第1章计算机网络概论

第一章计算机网络概述及体系结构问题？计算机网络到底是什么？计算机网络是怎么发展来的？计算机网络能做什么？2第一章计算机网络概述及体系结构本章内容：1.1计算机网络概述1.2计算机网络体系结构1.3开放系统互联参考模型（OSI/RM）1.4TCP/IP体系结构3了解：1、计算机网络的应用2、相关的国际标准化组织3、网络分层的意义4、网络体系结构的定义5、OSI参考模型和TCP/IP参考模型各层的基本服务功能4掌握：1、计算机网络的产生和发展阶段2、计算机网络的概念及定义3、计算机网络系统的组成结构4、计算机网络的分类5、网络体系结构的基本概念6、OSI参考模型及各层次名称7、TCP/IP参考模型及各层次名称8、上述两种参考模型中数据在源与目标设备间的传送过程

51.1计算机网络概述

1.1.1计算机网络的产生和发展阶段

1.1.2计算机网络的概念及定义

1.1.3计算机网络系统的组成结构

1.1.4计算机网络的分类

1.1.5计算机网络的应用

1.1.6相关的国际标准化组织61.1.1计算机网络的产生和发展阶段（从体系结构角度）

以主机为中心的联机终端系统（面向终端的计算机网络）－－20世纪50年代

以通信子网为中心的主机互连（ARPA网为代表的计算机网络）－－20世纪60年代后期

计算机网络结构标准化－－20世纪70年代后期

局域网－－20世纪80年代

因特网时代－－20世纪90年代严格地讲：这不是计算机网络7(1)以主机为中心的联机终端系统（“计算机－终端”系统）特征：终端共享主机的软硬件资源单台主机：执行数据处理和通信任务多台终端：执行用户交互

(终端集中器/终端服务器)分时多用户系统连接方式：本地或远程TTHOSTT8

例子：美国半自动化地面防空系统SAGE防区+各观测站、机场、阵地+通信线路飞机订票系统HOST(总部)+Terminals(订票点)+通信线路(电话线路)9

缺点主机负荷重——数据处理＋通信线路利用率低集中控制方式，可靠性低

改进多点通信线路终端集中器（P3，图1.1b）前端处理机（FrontEndProcessor,FEP），通信任务分离主机TTTTTHOSTT10(2)以通信子网为中心的主机互连

特征多个终端联机系统互联，形成了多主机互联网络网络结构从“主机－终端”转变为“主机－主机”HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路11主机－主机网络的演变

演变阶段1通信任务从主机中分离，由通信控制处理器（CCP）完成CCP：处理主机之间通信任务的专用设备CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT12

两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络——通信子网，提供信息传输服务建立在通信子网基础上的主机集合——资源子网，提供计算资源CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网13

演变阶段2通信子网规模逐渐扩大私有→社会公用公用数据通信网PSTNX.25优点降低用户系统建设成本提高通信线路利用率兼容性好公用数据通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT14两层网络的概念结构CCCHHH资源子网通信子网在通信子网上可以有多个资源子网，共享通信子网的服务HH15☆例子因特网的前身——ARPANET美苏冷战时期由美国国防部高级研究计划署（DARPA）建立的实验性网络最初4个节点（大学）→70年代的60多个节点地域跨越美洲、欧洲具有现代网络的许多特征，例如资源共享分散控制报文分组交换分层次的网络体系，促进TCP/IP协议发展较为完善的通信协议采用专门的通信控制处理器16☆例子英国国家物理实验室（NPL）网络英国邮政局的EPSS公用分组交换网法国信息与自动化研究所（IRIA）的CYCLADES分布式数据处理网络加拿大的DATAPAC公用分组交换网日本电报电话公司的DDX-3公用数据网17(3)计算机网络结构标准化

为什么需要标准化？

出现不同厂商、研究部门的计算机网络，难以互连不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享

标准化的时机？先制定标准再开发还是先开发再制定标准？各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是基础18

网络体系结构标准化过程的演变：厂商标准：IBM-SNA，DEC-DNA等缺点：适用范围：兼容性？技术垄断：竞争？标准不统一：用户利益？国际标准（ISOOSI/RM）OSI参考模型--开放系统互联参考模型（OpenSystemInterconnection/RecommendedModel）OSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架：7个层次；只说明了做什么而未规定怎样做；太复杂，几乎没有与之完全符合的网络。事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议)19(4)局域网

