第3章计算机网络体系结构

第3章计算机网络体系结构

【本章内容简介】本章系统介绍计算机网络体系结构的概念和内容，包括分层原理和通信协议、开放系统互联参考模型（OSI/RM），以及OSI/RM各层的功能及各层服务。同时，在介绍TCP/IP的基本概念和分层模型的基础上，对OSI/RM与TCP/IP两种模型进行比较分析。

【本章重点难点】重点掌握计算机网络体系结构的概念、OSI/RM各层的功能以及TCP/IP协议的体系结构。3.1计算机网络体系结构

3.1.1网络体系结构的定义和发展

网络体系就是为了完成计算机间的通信合作，人们把计算机互联的功能划分成定义明确的层次，并规定了同层次进程通信的协议以及相邻层之间的接口与服务，将这些同层进程间通信的协议以及相邻层接口统称为网络体系结构（NetworkArchitecture）。即计算机网络体系结构是计算机网络的层次、各层次的功能、网络拓扑结构、各层协议和相邻层接口的总称。

1．网络体系结构的定义3.1.1网络体系结构的定义和发展2．网络体系结构的发展（1）各计算机制造厂商网络体系结构标准化（2）国际网络体系结构标准化系统网络体系结构SNA—SystemNetworkArchitecture开放系统互联参考模型OSI/RM3.1.2网络体系结构的分层模型（1）实体Entity（2）服务Service（3）接口Interface（4）服务原语ServicePrimitive（5）数据单元DataUnit1．OSI/RM模型的相关概念3.1.2网络体系结构的分层模型2、分层原理图3-1邮政系统分层模型3.1.2网络体系结构的分层模型图3-2计算机网络分层体系结构示意图系统A应用进程系统B应用进程

P1

P2Pn-1

Pn

Pn+1N+1NN－121物理通信线路N+1NN－1213.1.2网络体系结构的分层模型3、分层的好处（1）独立性强（2）灵活性好（3）易于实现和维护（4）能够促进标准化3.1.2网络体系结构的分层模型4、分层的原则（1）层次不能太多，也不能太少。（2）应在接口服务描述工作量最小、穿过相邻边界相互作用次数最少或通信量最小的地方建立边界。（3）每层应当实现一个定义明确的功能。（4）每一层的功能要尽量局部化。（5）每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际标准。（6）同一节点内相邻层次之间通过接口通信，每一层只与它的上、下邻层产生接口，规定相应的业务。（7）不同节点的同等层按照协议实现同等层之间的通信。3.1.3网络协议在网络系统中，为了保证数据通信双方能正确而自动地进行通信，针对通信过程中的各种问题，制定了一整套约定，这就是网络协议（NetworkProtocol）。网络协议主要由三个要素组成：1、语义Semantics2、语法Syntax3、时序Timing3.2开放系统互联参考模型OSI/RMOSI构造了堆栈式的七层模型：

1、物理层

2、数据链路层

3、网络层

4、传输层

5、会话层

6、表示层

7、应用层3.2开放系统互联参考模型OSI/RM系统B通信线路及中继设备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物理层数据链路层数据链路层网络层网络层通信子网应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议物理层系统A图3-3OSI参考模型3.2.1物理层PhysicalLayer2、物理层的特性（1）机械特性（2）电气特性（3）功能特性（4）规程特性3、物理层的功能（1）物理连接的建立、维持与拆除（2）数据传输（3）物理层管理1、DTE和DCE3.2.1物理层PhysicalLayer4、物理层提供的服务（1）物理连接图3-4物理连接形式

(a)点到点连接(b)多点连接3.2.1物理层PhysicalLayer4、物理层提供的服务（2）物理服务数据单元（3）顺序化（4）数据链路标识（5）服务质量指标（6）故障情况报告3.2.2数据链路层DataLinkLayer1、链路与数据链路图3-5链路与数据链路3.2.2数据链路层DataLinkLayer图3-6从层次结构上看数据的传送高层传输层网络层链路层物理层系统A网络层链路层物理层网络层链路层物理层高层传输层网络层链路层物理层系统B路由器1路由器23.2.2数据链路层DataLinkLayer2、数据链路层的功能（1）数据链路管理（2）帧同步（3）差错控制（4）流量控制（5）将数据和控制信息区分开（6）透明传输（7）物理寻址3.2.2数据链路层DataLinkLayer3、数据链路层提供的服务（1）无确认、无连接服务

