分层次的必要性计算机1

向计算机2

发送数据在文献中也还可以见到术语“协议栈”(protocolstack)。这是因为几个层次画在一起很像一个栈(stack)。分层的好处各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。1.7.2

划分层次的必要性层数多少要适当若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。网络协议(networkprotocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。协议的组成元素语法

数据与控制信息的结构或格式

。语义

需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。同步

事件实现顺序的详细说明。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。关于开放系统互连参考模型OSI/RM只要遵循OSI

标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。在市场化方面OSI

却失败了。OSI

的专家们在完成OSI

标准时没有商业驱动力；OSI

的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；OSI

标准的制定周期太长，因而使得按OSI

标准生产的设备无法及时进入市场；OSI的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。两种国际标准法律上的(dejure)国际标准OSI并没有得到市场的认可。是非国际标准TCP/IP

现在获得了最广泛的应用。TCP/IP常被称为事实上的(defacto)国际标准。1.7.3

具有五层协议的计算机网络体系结构七层的OSI/RM和四层的TCP/IP体系结构OSI

的体系结构

TCP/IP

的体系结构运输层网络层应用层表示层会话层物理层765432

数据链路层1网络接口层网际层IP应用层(各种应用层协议如

TELNET,FTP,SMTP

等)运输层(TCP

或UDP)五层协议的体系结构应用层(application

layer)运输层(transport

layer)网络层(network

layer)数据链路层(data

link

layer)物理层(physical

layer)数据链路层5431应用层运输层网络层2

数据链路层物理层综合OSI和TCP/IP的优点，采用五层体系结构来阐述更为清楚应用层(application

layer)应用层是原理体系结构中的最高层。应用层直接为用户的应用进程提供服务。(这反映在用户所产生的服务请求)。运输层(transport

layer)运输层的任务就是负责主机中两个进程之间的通信，其数据传输的单位是报文段(segment)。运输层具有复用

(multiplexing)和分用(demultiplexing)的功能。因特网的运输层可使用两种不同协议。即面向连接的传输控制协议TCP(TransmissionControlProtocol)，和无连接的用户数据报协议UDP

(User

Datagram

Protocol)。网络层(network

layer)–网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信。在网络层，数据的传送单位是分组或包。在TCP/IP体系中，分组也叫作IP数据报，或简称为数据报。数据链路层（data

link

layer）数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧(frame)为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。数据链路层有时也常简称为链路层。数据链路层就把一条有可能出差错的实际链路，转变成为让网络层向下看去好像是一条不出差错的链路。物理层（physical

layer）物理层的任务就是透明地传送比特流。“透明”是一个很重要的术语。它表示：某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。下图说明的是应用进程的数据在各层之间的传递过程中所经历的变化。这里为简单起见，假定两个主机是直接相连的。计算机1

向计算机2

发送数据432154321计算机1AP2AP15计算机2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层PDU432154321计算机1AP2AP15计算机2应用层PDU

再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文计算机1

向计算机2

发送数据432154321计算机1AP2AP15计算机2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为IP

数据报（或分组）计算机1

向计算机2

发送数据432154321计算机1AP2AP15计算机2IP

数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧计算机1

向计算机2

发送数据432154321计算机1AP2AP15计算机2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体计算机1

向计算机2

发送数据432154321应物用理传层输(媒a体pplication

layer)计算机1AP2AP15电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机2计算机1

向计算机2

发送数据432154321计算机1AP2AP15计算机2物理层接收到比特流，上交给数据链路层计算机1

向计算机2

发送数据432154321计算机1AP2AP15计算机2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层计算机1

向计算机2

发送数据432154321计算机1AP2AP15计算机2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层计算机1

向计算机2

发送数据432154321计算机1AP2AP15计算机2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层计算机1

向计算机2

发送数据432154321计算机1AP2AP15计算机2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程计算机1

向计算机2

发送数据432154321计算机1AP2AP15计算机2我收到了AP1

发来的应用程序数据！计算机1

向计算机2

发送数据432154321计算机1AP2AP15计算机2应用程序数据应用层首部H510100110100101

比特流110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应用程序数据H5应用程序数据应用程序数据应用程序数据H4运输层首部H3

H4

H5H2

H3

H4

H5网络层首部链路层首部T2链路层尾部计算机1

向计算机2

发送数据432154321计算机1AP2AP15计算机210100110100101

比特流110101110101计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应用程序数据计算机1

向计算机2

发送数据计算机1AP1计算机2AP25432154数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层3H3H4H5应用程序数据2H2H3H4H5应用程序数据T21计算机1

向计算机2

发送数据H4H5应用程序数据H3

H4

H5应用程序数据432154321计算机1AP2AP15计算机2网络层剥去分组首部后

把分组的数据部分交给运输层计算机1

向计算机2

发送数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据432154321计算机1AP2AP15计算机2运输层剥去报文首部后

把报文的数据部分交给应用层计算机1

向计算机2

发送数据应用程序数据H5应用程序数据432154321计算机1AP2AP15计算机2应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程计算机1