1972，美国加州大学研制的Newhallloop网

1974，英国剑桥大学计算机实验室建立剑桥环（CambridgeRing）网

1975，施乐公司PaloAlto研究中心研制以太网，现在以太网是LAN的主流网络

20世纪80年代，多种类型局域网出现，并投入市场20(5)因特网时代

全球性网络--因特网的出现标志着网络时代的到来

因特网由ARPANET发展演化而来

1986，美国国家科学基金会（NSF）建立美国国家科学基金网NSFNET连接美国100多所大学和研究机构三级网络结构：主干网、区域网和校园网主干的传输速率开始为56kbps→1.544Mbps

20世纪90年代初，IBM、MCI和Merit三家公司组建ANSNET，速率为44.746Mbps

欧洲主干网EBONE，加拿大的Canet，英国的PIPEX、JANET和日本的WIDE21(5)因特网时代

丰富的信息和便利的使用是其规模迅速增长的主要驱动力

截止到2000年,Internet的规模为网络数达到105数量级,主机数达到107数量级,用户数108数量级，主干速率大于2.5Gbit/s。

截止2012年6月底，我国网民数量达到5.38亿人，互联网普及率已经达到39.9%。

“下一代因特网计划”目标：更快、更强大、更安全、更高的服务质量和更方便的使用使用IPv6，支持更高速、更丰富的下一代互联网服务22(5)下一代网络

以软交换为核心的，能够提供包括语音、数据、视频和多媒体业务的基于分组技术的综合开放的网络架构，代表了通信网络发展的方向

具有的技术优势开放的、分层的网络构架体系业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载相分离支持各种业务和用户无拘束的接入可与现有网络互通支持移动性电信级的硬件平台

23

计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物，它涉及到计算机与通信两个领域。它的诞生使计算机体系结构发生了巨大变化，在当今社会经济中起着非常重要的作用，它对人类社会的进步做出了巨大贡献。从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平，而且已经成为衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。计算机网络的发展阶段小结241.1.2计算机网络的概念及定义计算机网络：把分布在不同地理位置的多个独立工作的计算机、终端及附属设备在物理上互连，按照网络协议相互通信，由功能完善的网络软件管理，以共享硬件，软件和数据资源为目的的计算机系统。自治：能独立运行，不依赖于其他计算机互连：以任何可能的通信连接方式25

从定义中可以看出其特点：计算机网络是计算机技术和通信技术的结合。（技术上的保证）目的是共享硬件，软件和数据资源。（实际应用的需要）网络协议。（是计算机网络的语言）

26问题：与多机系统、终端分时系统、分布式计算机系统的区别是什么?多机系统由多台大型主机互连组成功能强大、能高速并行处理的计算机系统紧耦合度终端分时系统系统中的终端不具有独立功能，要依赖于中央主机。分布式系统——容易与计算机网络混淆，关键是看系统中资源的管理方式。分布式系统的用户不必了解资源分布情况，资源的位置与使用对用户都是透明的；分布式系统的耦合度比计算机网络要高一些；分布式系统一般要依赖计算机网络实现系统中资源的调度。271.1.3

计算机网络的组成结构

1)从功能组成的角度2)从物理组成的角度281)

从功能组成的角度从功能组成的角度，计算机网络主要分为资源子网和通信子网。（1）资源子网（也称为数据处理系统）资源子网一般由主机、终端、相关的输入/输出设备和各种软硬件资源、数据资源组成，负责数据处理、存储功能。相当于计算机系统。（2）通信子网（也称为数据传输系统）通信子网负责数据通信处理，包括网卡、线缆、集线器、中继器、网桥、路由器、交换机等设备和相应协议。是为了连网的通信设备和通信线路等。不同类型的网络，其通信子网的物理组成各不相同，如局域网和广域网。292)从物理组成的角度（1）硬件网络节点端节点：通信的源节点和目的节点，如计算机、服务器中间节点（转接节点）：网络通信过程中起控制和转发数据作用的节点，如交换机、集中器、通信处理机、复用器、路由器、中继器通信线路：信息传输的通道物理：传输介质逻辑：信道（2）软件通信软件（网络协议软件）网络操作系统（网络系统软件）网络管理/安全控制软件、网络应用软件（3）协议301.1.4

