2.计算机网络体系结构2-3.ppt

1、1,Ch2 计算机网络体系结构,2,主要内容,网络体系结构 ISO/OSI RM ISO/OSI RM主要层次的功能及相关协议 ISO/OSI RM的重要概念 TCP/IP RM简介,3,网络体系结构,网络分层概念 多层通信的实质 通信虚电路 实际通路 举例 网络体系结构的定义,4,网络为什么要分层 1,网络体系结构发展的背景网络的状况 多种通信媒介有线、无线. 不同种类的设备通用、专用. 不同的操作系统Unix、Windows . 不同的应用环境固定、移动. 不同种类业务分时、交互、实时. 宝贵的投资和积累有形、无形. 用户业务的延续性不允许出现大的跌宕起伏 它们互相交织，形成了非常复杂的系

2、统应用环境。,网络的异构性问题,网络的复杂性,5,网络为什么要分层 2,问题：如何将这些用不同媒介连接起来的不同设备和网络系统，在不同的应用环境下实现互操作性？ 网络体系结构就是使这些用不同媒介连接起来的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作性，并满足各种业务的需求的一种粘合剂，它营造了一种“生存空间”任何厂商的任何产品、以及任何技术只要遵守这个空间的行为规则，就能够在其中生存并发展。,6,网络为什么要分层 3,网络体系结构解决异质性问题采用的是分层方法。 把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决。 就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样。,7,网络

3、为什么要分层 4,层次结构方法要解决的问题 1.网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能） 2.各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口） 3.通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）,层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服务与层间接口，协议。,8,网络为什么要分层 5,层次结构方法的优点 把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护 定义并提供了具有兼容性的标准接口 使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块 独立性强上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务黑箱方法 适应性强只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变 一个区域网络的变化不会影响

4、另外一个区域的网络，因此每个区域的网络可单独升级或改造,9,多层通信的实质,通信虚电路：通信是在同层之间进行，第N层只能与对方的第N层通信 通信实电路：每一层将数据和控制信息传送给下一层，直至最底层，通过物理介质进行实际的传输。 多层通信的实质： 对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务 上层使用下层提供的服务 实际通信在最底层完成,10,示例：中德教师之间的对话,“你好”,“Hello”,传真,中国教师,翻译,秘书,“Hallo”,“Hello”,传真,德国教师,翻译,秘书,对交谈内容的共识,用英语对话,使用传真通信,P3,P2,P1,物理通信线路,问题： 中国教师与德国教师之间、翻译之间

5、，他们是在直接通信吗？ 翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？ 中德教师、翻译各使用谁提供的什么服务？,11,多层通信的图示,12,按照功能分层,从总体上看计算机网络包括两个大的层次：通信子网和资源子网 通信子网和资源子网都能再细分为功能更单一的几个层次 无论怎样分层，较低的层次总是为与它紧邻的上层提供服务的 著名的分层 ISO/OSI七层 TCP/IP五层,13,协议定义,协议（protocol） ： 是保证不同计算机能彼此通信应共同遵守的规定和约定。对于分层的系统，通常协议也是分层的，此种协议是双方同层实体在通信时使用的规则 协议通常包括所传输数据的格式、使用哪些协议控制信息、差错控制方案及在

6、计时与时序上的有关的约定 一般说同一个计算机网络中的各个计算机应遵守相同的协议才能相互通信,14,网络体系结构定义,什么是体系结构（体系结构是框架式的模型）？ 是人们设计与研究复杂产品时的基本依据 是产品从功能上彼此兼容的基础 结构化的分层及各层通信协议的总和就是计算机网络的体系结构 同遵循一种网络体系结构的不同计算机能较容易地按相同的协议通信,15,主要内容,网络体系结构 ISO/OSI RM ISO/OSI RM主要层次的功能及相关协议 ISO/OSI RM的重要概念 TCP/IP RM简介,16,ISO/OSI RM (Reference Model)开放系统互连参考模型,分层原则 模型

