当代计算机网络体系结构

第二章

计算机网络体系结构徐明伟1主要内容2.1 计算机网络的构成2.1.1 资源子网2.1.2 通信子网2.2 计算机网络的体系结构2.2.1 计算机网络功能的分层2.2.2 协议和协议的分层结构2.2.3 计算机网络的体系结构2.3 典型计算机网络参考模型2.3.1 计算机网络的标准化2.3.2 OSI参考模型2.3.3 TCP/IP参考模型2.4 网络和网络服务22.1 计算机网络的构成（1）计算机网络的构成两级结构的计算机网络资源子网（或用户子网）和通信子网 32.1.1 资源子网组成服务器客户计算机2.1.2 通信子网基本组成通信线路（或称通道）网络互连设备（路由器、交换机、HUB等）2.1 计算机网络的构成（2）42.1 计算机网络的构成（3）基本结构点到点通道基本特点一条线路连接二台网络互连设备一般情况下，二台计算机的连接要经过多台网络互连设备典型拓扑结构star,ring（loop）,tree,complete,intersectingrings,irregular关键技术：路由选择（Routing）562.1 计算机网络的构成（4）广播通道基本特点多台计算机共享一条通信线路任一台计算机发出的信息可以直接被其它计算机接收典型拓扑结构bus,ring72.1 计算机网络的构成（5）关键技术：通道分配

静态分配：分时间片 特点：控制简单，通道利用率低动态分配：各站点动态使用通道 特点：控制复杂，通道利用率高 通道分配方法： 集中式：只有一个仲裁机构 分布式：各站点均有仲裁机构82.1 计算机网络的构成（6）网络分类：从地域范围角度局域网络（LocalAreaNetworks）主要采用广播通道技术城域网络（MetropolitanAreaNetworks）广域网络（WideAreaNetworks）主要采用点到点通道技术 92.2 计算机网络的体系结构（1）计算机网络的体系结构：对计算机网络及其部件所完成功能的比较精确的定义。即从功能的角度描述计算机网络的结构。是层次和协议的集合。 注意:计算机网络体系结构仅仅定义了网络及其部件通过协议应完成的功能；不定义协议的实现细节和各层协议之间的接口关系。网络功能的分层 协议的分层 体系结构的分层协议分层易于协议的设计、分析、实现和测试。102.2.1 计算机网络功能的分层计算机网络的基本功能是为地理位置不同的计算机用户之间提供访问通路。下述功能是必须提供的：连接源结点和目的结点的物理传输线路，可以经过中间结点；每条线路两端的结点利用波形进行二进制通信；无差错的信息传送多个用户共享一条物理线路按照地址信息，进行路由选择2.2 计算机网络的体系结构（2）112.2 计算机网络的体系结构（3）信息缓冲和流量控制会话控制满足各种用户、各种应用的访问要求上述功能有三个显著特点上述功能必须同时满足一对用户用户之间的通信功能是相互的这些功能分散在各个网络设备和用户设备中。一般人们采用“层次结构”的方法来描述计算机网络，即：计算机网络中提供的功能是分成层次的。122.2 计算机网络的体系结构（4）2.2.2 协议和协议的分层结构协议的定义和组成层次结构的计算机网络功能中，最重要的功能是通信功能这种通信功能主要涉及同一层次中通信双方的相互作用位于不同计算机上进行对话的第N层通信各方可分别看成是一种进程，称为对等（同等）进程。协议（Protocol）：计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则。132.2 计算机网络的体系结构（5）协议的组成语法（syntax）：以二进制形式表示的命令和相应的结构语义（semantics）：由发出的命令请求，完成的动作和回送的响应组成的集合定时关系（timing）：有关事件顺序的说明协议的分层和层间结构协议的分层原则（layeringprinciple）LayerNsoftwareonthedestinationcomputermustreceiveexactlythemessagesentbylayerNsoftwareonthesendingcomputer.Mathematically,ifthesenderappliesatransformationT,thereceivermustapplytheinverseT-1.协议分层要保证整个通信系统功能完备、高效。142.2 计算机网络的体系结构（6）每一相邻层之间有一个接口（Interface），它定义了下层向上层提供的原语操作和服务。对于第N层协议来说，它有如下特性不知道上、下层的内部结构独立完成某种功能为上层提供服务使用下层提供的服务152.2 计算机网络的体系结构（7）2.2.3 计算机网络的体系结构基本术语与分层结构接口：定义了下层向上层提供的原语操作和服务。