计算机网络的分类1)按地域范围分类（广域网、局域网、城域网）2)按拓扑结构分类（星形、总线形、环形等）3)按传输介质分类（有线、无线）4)按用户分类（公用、专用）5)按网络控制方式分类（集中式、分布式）6)按网络的交换功能分类（电路、报文、分组交换）7)按网络协议分类（以太网、令牌环等）8)按信息传播方式分类（点到点、广播方式）311.1.4计算机网络的分类1)按地域范围分类：局域网(LocalAreaNetwork，LAN)范围：小，＜100KM速率：10-1000Mbps拓扑结构：总线，星形传输技术：基带，延迟低，出错率低（10-11）广播式网络，信道共享物理、链路两层优点：组网方便，使用灵活321)按地域范围分类：广域网(WideAreaNetwork，WAN)范围：大，＞100KM速率：主干已达2.5Gbps拓扑结构：不规则，点到点传输传输技术：宽带，延迟大，出错率高多路复用，提高线路利用率物理、链路、网络层典型代表：ARPANET，CHINANET，CERNET等城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)范围：中等，＜100KM传输技术：宽带/基带设计目的：满足大量企业、公司的多个局域网互连的需要332)按拓扑结构分类：网络的拓扑结构是指计算机网络连接使用的电缆所构成的几何形状。星形有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接总线所有节点挂接到一条总线上，广播式信道需要有介质访问控制规程以防止冲突星形拓扑总线形拓扑34环形所有节点连接成一个闭合的环，结点之间为点到点连接树形（总线的扩展）一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成环形拓扑树形拓扑35全连接点到点全连接，连接数随节点数的增长迅速增长，使建造成本大大提高，只适用于节点数很少的广域网中不规则（网状）点到点部分连接，多用于广域网，由于连接的不完全性，需要有交换节点不规则拓扑全连接拓扑36常用拓扑结构比较星型的特点：网络结构简单，组网容易，易于扩充，成本低网络延迟短，误码率低可以同时使用多种物理介质网络共享能力较差，线路利用率不高，中央结点负担过重总线的特点：结构简单灵活，便于扩充价格低，安装方便共享资源能力强，便于广播式工作当节点通信量增加时，性能会急剧下降37环形的特点：路由选择相对简单可靠性高时间延迟确定扩充不方便树形的特点：是一种层次网，扩充方便点到点网络有容错能力，一个分支的故障不影响另一个分支的工作38全连接的特点：无须路由选择，通信方便连接复杂，适合节点少，距离近的环境网状的特点：用于大型或广域网需要中继节点转发393)按传输介质分类：有线网无线网4)按用户分类：公用网，电信部门建设，需交费才可以使用专用网，只为拥有者提供服务，不向拥有者以外的人提供服务，比如军事、铁路、电力、教育等系统专用5)按网络控制方式分类集中式，信息处理和控制功能集中在少数节点，所有的信息流都必须经过这些节点之一分布式，不存在一个控制中心，信息从一个节点到另一个节点，可以有多条路径406)按网络的交换功能分类(7.6节讲述)电路交换报文交换分组交换7)按网络协议分类：以太网（IEEE802.3）令牌环网（IEEE802.5）FDDI网ATM网（异步传输方式）41

交换机

“交换”(switching)的含义就是转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。电路交换的特点电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接电路交换举例A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换举例C和D通话只经过一个本地交换机通话在C到D的连接上进行((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。H1H5H2H4H3H6路由器网络网络核心部分主机H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5

发送分组H2向H6

发送分组注意分组路径的变化！路由器主机注意分组的存储转发过程H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

发送分组路由器主机在路由器

E

暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机

H5在路由器

C

暂存查找转发表找到转发的端口在路由器

A

暂存查找转发表找到转发的端口报文分组交换的主要特点在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数据数据数据报文添加首部构成分组每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组

1分组

2分组

3请注意：现在左边是“前面”分组交换的传输单元分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

3收到分组后剥去首部接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

3收到的数据数据数据数据最后还原成原来的报文最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。报文1101000110101010110101011100010011010010三种交换的比较P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放数据传送的特点比特流直达终点报文报文报文分组分组分组存储转发存储转发存储转发存储转发（1）电路交换：由于电路交换在通信之前要在通信双方之间建立一条被双方独占的物理通路（由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成），因而有以下优缺点。

优点：

①由于通信线路为通信双方用户专用，数据直达，所以传输数据的时延非常小。

②通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。

③双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。

④电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。

⑤电路交换的交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单。

缺点：

①电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用低。电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说嫌长。

