第2章-计算机网络体系结构课件

第2章计算机网络体系结构1整体概述THEFIRSTPARTOFTHEOVERALLOVERVIEW,PLEASESUMMARIZETHECONTENT第一部分2本章内容网络的层次体系结构ISO/OSI参考模型Internet的体系结构计算机网络的原理体系结构OSI与TCP/IP参考模型的比较32.1网络的层次体系结构

计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构，也就是说，计算机网络的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。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是靠真正在运行的计算机硬件和软件。42.1.1计算机网络的分层思想

各厂商的标准化体系IBM公司：SNA（系统网络体系结构）DEC公司：DNA（数字网络系统结构）UNIVAC公司：DCA（数据通信体系结构）Burroughs公司：BNA（宝来网络体系结构）只在一个公司范围内有效，也就是说，遵从某种标准的、能够互联的网络通信产品，也只限于同一公司生产的同构型设备。5国际网络体系结构标准化

国际标准化组织（ISO）为适应网络向标准化发展的需要经过多年努力于1984年提出了"开放系统互连基本参考模型"ISO/OSI-RM，从此开始了有组织有计划地制定一系列网络国际标准。6计算机网络面临的问题和分层的好处：容易解决通信的异构性（heterogeneity）问题；上层解决不同种语言的相互翻译（数据的不同表示）；下层解决信息传递；使复杂问题简化，高层屏蔽低层细节问题；每层只关心本层的内容，不用知道其他层如何实现；使设计容易实现，每个层次向上一层提供服务，向下一层请求服务。

7分层的原则：根据功能进行抽象分层，每个层次所要实现的功能明确并且相互独立；每层功能的选择应有利于标准化；不同的系统分成相同的层次，对等层具有相同的功能；高层使用下层提供的服务时，下层服务的实现是不可见的；层次的数量要适当，太少功能不明确，太多体系结构过于庞大。892.1.2网络体系层次的相关概念

计算机网络结构可以从三个方面描述1、网络体系结构2、网络组织3、网络配置101、实体、协议、服务和服务访问点P34

实体表示每个层次中能够发送或接收信息的设备。 包括硬件实体和软件实体。

协议是指通信双方关于如何进行通信的一种约定。 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，还需要使用下面一层所提供的服务。11网络协议三要素：语法、语义、同步（1）语法，确定通信双方"如何讲",定义了数据格式,编码和信号电平等。

。（2）语义，确定通信双方"讲什么",定义了用于协调同步和差错处理等控制信息

。（3）时序（同步），确定通信双方"讲话的次序",定义了速度匹配和排序等

。12

一定要弄清楚，协议和服务在概念上是很不一样的。 首先，协议用来规定同一层上对等实体间交换信息的格式，这些实体利用协议来实现他们的服务定义。他们可以自由的改变协议，但是不能改变服务。因为服务对于用户是可见的。 其次，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语。13 在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方，通常称为服务访问点SAP(ServiceAccessPoint)。 将层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU(ServiceDataUnit) 在任何相邻两层之间的关系可概括为：在服务提供者的上一层的实体（也就是“服务用户”），它使用服务提供者所提供的服务。14协议交换原语交换原语服务用户提供服务服务提供者第n层第n+1层服务用户SAPSAP15服务是通过一组所谓“服务原语”来执行。服务原语可划分为以下四类，每种代表一种通信操作：request（请求）indication（指示）response（响应）confirm（证实）16假设，两座楼上有两位行动不便的老人（服务用户）要进行通信……

电话员A电话员B老人A老人BA幢B幢A小姐，请拨B幢电话CONNECT.request（连接请求）B奶奶，有您的电话！CONNECT.indication

（连接指示）请讲吧CONNECT.response（连接响应）A大爷，B奶奶请你讲话CONNECT.confirm（连接证实）17假设，两座楼上有两位行动不便的老人（服务用户）要进行通信……

电话员A电话员B老人A老人BA幢B幢你好！我很好，有事吗？晚上睡不着……我也是……DATA.request和DATA.indication（数据请求和指示——通话）18假设，两座楼上有两位行动不便的老人（服务用户）要进行通信……

