CH02计算机通信网体系结构dmdream

1、计算机网络Computer Networks计算机网络的体系结构1内容纲要 网络体系结构概念 分层的网络体系结构 开放系统互连参考模型 TCP/IP体系结构OSI与TCP/IP体系结构比较内容纲要 网络体系结构概念 分层的网络体系结构 开放系统互连参考模型 TCP/IP体系结构 OSI与TCP/IP体系结构比较网络体系结构概念1、计算机网络体系结构的形成2、划分层次的必要性3、实体、协议、服务和服务访问点4、面向连接服务与无连接服务网络体系结构概念计算机通信是一个复杂的过程，相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。 “分层”可以将庞大而复杂的问题，转化为若干较

2、小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。 1、计算机网络体系结构的形成网络体系结构概念1、计算机网络体系结构的形成 1969年，世界上公认ARPANET是第一个计算机网络；资源共享分布式控制分组交换方式从逻辑上分为通信子网和资源子网采用层次化网络结构1974年，IBM公司首先公布了SNA（系统网络体系结构）ARPANETSNAISO/OSI-RM1977年，ISO网络标准化，设SC16。1984年制定OSI-RM网络体系结构概念计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。为进行网络中的数据交换而

3、建立的规则、标准或约定即网络协议(network protocol)，简称为协议。1、计算机网络体系结构的形成网络体系结构概念语法 数据与控制信息的结构或格式 。 语义 需要发出何种控制信息，完成何 种动作以及做出何种响应。 同步 事件实现顺序的详细说明。1、计算机网络体系结构的形成 协议的三个基本要素划分层次的概念 计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件。可以将要做的工作进行如下的划分：与文件本身有关一些工作。确信对方已做好接收和存储文件的准备。双方协调好一致的文件格式。两个计算机将文件传送模块作为最高层 。 与文件传送有关一些工作。传送方面的工作由下面的模块负责。两个计算机交换文件 文

4、件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块文件传送模块直接使用命令或函数调用发送和接收文件。再设计一个通信服务模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块通信服务模块完成一般的通信服务功能。再设计一个网络接入模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责

5、做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。网络体系结构概念各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。2、划分层次的必要性分层的好处网络体系结构概念若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。 设置合理的层数，有利于描述和综合这些层次功能。2、划分层次的必要性 层数多少要适当 网络体系结构概念按功能分层、归类，每层功能应明确、独立。层与层的接口适合于标准化，其边界的信息流应尽可能少。每一层只与相邻层有边界。为满足各种通信服务需要，在一层内可形成若干子层。 2、划分层次的必要性 分

6、层的原则网络体系结构概念计算机网络的体系结构及其实现计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。网络体系结构概念计算机网络体系结构的实现实现 (implementation) 是遵循这种体系结构前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正运行的计算机硬件和软件。 网络体系结构概念实体：(entity) 表示任何可发送或接收信息 的硬件或软件进程。层（level）：系统中能提供某一种或一类 服务功能的“逻辑构造”，即一组具有 相关功能实体的集合。 协议（Pr

7、otocol）是控制两个系统中的对等 实体通信的规则的集合。 3、实体、协议、服务和服务访问点网络体系结构概念服务：是由同一系统下层向上层通过层间 接口提供。服务访问点 SAP：同一系统相邻两层的 实体进行交互的地方。接口：是控制同一系统相邻两层的实体 进行交互的的规则的集合。 3、实体、协议、服务和服务访问点网络体系结构概念协议的实现保证了能够向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。 3、实体、协议、服务和服务访问点网

8、络体系结构概念3、实体、协议、服务和服务访问点协 议交换原语交换原语服 务 用 户提 供 服 务服 务 提 供 者第 n 层第 n + 1 层服 务 用 户SAPSAP网络体系结构概念协议必须将各种不利的条件事先都估计到，而不能假定一切情况都是很理想和很顺利的。必须非常仔细地检查所设计协议能否应付所有的不利情况。应当注意：事实上难免有极个别的不利情况在设计协议时并没有预计到。在出现这种情况时，协议就会失败。因此实际上协议往往只能应付绝大多数的不利情况。3、实体、协议、服务和服务访问点网络体系结构概念 占据两个山顶的红军与驻扎在这山谷的白军作战。力量对比是：一个山顶上的红军打不过白军，但两个山顶

