计算机网络体系结构(课堂PPT)

1、第3章 计算机网络体系结构,基本要求： 掌握计算机网络体系结构基本概念；熟悉ISO/OSI开放系统互连参考模型各层的功能，OSI的相邻层之间通信的过程，不同计算机上同等层之间的通信过程，ISO/OSI数据封装与解封装；熟悉OSI模型的每一层数据的名称；熟悉TCP/IP体系结构及各层协议，数据封装过程,教学重点和难点： OSI模型七层功能及其关系； OSI的相邻层之间通信的过程； 不同计算机上同等层之间的通信过程； ISO/OSI数据封装与解封装的过程； TCP/IP模型体系结构； TCP/IP数据封装与解封装的过程,第3章 计算机网络体系结构,发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。 要

2、告诉网络如何识别接收数据的计算机。 发起通信的计算机必须查明对方计算机是否已准备好接收数据。 发起通信的计算机必须弄清楚，在对方计算机中的文件管理程序是否已做好文件接收和存储文件的准备工作。 若计算机的文件格式不兼容，则至少其中的一个计算机应完成格式转换功能。 对出现的各种差错和意外事故，如数据传送错误、重复或丢失，网络中某个结点出故障等，应当有可靠的措施保证对方计算机最终能够收到正确的文件,3.1 计算机网络体系结构概述,3.1.1 建立计算机网络体系结构的必要性,3.1.2 计算机网络的分层模型,3.1 计算机网络体系结构概述,分层的好处,1、各层之间是独立的。 2、灵活性好。 3、结构上

3、可分割开。 4、易于实现和维护。 5、能促进标准化工作,3.1 计算机网络体系结构概述,各层要完成的功能有,1、差错控制 2、流量控制 3、分段和重组 4、复用和分用 5、连接的建立和释放,3.1 计算机网络体系结构概述,1. 实体与对等实体,任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程,不同机器上位于同一层次、完成相同功能的实体,3.1 计算机网络体系结构概述,2. 通信协议,协 议,语 法,语 义,同 步,3.1 计算机网络体系结构概述,3. 服务与接口,在网络分层结构模型中，每一层为相邻的上一层所提供的功能称为服务,在同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方,通常称为服务访问点SAP,3.1 计

4、算机网络体系结构概述,4. 服务类型,每个报文（信件）带有完整的目的地址，并且每一个报文都独立于其他报文，由系统选定的路线传递。在正常情况下，当两个报文发往同一目的地时，先发的先到。但是，也有可能先发的报文在途中延误了，后发的报文反而先收到,在数据交换之前，必须先建立连接。当数据交换结束后，则必须终止这个连接。在传送数据时是按序传送的,面向连接服务,无连接服务,3.1 计算机网络体系结构概述,网络体系结构是从体系结构的角度来研究和设计计算机网络体系，其核心是网络系统的逻辑结构和功能分配定义，即描述实现不同计算机系统之间互连和通信的方法以及结构，是层和协议的集合。通常采用结构化设计方法，将计算机

5、网络系统划分成若干功能模块，形成层次分明的网络体系结构,3.1.3 网络体系结构,3.1 计算机网络体系结构概述,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,3.2.1 OSI七层模型,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,处理网络应用 数据表示 主机间通信 端到端的连接 寻址和最短路径 介质访问（接入） 二进制传输,3.2.2 OSI参考模型各层的功能,物理层的任务是: 实现在物理媒体上透明地传送原始比特流,某一个实际

6、存在的事物看起来却好像不存在一样,1.物理层,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,提供建立、维护和拆除物理链路所需的四种特性： 机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格； 电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数据 传送速率，最大传送距离等,功 能,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,功能特性：接口引脚的功能作用； 规程特性：信号时序，应答关系，操作过程。 通过传输介质进行数据流(比特流)的物理传输、故障监测和物理层管理,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,在网络层实体间提供数据传输功能和控制； 提供数据的流量控制； 检测和纠正物理链路产生的差错,2.数据链路层,3.2 I

7、SO/OSI开放系统互连参考模型,控制分组传送系统的操作、路由选择、拥塞 控制、网络互连等功能,它的作用是将具体 的物理传送对高层透明； 根据传输层的要求,选择服务质量； 向传输层报告未恢复的差错,3.网络层,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,提供建立、维护和拆除传输连接的功能； 选择网络层提供最合适的服务； 在系统之间提供可靠的透明的数据传输,提供 端到端的错误恢复和流量控制,4.传输层,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,提供两个进程之间建立、维护和结束会话连接的功能； 提供交互会话的管理功能,如三种数据流方向的控制,5.会话层,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型

8、,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,提供不同信息格式和编码之间的转换； 提供数据压缩和数据加密功能,6.表示层,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,基于ASCII码的计算机将信息“HELLO”的ASCII编码发送出去。但因为接收方使用EBCDIC编码，所以数据必须加以转换。因此，传送的是十六进制字符48454C4C4F，接收到的却是C8C5D3D3D6,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,应用层还包含大量的应用协议，如虚拟终端协议（Telnet）、简单邮件传输协议（SMTP）、简单网络管理协议（SNMP）、域名服务系统（DNS）和超文本传输协议（HTTP）等,7.应用

