计算机网络体系结构课件

数据通信网主讲教师：马忠贵数据通信网主讲教师：马忠贵上一讲知识回顾信道（数字/模拟，信道带宽，最大传输能力，数字通信基本过程）传输媒体（有线/无线，双绞线/光纤）编码与调制（数字编码，幅度/频率/相位调制，脉码调制-PCM）多路复用（FDM,TDM,WDM,CDM）数据交换技术（电路交换，报文交换，分组交换）差错控制（差错检测，差错控制）2北京科技大学通信工程系上一讲知识回顾信道（数字/模拟，信道带宽，最大传输能力，数第3章计算机网络体系结构本章内容层次化的网络体系结构开放系统互联参考模型（OSI/RM）TCP/IP体系结构OSI和TCP/IP的主要层次功能应用层传输层网络层数据链路层物理层3北京科技大学通信工程系第3章计算机网络体系结构本章内容3北京科技大学通信工程系网络体系结构提出的背景——计算机网络的复杂性、异质性不同的通信介质——有线、无线、……不同种类的设备——主机、路由器、交换机、复用设备、……不同的操作系统——Unix、Windows、……不同的软/硬件、接口和通信约定（协议）不同的应用环境——固定、移动、……不同种类业务——分时、交互、实时、……宝贵的投资和积累——有形、无形、……用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏3.1网络体系结构的定义4北京科技大学通信工程系网络体系结构提出的背景——计算机网络的复杂性、异质性3.13.1网络体系结构的定义对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组织网络的结构，以达到：结构清晰简化设计与实现便于更新与维护较强的独立性和适应性解决：分而治之！一个生活中的例子：空中旅行的组织经典的哲学家示例5北京科技大学通信工程系3.1网络体系结构的定义对于复杂的网络系统，用什么方法能合3.1网络体系结构的定义空中旅行的组织——一系列的步骤机票(购买)行李(托运)旅客(出发)飞机(起飞)飞行航线机票(投诉)行李(认领)旅客(到达)飞机(着陆)飞行航线飞行航线6北京科技大学通信工程系3.1网络体系结构的定义空中旅行的组织——一系列的步骤机票3.1网络体系结构的定义空中旅行的组织:从另一种不同的角度观察层次的观点：每层实现一种特定的服务通过自己内部的功能依赖自己的下层提供的服务机票(购买)行李(托运)旅客(出发)飞机(起飞)飞行航线机票(投诉)行李(认领)旅客(到达)飞机(着陆)飞行航线飞行航线7北京科技大学通信工程系3.1网络体系结构的定义空中旅行的组织:从另一种不同的角3.1网络体系结构的定义分层的空中旅行组织:

服务从出发地到目的地的航线：导航服务柜台-to-柜台：“旅客+行李”票务服务行李托运-to-行李认领：行李服务登机入口-to-到达出口：旅客乘务服务

跑道-to-跑道：飞机“航运”服务8北京科技大学通信工程系3.1网络体系结构的定义分层的空中旅行组织:服务从出发地层次功能的分布式实现飞机(起飞)飞机(着陆)飞行航线起飞机场到达机场中间空中交通枢纽飞行航线飞行航线机票(购买)机票(投诉)行李(托运)行李(认领)旅客(出发)旅客(到达)3.1网络体系结构的定义9北京科技大学通信工程系层次功能的分布式实现飞机(起飞)飞机(着陆)飞行航线起飞3.1网络体系结构的定义经典的哲学家示例印度中国哲学问题翻译翻译英文稿电报员电报员电报稿工程师工程师信号10北京科技大学通信工程系3.1网络体系结构的定义经典的哲学家示例印度中国哲学问题翻3.1网络体系结构的定义层次化方法在其它领域的应用程序设计把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实现，如操作系统。邮政系统邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输银行系统物流系统……11北京科技大学通信工程系3.1网络体系结构的定义层次化方法在其它领域的应用11北京3.1网络体系结构的定义分层的思想通信是一件复杂的工作，必须分工完成资源子网/通信子网－－关心信息/关心信息流向分工模块化分层结构是具有纵向关系的模块集合模块化的分工思想结合通信的分工特点形成了分层的体系结构通信关系至少涉及两个对象服务与被服务的分工合作12北京科技大学通信工程系3.1网络体系结构的定义分层的思想12北京科技大学通信工程计算机网络中也采用了分层方法。——把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题，在不同层上予以解决。网络的层次结构方法要解决的问题：网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能）各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口）通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）不同网络，层的数量、名字、内容、功能不同3.1网络体系结构的定义13北京科技大学通信工程系计算机网络中也采用了分层方法。——把复杂的问题划分为若干个较计算机网络中，层、协议和层间接口的集合被称为计算机网络体系结构。换句话说：体系结构包括三个内容：分层结构与每层的功能，服务与层间接口，协议。最早的网络体系结构源于IBM的SNA；其它的网络体系结构还有DEC的DNA等由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际标准是OSI/RM；实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构事实上的标准3.1网络体系结构的定义14北京科技大学通信工程系计算机网络中，层、协议和层间接口的集合被称为计算机网络体系结分层网络体系结构的优点独立性强——耦合程度低上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方法。适应性强只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。易于实现和维护把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子单元：使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。3.1网络体系结构的定义15北京科技大学通信工程系分层网络体系结构的优点3.1网络体系结构的定义15北京科技3.2网络体系结构的分层原理分层的原则每层有一个定义明确的功能层间功能相对独立，逻辑上比较完整有助于标准的制定各层间边界（接口）清晰工作以简洁、清楚的方式交接应尽可能减少跨层通信量适当分层太少：每层功能复杂太多：结构复杂16北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理分层的原则16北京科技大学通信3.2网络体系结构的分层原理系统A系统B第2层第1层第n层第n+1层物理传输介质第2层第1层第n层第n+1层Pn+1第n-1层第n-1层第3层第3层PnPn-1P3P2P1网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的同一网络中，任意两个端系统必须具有相同的层次每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟的），非对等层之间不能互相“通信”实际的物理通信只在最底层完成Pn：第n层协议，即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定17北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理系统A系统B第2层第1层第n层3.2网络体系结构的分层原理层次模型的基本要素实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程对等层：两个不同系统的同级层次。对等实体：分别位于不同系统对等层中的两个实体接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。协议：通信双方在通信中必须遵守的规则。18北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理层次模型的基本要素18北京科技系统A系统B实体对等层对等实体接口服务物理网络3.2网络体系结构的分层原理19北京科技大学通信工程系系统A系统B实体对等层对等实体接口服务物理网络3.2网络体3.2网络体系结构的分层原理协议是实现功能、提供服务的基础，是计算机网络的灵魂不同的网络：不同层次结构与不同协议的组合第n层提供的服务n层间的协议层内实现的功能功能（要做什么）层内层次定义依据协议（有什么规则）对等层之间对等层间的通信规则服务（为用户做什么）相邻层之间下层为上层提供的功能接口相邻层之间相邻层间的通信操作20北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理第n层提供的服务n层间术语：通信协议人际交流的协议:人类之间“我有一个问题.”“现在几点了?”…

说明发送的消息…说明接收到某消息后所应采取的行动…说明动作的次序通信协议:计算机之间网络中所有的通信活动都是由协议所控制协议：

定义网络对等实体间发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取的行动。（语义、语法和时序）3.2网络体系结构的分层原理21北京科技大学通信工程系术语：通信协议人际交流的协议:通信协议:协议：3.2网络体人相互交流的协议和通信协议之间的对比HiHiWhat’s