②电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。

（2）报文交换(报文存储转发交换)：报文交换是以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等信息。（3）分组交换（报文分组存储转发交换）：分组交换仍采用存储转发传输方式，但将一个长报文先分割为若干个较短的分组，然后把这些分组（携带源、目的地址和编号信息）逐个地发送出去。588)按信息传播方式分类：--点对点传输方式的网络：由一对对机器间的多条传输链路构成。--信源与信宿之间的通信需经过一台和多台中间设备进行传输。需要分组转发和路由选择。--网状、环形、树形、星形--广播方式网络：一台计算机发送的信息可被网络上所有的计算机接收。总线形、无线（微波、卫星）局域网络通常使用广播方式，广域网络通常使用点对点方式(也有例外)。59

点―点通信方式

60广播式通信方式611.1.5计算机网络的应用

计算机网络的应用领域企业信息化电子商务信息发布与检索个人通信家庭娱乐

计算机网络带来的社会问题计算机网络的广泛应用对经济、文化、教育、科学的发展与人类生活质量的提高产生重要影响，同时也不可避免带来一些新的社会、道德、政治与法律问题。“网络社会”中的“道德”与“法律”，对于人类是一个新的课题。621.6与计算机网络相关的国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织（ISO）电气电子工程师协会（IEEE）Internet标准化组织因特网协会（InternetSociety，ISOC）因特网体系结构研究委员会（InternetArchitectureBoard，IAB）因特网工程任务部（InternetEngineeringTaskForce，IETF）因特网工程指导组（InternetEngineeringSteeringGroup，IESG）因特网研究指导组（InternetResearchSteeringGroup，IRSG）因特网编号管理机构（InternetAssignedNumberAuthority，IANA）电信标准化组织国际电信联盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）国际电报电话咨询委员会CCITT（ConsultativeCommitteeInternationalTelegraphandTelephone）1.2计算机网络体系结构1.2.1计算机网络体系结构提出的背景1.2.2计算机网络体系结构的定义1.2.3计算机网络体系结构的分层原理1.2.4通信协议641.2

计算机网络体系结构1.2.1网络体系结构提出的背景举例：网络中的两台计算机要进行通信，需要做哪些事情？发起方要激活线路，发出信令；对于差错、故障，如何保证能收到正确数据；数据在网络上传输时，应该走哪条路？告诉网络如何识别接收数据的计算机；双方的格式是否兼容；确认对方计算机中的文件管理程序是否已经做好准备。651.2

计算机网络体系结构1.2.1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解决方法：分而治之层次化方法！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，如结构化程序设计。邮政系统邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输1.2.2计算机网络体系结构的定义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。定义：计算机网络中，层次及每层功能、层间接口和协议的集合被称为计算机网络体系结构。计算机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）－分而治之同一个系统的各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口）－如邮箱就是发信人和邮递员之间的接口。通信双方的数据传输要遵循哪些通信规则？（协议）－如写信的约定语言和信封格式。69对等通信示例：两个人收发快递想一想：买方与卖方之间、快递公司之间，是在直接通信吗？快递公司、运输系统各向谁提供什么样的服务？快递公司、买卖双方各使用谁提供的什么服务？包裹邮件地址货物地址卖方快递公司运输系统包裹邮件地址货物地址买方对信件内容的约定对信件如何传递的约定对货物如何运输的约定协议P3公路，铁路，航空快递公司运输系统协议P2协议P1系统A系统B实体对等层对等实体接口服务物理网络分层模拟图服务访问点1.2.3计算机网络体系结构的分层原理第1层第2层第3层实体：每一层中实现该层功能的软件或硬件。（任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程）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。服务访问点：同一结点中，相邻两层的实体相互作用的地方。是上下层实体之间信息交换的接口。（简称SAP）协议1.2.3计算机网络体系结构的分层原理基本概念：纵向：实体：每一层中实现该层功能的软件或硬件。（任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程）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。服务访问点：同一结点中，相邻两层的实体相互作用的地方。是上下层实体之间信息交换的接口。（简称SAP）横向：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。协议：通信双方在通信中必须遵守的规则。计算机网络体系结构中通信的实质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网络中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(服务用户)；下层向上层提供服务——Serviceprovider（服务提供者）。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通信是对等层实体之间的通信，但它们实现的是虚拟的逻辑通信；实际通信在最底层通过物理线路的传输完成。邻层间通过接口进行交互SAP:服务访问点IDU：接口数据单元SDU:服务数据单元PDU：协议数据单元ICI:接口控制信息PCI:协议控制信息ICISDUICISDUN+1接口NSAPIDUPCISDU(N)PDU74重要概念(n)协议控制信息PCI(ProtocolControlInformation)：(n)实体为了协调其共同操作和使用(n-1)接口而交换的信息。(n)用户数据UD(UserData)：以(n+1)实体的名义在(n)实体之间传送的数据。(n)协议数据单元PDU(ProtocolDataUnit)：在一个（n）协议中规定的数据单元。由(n)协议控制信息和可能的(n)用户数据组成。(n)服务数据单元SDU(ServiceDataUnit)：(n)接口数据的总和。75重要概念(n)接口控制信息ICI(InterfaceControlInformation)：在(n+1)实体和(n)实体之间为协调其共同操作而传送的信息。(n)接口数据ID(InterfaceData)：在(n)连接上，为了传送给一个通信(n+1)实体而从(n+1)实体递交给(n)实体的信息。或在(n)连接上，收到通信(n+1)实体的信息后从(n)实体递交给(n+1)实体的信息。(n)接口数据单元IDU(InterfaceDataUnit)：在(n+1)实体和(n)实体之间，在一次交互作用中穿过服务访问点传输的信息单元。(n)服务数据单元SDU(ServiceDataUnit)：(n)接口数据的总和。人相互交流的协议和通信协议之间的对比timeHiHiWhat’s

