计算机网络课件：ch1 概述-2

1、1,1.3 网络软件,协议层次 接口与服务 各层的设计问题 面向连接的服务和无连接的服务 服务和协议的关系,2,对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组织网络的结构，以达到： 结构清晰 简化设计与实现 便于更新与维护 较强的独立性和适应性,解决：分而治之！ 一个生活中的例子：,1.3.1 协议层次,3,哲学家-翻译-秘书结构,4,哲学家-翻译-秘书结构,消息,选择语言,选择传真,5,哲学家-翻译-秘书结构,消息,选择语言,选择传真,一系列的步骤 层次的观点： 每层实现一种特定的服务 通过自己内部的功能 依赖自己的下层提供的服务,6,哲学家-翻译-秘书结构,消息,选择语言,选择传真,每层都向上一

2、层提供特定的服务 每层都把实现服务的细节对上一层屏蔽 一方的第n层与另一方的第n层对话 对应层的实体称为对等体 对话中用到的规则和约定统称为第n层协议 每层都通过接口享受下一层提供的服务,7,问题： 两个哲学家之间、两个翻译之间，他们是在直接通信吗？ 翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？ 一方的哲学家与翻译、翻译与秘书之间的接口改变对另一方有影响吗？ 一方换翻译/秘书对通信有影响吗？,消息,选择语言,选择传真,哲学家-翻译-秘书结构,8,1.3.1 协议层次,举例2：邮政特快专递模型,9,层次化方法在其它领域的应用,程序设计 把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实现，如操作系统，抽象数据类型

3、、数据封装及面向对象程序设计。 邮政系统 邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输 银行系统 物流系统 ,10,1.3.1 协议层次,分层的好处 每一层不需要知道下一层是如何实现的，只需要知道层间的接口和所提供的服务 当某一层协议发生改变时不影响上下层协议 结构上分开，各层可采用最适合的技术 易于实现和维护 促进标准化,11,计算机网络体系结构的定义,计算机网络中也采用了分层方法。把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题，在不同层上予以解决。 网络的层次结构方法要解决的问题： 网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能） 各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口）

4、通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）,12,计算机网络中，层和协议的集合被称为计算机网络体系结构。 换句话说：体系结构包括两个内容：分层结构与每层的协议。 每层实现的细节和层间的接口规范并不属于网络体系结构的内容。 最早的网络体系结构源于IBM的SNA； 其它的网络体系结构还有DEC的DNA等 由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际标准是OSI/RM； 实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构 事实上的标准,计算机网络体系结构的定义,13,协议,人际交流的协议: 人类之间 “现在几点了?” “10点.” 说明发送的消息 说明接收到某消息后所应采取的行动 说明动作的次序,通信协议:

5、计算机之间 网络中所有的通信活动都是由协议所控制,协议： 定义网络实体间发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取的行动。（语义、语法和时序）,14,人相互交流的协议和通信协议之间的对比,15,通信协议的三要素,语义 对协议中各协议元素的含义的解释，例如： 在HDLC协议中，标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束 在BSC协议中，SOH(01H)表示报文的开始，STX(02H)表示报文正文的开始，ETX(03H)表示报文正文的结束 语法 协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如： 时序 通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则,BSC,HDLC,16,t,t,时序例,17,1

6、.3.1 协议层次,协议 计算机网络的同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则和约定 第n层协议 一台机器上的第n层与另一台机器上的第n层进行对话，对话中用到的规则和约定合起来称为第n层协议,18,1.3.1 协议层次,对等体 不同机器里包含对应层的实体，对等体用协议进行通信 接口 定义了下层向上层提供哪些原语操作和服务 网络体系结构 层和协议的集合 协议栈 一个特定系统所使用的一组协议（每层一个协议） 注 物理介质上进行的是实通信 对等体间进行的是虚拟通信,层、协议和接口,19,对等层通信的实质,网络分层体系结构原理禁止不同主机的对等层之间进行直接通信。(想一想，为什么?),实际上，