thetime?2:00请求连接传送文件：xxxxx.xxx<文件>time连接确认3.2网络体系结构的分层原理术语：通信协议22北京科技大学通信工程系人相互交流的协议和通信协议之间的对比HiHiWhat’st语义对协议中各协议元素的含义的解释，例如：在HDLC协议中，标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束在BSC协议中，SOH(01H)表示报文的开始，STX(02H)表示报文正文的开始，ETX(03H)表示报文正文的结束语法协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如：时序通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则FlagAddressCtrlDataFCSSFlagSOHHEADSTXTEXTETXBCCBSCHDLC3.2网络体系结构的分层原理术语：通信协议（三要素）23北京科技大学通信工程系语义FlagAddressCtrlDataFCSSFlagS确认释放连接释放确认释放确认连接确认数据连接请求连接确认tt术语：通信协议时序举例释放连接数据传输建立连接3.2网络体系结构的分层原理24北京科技大学通信工程系确认释放连接释放确认释放确认连接确认数据连接请求连接确认tt术语：通信协议网络体系结构中：每层可能会有若干个协议一个协议只属于一个层次协议可以由软件或硬件来实现：网络通信协议软件、网络驱动程序网络硬件常用协议组：TCP/IP（Windows、Unix、Linux、…）NetBEUI（Windows）IPX/SPX（NetWare、Windows）3.2网络体系结构的分层原理25北京科技大学通信工程系术语：通信协议3.2网络体系结构的分层原理25北京科技大学26北京科技大学通信工程系26北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：实体（Entity）指某一层中具有数据收发能力的活动单元。执行协议、完成本层功能。可以用硬件或软件实现进程具有逻辑判断的硬件每层中可以同时存在多个实体27北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：实体（Entity）273.2网络体系结构的分层原理术语：实体（Entity）对等实体（PeerEntity）不同系统同层存在通信关系的实体IPX实体对等实体对等实体IP实体和IPX实体不构成对等实体，因为它们之间不通信。IP实体IPX实体IP实体28北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：实体（Entity）IP对等层通信的实质网络分层体系结构原理禁止不同主机的对等层之间进行直接通信。(想一想，为什么?)实际上，每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的对等层通信。上层使用下层提供的服务——Serviceuser；下层向上层提供服务——Serviceprovider。第n+1层是第n层的服务用户，第n-1层是第n层的服务提供者第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务例：邮政通信3.2网络体系结构的分层原理29北京科技大学通信工程系对等层通信的实质3.2网络体系结构的分层原理29北京科技大邮政通信示例：两个人收发信件问题：收信人与发信人之间、邮局之间，他们是在直接通信吗？邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？信件内容邮件地址货物地址发信人邮局运输系统信件内容邮件地址货物地址收信人对信件内容的共识对信件如何传递的共识对货物如何运输的共识P3P2P1公路，铁路，航空邮局运输系统3.2网络体系结构的分层原理30北京科技大学通信工程系邮政通信示例：两个人收发信件信件内容邮件地址货物地址发信人邮3.2网络体系结构的分层原理邮政通信示例信件邮局邮递员邮政网络交通运输信件邮局邮递员邮政网络信件格式寄信方式分拣邮包规则邮路选择信件传递经若干层次——服务同层间需要约定规则——协议信息发信人收信人31北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理邮政通信示例信件邮局邮递员邮政对等层通信的实质对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信；下层向上层提供服务；上层依赖下层提供的服务来与其它主机上的对等层通信；实际通信在最底层完成。3.2网络体系结构的分层原理32北京科技大学通信工程系对等层通信的实质对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信；3.23.2网络体系结构的分层原理术语：服务（Service）某层对其上一层提供的一组通信相关的功能集合服务数据单元（SDU）相邻层间交换构成PDU的数据字段，最终传递给对等实体服务提供者（serviceprovider）和服务用户（serviceuser）本质：实体服务用户服务提供者n+1层n层33北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：服务（Service）服3.2网络体系结构的分层原理术语：服务（Service）实体、协议与服务

实体使用下层的通信服务，完成本层功能，并为上层提供增强的通信功能——服务实体实体实体实体协议使用的下层服务为上层提供的服务nnn-1n-1服务：规定上下层实体之间的行为规范协议：规定对等实体之间的行为规范34北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：服务（Service）实3.2网络体系结构的分层原理术语：服务（Service）：服务与功能服务是上层用户看得到的功能实体还会实现上层用户看不到的功能“对于浏览器这种应用，它接受用户输入的主页域名，启动DNS过程将该域名转换为IP地址，接着获取该地址网站上的主页，显示在浏览器窗口内”“IP协议根据高层用户的要求，将分组逐站转发到目的地。转发时，在某些物理网络，如以太网，可能需要实现IP地址到物理地址的映射，才能在物理网上正确投递分组”35北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：服务（Service）：3.2网络体系结构的分层原理术语：接口（Interface）上下层实体之间边界－－交流地点服务接入（访问）点+服务原语服务接入点（ServiceAccessPoint）n层SAP是n+1层可以访问n层服务的地方服务提供者服务用户n+1层n层n+1层实体n层实体SAP36北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：接口（Interface3.2网络体系结构的分层原理术语：接口（Interface）：实体与SAP关系每个SAP只由一个实体提供，可供上层多个实体使用每个实体可以使用下层的一个到多个SAP每个实体能为上层提供多个SAP实体——协议的执行体，SAP——协议提供的接口直接含义：每种协议应支持多种上层应用每种协议应能适应多种下层类型37北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：接口（Interface3.2网络体系结构的分层原理术语：接口（Interface）：实体与SAP每种协议应支持多种上层应用每种协议应能适应多种下层类型802.2LLC802.3MACIPIPX38北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：接口（Interface术语：协议数据单元（PDU）网络体系结构中，对等层之间交换的信息报文统称为协议数据单元（ProtocolDataUnit，PDU）。传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：传输层——段（Segment）