9、层,提供各种网络服务,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,3.2.3 OSI的层次间关系,为了使数据分组从源主机传送到目的主机，源主机OSI模型的每一层要与目标主机的每一层进行通信，用Peer-to-peer communications（对等实体间通信）表示源主机与目的主机对等层间的通信。在这一过程中，每一层的协议交换的信息称为协议数据单元（PDU，Protocol Data Unit），通常在该层的PDU前面增加一个单字母的前缀，表示为哪一层数据,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,1. OSI模型每一层数据的名称,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,每一层的协议交

10、换的信息称为协议数据单元（PDU，Protocol Data Unit），通常在该层的PDU前面增加一个单字母的前缀，表示为哪一层数据。如会话层通过传送SPDU和对等的会话层进行通信。相应地，应用层数据称为应用层协议数据单元（APDU，Application PDU），表示层数据称为表示层协议数据单元（PPDU，Presentation PDU）,会话层数据称为会话层协议数据单元（SPDU，Session PDU）；通常，把传输层数据称为段（segment），网络层数据称为数据包（Packet），数据链路层数据称为帧（Frame），物理层数据称为比特流（Bit,3.2 ISO/OSI开放系统互

11、连参考模型,2. 数据封装 如图3.4所示简单示意了两个实现OSI七层功能的网络设备之间是如何进行通信的。任务从主机A的应用层开始，按规定的格式逐层封装数据，直至数据包达到物理层，然后通过网络传输线路到主机B。主机B的物理层获取数据，向上层发送数据，直到到达主机B的应用层。 封装（Encapsulation）是指网络结点将要传送的数据用特定的协议头打包来传送数据，有时候也可能在数据尾部加上报文。OSI七层模型的每一层都对数据进行封装，以保证数据能够正确无误的到达目的地，并被终端主机理解及处理。下面来看一下数据从主机A到主机B的封装过程,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,3.2 ISO

12、/OSI开放系统互连参考模型,图3.4应用OSI七层进行通信,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,网络传输介质,主机A,主机B,首先，主机的应用层信息转化为能够在网络中传播的数据，能够被对端应用程序识别；然后数据在表示层加上表示层报头，协商数据格式，是否加密，转化成对端能够理解的数据格式；数据在会话层加上会话层报头；依此类推，传输层加上传输层报头，这时数据称为段（Segment），网络层加上网络层报头，称为数据包（Packet），数据链路层加上数据链路层报头称为帧（Frame）；在物理层数据转化为比特流，传送到

13、交换机，通过交换机将数据帧发向路由器；同理，路由器也逐层解封装：剥去数据链路层帧头部，依据网络层数据包头信息查找去往主机B的路径，然后封装数据发向主机B。图3.5示意了数据封装的过程,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,主机B从物理层到应用层，依次解封装，剥去各层封装报头，提取出发送主机发来的数据，完成数据的发送和接收过程。图3.6示意了数据解封装的过程,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,3. 同一台计算机之间相邻层的通信 如图3.7所示是OSI类型通信的一个例子。主机A发送信息给主机B。

14、主机A的应用层与主机B的应用层通信，主机A的应用层再与主机A的表示层通信，主机A的表示层再与主机A的会话层通信，等等，直到到达主机A的物理层。物理层把信息放到网络物理介质上并把信息从网络物理介质上送走。信息在网络物理介质上传送并被主机B接收后，会以相反的方向向上通过主机B的各层（先是物理层，然后是数据链路层，等等），直到最终到达主机B的应用层,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,3. 同一台计算机之间相邻层的通信,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,同一台计算机之间相邻层的通信演示,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,4. 不同计算机上同等层之间的通信 OSI参考模型的

15、分层禁止了不同主机间的对等层之间的直接通信。因此，主机A的每一层必须依靠主机A相邻层提供的服务来与主机B的对应层通信。假定主机A的第4层必须与主机B的第4层通信。那么，主机A的第4层就必须使用主机A的第3层提供的服务。第4层叫服务用户，第3层叫服务提供者。第3层通过一个服务接入点（SAP）给第4层提供服务。这些服务接入点使得第4层能要求第3层提供服务,3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型,3.3 TCP/IP 参考模型,3.3.1 TCP/IP 参考模型层次,3.3.2 TCP/IP模型各层的功能,3.3 TCP/IP 参考模型,3.3.3 TCP/IP各层主要协议,3.3 TCP/IP 参考模型,客户进程和服务器进程使用 TCP/IP 协议进行通信,数据链路层,物理层,运输层,网络层,数据链路层,物理层,运输层,网络层,应用层,应用层,因特网,以后就逐级使用下层 提供的服务 (使用 TCP 和 IP,功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程,数据链路层,物理层,运输层,网络层,应用层,计算机 3,因特网,3.3.4 TCP/IP参考模型数据封装,3.3 TCP/IP 参考模型,一、名词解释