thetime?2:00请求连接传送文件：xxxxx.xxx<文件>连接确认1.2.4通信协议1.2.4

通信协议协议的定义：

是某一层中指导实体之间通信的规则。定义网络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）。说明：计算机系统之间网络中所有的通信活动（交换数据与控制信息）都是由协议所控制781.2.4通信协议通信协议的三要素：语义-对协议中各协议元素的含义的解释，包括需发出何种控制信息，完成何种动作或做何种应答。Whattodo?例如：在HDLC协议中，标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束。语法-控制信息或数据的结构和格式,包括数据格式、编码、信号电平。Howtodo?例如：

HDLC高级数据链路控制（HighlevelDataLinkControl)时序-通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则(也称同步，即实体通信实现顺序的详细说明

)Whentodo?FlagAddressCtrlDataFCSFlagHDLC79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时序例：释放连接数据传输建立连接计算机网络体系结构中层与协议的关系：每层可能会有若干个协议一个协议只属于一个层次协议的实现：网络驱动程序、网络通信协议等软件网络硬件常用协议组：TCP/IP（Windows、Unix、Linux、…）NetBEUI（Windows）IPX/SPX（NetWare、Windows）81服务与协议之间的关系区别：服务是某层向上层提供的原语或操作，不涉及具体操作实现。协议是一组规则，规定同一层上的对等实体间交换信息或分组的格式和含义。联系：实体是利用协议来实现对于服务的定义。82两种服务

连接：对等实体为进行数据通信而进行的一种关联结合。面向连接服务（虚电路服务）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。具有连接建立、数据传输和连接释放三个阶段。无连接服务是指两个实体之间的通信无须先建立一个连接，因此，无须预留通信时所需要的资源，而是在传输数据时再动态地进行分配。83两种服务的比较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84无连接服务的类型数据报（datagram）

它的特点不需要接收端做出任何响应，因而是一种不可靠的服务。“尽力而为”确认交付（confirmeddelivery）

这种服务要求接收端对收到的每一个报文都要产生一个证实发送给发送端，该证实只能保证报文已经发送到远端的目的地了，但不能保证目的地的用户已收到这个报文。请求应答（request-reply） 这种类型的数据报要求接收端用户每收到一个报文，就要向发送端用户发送一个应答报文。85服务原语服务原语（ServicePrimitive）专供用户和其他实体访问服务。服务原语只是对服务进行概念性的功能描述，至于如何实现并不作明确规定。