7、 各层功能 小结,17,分层原则,根据功能的需要分层 每一层应当实现一个定义明确的功能 每一层的功能的选择应当有助于制定网络协议的国际标准 各层界面的选择应尽量减少跨过接口的信息量 层数的划分应合适： 不能太少，以避免不同的功能混杂在同一层次中； 不能太多，否则该体系结构会过于庞大,18,ISO/OSI参考模型 1,19,信息单位,OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。 传输层及以下各层的PDU还有各自特定的名称： 传输层数据段（Segment） 网络层分组（数据报）（Packet） 数据链路层数据帧（Frame） 物

8、理层比特（Bit）,20,ISO/OSI参考模型 2,21,ISO/OSI参考模型 3,数据封装 一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程成为封装。 封装就是在数据前面加上特定的协议头部。,数 据,协议头,数 据,22,例：套装信封,发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送，还要写明用航空或挂号。,23,ISO/OSI参考模型 4,OSI参考模型中每一层都要依靠下一层提供的服务。 为了提供服务，下层把上层的PDU作为本层的数据封装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。 这样，数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到

9、达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层“信封”。 但是，某一层只能识别由对等层封装的“信封”，而对于被封装在“信封”内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。,数据,数据 段 数据包 帧 比特 电脉冲,011101000011000010100101111010110,数据多层封装,25,ISO/OSI参考模型 5,通信实电路 封装和解封,26,主要内容,网络体系结构 ISO/OSI RM ISO/OSI RM主要层次的功能及相关协议 ISO/OSI RM的重要概念 TCP/IP RM简介,27,各层功能：物理层

10、,功能： 物理层规定了介质与插接件的规格、信号的制式、收发与转发设备的性能、插接件各针的功能定义以及建立连接、传送位流和拆除连接的操作规程 在物理媒体上传输原始的比特流 传输的数据单位：比特流 规定与传输媒体之间的机械、电气、功能和规程的特性 不是传输媒体 为数据链路层提供服务 举例：RS232、RS449,1,28,各层功能：数据链路层,无差错地传输帧：数据链路层依靠组建数据帧、实现帧同步、按帧进行检错、重发出错帧、根据需要进行流量和顺序控制等来保证相邻结点之间有可靠的数据传输 传输的数据单位：帧frame 链路管理：面向连接 流量控制：双方速度匹配-淹没 差错控制：校验 为网络层提供服务,

11、2,29,各层功能：网络层,如何将分组从源传送到目的地？ 数据传输单位：分组(packet) 路由选择：算法 流量控制：分组过多 子网划分：防止广播 网络互连,3,30,各层功能：传输层,传输层是计算机与通信子网间的界面，一方面可弥补网络层的不足之处，另一方面又对高层屏蔽了子网的不一致性 传输层的目的是提供有效、可靠且价格合理的端对端的通信服务，从端到端(主机到主机)经网络透明地传输报文：不知道通信子网 传输的数据单位：报文 面向连接的服务和无连接的服务 流量控制 差错控制,4,31,各层功能：会话层,不同主机的不同进程间的通信 传输层：主机到主机的通信 会话同步 为通信的应用进程建立与组织会

12、话，使应用进程能管理与控制通信进程。从而使网络上的应用灵活、可靠，既易于暂时中止一个活动，在着手进行了更紧急的活动后，再继续它，也能高效地从与通信无关的高层故障中恢复,5,32,各层功能：表示层,为通信双方的应用层实体提供共同的表达手段，使双方能正确地理解所传送的信息 实际上表示层的功能涉及到格式转换、数据加密与数据压缩等诸多方面数据格式的转换,6,33,各层功能：应用层,与最终用户的接口 服务： FTAM：FileTransfer,Access and Management文件传送、访问和管理 MHS：Message Handling System信报处理系统，电子邮件 VT：Virtual

13、 Terminal虚拟终端,7,34,七层协议小结,应用层：与用户进程的接口 相当于 “做什么？” 表示层：数据格式的转换 相当于 “对方看起来象什么” 会话层：会话管理与数据传输的同步 相当于 “轮到谁讲话，从何处讲” 传输层：端到端可靠的数据传输 相当于 “对方在何处？” 网络层：分组传送，路由选择和流量控制 相当于 “走那条路可到达对方” 数据链路层：在链路上无差错的传送帧 相当于 “每一步该怎么走？” 物理层：在物理媒体上透明地传输比特流(Bit) 相当于 “怎样利用传输媒体？”,35,主要内容,网络体系结构 ISO/OSI RM ISO/OSI RM主要层次的功能及相关协议 ISO/