网络层——分组/包（Packet）数据链路层——帧（Frame）物理层——比特（Bit）PDU由协议控制信息（协议头）和数据（SDU）组成:协议头部中含有完成数据传输所需的控制信息:地址、序号、长度、分段标志、差错控制信息、…协议控制信息数据（SDU）3.2网络体系结构的分层原理39北京科技大学通信工程系术语：协议数据单元（PDU）网络体系结构中，对等层之间交换的下层把上层的PDU作为本层的数据加以封装，然后加入本层的协议头部（和尾部）形成本层的PDU。封装：就是在数据前面加上特定的协议头部。因此，数据在源站自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。——类比：发送信件数据在传输时，其外面实际上要被包封多层“信封”。数据协议头数据N+1层PDUN层PDU3.2网络体系结构的分层原理40北京科技大学通信工程系下层把上层的PDU作为本层的数据加以封装，然后加入本层的协议3.2网络体系结构的分层原理术语：封装和解封(把握纵向和横向的关系)正文邮包集装箱封装解封正文信封邮包集装箱信封用户邮递员邮局传输系统41北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：封装和解封(把握纵向和横3.2网络体系结构的分层原理术语：封装和解封正文信封邮包集装箱解封封装42北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：封装和解封正文信封邮包集数据多层封装数据段头数据段头数据分组头帧头段头数据分组头帧尾封装段分组帧拆封3.2网络体系结构的分层原理43北京科技大学通信工程系数据多层封装数据段头数据段头数据分组头帧头

TCP头应用层数据应用层数据

TCP头应用层数据IP头帧头

TCP头应用层数据IP头帧尾实例：TCP/IP协议的封装过程应用层传输层网络层链路层3.2网络体系结构的分层原理44北京科技大学通信工程系TCP头应用层数据应用层数据TCP头应用层数据IP头帧头在目的站，某一层只能识别由源站对等层封装的“信封”，而对于被封装在“信封”内部的“数据”仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。每一层只处理本层的协议头部！3.2网络体系结构的分层原理协议头Hn数据DPDU实体实体nn45北京科技大学通信工程系在目的站，某一层只能识别由源站对等层封装的“信封”，而对于被

3

2

1

N+1

N

N-1

2

1

3

N+1

N

N-1源进程传送消息到目标进程的过程：消息送到源系统的最高层；从最高层开始，自上而下逐层封装；经物理线路传输到目标系统；目标系统将收到的信息自下而上逐层处理并拆封；由最高层将消息提交给目标进程。目标进程源进程P3P2P1物理通信线路Pn-1PnPn+1消息消息逻辑通信3.2网络体系结构的分层原理46北京科技大学通信工程系321N+1N3.2网络体系结构的分层原理术语：服务原语原语（primitive）一种不可再分的操作服务原语定义上层实体与下层实体间的接口模型提供上层实体使用下层的通信服务实现数据的一次完整传输过程上层请求下层传输数据数据到达时通知