7、每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的对等层通信。 上层使用下层提供的服务Service user； 下层向上层提供服务Service provider。 第n+1层是第n层的服务用户，第n-1层是第n层的服务提供者 第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务 例：邮政通信,20,1.3.2 各层的设计问题,编址机制 数据传输规则 差错控制 流量控制 报文的分割与重组 顺序控制 多路复用 路由选择,21,数据传输规则,单工通信（simplex communication） 数据仅在一个方向上传输（例：无线电广播） 半双工通信（half-duplex communication） 数

8、据能在任意一个方向上传输，但不能同时双向传输（例：对讲机） 全双工通信（full-duplex communication） 数据能同时双向传输（例：电话）,22,发送器,接收器,单工方式：,23,1.3.3 面向连接服务和无连接服务,面向连接的服务（connection-oriented service） 在使用时要先建立连接 使用该连接传输数据 释放连接 无连接服务（connectionless service） 不需要建立和释放连接，直接传输数据 每个报文都带有完整的地址，并且每个报文都独立于其它报文，由系统选定的路线传递,24,1.3.3 面向连接服务和无连接服务,可靠的服务 让接收方

9、向发送方确认收到了一条消息 不可靠的服务 接收方不必向发送方确认收到了一条消息,25,面向连接服务的类型 可靠的面向连接服务 报文序列：要保持报文的边界 字节流：只是一个字节流，没有任何报文边界 例：发送方发送两个1024字节的报文，当2048字节到达接收方时候；对于报文流，收到的是两个独立的报文，每个报文大小是1024字节，而对于字节流，没有报文的边界，接收到的是一个2048字节的数据单元 不可靠的面向连接服务 如：视频会议,1.3.3 面向连接服务和无连接服务,26,1.3.3 面向连接服务和无连接服务,无连接服务的类型 数据报服务 特点是不需接收端作任何响应 是一种不可靠的服务 有确认的

10、数据报服务 对每一个报文产生一个确认给发送方 是一种可靠的服务 请求-应答服务 数据报是接收方每收到一个报文，就向发送方发送一个应答报文 通常被用于实现客户/服务器模式下的通信,27,Connection Oriented,Connectionless,参考模式,电话系统,邮政系统,特点,静态分配资源；传输前需要建立连接,动态分配资源,可靠性,提供的传输服务：无错、按序、无丢失/无重复,不能防止报文的损坏、失序、丢失和重复,对目的地址 的要求,仅在连接阶段需要完整的 目的地址,需要为每一个报文提供完 整的目的地址,适用场合,在一段时间内向同一目的地 发送大量报文; 实时性要求,少量零星报文,分

11、类及示例,1.可靠报文流- 文件传输 2.可靠字节流 - 远程登录 3.不可靠连接 - 视频会议,1.不可靠的数据报 - 垃圾邮件 2.可靠的数据报 - 挂号邮件 3.请求应答 - 数据库查询,1.3.3 面向连接服务和无连接服务,28,1.3.4 服务原语,一个服务在形式上是由一组原语来描述的，用户进程通过这些原语可以访问该服务 原语告诉该服务执行某个动作，或将某个对等体所执行的动作报告给客户,29,1.3.4 服务原语,举例：用于实现一个简单的面向连接服务的5个服务原语,30,1.3.4 服务原语,在一个面向连接的网络中，简单的客户-服务器交互过程中发送的分组,31,1.3.5 服务和协议

12、的关系,服务 是某层向它上一层提供的一组原语，但不涉及该操作是如何完成的 服务定义了两层之间的接口，上层是服务的用户，下层是服务的提供者； 协议 是一组规则，用来规定同一层上的对等体之间所交换的消息或分组的格式和含义,32,思考题：,计算机网络的体系结构 分为几层比较好？ 怎么分(即每一层完成什么功能或提供什么服务)？,主机和通信子网间的关系,33,1.4 参考模型,OSI参考模型 TCP/IP参考模型,34,1.4.1 OSI参考模型,OSI参考模型（Open System Interconnection Reference Model） 国际标准化组织（ISO）正式发布的标准，由七层构成,

