第3章计算机网络体系结构与OSI参考模型课件

第3章网络体系结构与OSI参考模型3.1网络协议与网络体系结构3.2层次划分及其协议退出第3章网络体系结构与OSI参考模型3.1网络协议与网络体1、计算机网络体系结构的形成

3.1网络协议与网络体系结构

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”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，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 3.1网络协议与网络体系

将复杂的计算机网络进行分层设计的方法。1974年，美国的IBM公司宣布了它研制的系统网络体系结构SNA(SystemNetworkArchitecture)。 国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究该问题。1980年就提出一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)，简称为OSI。将复杂的计算机网络进行分层设计的方法。划分层次的必要性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建立的规则、标准或约定即网络协议(networkprotocol)，简称为协议.划分层次的必要性计算机网络中的数据交换必须2、协议与划分层次 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议。一个网络协议主要由以下三个要素组成： （1）语法，即数据与控制信息的结构或格式； （2）语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应； （3）同步，即事件实现顺序的详细说明。 两个计算机可将文件传送模块作为最高的一层(如图2-1所示)。2、协议与划分层次 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标两个计算机交换文件

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两个计算机交换文件文件传送模块计算机1计算机2文件传送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。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文件第3章计算机网络体系结构与OSI参考模型课件分层可以带来如下好处：（1）各层之间是独立的。（2）灵活性好。（3）结构上可分割开。（4）易于实现和维护。（5）能促进标准化工作。分层可以带来如下好处：层数多少要适当

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。层数多少要适当若层数太少，就会使每一层3、网络体系结构

计算机网络的各层及其协议的集合称为网络体系结构(architecture)，也就是说，计算机网络的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。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。3、网络体系结构 网络体系结构＝【层，协议，接口】层：提供某一种或一类服务功能集合的逻辑构造。协议：为完成该层对等实体间通信所必须遵循的规则或标准。接口：两个相邻协议层之间交换信息的连接点。网络体系结构＝【层，协议，接口】分层原则：

（1）功能明确，界限分明（2）各层独立稳定（3）接口清晰简洁（4）层次数量适中（5）着眼于标准化分层原则：4、从OSI体系结构到原理体系结构

OSI的七层协议体系结构既复杂又不实用，但其概念清楚，体系价格低廉，理论较完整。TCP/IP的协议现在得到了全世界的承认，但它实际上并没有一个完整的体系结构。TCP/IP是一个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、网际层和网络接口层。4、从OSI体系结构到原理体系结构

不同的计算机网络具有不同的网络体系结构。其层次的数量和名字、内容、功能以及相邻层间的接口都是不一样的。在任何网络中，每一层协议都向它的相邻的上层协议提供一定的服务。相邻的高层通过使用低层提供的服务完成本层的功能，再向上层提供服务。网络体系结构的分层需要最基本的三层：最高层的用户服务层，中间层的网络服务层和低层的通信服务层不同的计算机网络具有不同的网络体系结 但从实质上讲，TCP/IP只有三层，即应用层、运输层和网际层，因为最下面的网络接口层并没有什么具体内容。采用一种原理体系结构，综合OSI和TCP/IP的优点，它只有五层(如图2-2所示)，这样既简洁又能将概念阐述清楚。 但从实质上讲，TCP/IP只有三层，即应用层、运输层和网第3章计算机网络体系结构与OSI参考模型课件计算机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计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2应用层PDU再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2运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）计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

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2IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

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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计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

应用层(applicationlayer)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发送数据应用层(applicat计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2物理层接收到比特流，上交给数据链路层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算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运输层H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数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运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层H5应用程序数据H4H5应用程序数据计算应用程序数据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应用程序数据H5应用程序数据计算机1计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2我收到了

AP1

发来的应用程序数据！计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机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取出数据部分，上交给网络层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

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2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

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发来的应用程序数据！计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

