计算机网络体系结构

第二章计算机网络体系结构

本章主要内容

□网络体系结构的基本概念

□开放系统互连参考模型

□TCP/IP体系结构

□计算机局域网协议

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2」网络体系结构的渗本概念

1网络的层次结构

□计算机网络是一个复杂的系统。为了降低系统设计

和实现的难度，把计算机网络要实现的功能进行结

构化和模块化的设计，将整体功能分为几个相对独

立的子功能层次，各个功能层次间进行有机的连接,

下层为其上一层提供必要的功能服务。这种层次结

构的设计称为网络层次结构模型。

□网络层次结构模型的好处是：各层之间相互独立，

各层实现技术的改变不影响其他层，易于实现和维

护，有利于促进标准化，为计算机网络协议的设计

和实现提供了很大方便。

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2」网络体系结构白峰本概念

3网络体系结构

□计算机网络的层次及各层协议的集合,

即是网络体系结构(Architecture)。

具体地说，网络体系结构是关于计算

机网络应设置哪几层，每个层次又应

提供哪些功能的精确定义。

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2」网络体系结构白蜂本概念

2网络协议

口网络中的两个实体要实现通信，它们必须具有

相同的语言，交流什么、怎样交流及何时交流

等，必须遵守有关实体间某些相互都能接受的

一些规则，这些规则的集合称为协议。

口为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准

或约定即为网络协议。

□网络协议一般由语法、语义和时序三要素组

成。

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2.2开放系统互连号模型

1开放系统互连参考模型的形成

□为了使不同体系结构的计算机网络都能互连,

国际标准化组织ISO于1977年提出了一个

试图使各种计算机在世界范围内互连成网的

标准框架，即著名的开放系统互连参考模型

(OSI/RM,OpenSystemInterconnection/ReferenceModel),

简称为OSI。“开放”是指：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。

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2.2开放系统互连号模型

2OSI参考模型层次划分的原则

□网络中所有节点都划分为相同的层次结构，

每个相同的层次都有相同的功能

□同一节点内各相邻层次之间通过接口协议进

行通信

□每一层使用下一层提供的服务，并向它的上

层提供服务

□不同节点的同等层按照协议实现同等层之间

的通信

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2.2开放系统互连参考模型

3OSI参考模型的七层结构

系统A系统B

图2-1OSI参考模型

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2.2开放系统互连参考模型

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2.2开放系统互连号模型

5OSI参考模型各层功能

□物理层(PhysicalLayer)

物理层是OSI参考模型的最低层，它建立在

传输介质上，利用物理传输介质为数据链路

层提供物理连接。

物理层的主要功能是在物理介质上传输二进

制数据比特流；提供为建立、维护和拆除物

理连接所需的机械、电气和规程方面的特性。

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2.2开放系统互连号模型

50sl参考模型各层功能

□数据链路层(DataLinkLayer)

在物理层传送的比特流的基础上，数据链路层负责建

立相邻节点之间的数据链路，提供节点之间的可靠

的数据传输。这一层将接收到的二进制数据流封装

成帧(包含目的地址、源地址、数据段以及其他控

制信息)，然后按顺序传输帧，并负责处理接收端

发回的确认帧的信息。

另外，数据链路层还具有流量控制和检错功能。

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2.2开放系统互连参考模型

5OSI参考模型各层功能

□网络层(NetworkLayer)

数据在网络层被转换为数据分组，然后通过

路径选择、流量、差错、顺序、进/出路由

等控制，将数据从物理连接的一端传送到另

一端，并负责点到点之间通信联系的建立、

维护和结束。它通过执行路由算法，为分组

通过通信子网选择最适当的路径，还要执行

拥塞控制与网络互连等功能，是OSI参考模

型中最复杂的一层。

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2.2开放系统互连号模型

5OSI参考模型各层功能

□传输层(TransportLayer)

传输层是面向应用的高层和与网络有关的低

层协议之间的接口，其下三层与数据传输有

关，其上三层与应用有关。传输层提供在不

同系统间数据传输服务，在网内两实体间建

立端到端通信信道，提供两端点之间的可靠、

透明数据传输；执行端到端差错检测和恢复,

顺序控制和流量控制功能，并管理多路复用。

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2.2开放系统互连号模型

5OSI参考模型各层功能

□会话层(SessionLayer)

会话层负责控制每一网络节点究竟什么时间

可以传送与接收数据，为不同用户提供建立

会话关系，并对会话进行有效管理。例如，

当许多用户同时收发信息时，该层主要控制、

决定何时发送或接收信息，才不会有“碰撞”

发生。

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2.2开放系统互连号模型

5OSI参考模型各层功能

□表示层(PresentationLayer)

表示层是为了在不同系统之间的不同信息表

示能够相互理解对方数据的含义以便进行通

信而设置的，它负责将数据转换为发送方和

接收方都能识别的格式。

另外，表示层还负责诸如数据压缩和恢复、

加密和解密等服务。

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2.2开放系统互连号模型

5OSI参考模型各层功能

□应用层(ApplicationLayer)