协议：计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则。服务：层间交换信息时必须遵守的规则。服务和协议的关系服务提供者，服务用户16172.2 计算机网络的体系结构（8）服务访问点SAP（ServiceAccessPoint）任何层间服务是在接口的SAP上进行的每个SAP有唯一的识别地址每个层间接口可以有多个SAP。 接口数据单元IDU（InterfaceDataUnit）IDU是通过SAP进行传送的层间信息单元IDU由上层的服务数据单元SDU（ServiceDataUnit）和接口控制信息ICI（InterfaceControlInformation）组成182.2 计算机网络的体系结构（9）协议数据单元PDU（ProtocolDataUnit）第N层实体通过网络传送给它的对等实体的信息单元PDU由上层的服务数据单元SDU或其分段和协议控制信息PCI（ProtocolControlInformation）组成分段和重组1920212.2准计算机网柄络的体系斥结构（1往0）服务分阳类和服熔务原语过（pr抗imi招tiv型es）基于连接香的服务和妙无连接服妻务基于连栋接的服会务当使用服杏务传送数邮据时，首类先建立连开接，然后拿使用该连弄接传送数裤据。使用傻完后，关殿闭连接。特点：杠顺序性屡好。无连接脑服务直接使用秒服务传送刊数据，每怎个包独立桥进行路由泄选择。特点：顺励序性差。注意：连接狂并不意姓味可靠骆，可靠声要通过雪确认、练重传等防机制来胀保证。222.2锡计算冲机网络冰的体系鲜结构（麦11）服务原危语服务在汇形式上为是由一坑组接口抬原语（湿或操作返）来描御述的服务原柜语可分弦为四种岩类型请求（R牵eque览st）:农Ane袋ntit友ywa翻nts火the龄serv山ice丢tod锣oso踩mew唱ork指示（I匹ndic刮atio罗n）:A兔nen即tity肥is星tob奖ein煮form渔eda蛾bout论an羞even沉t响应（R还espo副nse）遣:An舌enti屋tyw纽奉ants狮to扑resp覆ond笼toa忠nev强ent确认（C冤onfi抚rm）:蚂The怖resp钻onse壤to腿ane逆arli合err江eque桑sth北asc江ome毙back2324Why泳La退yer阔ing化?Nol周ayer尚ing:镇eac强hne支wap堡plic恩atio炉nha港sto帐bere-impl裹emen饼ted最for微ever遭yne倦twor加kte增chno麦logy晓!Tel城netFTPNFSPacketradioCoa担xia掉lcabl京eFib帝eropt跳icApp称lic订ati严onTran顶smis垒sionMedi剪aHTTP25Why犹Laye烂ring坟?Sol汪uti请on:毕in冻tro短duc厚ea索ni目nte兄rme滑dia睡te奶lay哈er唐tha战tp茧rov撑ide鲜sauniq弊ueabs慨tra沫cti故on塑for庙va旨rio路us撕net雷wor似kt洪ech鼠nol枣ogi斩esTel盏netFTPNFSPacketradioCoax拼ialcabl权eFib群eropti勇cApp倡lic抛ati茧onTra原nsm断iss羊ionMedi尽aHTTPInt先erm江edi桥atelay存er26Laye赞ringAdva黎ntag肺esMod仅ula矮rit舒y–垫pr绵oto毕col屋se叠asi镜er右to键man翼age疑an举dm滔ain已tai巨nAbs交tra钳ct林fun驴cti变ona各lit斩y–拒low桥er星lay狐ers茶ca如nb机ec荡han指gedwit靠hou民taff傅ect断ing香th毙eu财ppe仅rl详aye蔽rsReus唤e–暗uppe泻rla艺yers喜can纯reu降set刺hef低unct市iona戚lity码pro历vide冬dby蠢low鹊erl腾ayer再sDis葵adv命ant眠age益sInfo艳rmat马ion雅hidi亦ng–样ine辫ffic稳ient猴imp菠leme伏ntat住ions27End凶-to表-En凯dA乎rgu口men指tThin容ktw燥ice员befo浪rei票mple朵ment尖ing怜afu闭ncti年onal竟ity塘that映you蒙bel率ieve辫tha喉tis垦use面ful概toa拔nap届plic帝atio储nat史al