第2章计算机网络协议与体系结构.ppt

1、第2章 计算机网络的协议与体系结构,2.1 计算机网络体系结构的形成 2.2 协议与划分层次 2.3 计算机网络的原理体系结构 2.4 OSI参考模型与TCP/IP体系结构的比较 2.5 客户服务器方式,2.1 计算机网络体系结构的形成,1）网络上两台计算机间数据传输的基本过程（p20） 2）建立统一网络体系结构的必要性 3）开放系统互联基本参考模型OSI/RM 开放：能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行连接。 系统：指在现实系统中与互联有关的各部分。 ISO 7498国际标准（1983年），即七层协议标准 4）网络体系结构事实上的国际标准TCP/IP,2.2 协议与划分层次,1）网络

2、协议 协议的定义：两个通信对象在进行通信时，须遵从相互接受的一组约定和规则，这些约定和规则使它们在通信内容、怎样通信以及何时通信等方面相互配合。简单地说，协议是指通信双方必须遵循的控制信息交换的规则的集合。 协议三要素 （1）语法：指数据与控制信息的结构或格式。 （2）语义：由通信过程的说明构成。 （3）同步：事件实现顺序的详细说明，指出事件的顺序以及速度匹配。,文件传送模块,通信服务模块,网络接入模块,计算机1,文件传送模块,通信服务模块,网络接入模块,文件及文件传送命令,与通信有关的报文命令,网络接口,网络接口,通信网络,计算机2,P22 图21 划分层次举例,2）网络通信中的分层概念,多

3、层通信示例：中德教师之间的讨论,3）协议分层 网络系统体系结构是有层次的，通信协议也被分为多个层次，在每个层次内又可分成若干子层次，协议各层次有高低之分。 现代计算机网络采用高度结构化的设计和实现技术，是用分层或协议分层来组织的。每一层和相邻层有接口，较低层通过接口向它的上一层提供服务，但这一服务的实现细节对上层是屏蔽的。较高层又是在较低层提供的低级服务的基础上实现更高级的服务。 在设计和选择协议时，不仅要考虑网络系统的拓扑结构、信息的传输量、所采用的传输技术、数据存取方式，还要考虑到其效率、价格和适应性等问题。,4）各层设计问题,为什么要采用分层次的结构 （p22) 分层所要实现的功能（5项

4、） 网络体系结构概念：(p23)计算机网络的各层及其协议的集合 网络分层基本规则 根据不同层次的抽象分层。 每层应当实现一个定义明确的功能。 每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际标准。 各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量。 层数应足够多，以避免不同的功能混杂在同一层中，但也不能太多，否则体系结构会过于庞大，并将增加各层服务的开销。,图2-15 协议层次结构,2.3 计算机网络的原理体系结构,2.3.1 从OSI体系结构到原理体系结构 1OSI参考模型层次划分原则 OSI参考模型及协议,物理层,在数据链路层的两个实体之间建立、维持和释放物理连接,规定在物理层传送0、1数据的电参数（波

5、形、频率、电平）,规定所用的连接器机械、电气、功能特性和规程特性,传送二进制位(bit)流,2. ISO/OSI RM中各层的主要功能,数据链路层,数据链路的建立、维持和释放,帧的分界和同步,差错检测与控制,流量控制,传送帧,网络层,路径选择,网络中拥塞控制,传送分组IP数据报,传输层,提供两个端系统之间可靠、透明的数据传送,具有复用和分用,顺序控制,流量控制,传送报文,TCP,UDP,会话层,传送报文,为通信的两个进程建立会话连接，进行交换,会话管理,令牌管理,同步管理,表示层,信息格式的转换（数据编码）,数据的加密和解密,OSI内部语法,应用层,为用户使用网络提供接口,OSI网络参考模型功

6、能表示,3. OSI模型的数据流向 OSI模型的数据流向,4. 原理体系结构,综合OSI和TCP/IP的优点，采用五层形式的“原理体系结构”。（p24图2-2) 应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层,2.3.2 实体、协议、服务和服务访问站点,1.基本概念 实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议：控制两个对等实体进行通信的规则集合。 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。,服务：服务描述两层之间的接口，定义了该层能够代表它的调用者所完成的操作。 服务访问站点（SAP)(接口)：相邻两层的实体进行交互的