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2应用程序数据应用层首部H510100110100101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应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4运输层首部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计算计算机1向计算机2发送数据

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210100110100101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应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算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H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2H4H5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

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2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数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

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2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层H5应用程序数据H4H5应用程序数据计算应用程序数据H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机

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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应用程序数据H5应用程序数据计算机1计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机

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发来的应用程序数据！计算机1向计算机2发送数据5432154321计算

不要误认为“从计算机1向计算机2传送数据时，是先传送数据部分或尾部，而最后传送首部。” 在OSI参考模型中，在对等层次上传送的数据，其单位都称为该层的协议数据单元PDU(ProtocolDataUnit)。

不要误认为“从计算机1向计算机2传送数据时，是先传送数据5、实体、协议、服务和服务访问点

实体(entity)这一名词表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 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。5、实体、协议、服务和服务访问点 协议和服务在概念上是很不一样的。 (1)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。 (2)协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。 协议和服务在概念上是很不一样的。 在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方，通常称为服务访问点SAP(ServiceAccessPoint)。 OSI将层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU(ServiceDataUnit) 在任何相邻两层之间的关系可概括为图2-4所示的那样。在服务提供者的上一层的实体，也就是“服务用户”，它使用服务提供者所提供的服务。 在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方，第n层第n+1层服务用户协议交换原语交换原语服务用户提供服务服务提供者SAPSAP第n层第n+1层服务用户协议交换原语交换6、面向连接服务与无连接服务 从通信的角度看，各层所提供的服务可分为两大类，即面向连接的(connection-oriented)与无连接的(connectionless)。

1）．面向连接服务 所谓连接，就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。面向连接服务是在数据交换之前，必须先建立连接。当数据交换结束后，则应终止这个连接。 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。 面向连接服务在网络层中又称为虚电路服务。6、面向连接服务与无连接服务 2）．无连接服务 在无连接服务的情况下，两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留。这些资源将在数据传输时动态地进行分配。 无连接服务的另一特征就是它不需要通信的两个实体同时是活跃的(即处于激活态)。 （1）数据报(datagram)。 （2）证实交付(confirmeddelivery)。 （3）请求回答(request-reply)。 2）．无连接服务7、OSI与TCP/IP体系结构的比较

OSI参考模型中采用了七个层次的体系结构，将原理体系结构中的应用层再划分为应用层、表示层和会话层。 图2-5画出了TCP/IP与OSI这两种体系结构的对比。7、OSI与TCP/IP体系结构的比较 OSI参考模型第3章计算机网络体系结构与OSI参考模型课件 在一些问题的处理上，TCP/IP与OSI是很不相同的。 （1）TCP/IP一开始就考虑到多种异构网的互连问题。 （2）TCP/IP一开始就对面向连接服务和无连接服务并重。 （3）TCP/IP有较好的网络管理功能。 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。 在一些问题的处理上，TCP/IP与OSI是很不相同的。第3章计算机网络体系结构与OSI参考模型课件协议很复杂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。

协议很复杂协议必须将各种不利的条件著名的协议举例占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作战。力量对比是：一个山顶上的蓝军打不过白军，但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军。一个山顶上的蓝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，使得蓝军能实现协同作战因而一定(即100%)取得胜利？著名的协议举例占据两个山顶的蓝军与明日正午进攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”………………这样的协议无法实现！明日正午进攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”………第3章网络体系结构与OSI参考模型3.1网络协议与网络体系结构3.2层次划分及其协议退出第3章网络体系结构与OSI参考模型3.1网络协议与网络体1、计算机网络体系结构的形成

3.1网络协议与网络体系结构

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”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，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 3.1网络协议与网络体系

