第一讲 计算机网络体系结构

1、第一讲第一讲计算机网络体系结构计算机网络体系结构计算机网络模型和协议董德礼主要内容主要内容l计算机网络体系结构的含义lOSI参考模型及TCP/IP模型lOSI参考模型各层的作用与功能简介l计算机网络数据传输过程l不同的网络体系结构示例计算机网络体系结构的定义计算机网络体系结构的定义l层层和协议的集合称为网络体系结构。l网络体系结构的描述必须包含足够的信息，以便实现者可以为每一层编写程序或者设计硬件，使之遵守有关的协议。l实现的细节和接口的规范并不属于网络体系结构的内容，因为它们被隐藏在机器内部，对于外界是不可见的。 参考模型参考模型lOSI参考模型lTCP/IP参考模型OSI参考模型物理介质物

2、理介质应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层处理网络应用数据格式转换网络设备间通信管理端到端的连接寻址和最短路径的选择接入网络介质比特数据流传送OSI基本参考模型示意图基本参考模型示意图分层原则分层原则1.当需要一个不同抽象体的时候，应该创建一层。2.每一层都应该执行一个明确定义的功能。3.选择每一层功能的时候，应该考虑到定义国际标准化的协议。4.选择层边界的时候，应该使“跨接口所需要的信息流”尽可能的小。5.层数应该足够多，以保证不同的功能不会被混

3、杂在同一层中，同时层数也不能够太多，以避免整个体系结构变得过于庞大。6.请注意，OSI参考模型本身并不是一个网络体系结构，因为它并没有定义每一层上所用到的服务和协议。它只是指明了每一层上应该做一些什么事情。然而，ISO也已经为每一层制定了相应的标准，但这些标准并不属于参考模型本身，它们都已经作为单独的国际标准发布了。物理层物理层l物理层包括物理连接媒介（如电缆连接器），但不包括物理连接媒体（如双绞线、同轴电缆等）。l物理层的主要功能是向上一层提供一个物理连接，并规定该连接的机械、电气标准以及功能和过程特性。例如，规定电缆和接头的类型、脚位的定义、传送信号的电压等等。l这一层的数据还没有被组织，

4、仅仅作为原始的位流或电气电压处理，单位是比特。数据链路层数据链路层l物理层提供的是物理链路，数据链路层提供的是逻辑链路。l数据链路层的主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递。l该层上的数据被组织成“帧”，帧中不仅包含原始数据，还包含收发双方的网络地址以及纠错和控制信息。l有一些连接设备，例如交换机，由于它们要对帧解码并使用帧信息将数据发送到正确的接收方，所以它们是工作在数据链路层的。网络层网络层l网络层的主要功能是将网络地址（IP地址，逻辑地址）翻译成对应的物理地址（网卡的MAC地址），并决定如何将数据从发送方路由到接收方。l网络层通过综合考虑发送优先权、网络拥塞程度、服务质量以

5、及可选路由的花费来决定从一个网络中的节点到另一个网络中的节点的最佳路径。传输层传输层l传输层是OSI模型中“最重要的一层”l传输层协议需要进行流量控制或是基于接收方可接收数据的快慢程度规定适当的发送速率l传输层按照网络能处理的最大尺寸将较长的数据包进行强制分割。例如，以太网无法接收大于1500字节的数据包。会话层会话层l负责在网络的两节点之间建立和维持通信。l会话层的功能包括：建立通信链接，保持会话过程中通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时据顶从何处重新发送。l形象的说，会话层是网络通信的“交通警察”表示层表示层l应用程序和网络之间的翻译官，在表示层，数据将

6、按照网络能够理解的方案进行格式化l表示层管理数据的解密与加密，如系统口令的处理。例如，在网络上查询银行账户，使用的即是一种安全连接。l此外，表示层还对图片和文件格式信息进行解码和编码应用层应用层l负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务。（例如网络程序设计中的API函数）l这里需要特别说明的是，术语“应用层”并不是指运行在网络上的某个特别的应用程序。l应用层提供的服务包括文件传输、文件管理以及电子邮件的信息处理等。TCP/IP参考模型参考模型封装与解封装封装与解封装发送方发送方接收方接收方高层数据应用层/表示层/会话层高层数据TCP头部|高层数据传输层TCP头部拆|高层数据IP包头|数据网络层

7、IP包头拆|数据LLC头部|数据|FCSLLC子层LLC头部拆|数据拆|FCSMAC头部|数据|FCSMAC子层MAC头部拆|数据|FCS比特流物理层比特流OSI和和TCP/IP参考模型比较参考模型比较l共同点：l都以协议栈的概念为基础，协议彼此独立l各个层的功能大体相似OSI和和TCP/IP参考模型比较参考模型比较l关键差别：p对于OSI模型，有三个概念是它的核心服务接口协议p无连接的和面向连接通信范围不同p层数不同服务、协议、接口服务、协议、接口l每一层都为它的上一层执行一些服务。服务的定义指明了该层该做些什么，而不是上一层的实体该如何访问这一层，或这一层是如何工作的。它定义了这一层的语义

8、。l每一层的接口告诉了它上面的进程应该如何访问本层。它规定了有哪些参数，以及结果是什么。但是它并没有说明本层内部是如何工作的。l最后，每一层上用到的协议是本层自己内部的事情。它可以使用任何协议，只要能够完成任务就行。它可以随意的改变协议，而不会影响它上面的层。p这些思想与现代的面向对象的程序设计思想非常吻合。OSI模型和协议的缺点模型和协议的缺点l糟糕的时机l糟糕的技术l糟糕的实现l糟糕的政策TCP/IP参考模型的缺点参考模型的缺点l该模型没有清楚地区分服务、接口和协议lTCP/IP模型并不通用l主机至网络层并不是常规意义上的层概念，它是一个接口（位于网络层和数据链路层之间）。接口和层的区别是非常重要的l并没有区分（甚至没有提及）物理层和数据链路层。TCP/IP协议栈协议栈SNA体系结构体系结构l1974年，IBM，最早提出的网络体系结构NetWare体系结构体系结构lNetware 是Novell公司推出的局域网（Novell）操作系统，其产品曾经创下占据60局域网市场份额的记录。Windows NT体系结构体系结构lWindows NT 是微软（Microsoft）公司开发的网络操作系统，采用网络驱动程序接口规范（NDIS）来屏蔽不同的网卡，并支持不同的高层协议（如TCP/IP、SPX/IPX，NetBEUI、Data Link ControlDCL等）。小结小结l层与协