上层上层对数据的应答应答回到源端答复

上层47北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：服务原语47北京科技大学3.2网络体系结构的分层原理四种服务原语请求（Request）指示（Indication）响应（Response）确认（Confirm）注意Req不一定会引起下层传输数据（如状态请求）传输的内容不一定完全跟请求的内容一致ReqIndRespConfReq（）Ind（）Resp（）Conf（）48北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理四种服务原语ReqIndRes3.2网络体系结构的分层原理有确认服务和无确认服务有确认（Confirmed）服务：要求确认请求、指示、响应、确认无确认（Unconfirmed）服务：请求、指示例：面向连接的通信（类比电话系统）1、CONNECT.req2、CONNECT.ind3、CONNECT.resp4、CONNECT.conf1、DISCONNECT.req2、DISCONNECT.ind1、DATA.req1、DATA.req2、DATA.ind2、DATA.ind1）Connect2）Accept3）Data4）Data5）Disconnect区分：原语操作协议操作3、DISCONNECT.conf49北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理有确认服务和无确认服务1、CO3.2网络体系结构的分层原理术语：服务方式面向连接的服务可靠：传输的报文不丢失、不重复、按顺序到达4个服务原语请求1确认4响应3指示2通信的步骤建立连接传输拆除连接连接请求连接指示连接响应连接确认建立连接阶段数据传输阶段拆除请求拆除指示拆除响应拆除确认拆除连接阶段50北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：服务方式请求确认响应指示3.2网络体系结构的分层原理术语：服务方式无连接服务不可靠传输的报文允许出现：丢失、重复、乱序现象通信步骤直接发送报文，不用事先通知对方2个服务原语数据请求数据指示数据请求数据指示数据请求数据指示51北京科技大学通信工程系3.2网络体系结构的分层原理术语：服务方式数据请求数据指示在各层中实现的主要功能差错控制使对等层的通信更加可靠流量控制控制发送端的速率，使接收端能来得及接收分段和重装发送端将数据块分成更小的单位，并在接收端重新组合复用和分用多个高层的对等层通信会话复用一条低层连接建立连接和释放连接3.2网络体系结构的分层原理52北京科技大学通信工程系在各层中实现的主要功能3.2网络体系结构的分层原理52北京3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构OSI/RM：OpenSystemInterconnection/ReferenceModel（开放系统互连参考模型）:国际标准化组织（ISO：InternationalStandardOrganization）OSI的七层网络体系结构已经过时TCP/IP：TransmissionControlProtocol/InternetPrototocolTCP/IP的四层网络体系结构已成主流使用五层原理体系结构来阐明网络的工作原理较为合适53北京科技大学通信工程系3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构OSI/RM：Op3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构有关标准化组织为确保发送方和接受方能彼此协调，若干标准化组织促进了通信标准的开发ANSI：美国国家标准协会（AmericanNationalStandardInstitute）ITU：国际电信联盟（InternationalTelecommunicationUnion）ITU-T/R/D:电信标准化部门/无线通信部门/开发部门EIA：电子工业协会（ElectronicIndustriesAssociation）