将复杂的计算机网络进行分层设计的方法。1974年，美国的IBM公司宣布了它研制的系统网络体系结构SNA(SystemNetworkArchitecture)。 国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究该问题。1980年就提出一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)，简称为OSI。将复杂的计算机网络进行分层设计的方法。划分层次的必要性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建立的规则、标准或约定即网络协议(networkprotocol)，简称为协议.划分层次的必要性计算机网络中的数据交换必须2、协议与划分层次 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议。一个网络协议主要由以下三个要素组成： （1）语法，即数据与控制信息的结构或格式； （2）语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应； （3）同步，即事件实现顺序的详细说明。 两个计算机可将文件传送模块作为最高的一层(如图2-1所示)。2、协议与划分层次 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标两个计算机交换文件

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两个计算机交换文件文件传送模块计算机1计算机2文件传送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。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文件第3章计算机网络体系结构与OSI参考模型课件分层可以带来如下好处：（1）各层之间是独立的。（2）灵活性好。（3）结构上可分割开。（4）易于实现和维护。（5）能促进标准化工作。分层可以带来如下好处：层数多少要适当

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。层数多少要适当若层数太少，就会使每一层3、网络体系结构

计算机网络的各层及其协议的集合称为网络体系结构(architecture)，也就是说，计算机网络的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。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。3、网络体系结构 网络体系结构＝【层，协议，接口】层：提供某一种或一类服务功能集合的逻辑构造。协议：为完成该层对等实体间通信所必须遵循的规则或标准。接口：两个相邻协议层之间交换信息的连接点。网络体系结构＝【层，协议，接口】分层原则：

（1）功能明确，界限分明（2）各层独立稳定（3）接口清晰简洁（4）层次数量适中（5）着眼于标准化分层原则：4、从OSI体系结构到原理体系结构

OSI的七层协议体系结构既复杂又不实用，但其概念清楚，体系价格低廉，理论较完整。TCP/IP的协议现在得到了全世界的承认，但它实际上并没有一个完整的体系结构。TCP/IP是一个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、网际层和网络接口层。4、从OSI体系结构到原理体系结构

不同的计算机网络具有不同的网络体系结构。其层次的数量和名字、内容、功能以及相邻层间的接口都是不一样的。在任何网络中，每一层协议都向它的相邻的上层协议提供一定的服务。相邻的高层通过使用低层提供的服务完成本层的功能，再向上层提供服务。网络体系结构的分层需要最基本的三层：最高层的用户服务层，中间层的网络服务层和低层的通信服务层不同的计算机网络具有不同的网络体系结 但从实质上讲，TCP/IP只有三层，即应用层、运输层和网际层，因为最下面的网络接口层并没有什么具体内容。采用一种原理体系结构，综合OSI和TCP/IP的优点，它只有五层(如图2-2所示)，这样既简洁又能将概念阐述清楚。 但从实质上讲，TCP/IP只有三层，即应用层、运输层和网第3章计算机网络体系结构与OSI参考模型课件计算机1向计算机2发送数据

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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计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

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2应用层PDU再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

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2运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）计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

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2IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

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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计算机1向计算机2发送数据5432154321计算计算机1向计算机2发送数据

应用层(applicationlayer)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发送数据应用层(applicat计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2物理层接收到比特流，上交给数据链路层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算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

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2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数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

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2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层H5应用程序数据H4H5应用程序数据计算应用程序数据H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机

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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应用程序数据H5应用程序数据计算机1计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机

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发来的应用程序数据！计算机1向计算机2发送数据5432154321计算

不要误认为“从计算机1向计算机2传送数据时，是先传送数据部分或尾部，而最后传送首部。” 在OSI参考模型中，在对等层次上传送的数据，其单位都称为该层的协议数据单元PDU(ProtocolDataUnit)。

不要误认为“从计算机1向计算机2传送数据时，是先传送数据5、实体、协议、服务和服务访问点

实体(entity)这一名词表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 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。5、实体、协议、服务和服务访问点 协议和服务在概念上是很不一样的。 (1)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。 (2)协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。 协议和服务在概念上是很不一样的。 在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方，通常称为服务访问点SAP(ServiceAccessP