电话员A电话员B老人A老人BA幢B幢今天就到讲到这里吧，再见！DISCONNECT.request（断连请求）

A大爷，B奶奶跟你拜拜了DISCONNECT.indication

（断连指示）19接口：层次之间的服务是通过层间接口完成的，接口定义了下层向其相邻的上层所提供的服务及相应的原语操作，并使下层服务的实现细节对上层是透明的。202.2.1ISO/OSI参考模型体系的形成OSI开放式系统互联模型是1984年国际标准化组织（ISO）提出的一个参考模型。OSI将其定义为七层，即将网络计算机中有关活动信息的任务划分为七个更小、更易于处理的任务组。一个任务或任务组被分配到一个OSI层。每一层都是独自存在的，因此分配到各层的任务能够独立地执行。这样使得由其中某层提供的解决方案能够在不影响其他层的情况下被更新。2.2ISO/OSI参考模型21

2.2.2ISO/OSI参考模型体系结构

OSI参考模型示意图L1L2L3L4L5L6L7PhysicalLayerNetworkLayerTransportSessionPresentationApplicationDataLinkControl7应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层用户系统层数据通信网衔接软件由软件实现（面向通信用户）

资源子网的任务

网络由硬件实现（完成传送服务）通信子网任务

22OSI参考模型通信过程（比喻）23OSI参考模型通信过程24OSI参考模型

实际通信过程实际通信过程要复杂得多……25OSI参考模型

实际网络通信过程实际网络通信过程同样要复杂得多……262.2.3ISO/OSI参考模型的各层功能1、各层的具体描述如下：1)应用层

为用户访问网络提供用户接口

例如：Email，WWW，网络文件存取等2）表示层

主要实现的是数据格式的转换

数据的压缩与解压缩

数据的加密与解密3）会话层

管理计算机间的会话实现计算机会话的控制为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能，并提供会话管理服务。274)传输层为上层提供端到端(最终用户到最终用户)、可靠的数据传输服务5）网络层

提供计算机的逻辑地址（例如IP地址）

路径选择和拥塞控制28

6）数据链路层

在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻节点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧在信道上无差错地传输，并进行数据流量控制。7）物理层

在物理信道上传输原始的数据比特（bit）流，提供为建立、维护和拆除物理链路连接所需的各种传输介质、通信接口特性等。292.3.1TCP/IP的概述TCP/IP四层模型1、各层的具体描述如下：应用层

对应于OSI的上三层，包含面向网络用户的大量协议实现。

例如：Telnet,FTP,SMTP,HTTP,DNS等。传输层

对应OSI的传输层，在源和目的主机之间提供端到端的连接，典型协议是TCP和UDP2.3

Internet的体系结构30网络层

对应于OSI的网络层，有效地解决异种网络的互连问题。网络层的设计思想是高效简洁，提供不可靠的无连接服务，尽力传递。典型协议是IP。网络接口层

对应于OSI参考模型的下两层，负责通过网络发送和接受TCP/IP数据包。31322.3.2TCP/IP的层次结构

332.3.3TCP/IP协议集341.网际层协议(IP)IP协议是一个无连接的协议，在对数据传输处理上，只提供“尽最大努力传送机制”，也就是尽最大努力完成投递服务，而不管传输正确与否。35

IP协议特点：一是提供无连接的数据报传输机制；二是能完成点对点的通信。IP协议的作用：用于主机与网关、网关与网关、主机与主机之间的通信。36地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP地址解析包括：（正向）地址解析协议ARP（从IP地址到物理地址的映射）和逆向地址解析协议RARP（从物理地址到IP地址的映射）。

372.传输控制协议TCP：TCP是一个面向连接、端对端的全双工通信协议，为数据报提供可靠的数据传送服务。38TCP的主要功能：完成对数据报的确认、流量控制和网络拥塞的处理；自动检测数据报，并提供错误重发的功能；控制超时重发，自动调整超时值；提供自动恢复丢失数据的功能。39

2.4计算机网络的原理体系结构

但从实质上讲，TCP/IP只有三层，即应用层、运输层和网际层，因为最下面的网络接口层并没有什么具体内容。因此在学习计算机网络的原理时往往采取折衷的办法，也就是综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种原理体系结构，它只有五层，这样既简洁又能将概念阐