莲ower木lay炭erIf状the槐ap磁pli袖cat笔ion稠ca跳ni毛mpl研eme嘱nt致af销unc万tio啊nal稼ity铃co句rre捉ctl铺y,移imp宁lem傅ent捉it撤a茶low网er掘lay脚er厘onl薯ya痛sa晓pe越rfo弟rma混nce袭en幼han岁cem挣ent28Exa摄mpl傅e:彼Rel植iab逗le皇Fil阵eT昂ran抄sfe残rSolu祖tion梯1:锹make欢eac宰hst联epr秋elia班ble,属and滨the寇nco沫ncat梅enat剃eth令emSolu笼tion种2:亩end-赌to-e蚕ndc淹heck拌and侦ret忍ryOSApp息l.OSApp乌l.Hos洞tAHost良BOK29Dis休cus困sio菊nThe六rece瞧iver遮has命to兴dot熊hec症heck绘any采way!Thu喘s,列ful川lf角unc倘tio论nal拢ity遗ca币nb竭ee显nti训rel价yi锅mpl撤eme鹅nte恰da枕ta让ppl弄ica庸tio辞nl翁aye鬼r;nonee庭df阁or足rel裤iab验ili奸ty蜂fro追ml漠owe炸rl伟aye漂rsIst似here纷any德nee窗dto长imp替leme俭ntr纵elia烘bili慨tya皱tlo谷wer州laye疮rs?Yes,青but哀onl煮yto课imp坚rove锯per似form兰anceExa形mpl赚e:Ass花ume阴a煎hig怒he管rro系rr填ate颗on英co既mmu绝nic角ati妄on姜net蜓wor揭kThe歉n,算ar犁eli团abl肆ec己omm除uni叮cat痛ion立se踏rvi斜ce延at城dat垃al嫁ink缩慧la稿yer沉mi龟ght闯he泳lp30Tra流de-跃off代sAppl址icat镇ion马has砍more班inf跨orma旦tion密abo知utt肌hed层ata挺and革the粥sema去ntic待of诞the皆serv皂ice溪itr涝equi森res确(e.g杰.,c胡anc摇heck扫onl醒yat拿the必end极of管each终dat暮aun低it)Al裁owe历rl氧aye券rh健as饿mor秒ei役nfo护rma尊tio缝na吹bou藏tc尽ons固tra验int尾si额nd阁ata召tr鸟ans戴mis坦sio积n(长e.g竖.,盯pac书ket每si暗ze,并er限ror孟ra渡te)Not饼e:粗the掀se妈tra聚de-伙off略sa展re帖ad吩ire暑ct考res均ult总of百la锐yer排ing伪!31Rul麻eo中fT孔hum之bImpl挽emen宽ting宵af剖unct渔iona赏lity冬at悼alo谁wer款leve乐lsh排ould啄hav睬emi达nimu碰mpe贿rfor狡manc炸eim驼pact绝on授the剃appl救icat正ion盆that尾do补not往use际the菊func祝tion熊alit品y322.3说典型计算狭机网络的谷参考模型雀（1）2.3.鱼1 计算买机网络的负标准化电信标准1865踪蝶年成立国惨际电信联阻盟ITU趋（Int醋erna柔tion桃alT散elec否ommu缝nica代tion执Uni定on）1947追年IT满U成为轨联合国的酱一个组织芽，由三部患分组成ITU-经R：无葛线通信ITU-晨T：电米信标准，符1956昨-1惕993慕年称为C取CITT朽，下设鸽许多研究据组SG，座研究组下高设专题，肉例如：Q肉42/S亿GVI屑I专门镇研究O俱SI参激考模型。ITU玻-D其：开发332.3腾典型计算践机网络的针参考模型乌（2）国际标头准194妇6年成富立的国左际标准步化组织糟IS黎O负方责制定仪各种国抓际标准不，IS庭O有微89个船成员国键家，8迟5个险其他成辈员。ISO六有200铁多个技招术委员会橡TC，每渐个技术委览员会下设夺若干分委弹员会SC茧，每个分坡委员会由煌由若干工俱作组WG获组成。例如：旨TC9湖7-随计算除机和信饮息处理误，TC仆97/国SC2承1/W斑G1牵-O墙SI再体系结唉构、概兵念性方橡案和形暑式描述一个国际签标准的形克成：CD房诚（Co口mmit往tee绪Draf街t）-历DIS刊（Dr占aft对Inte鄙rnat字iona停lSt异anda辫rd）观-IS男（In龄tern抵atio蒜nal举Stan窄dard殊）342.3则典型卧计算机叫网络的萄参考模婆型（3凶）其它标准求化组织：ANSI么：美国国碧家标准研涨究所，I钉SO的士美国代表NIST谅：美国国挠家标准和头技术研究西所，美国套商业部的絮标准化机善构IEE帐E：发畜表行业蔽标准。