应用层是OSI参考模型的最高层，它与用户直

接联系，负责网络中应用程序与网络操作系

统之间的联系。监督并且管理相互连接起来

的应用系统以及所使用的应用资源。例如为

用户提供各种服务，包括文件传输、远程登

录、电子邮件及网络管理等。

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2.3TCP/IP体系结构

□osi参考模型试图达到一种理想境界，即全

世界的计算机网络都遵循这统一的标准，所

有的计算机都能方便的互连和交换数据，然

而由于OSI标准制定周期长、协议实现过分

复杂及OSI的层次划分不太合理等原因。当

到了20世纪90年代初期，虽然整套的0SI

标准都已制定出来，但当时的Internet在全

世界的范围形成规模，因此网络体系结构得

到广泛应用的并不是国际标准的0SI,而是

应用在Internet上的非国际标准的TCP/IP

体系结构。

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2.3TCP/IP体系结构

1TCP/IP与OSI体系结构的对照关系

OS1的参考模型

应用层

表不层

会话层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

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2.3TCP/IP体系结构

2TCP/IP参考模型各层功能

□主机至网络层

主机至网络层（网络接口层）是TCP/IP模型

的最低层。它负责网际层与硬件设备间的联

系，指出主机必须使用某种协议与网络相连。

口网际层

它是整个体系结构的关键部分，网际层的功

能就是把IP分组发送到它应该去的地方，分

组路由和避免拥塞是网际层主要解决的问题。

网际层使用的主要协议是IP协议。

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2.3TCP/IP体系结构

2TCP/IP参考模型各层功能

□传输层

传输层解决的是“端到端”的通信问题。它的功能

是使源端和目的端主机上的对等实体可以进行会话,

和OSI的传输层一样，传输层定义了两个端到端的

协议。第一个是传输控制协议TCP,它是一个面向

连接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错

地发往互联网上的其他机器。第二个协议是用户数

据报协议UDP,它是一个不可靠的、无连接协议。

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2.3TCP/IP体系结构

2TCP/IP参考模型各层功能

□应用层

应用层提供一组常用的应用程序给用户，应用程序

和传输层协议相配合，完成发送或接收数据。每个

应用程序都有自己的数据格式，它可以是一系列报

文或字节流，但不管采用哪种格式，都要将数据传

送给传输层以便交换。

应用层包含所有的高层协议，如文件传输协议FTP、

电子邮件协议SMTP、超文本传输协议HTTP等。

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2.4计算机局域网岭

□从总体上看，局域网协议较为简单，一般仅有二层

或三层。物理层与osi定义的类似，国际标准化组

织已经对物理介质、附属设备和层间接口做了定义

说明。由于局域网多采用广播通信技术，需要很好

地解决信道争用问题，故数据链路层的一些细节问

题与OSI定义的不同。OSI的网络层主要解决路径选

择问题，而局域网没有路由问题，一个节点发出的

信息其他节点都可以收到，所以局域网一般不设该

层，OSI网络层的其他功能合并到数据链路层。对

于第四到第七层，局域网系统没有明确的定义，故

高层仍用OSI的协议标准，多把其他高层作为一层

来处理。

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2.4计算机局域网协议

1IEEE802标准简介

□在ISO/OSI参考模型中，其低三层协议是依赖具体网络的，计算机局

域网是一种具体的网络，共享信道是它的特性。遵循ISO/OSI参考模

型的原则，IEEE802系列标准协议主要解决局域网低三层的功能，其

对应的LAN/RM如下图所示。

网际层

LLC子层

MAC子层

物理层

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2.4计算机局域网岭

1IEEE802标准简介

□在ISO/OSI参考模型中，数据链路层的功能简单，它只负责

把数据从一个节点可靠地传输到相邻的节点。但在局域网中,

多个站点共享传输介质，在节点间传输数据之前必须首先解

决由哪个设备使用传输介质，因此数据链路层要有介质访问

控制功能。由于介质的多样性，所以必须提供多种介质访问

控制方法。为此IEEE802标准把数据链路层划分为两个子层：

逻辑链路控制（LLC）子层和介质访问控制（MAC）子层。

LLC子层负责向网际层提供服务，它提供的主要功能是寻址、

差错控制和流量控制等；MAC子层的主要功能是控制对传输

介质的访问，不同类型的LAN,需要采用不同的控制法。并

且在发送数据时负责把数据组装成带有地址和差错校验段的

帧，在接收数据时负责把帧拆封，执行地址识别和差错校验。

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2.4计算机局域网岭

2IEEE802标准系列

□对于使用不同传输介质的不同局域网，IEEE局域网标

准委员会分别制定了不同的标准，适用于不同的网络环

境，这些标准如下表所示。

标准职责标准职责

IEEE802.1网络互操作与网络互连IEEE802.7宽带局域网络雕

IEEE802.2逻辑捱路控制子层协议IEEE802.8光纤融网络标准

IEEE802.3CSBIVCDR100BASE-XIEEE802.9筮合话音数据局域网

IEEE802.4令牌总线网IEEE802.10UN的安全性技术

IEEE802.5令牌环网IEEE802.11无线网络雕

IEEE802.6城域网（MAN）林淮IEEE802.12100VLAi1yLAN

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