UnacknowledgedConnectionlessService（2）有确认、无连接服务

AcknowledgedConnectionlessService（3）有确认、面向连接服务

AcknowledgedConnection-OrientedService3.2.3网络层NetworkLayer1、网络层的功能（1）网络连接的建立与拆除（2）路由选择和中继（3）拥塞控制和流量控制（4）网络连接多路复用（5）差错检测与恢复（6）分段和组块（7）协议转换3.2.3网络层NetworkLayer2、网络层提供的服务（1）数据报服务CDABGHFE网络网络（2）虚电路服务GHFECDAB网络网络图3-7数据报网络的通信过程图3-8虚电路的通信过程3.2.3网络层NetworkLayer3、路由选择路由选择是指网络中的节点根据通信网络的当前状态（可用的数据链路、各条链路中的信息流量），按照一定的策略（传输时间最短、传输路径最短等）为分组选择一条可用的传输路由，将其发往目的主机。路由选择是通信网络最重要的功能之一，它与网络的传输性能密切相关。3.2.4传输层TransportLayer应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层面向应用面向通信面向通信子网面向资源子网图3-9传输层在OSI模型中的地位3.2.4传输层TransportLayer1、传输层的功能（1）传输连接的建立与释放（2）寻址（3）提供多路复用机制（4）提供分段机制2、传输层提供的服务（1）服务类型（2）服务等级（3）数据传输（4）用户接口（5）连接管理（6）快速数据传输（7）状态报告（8）安全保密3.2.5会话层SessionLayer1、会话层的功能（1）立通信连接，保持会话过程中通信链路的畅通（2）同步两个节点之间的对话（3）确定通信是否被中断并在通信中断时确定从何处重新发送2、会话层提供的服务会话连接管理服务会话数据交换服务3.2.6表示层PresentationLayer1、表示层的功能（1）表示连接的建立与释放（2）表示上下文的管理（3）数据传送（4）语法转换（5）语法协商2、表示层的服务（1）主要服务（2）主要手段（3）主要业务3.2.7应用层ApplicationLayer1、应用层功能和模型图3-10应用层模型3.2.7应用层ApplicationLayer2、应用层协议类型（1）虚拟终端协议（2）文件传输、访问和管理协议（3）报文处理系统协议（4）公共管理信息协议（5）目录服务协议（6）事务处理协议（7）远程数据库访问协议（8）制造业报文规范协议3.3TCP/IP参考模型

TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）即传输控制协议/网际协议应用层传输层网络互联层网络接口层图3-11（a）TCP/IP四层参考模型分层结构图3-11（b）沙漏形状的TCP/IP协议簇3.3TCP/IP参考模型

TCP/IP模型的特点：（1）TCP/IP应用层的功能包含了OSI/RM模型中会话层和表示层的功能。（2）在设计时考虑到要与具体的物理传输无关，没有对最低两层做出规定。（3）TCP/IP网络接口层并不是一个层次，而是一个接口。（4）TCP/IP一开始就考虑到多种异构网互联，并将IP协议作为TCP/IP的重要组成部分，定义了各种网络的分组交换共同的方法。（5）TCP/IP可以越层使用更低层提供的服务，有更高的协议效率。3.3.1网络接口层

TCP/IP的网络接口层（相当于OSI的数据链路层和物理层）包括用于物理连接、传输的所有功能。它负责把IP分组发送到网络传输介质上以及从网络传输介质上接收IP分组。3.3.2网络互联层1、IP层的主要功能（1）处理来自传输层的分组发送请求（2）处理输入数据报（3）处理ICMP报文3.3.2网络互联层2、IP层协议（1）IP协议（2）地址解析协议（3）逆向地址解析协议（4）互联网控制报文协议（5）互联网组管理协议

3.3.3传输层

TCP/IP的传输层作用与OSI/RM参考模型中传输层的作用是一样的，即在源节点和目的节点的两个进程实体之间提供可靠的端到端的数据传输。

该层主要使用了如下两个协议：（1）传输控制协议（TransmissionControlProtocol，TCP）（2）用户数据报协议（UserDatagramProtocol，UDP）3.3.4应用层