IEEE：电气和电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）

ISO：国际标准化组织（InternationalStandardOrganization）管理机构FCC（FederalCommunicationsCommittee）54北京科技大学通信工程系3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构有关标准化组织54OSI/RM的体系结构分为7层7654321为网络应用提供服务数据表示在用户间建立会话关系不同主机进程间的通信在主机间传输分组在节点间可靠地传输帧位流的透明传输3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构应用层（Application）表示层（Presentation）会话层（Session）传输层（Transport）网络层（Network）数据链路层（DataLink）物理层（Physical）较低层：与数据传输有关较高层：与应用有关55北京科技大学通信工程系OSI/RM的体系结构分为7层7为网络应用提供服务3.3O3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构ISO-7498标准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层数据链路层物理层通信介质传输层协议会晤层协议表示层协议应用层协议端系统A端系统B中继系统通信介质56北京科技大学通信工程系3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构ISO-7498标3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构OSI参考模型中数据的传输过程7654321发送方H1H3H4H5H6H2H7data数据7654321实际传输通路物理媒体接收方57北京科技大学通信工程系3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构OSI参考模型中数TCP/IP体系结构分为4层：应用层传输层网际层网络接口层＝数据链路层＋物理层applicationtransportinternetnetworkinterfacedatalinkphysical注：TCP/IP体系结构有时也采用5层表示方法，即用数据链路层和物理层代替网络接口层。3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构58北京科技大学通信工程系TCP/IP体系结构分为4层：applicationdata3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构相同垂直的分层结构层次及功能大体相似差异层次制定不同定义的规范性OSI更清晰，更容易实现协议替换OSI是先有模型再制定协议TCP/IP是先有协议，协议丰富后出现模型加以描述和规范OSI更倾向于面向连接TCP/IP提供两种服务方式给用户选择59北京科技大学通信工程系3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构相同59北京科技大3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构优点OSI的通用性强，用于描述和规范网络更清晰TCP/IP的实用性更强，有很多实际证明很有效的技术缺点OSI层次，协议和服务定义过于复杂OSI对无连接服务和协议的忽视OSI对计算机及软件工作方式的忽视TCP/IP的通用性差TCP/IP协议难以做到不受影响的替换60北京科技大学通信工程系3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构优点60北京科技大3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构TCP/IP与OSI/RM的对应关系应用层表示层会话层传输层网络层数据连路层物理层1234567应用层传输层网际层网络接口层OSI/RMTCP/IPWINDOWS程序应用层核心层*.exe*.dll*.sys*.sys网卡61北京科技大学通信工程系3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构TCP/IP与OS3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构OSI/RM和TCP/IP相结合的5层结构——原理体系结构原理体系结构包括:应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层62北京科技大学通信工程系3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构OSI/RM和TC3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构原理体系结构5432154321H3物理传输媒体数据部分数据部分数据部分数据部分10100110100101比特流11010111010T2计算机1H5H4H2首部尾部……AP2AP1应用程序数据计算机