9、的红军协同作战就可战胜白军。一个山顶上的红军拟于次日正午向白军发起攻击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通信线路很不好，电文出错的可能性很大。因此要求收到电文的友军必须发送确认电文。但确认电文也可能出错。试问能否设计出一种协议，使得红军能实现协同作战因而一定 (即100 %)取得胜利？ 著名的协议举例 3、实体、协议、服务和服务访问点网络体系结构概念明日正午进攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”这样的协议无法实现！网络体系结构概念这样无限循环下去，两边的红军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到。没有一种协议能够保证红军能 100% 获胜。 著名的协议举例的结论 3、实体、

10、协议、服务和服务访问点网络体系结构概念面向连接服务(connection-oriented)面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。 无连接服务(connectionless) 两个实体之间的通信不需要先建立好连接。 是一种不可靠的服务。这种服务常描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。4、面向连接服务与无连接服务内容纲要 网络体系结构概念 分层的网络体系结构 开放系统互连参考模型 TCP/IP体系结构OSI与TCP/IP体系结构比较分层的网络体系结构OSI 的七层协议体系结构复杂又不实用，但其概念清楚、体系结构理论较完整。 TCP/

11、IP 是四层的体系结构：应用层、传输层、网际层和网络接口层。最下面的网络接口层并没有具体内容。具有五层协议的体系结构分层的网络体系结构在理论分析中，往往采取折衷的办法，即综合 OSI 参考模型和TCP/IP 协议簇的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。从某种方面来说，五层协议的体系结构更加符合网络实际情况。具有五层协议的体系结构分层的网络体系结构具有五层协议的体系结构应用层(application layer) 传输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer) 数据链路层5 应

12、用层4 传输层3 网络层2 数据链路层1 物理层分层的网络体系结构应用层是体系结构中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。这里的进程就是指正在运行的程序。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理，来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。应用层直接为用户的应用进程提供服务。具有五层协议的体系结构 应用层分层的网络体系结构传输层的任务是负责主机中两个进程之间的通信。因特网的传输层可使用两种不同协议：即面向连接的传输控制协议TCP，和无连接的用户数据报协议UDP。面向连接的服务能够提供可靠的交付，但无连接服务则不保证提

13、供可靠的交付，它只是“尽最大努力交付”。两种服务方式都很有用，各有其优缺点。在分组交换网内的交换结点机都没有传输层。 具有五层协议的体系结构 传输层分层的网络体系结构网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信。在发送数据时，网络层将传输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，分组也叫作IP数据报，或简称为数据报。网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主机传输层所传下来的分组能够交付到目的主机。 具有五层协议的体系结构 网络层分层的网络体系结构当发送数据时，数据链路层的任务是将从网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传送以帧为单位的数据。

14、每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制、以及流量控制信息等）。控制信息使接收端能够知道个帧从哪个比特开始和到哪个比特结束，还使接收端能够检测到所收到的帧中有无差错。 具有五层协议的体系结构 数据链路层分层的网络体系结构物理层的任务就是透明地传送比特流。在物理层上所传数据的单位是比特。传递信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆等，并不在物理层之内而是在物理层的下面。因此也有人把物理媒体当做第0层。具有五层协议的体系结构 物理层分层的网络体系结构 “透明” 表示：某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。“透明地传送比特流”表示经实际电路传送后的比特流没有发生

15、变化，因此，对传送比特流来说，由于这个电路并没有对其产生什么影响，因而比特流就“看不见”这个电路。这个电路对该比特流来说是透明的，任意组合的比特流都可以在这个电路上传送。具有五层协议的体系结构 物理层计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU应 用 程 序 数 据应用层首部H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层 PDU 再传送到传输层加上传输层首部，成为传输层报文H5应 用 程 序 数 据H4传输层首部应用层

16、PDU应用层PDU计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2传输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）传输层报文传输层报文H3网络层首部计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧T2链路层尾部IP 数据报H2链路层首部IP 数据报计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体101 比 特 流 1101011

17、10101数据链路层帧计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H5101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次和每层的PDU及其构成应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4传输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H5101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥

18、去首部（尾部）的层次和每层的PDU及其构成应 用 程 序 数 据H4传输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部应用层PDU传输层报文IP 数据报计算机 1 向计算机 2 发送数据 应用层(application layer) 5432154321物理传输媒体计算机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机 2计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应

19、 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给传输层H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2传输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应 用

20、程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2收到了 AP1 发来的应用程序数据！分层的网络体系结构计算机1向计算机2发送数据的传递过程5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H5101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程

21、序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4传输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部内容纲要 网络体系结构概念 分层的网络体系结构 开放系统互连参考模型 TCP/IP体系结构 OSI与TCP/IP体系结构比较开放系统互连参考模型OSI/RM体系结构应用层传输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI参考模型的高层，面向信息处理。OSI参考模型的低层，面向数据通信。开放系统互连参考模型计算机通信网中的信息流动54开放系统互连参考模型物理层的任务就是透明地传送比特流。传递信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆等，并不在物理层之内而是在物理层的下面。“透明”