7、界面。定义相邻两层之间的原语操作及上层对下层的服务。 协议数据单元（PDU）：OSI中对等层次上传送数据。 服务数据单元（SDU）：OSI层与层之间交换的数据单位。 协议栈：某一系统内的各层协议集。,2服务类型 在计算机网络协议的层次结构中，层与层之间具有服务与被服务的单向依赖关系，下层（n-1)向上层(n)提供服务，而上层则调用下层的服务。下层是服务提供者，上层是服务调用者。它们之间通过一组服务原语完成服务过程，但并不涉及如何实现操作的细节。,3服务与协议 服务和协议是两个不同的概念。 协议是有关对等实体间交换数据的格式和意义的一组规则。协议是“水平”的。通信的两实体利用协议来实现它们的服务

8、定义。 服务是“垂直”的，由下层向上层通过层间接口提供，并非在一个层内完成的功能。,服务用户,服务用户,协议,服务提供者,SAP,SAP,交换原语,交换原语,提供服务,4服务原语(primitive) 上层使用下层所提供服务时与下层交换的命令 表2-3 四类服务原语,有证实服务与无证实服务示例,电话系统工作示例,2.3.3 面向连接服务与无连接服务,面向连接服务 连接：两个数据实体为进行数据通信而进行的一种结合. 面向连接服务过程： 连接建立、数据传输、连接释放。 虚电路服务： 面向连接的服务适应：一定时间内向同一个目的地发送许多报文。,2 无连接服务,两实体间通信不需先建立好一个连接。 特点

9、：灵活方便和比较迅速。不能防止报文丢失、重复或失序，属不可靠连接。 适用：传送少量零星报文 三种类型： （1）数据报 （2）证实交付 （3）请求回答,2.4 OSI 与TCP/IP结构的比较 TCPIP协议也采用了层次体系结构，所涉及的层次包括网络接口层、传输层、网际层和应用层。 TCP/IP协议模型,1) 网络接口层 TCP/IP协议对这一层描述得很少，一般网络接口层提 供了TCPIP协议与各种物理网络的接口，为数据报的 传送和校验提供了可能。 2) 网际层 网络接口层只提供了简单的数据流传送服务，而在 Intenet中网络与网络之间的数据传输主要依赖于网际层中的IP协议（Internet

10、Protocol）。 IP的功能包括如下3项： 管理Internet中的地址 图2-19 基本的IP地址, 路由选择功能 数据报的分片与重组 3) 运输层（Transport Layer）： 面向连接的传输控制协议（TCP） 面向无连接的用户数据报协议（UDP） 4) 应用层（Application Layer） HTTP SMTP FTP TELNET,OSI与TCP/IP体系结构的对比,（1）TCP/IP考虑多种异构网互连，将IP单设一层；OSI最初考虑用一个标准的公用数据网互连不同系统。 （2）TCP/IP一开始就面向连接和无连接服务，OSI开始只提供面向连接服务。 （3）TCP/IP有

11、较好的网络管理功能，OSI后来才考虑。,返回,在讨论两个主机通过两个网络互连在一起时，可以使用如图2-6所示的层次关系。,还有一种方法，就是用按层次高低的一些协议来表示TCP/IP协议族，如图2-7所示。,2.5 客户服务器方式,在TCP/IP的进程之间的通信经常使用客户服务器方式。 应用层协议并不是解决用户各种具体应用的协议，而是为最终用户提供服务。为了解决具体的应用问题而彼此通信的进程就称为“应用进程”。而应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。,客户软件和服务器软件具有以下主要特点。 1客户软件 1）在进行通信时临时成为客户，但它也可在本地进行其他的计算。 2）被用户调用，在用户的计算机上运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信。 3）可与多个服务器进行通信。 4）不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。,2服务器软件 （1）是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地客户的请求。 （2）在共享计算机上运行。当系统启动时即自动调用，且不断地运行着。 （3）被动地等待并接受来自多个客户的通信请求。 （4）一般需要强大的硬件和高级的操作系