2比特帧IP数据报IP分组TCP报文段UDP报文段63北京科技大学通信工程系3.3OSI/RM与TCP/IP体系结构原理体系结构543物理层（physicallayer）任务：在物理媒体(介质)上正确地、透明地传送比特流。协议(标准)：规定了物理接口的各种特性：机械：物理连接器的尺寸、形状、规格电气：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大传输距离等（语法）功能：接口引（线）脚的功能和作用（语义）规程：信号时序，应答关系，操作过程（时序）功能：建立和拆除物理连接、位流传输、管理例：RS-232、RS-449、V.24、V.35、G.703/G.7043.4原理体系结构各层概述64北京科技大学通信工程系物理层（physicallayer）3.4原理体系结构各物理层：RS-232-C外形为25针或9针的D型连接器通信速率（b/s）：100、300、600、1200、2400、4800、9600、19.2K、33.6K、56K信号电平：逻辑“1”：-3V～-15V逻辑“0”：+3V～+15V引脚定义：3.4原理体系结构各层概述65北京科技大学通信工程系物理层：RS-232-C3.4原理体系结构各层概述65北京3.4原理体系结构各层概述66北京科技大学通信工程系3.4原理体系结构各层概述66北京科技大学通信工程系信号时序（接收）H：Host（DTE），M：Modem（DCE）设备握手DTR：H→M（保持，表示H已可以工作）DSR：H←M（保持，表示M已可以工作）监视载波信号DCD：H←M←载波（表示数据链已建立）接收数据RD：H←M←数据调制信号断开连接DCD消失、H撤除DTR、M撤除DSR3.4原理体系结构各层概述67北京科技大学通信工程系信号时序（接收）3.4原理体系结构各层概述67北京科技大学信号时序（发送）设备握手DTR：H→M（保持）DSR：H←M（保持）请求发送RTS：H→M（保持），M→载波，在对方产生DCDCTS：H←M（保持）发送数据TD：H→M→数据调制信号断开连接H撤除RTS/DTRM撤除CTS/DSR，停止发送载波3.4原理体系结构各层概述68北京科技大学通信工程系信号时序（发送）3.4原理体系结构各层概述68北京科技大学3.4原理体系结构各层概述物理层：从信号中提取bit流信号时钟译码1011110011010111069北京科技大学通信工程系3.4原理体系结构各层概述物理层：从信号中提取bit流信号数据链路层（datalinklayer）任务：为网络层提供透明和可靠的传输服务，在不可靠的物理链路上，提供可靠的数据传输服务（帧）。功能与服务：建立与拆除数据链路连接组帧：帧封装，按顺序传送，处理返回的确认帧；定界与同步：产生/识别帧边界；差错检测/恢复：可靠的传输，CRC，ARQ；流量控制：抑止发送方的传输速率，使接收方来得及接收。3.4原理体系结构各层概述70北京科技大学通信工程系数据链路层（datalinklayer）3.4原理体系协议：两类面向字符的：数据以字符为单位传输，用控制字符控制通信IBM的BSC规程，例子见p76，图3.6面向比特的：数据以位为单位传输，用帧中的控制字段控制通信ISO的HDLC规程，例子见p76，图3.7共享信道问题(LANorWireless)：如何控制对共享信道的访问？将数据链路层划分为逻辑链路控制(LogicalLinkControl,LLC)和介质访问控制(MediaAccessControl,MAC)两个子层，由MAC子层解决共享介质访问控制问题。LAN使用的两种主要介质访问控制方法：CSMA/CDTOKENPASSING3.4原理体系结构各层概述71北京科技大学通信工程系协议：两类3.4原理体系结构各层概述71北京科技大学通信工网络层（networklayer，internetlayer）任务：选择合适的路由，把分组从源端传送到目的端。功能与服务：在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接路由选择和分组中转流量控制和拥塞控制多路复用：为多个传输层实体提供网络连接服务分段与组合：大数据块分段，小数据块组合差错检测与恢复流量统计和记账IP协议[RFC791]：提供无连接的数据报服务3.4原理体系结构各层概述72北京科技大学通信工程系网络层（networklayer，internetlay网络层：路由选择如何在多条通信路径中找一条最佳路径？依据：速度,距离(步跳数),价格,拥塞程度路由器——路由表建立与维护静态：人工设置，只适用于小型网络动态：运行过程中根据网络情况自动地动态维护路由算法——建立与维护路由表的方法距离向量算法：RIP、CGP等链路状态算法：OSPF等3.4原理体系结构各层概述73北京科技大学通信工程系网络层：路由选择3.4原理体系结构各层概述73北京科技大学链路层的任务两结点间可靠的数据传输Ethernet,X.25,ATM,…网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）Ethernet,X.25,ATM,…3.4原理体系结构各层概述74北京科技大学通信工程系链路层的任务两结点间可靠的数据传输Ethernet,X.23.4原理体系结构各层概述网络层：端到端的连接相连端到端75北京科技大学通信工程系3.4原理体系结构各层概述网络层：端到端的连接相连端到端7传输层（transportlayer）任务：在源端与目的端之间提供可靠的透明数据传输，使上层服务用户不必关系通信子网的实现细节。传输层的特点以上各层：面向应用，本层及以下各层：面向传输；与网络层的部分服务有重叠交叉，功能取舍取决于网络层功能的强弱；只存在于端主机中；实现源主机到目的主机“端到端”的连接；3.4原理体系结构各层概述76北京科技大学通信工程系传输层（transportlayer）3.4原理体系结构传输层（transportlayer）功能：地址映射：源端进程地址映射到网络地址，或反之；多路复用与分割：多个传输连接共用一条网络连接；一条传输连接使用多个网络连接；进行数据分段并在目的端重新组装；传输连接的建立与释放；提供“面向连接”和“无连接”两种服务：TCP/IP协议：TCP和UDP传输差错校验与恢复；流量控制，防止数据传输过载。3.4原理体系结构各层概述传输层网络层传输层网络层77北京科技大学通信工程系传输层（transportlayer）3.4原理体系结构3.4原理体系结构各层概述传输层两种服务的比较ConnectionOrientedConnectionless参考模式电话系统邮政系统特点静态分配资源；传输前需要建立连接动态分配资源可靠性提供可靠的传输服务：无错、按序、无丢失/无重复不能防止报文的损坏、失序、丢失和重复对目的地址的要求仅在连接阶段需要完整的目的地址需要为每一个报文提供完整的目的地址适用场合在一段时间内向同一目的地发送大量报文;实时性要求少量零星报文分类及示例1.可靠消息流——文件传输2.可靠字节流——远程登录3.不可靠连接——数字化声音1.数据报——广播/组播2.可靠的数据报——挂号邮件3.请求应答——数据库查询78北京科技大学通信工程系3.4原理体系结构各层概述传输层两种服务的比较Connec传输层与网络层的关系网络层则提供网络中主机间的“逻辑通信”；而传输层提供主机中的进程间的“逻辑通信”。二者之间的差别：微妙而又重要类比主机：单位的传达室进程：单位中的职工应用层报文：信件网络层协议=邮局的投递服务，只负责递送到传达室传输层协议=传达室的收发服务，负责递送到每个职工3.4原理体系结构各层概述79北京科技大学通信工程系传输层与网络层的关系3.4原理体系结构各层概述79北京科技网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）Ethernet,X.25,ATM,…传输层的任务……两端点间可靠的透明数据传输（应用进程间的逻辑通信）通信子网3.4原理体系结构各层概述80北京科技大学通信工程系网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据Ethernet,应用层（applicationlayer）任务：为用户的应用进程提供网络通信服务。功能：提供各种不同的应用协议以满足应用进程的需求；识别并证实目的通信方的可用性；使协同工作的应用进程之间进行同步；为通信过程申请资源。应用层协议的例子：OSI:VTP、MHS、FTAM、DS、…TCP/IP:Telnet、SMTP、POP3、FTP、DNS、HTTP、…3.4原理体系结构各层概述81北京科技大学通信工程系应用层（applicationlayer）3.4原理体系3.4原理体系结构各层概述各种使用网络通信的应用都属于应用层新的网络应用还在不断出现文件传输电子邮件WWW网络电话网上聊天网上购物网上银行办公自动化虚拟终端VOD82北京科技大学通信工程系3.4原理体系结构各层概述各种使用网络通信的应用都属于应用3.4原理体系结构各层概述数据的发送—报文封装数据数据数据网络层报头数据数据链路层报头0101110101001000010源端口、目的端口源IP、目的IP、协议号源MAC、目的MAC、帧类型二进制流“0、1”传输层报头协议数据单元（PDU）数据段Segment数据包Packet数据帧Frame比特