22、地传送比特流物理层特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。OSI/RM体系结构 物理层开放系统互连参考模型物理层功能：（1）物理连接的建立、拆除（2）物理数据单元传输 异步传输 同步传输（3）物理层管理OSI/RM体系结构 物理层开放系统互连参考模型数据链路层的功能和服务：（1）数据链路连接的建立和释放（2）数据链路数据单元帧、信元（3）数据链路连接的分链（多链路）（4）定界、同步、流控、差错控制OSI/RM体系结构 数据链路层开放系统互连参考模型OSI/RM体系结构 数据链路层协议（1）面向字符（2）面向比特 IBMSDLCISOHDLCITU-TX.25LAPBFRNLAPFN-IS

23、DNLAPDACCESS NetworkLAPV 开放系统互连参考模型（1）建立/拆除网络连接（2）路径选择和中继（3）网络连接多路复用（4）分段和组块（5）传输和流控、阻塞控制（6）加速数据传递（7）复位（8）差错检测和恢复（9）网络服务选择OSI/RM体系结构 网络层功能开放系统互连参考模型（1）数据报服务 无连接服务不要建立连接采用全网地址要求路由选择DG可能无序到达目的地（2）虚电路服务 面向连接服务永久虚电路（PVC）交换虚电路（SVC）OSI/RM体系结构 数据报（DG）和虚电路（VC）开放系统互连参考模型指网络中节点根据通信子网的运行状况（可用的数据链路、各条链路中的信息流量），

24、按照一定的策略选择一可用的传送路径，将信息发往目的地DTE。OSI/RM体系结构 网络层路由选择开放系统互连参考模型OSI/RM体系结构 传输层通信子网5 - 743 - 15 - 743 - 1端到端连接End-to-End开放系统互连参考模型（1）传输地址 网络地址（2）多路复用 / 分割（3）传输连接的建立与释放（面向连接）（4）分段与重组（5）组块与分块OSI/RM体系结构 传输层功能开放系统互连参考模型会话：两个用户进程之间为完成一次完整的通信而建立会话连接。OSI/RM体系结构 会话层645645会话连接开放系统互连参考模型会话层以上高层协议是面向应用的；会话实体之间透明、可靠的数

25、据传输；会话层的目的：提供一个面向用户的连接服务，给合作的会话用户之间的对话和活动提供组织和同步所必须的手段，以便对数据的传送提供控制和管理。OSI/RM体系结构 会话层开放系统互连参考模型目的：提供应用实体之间通信时所涉及的信息表示，即应用数据的语法，不涉及应用数据对应用层的意义（语义）。OSI/RM体系结构 表示层7676表示连接公共信息表示： 抽象语法记法 ASN.1开放系统互连参考模型（1）数据语法转换；（2）数据语法的表示；（3）为应用用户提供执行会话服务原语；（4）表示连接管理；（5）管理当前所需的数据结构集；（6）数据加密/解密，数据压缩/恢复。OSI/RM体系结构 表示层功能开

26、放系统互连参考模型应用层目的：作为用户进程使用OSI功能的唯一窗口。OSI/RM体系结构 应用层7676表示连接应用层协议开放系统互连参考模型（1）公共应用服务元素（CASE），其中包括：联系控制服务单元（ACSE），托付、并发和恢复（CCR）；（2）特殊应用服务元素（SASE），其中包括：文件传送、访问及管理（FATM），虚拟终端（VTP），作业传送与操作（JTM）,电子邮件MHS（E_mail）,事务处理（TP）等。 OSI/RM体系结构 应用层内容纲要 网络体系结构概念 分层的网络体系结构 开放系统互连参考模型 TCP/IP体系结构 OSI与TCP/IP体系结构比较TCP/IP体系结构T

27、CP/IP协议栈574321应用层TelnetFTPSMTPDNS其它传输层IP层TCPUDP网络接口层硬件局域网LAN广域网WAN其它IPARPRARPICMPIGMPTCP/IP体系结构TCP/IP协议四层表示方法举例应用层传输层网际层网络接口层主机A主机B路由器网络 2网络 1应用层传输层网际层网络接口层网际层网络接口层4321HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层传输层应用层网络接口 1网络接口 2网络接口 3IP 可为各式各样的应用程序提供服务Everything over IPIP over EverythingHTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层传输层应用层网络接口 1网络接口 2网络接口 3IP 可应用到各式各样的网络上沙漏计时器形状的TCP/IP协议族HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层传输层应用层网络接口 1网