原语类型含义请求(Request)（N+1）实体请求（N）实体提供服务指示(Indication)（N）实体通知（N+1）实体发生了某一事件响应(Response)（N+1）实体对（N）实体指示的响应确认(Confirm)（N）实体向（N+1）实体确认，（N+1）实体请求的服务已完成86一个面向连接例子中使用的原语CONNECT.request：请求建立连接CONNECT.indication：指示有连接建立请求CONNECT.response：被呼叫方用来表示接收／拒绝建立连接的请求CONNECT.confirm：通知呼叫方建立连接的请求是否被接受DATA.request：请求发送数据DATA.indication：表示数据已到达DISCONNECT.request：请求释放连接DISCONNECT.indication：通知对等实体释放连接的完成情况87网络体系结构的发展过程最早的网络体系结构有IBM的SNA和DEC的DNA等；SNA：系统网络体系结构，1974；DNA：数字网络体系结构由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际标准是OSI/RM；1983实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构成为事实上的标准。1983层次结构方法的优点独立性强把网络操作分成低复杂性单元，上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务。适应性强只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意，也容易用新技术对某一层进行更新。灵活性好，易于设计、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。促进标准化允许各个供应商进行开发。891.3.1OSI参考模型的基本概念

1.3.2OSI/RM参考模型的结构1.3.3

OSI/RM

参考模型的各层功能1.3开放系统互联参考模型（OSI/RM）901.3.1OSI参考模型的基本概念

（1）1984，ISO（国际化标准组织,InternationalOrganizationforStandardization）发表了OSI（开放系统互连）模型，OpenSystemInterconnectionReferenceModel，OSI/RM），实际上，在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织是：

国际电报与电话咨询委员会（CCITT，ConsultativeCommitteeofInternationalTelegraphandTelephone）主要是考虑通信标准的制定。

国际标准化组织（ISO），主要是考虑信息处理与网络体系结构。（2）在OSI中的“开放”是指希望只要遵循OSI标准，一个系统就可以与同样遵循同一标准的其它任何系统进行通信。1.3开放系统互联参考模型（OSI/RM）1.3.2OSI/RM参考模型的结构回忆：计算机网络的组成结构按照功能组成划分，可分成什么？资源子网和通信子网资源子网：负责网络的数据业务，向用户提供网络资源和服务。通信子网：完成网络数据传输，转发等通信任务。92…

图广域网结构与OSI参考模型的关系示意图

中间结点

中间结点

…

物理层

数据链路层

网络层

传输层

会话层

表示层

应用层

物理层

数据链路层

网络层

传输层

会话层

表示层

应用层

物理层

数据链路层

网络层

物理层

数据链路层

网络层

设备A

设备B

端到端协议

7

6

5

4

3

2

1

-

通信子网

资源子网

93OSI/RM的高层(或称为上三层)构成资源子网，主要面向用户的应用进程，进行分布的信息处理。应用层(A)表示层(P)会话层(S)中间的第四层为传输层(T)，它是计算机通信的关键层次，为高低层间提供接口与服务，起到通信两端桥梁的作用。下三层，统称为低层，称为通信子网，构成了开放的网络通信平台，实现OSI/RM面向通信(含传输和交换)的功能。网络层(N)数据链路层(DL)物理层(PH)OSI/RM参考模型的结构分为7层应用层Application表示层Presentation会话层Session传输层Transport物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321为网络应用提供服务数据表示（加密、压缩等）在用户间建立及维护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Bit位流的透明传输1.3.2OSI/RM参考模型的结构95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）96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。解封装：上述的逆向过程。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PDU主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

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

PDU7654321AP27654321AP1主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

2应用层PDU再传送到表示层加上表示层首部，成为表示层报文7654321AP27654321AP1主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

2表示层PDU再传送到会话层加上会话层首部，成为会话层报文7654321AP27654321AP1主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

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7654321AP27654321AP1主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

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）7654321AP27654321AP1主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

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7654321AP17654321AP2主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

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7654321AP17654321AP2主机

1

向主机

2

发送数据物理传输媒体主机

1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主机

27654321AP27654321AP1主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

2物理层接收到比特流，上交给数据链路层7654321AP17654321AP2主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

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7654321AP17654321AP2主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

2网络层剥去首部，取出数据部分上交给传输层7654321AP17654321AP2主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

2传输层剥去首部，取出数据部分上交给会话层7654321AP17654321AP2主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

2会话层剥去首部，取出数据部分上交给表示层7654321AP17654321AP2主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

2表示层剥去首部，取出数据部分上交给应用层7654321AP17654321AP2主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程7654321AP17654321AP2主机

1

向主机

2

发送数据主机

1主机

2我收到了

AP1

发来的应用程序数据！7654321AP17654321AP2主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

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传输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

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H3H4H5应用程序数据主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

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应用程序数据主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

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应用程序数据主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

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程序数据H5应用程序数据主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

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主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