Bit传输层数据链路层物理层网络层应用层83北京科技大学通信工程系3.4原理体系结构各层概述数据的发送—报文封装数据数据数据3.4原理体系结构各层概述不同网络的互通10101000011101101001101001015432154321计算机

1AP2AP1计算机

2H5H4H5H4H3H5321H2H4H3H5H5H4H5H4H3H5H2H4H3H5路由器84北京科技大学通信工程系3.4原理体系结构各层概述不同网络的互通101010000TCP/IP不是一个单个的协议，而是由数十个具有层次结构的协议组成的一个协议集。TCP和IP是该协议集中的两个最重要的核心协议。TCP/IP是Internet上的标准通信协议集。TCP/IP以“请求注释”（RFC）文档发布：TCP[RFC768],UDP[RFC793]IP[RFC791]DNS[RFC1034,1035],FTP[RFC959,1635]3.5TCP/IP体系结构85北京科技大学通信工程系TCP/IP不是一个单个的协议，而是由数十个具有层次结构的协3.5TCP/IP体系结构TCP/IP的体系结构层次应用层传输层网际(络)层数据链路层物理层IPICMPIGMPRARPARPUDPTCP各种应用程序层HTTPFTP……DNSSMTPNFSTFTP由底层网络定义的协议Ethernet,Token-Ring,FDDI,X.25,Wirless,ATM网络接口层Message（报文）Segment（数据段）Packet（分组）Frame（帧）Bit（比特）PDU86北京科技大学通信工程系3.5TCP/IP体系结构TCP/IP的体系结构层次应用层TCP/IP的应用层应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用提供了支持。有些协议的名称与以其为基础的应用程序同名。应用层传输层网络接口层网际层文件传输

●FTP、TFTP、NFS电子邮件

●SMTP、POP3WWW应用

●HTTP远程登录

●Telnet、rlogin网络管理

●SNMP名字管理

●DNS3.5TCP/IP体系结构87北京科技大学通信工程系TCP/IP的应用层应用层传输层网络接口层网际层文件传输3.TCP/IP的传输层传输层的主要功能：提供进程间可靠的传输服务。传输层包括TCP和UDP两种传输协议：TCP是面向连接的传输协议。在数据传输之前建立连接；把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段；必要时重新传输没有收到或错误的段，因此它是“可靠”的。UDP是无连接的