13、两节点间可靠的数据传输,Ethernet, X.25, ATM, ,1. 传输0/1,2.,36,两端点间可靠的透明数据传输 （应用进程间的逻辑通信）,通信子网,沿两主机间的最佳路由传输数据 （主机间的逻辑通信）,Ethernet, X.25, ATM, ,4.,3.,37,OSI参考模型高三层协议,5. 会话层 允许不同机器上的用户之间建立会话 会话：指各种服务，包括对话控制、令牌管理、同步功能 6. 表示层 解决用户信息的语义、语法表示问题 实现不同信息格式和编码之间的转换 7. 应用层 包含了直接针对用户需要的协议 如：HTTP、文件传输、电子邮件、远程登录等,38,OSI/RM,OSI

14、/RM的体系结构分为7层,应用层Application,表示层Presentation,会话层Session,传输层Transport,物理层Physical,数据链路层Data Link,网络层Network,7 6 5 4 3 2 1,为网络应用提供服务 数据表示 在用户间建立会话关系 不同主机进程间的通信 在主机间传输分组 在节点间可靠地传输帧 位流的透明传输,39,物理层(physical layer),传输原始比特流，处理机械的、电气的和时序的接口及物理传输介质等问题 如： 用多少伏电压表示“1”，多少伏电压表示“0” 一个比特持续多少纳秒 单工、双工还是半双工 最初物理连接如何建立

15、、完成通信后，连接如何终止 网络接插件有多少针，各个针的用途,40,数据链路层的任务,两节点间可靠的数据传输,Ethernet, X.25, ATM, ,41,任务：在两个相邻节点间可靠地传输数据，使之对网络层呈现为一条无错的链路。 功能与服务： 组帧：帧封装，按顺序传送； 定界与同步：产生/识别帧边界； 差错检测/恢复：如果是可靠的服务，则接收方必须确认每个已正确接收的帧； 流量控制：防止高速的发送方“淹没”低速接收方。 在广播式网络中，控制对共享信道的访问。,数据链路层 （data link layer）,42,共享信道问题(LAN or Wireless)： 如何控制对共享信道的访问？

16、将数据链路层划分为 逻辑链路控制(Logical Link Control, LLC) 介质访问控制(Media Access Control, MAC) 由MAC子层解决共享介质访问控制问题。,数据链路层 （data link layer）,43,数据链路层的任务,两节点间可靠的数据传输,Ethernet, X.25, ATM, ,网络层的任务,沿两主机间的最佳路由传输数据 （主机间的逻辑通信）,Ethernet, X.25, ATM, ,44,网络层（network layer/internet layer） 任务：选择合适的路由，把分组从源主机传送到目的主机。 功能与服务： 异构网络互连

17、 路由选择 网络流量控制 服务质量等,45,网络层的任务,沿两主机间的最佳路由传输数据 （主机间的逻辑通信）,Ethernet, X.25, ATM, ,传输层的任务,两端点间可靠的透明数据传输 （应用进程间的逻辑通信）,通信子网,46,传输层（transport layer） 任务：在源端与目的端之间提供可靠的透明数据传输，使上层服务用户不必关心通信子网的实现细节。 接收来自上层的数据，并在必要时把这些数据分割成小的单元，然后把数据单元传递给网络层，并确保这些数据片段都能到达另一端 传输层的特点 以上各层：面向应用，本层及以下各层：面向传输； 只存在于端主机中； 实现源主机到目的主机“端到端

18、”的连接； 在这一点上与网络层的区别是什么？,网络层：为主机之间提供逻辑传输 传输层：为应用进程之间提供逻辑传输,47,OSI参考模型如何传输数据,-封装和解封装,48,OSI Model Data Flow-Encapsulating & De-encapsulating Data,49,OSI Model Data Flow-Encapsulating & De-encapsulating Data,50,OSI Model Data Flow-Encapsulating & De-encapsulating Data,地址 ？,51,OSI Model Data Flow-Encapsulating & De-encapsulating Data,在目的站，某一层只能识别由源站对等层封装的“信封” 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。 每一层只处理本层的协议头部！,52,OSI Model Data Flow-Encapsulating & De-encapsulating Data,协议：对等体用协议进行通信 接口：定义了下层向上层提供哪些原语操作和服务 协议栈：一个特定系统所使用的一组协议（每层一个协议，协议和层的关系？）,53,OSI M