2我收到了

AP1

发来的应用程序数据！120OSI/RM模型的数据流向该层的协议数据单元，PDU该层的协议头或PCI注意：每一层只处理本层的协议头部！主机A主机B该层的服务数据单元或SDU下层的服务数据单元，SDU121OSI模型的意义和缺陷提供了网络间互连的参考模型。成为实际网络建模、设计的重要参考工具和理论依据。OSI/RM的思想为我们提供了进行网络设计与分析的方法。实际的网络几乎都是分层结构，功能分层，协议分层，只是根据实际需要，层次有多有少。模块化的结构便于同时开发、升级换代、维护管理。OSI模型设计亦有一定缺陷，以及与其相关的服务定义和协议极其复杂，实现起来困难且操作效率不高。实际应用中几乎没有完全按OSI七层模型设计的产品。122（一）物理层它直接与物理信道相连，起到数据链路层和传输介质之间的逻辑接口作用，提供建立、维护和释放物理连接的方法。任务：在物理介质上正确地、透明地传送比特bit流。1.3.3OSI/RM参考模型的各层功能（一）物理层主要功能：物理连接：点对点，点对多点差错检验：奇偶错，格式错等的报错服务：串行和并行协议(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，最大传输距离等功能：接口引（线）脚的功能和作用规程：信号时序，应答关系，操作过程例：RS-232、RS-449、V.24、V.35、G.703/G.704123124（二）数据链路层（Datalinklayer）任务：在两个相邻结点间可靠地传输数据，使之对网络层呈现为一条无错的链路。在相邻结点之间建立链路；传送以帧（Frame）为单位的数据信息；并且进行检错和纠错。设计数据链路层的主要目的是在有差错的物理线路的基础上，采取差错检测、差错控制与流量控制等方法，将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路，向网络层提供高质量的数据传输服务。125（二）数据链路层（Datalinklayer）功能：链路管理：建立与拆除数据链路连接组帧：帧封装，按顺序传送，处理返回的确认帧物理寻址：MAC地址/物理地址定界与同步：产生/识别帧边界错误检测/恢复：可靠的传输，CRC（循环冗余校验编码），ARQ（选择重传）流量控制：抑止发送方的传输速率，使接收方来得及接收126（二）数据链路层（Datalinklayer）服务无确认无连接服务有确认无连接服务面向连接的服务根据确认的发送条件，将确认机制分为三种方式：正向确认双向确认负向确认127（二）数据链路层（Datalinklayer）协议：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/CD（CarrySenseMultipleAccessWithCollisionDetect）TOKENPASSING128寻址并选择合适的路由，把数据报从源端传送到目的端，在需要时对上层的数据进行分段和重组。向上面的资源子网提供服务。PDU：数据报（Datagram，IP-分组Packet）功能：路由选择流量控制和拥塞控制异种网络互连IP协议[RFC791]（三）网络层（NetworkLayer，InternetLayer）129服务数据报（Datagram）服务网络层从传输层接受报文（发送时）并拆分为报文分组，把每一个分组作为一个独立的信息单位传送。特征：不需建立连接、每个数据报都附有网络地址、要求路由选择、数据报不能保证按序到达目的地、对故障的适应性强、易于平衡网络流量.虚电路（VirtualCircuit）服务在源主机要与目的主机通信之前，应先建立一条网络连接。特征：要求先建立连接、全网地址、路由选择、按序到达、可靠性较高、适用于交互式作用永久虚电路呼叫虚电路（三）网络层（NetworkLayer，InternetLayer）130数据报服务与虚电路服务项目虚电路数据报目的主机地址建立连接时需要每个分组都需要初始化设置需要不需要分组顺序由通信子网负责保证通信子网不负责差错控制由通信子网负责，对主机透明由主机负责流量控制通信子网提供网络层不提供连接的建立和释放需要不需要131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132链路层的任务两节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,…133对网络层的连接进行管理，在源端与目的端之间提供可靠的、透明的数据传输，使上层服务用户不必关心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”的连接在这一点上与网络层的区别是什么？网络层：为主机之间提供逻辑传输传输层：为应用进程之间提供逻辑传输（四）传输层（TransportLayer）134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（滑动窗口），防止数据传输过载。135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：学校的传达室进程：学校中的学生应用层报文：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=传达室负责人的收发服务，负责递送到每个学生136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137（五）会话层（Sessionlayer）会话层是利用传输层提供的端到端的服务，向表示层或会话用户提供会话服务，建立、组织和协调应用进程之间的交互过程。是用户和网络的接口。功能：为用户建立、引导和释放会话连接。服务类型：双向同时(双工)、双向交替(半双工)和单向(单工)在ISO/OSI环境中，所谓一次会话，就是两个用户进程之间为完成一次完整的通信而进行的过程，包括建立、维护和结束会话连接。即通讯的双方在正式传输前的沟通。138（六）表示层（Presentationlayer）定义用户或应用程序之间交换数据的格式，提供数据表示之间的转换服务，保证传输的信息到达目的端后意义不变。它主要涉及被传输信息的内容和表示形式，如文字、图形、声音的表示。功能：对源站内部的数据结构编码，形成适合于传输的比特流(符合“传输语法”)，到了目的站再进行解码，转换成目的站用户所要求的格式(符合目的站“局部语法”)，保持传输数据的意义不变。服务：信息的表示方式（一般用编码的方式），不同类型计算机中内部格式的转换、密码转换和文本压缩的转换。数据采用什么编码方式?，是JPEG，ASCII，EBCDIC。139（七）应用层（Applicationlayer）最直观，是计算机网络与最终用户间的接口。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。常用的网络服务包括文件服务、电子邮件服务、打印服务、集成通信服务、目录服务、网络管理服务、安全服务、多协议路由与路由互连服务、分布式数据库服务、虚拟终端服务等。Telnet，SMTP，HTTP，FTP140小结：OSI参考模型各层的主要功能层次功能应用层为应用进程提供网络应用的接口服务，如电子邮件服务、文件传输服务等表示层数据的公共表示、数据的加密和解密等会话层会话管理、会话同步传输层向上层提供可靠、透明的传输服务。TCP，UDP网络层通信子网中的路由选择、拥塞控制等。IP，IPX数据链路层组帧、流量控制、差错控制。802.3/802.2，HDLC物理层为数据比特流的传输提供机械特性、电气特性、规程特性和功能特性。EIA/TIA－232，V.35（地位最低、任务最重、传输“比特”）（位居老二、在节点间传递“帧”）（位居老三、在网络中寻路传送“包”）