14、OSI RM的重要概念 TCP/IP RM简介,36,ISO/OSI RM的重要概念,实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程，每一层中活跃元素,对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实体。 协议作用在对等实体之间,接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的原语操作及下层对上层的服务,服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层,服务原语：服务在形式上是以一组原语(或操作)来描述的,网络体系结构：计算机网络的层次及其协议的集合，是对网络及其组成部分的功能的精确定义,协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定,37,基本概念2,服务提供者和服务用户：N

15、层向N+1层提供服务，N层实体称为服务提供者；N+1层实体为服务用户 服务访问点（SAP）：接口上相邻两层实体交换信息处 Service Access Point 接口数据单元（IDU）：相邻两层实体之间交换的信息单元 Interface Data Unit 接口控制信息（ICI）：相邻两层实体之间交换信息时的控制信息 Interface Control Information,38,基本概念3,服务数据单元（SDU）：来自上一层，在本层与对等实体交换的信息 Service Data Unit 协议数据单元（PDU）：对等实体之间交换的信息单元 Protocol Data Unit 协议控制信

16、息（PCI）：对等实体之间交换信息时的控制信息 Protocol Control Information,39,40,通信过程中的数据流变化示例,41,通信过程中的数据单元,(N)PCI (N)SDU,(N+1) PDU,42,面向连接与无连接服务,面向连接的服务 以电话系统为模式 拨号=通话=挂断 数据交换之前，首先要建立连接，预先申请资源，使用连接来交换数据，交换完毕后，释放连接 无连接的服务 以邮政系统为模式 动态分配资源，仅在传输时占用资源，不需要通信双方同时活跃,43,服务用户（N+1实体）与服务提供者（N实体）之间进行交互时，所交换的必要信息，用以通知服务用户采取某种行动，或向服务

17、用户报告其服务提供者的对等实体采取的行动 通常有4类服务原语: 请求原语N-CONNECT.request(参数) 指示原语N-CONNECT.indication (参数) 响应原语N-CONNECT.response(参数) 证实原语N-CONNECT.confirm(参数),Request 请求 源（N+1）实体 源（N）实体 Indication 指示目的（N）实体 目的（N+1）实体 Response 响应目的（N+1）实体 目的（N）实体 Confirm 证实源（N）实体 源（N+1）实体,服务原语,44,每种服务有几个可用原语是由标准规定的 无须确认的服务通常只有前两类原语 需要

18、确认的服务常用4类原语 而服务提供者的故障报告仅使用表示原语 通常原语都带有参数 例如 N-DATA.request(user_data),服务原语,45,服务原语,46,面向连接服务示例,连接请求（CONNECT.request）：主叫方服务用户请求建立连接 连接指示（CONNECT.indication）：被叫方服务提供者向其服务用户报告有连接建立请求 连接响应（CONNECT.response）：被叫方服务用户表示接受连接请求 连接证实（CONNECT.confirm）：主叫方服务提供者通知其服务用户 连接已建立 数据请求（DATA.request）： 服务用户请求其服务提供者把数据传送

19、给对方 数据指示（DATA.indication）：服务提供者向其服务用户报告有数据到达 断连指示（DISCONNECT.request）： 服务用户请求释放连接 断连指示（DISCONNECT.indication）：服务提供者通知服务用户对方已释放连接,47,电话系统工作示例,例如：A 打电话请B 吃饭，服务提供者为电话局 CONNECT.request A拨B的电话号码 CONNECT.indication B的电话振铃 CONNECT.response B摘机 CONNECT.confirm A听到振铃停止，知道有人应答 DATA.request A说话，发出邀请 DATA.indication B听到A的邀请 DATA.request B说话，接受邀请 DATA.indication A听到B的答复 DISCONNECT.request B挂机 DISCONNECT.indication A听到B挂机，也挂机。,48,面向连接与无连接服务,49,数据报与虚电路,数据报：无连接的服务；虚电路：面向连接的服务 数据报