（位居老四、关键位置、端到端地传输“段”）（位居老五、准备对话，信息）（位居老六，表示数据，信息）

（位居老七、提供服务，信息）1411.4TCP/IP体系结构1.4.1TCP/IP参考模型的发展1.4.2TCP/IP参考模型的结构1.4.3TCP/IP协议综述1.4.4两种体系结构的比较

1421.4.1

TCP/IP参考模型的发展

1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型；

1985年Leiner等人进一步对它开展了研究；

1988年Clark在参考模型出现之后对其设计思想进行了讨论;

TCP/IP协议一共出现了6个版本，后3个版本是版本

4、版本5与版本6；

目前我们使用的是版本4，一般被称为IPv4；

IPv6被称为下一代的IP协议。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＋物理层应用层

传输层

网际层网络接口层数据链路层物理层注：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。1.4.2TCP/IP参考模型的结构网络层传输层应用层表示层会话层144

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协议的传输过程应用层传输层网络层链路层应用层传输层网络层链路层145

1.4.3TCP/IP协议综述开放的协议标准;独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于因特网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。（1）TCP/IP协议的特点146TCP/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，其中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]（2）TCP/IP协议概述RFC(RequestForComments)包含了关于Internet的几乎所有重要的文字资料，制定于1969年（当时Internet是ARPANET）。RFC文档主要涉及计算处理和计算机通信方面的网络技术协议、过程、程序和理论概念。这种英特网协议组规范文档，由Internet工程任务组（IETF）及Internet工程指导小组（IESG）共同制定，命名为RFC。147Message（报文）Segment（段）Packet（分组，包）Frame（帧）Bit（比特）TCP/IP协议集对应的PDU应用层HTTP,FTP,SMTP,DNS,Telnet传输层TCP,UDP网际层IP,ICMP,ARP,RARP网络接口（数据链路层+物理层）PPP,Ethernet,Tokenring,ATM（3）TCP/IP的各层介绍应用层表示层会话层传输层物理层数据链路层网络层7654321OSI/RM应用层传输层网络接口层网际层TCP/IPPPP,HDLC,FDDI,Ethernet,802.3,802.5等等TCP/IP支持所有标准的物理层和数据链路层协议两种体系结构的比较

TCP/IP与OSI/RM的对应关系149OSI和TCP/IP有着许多的共同点：采用了协议分层方法，将