舱例如I割EEE东80索2，后紫成为I溜SO牲880枕2。OIF偏（Op纸tic矮al浴Int量ern杯etw借ork刑ing疼Fo晃rum兰）值得注策意的是岂，IT料U-杂T半和I捐SO撇之间有赢很好的助合作和淘协调。35Int根ern回et扛标准Int虽ern虫et安的标准趋是自发灵而非政希府干预捏的，称尾为RF世C（铁Req百ues率tF桥or圈Com卡men赞ts）陕。196脊9年辽ARP进ANE屯T时增就开始舱发布R确FC，凑196追9.4阻产生R割FC0呜001盆，至今贤已超过全300参0个。1983识年成立I拳AB（I鼓nter映net碰Arch掩itec罚ture敢Boa淋rd）1989谱年在IA附B下又赠成立了I蛋RTF慢和IE叮TF，I牺ETF的牺各工作组垂负责组织握提出相应雕的RFC钢建议。2.3役典型筐计算机敢网络的宁参考模障型（4庄）362.3.两2 OS偶I（Op们enS胖yste旱mIn各terc鼻onne薯ctio赖n）参考茎模型198蹈3年I忽SO刚的O伟SI钩模型正垫式成为棋国际标尝准物理层沃（Th梳eP近hys澡ica款lL批aye六r）：泛在物理妙线路上植传输原缩慧始的二捞进制数怨据位（友基本网宅络硬件更）数据链路丑层（Th器eDa巴taL哲ink风Laye温r）：在昌有差错的凶物理线路箩上提供无当差错的数洞据传输（剧Fram喜e）网络层（幼The触Netw赔ork肯Laye妥r）：控堡制通信子依网提供源劲点到目的凝点的数据秒传送（P斤acke税t）运输层天（Th童eT百ran塌spo吵rt江Lay耗er）请：为用须户提供泽端到端弯的数据绸传送服稻务。2.3狂典型计算抵机网络的产参考模型浴（5）37会话层尿（Th坦eS业ess沸ion断La负yer耽）：为危用户提洗供会话伞控制服莲务（安牌全认证汤）toke扩nma岸nage叫ment敢and虹syn胸chro狗niza泳tion钩（in六sert化che碗ckpo秩ints赤int执oth威eda低tas牲trea纪m）表示层（哈The基Pres务enta读tion反Lay隔er）：鸟为用户提股供数据转奸换和表示犁服务。应用层痛（Th蜻eA混ppl蝇ica委tio峰nL顾aye驾r）2.3京典型影计算机迫网络的魄参考模哥型（6羊）3839402.3签.3肺TCP踢/IP慢参考冠模型以T贵CP/雷IP候协议为望核心的馅In杰ter诵net格网络俩体系结句构物理层陶：在物貌理线路师上传输协原始的堤二进制痛数据位数据链岛路层：坐在有差秘错的物垃理线路测上提供成无差错秆的数据锁传输TCP危/IP统参考果模型把沫第1层良和第2出层合起发来称为斤：Ho折st-币to-残Ne姐two页rkInt紧ern闭et层（网络港层）：控锻制通信子混网提供源群点到目的煌点的I插P包传垫送2.3牧典型计算图机网络的远参考模型吓（7）41运输层：宾提供端到笛端的数据巡寿传送服务发。TCP武和U呆DP应用层晃：提供辰各种斗Int连ern残et警管理和矩应用服牵务功能TCP/固IP与询OSI共的比较2.3翅典型计算舅机网络的坏参考模型役（8）424344OSI延的历史炉经验和察教训OSI朵是80队年代计鄙算机网但络技术卡，网络春体系结净构的主讨流OSI网池络体系结塑构的核心浮和贡献：分层模型服务、蒜接口、肌协议Andr院ewS荒.Ta词nenb榴aum热在“C伟ompu馆ter石Netw泰orks纽奉”中评傻价OSI斗：Bad第timi尿ng（t堵ool债ate）Bad道te芳chn非olo鼻gy（湿bot故ht疤he萝mod时el德and竹th衣ep短rot沉oco贩la笔re趁fla白wed抱）Bad头impl眯emen窃tati篇ons（爸huge果，unw李ield很y，an诱dsl阀ow）Bad椅poli傲tics瓜（gov炎ernm逮ent搁and艰orga葬niza辫tion杏sbu向reau丝式crat抚s）2.3始典型是计算机希网络的潮参考模散型（9炕）452.4拌网络功和网络景服务（北1）2.4触.1购Nov炎ell钳Ne芽tWa老re在PC页机中应侦用广泛啊，cl侦ien量t-s析erv膨er结目构参考模陪型462.4默网络菠和网络勒服务（不2）基于X校ero里rN先etw堤ork录Sy优ste球m（X境NS）轰，但有东很多改隙进网络层张协议，毛IPX高：不可新靠无连滴接协议间，与I慈P类似蝴，地址滑长度不引同：I滴PX，座10字黑节（4甜字节网无络号，启6字节沿机器号帖（MA鸽C地址排））；骗IP，辩4字节厦。传输层节协议，泥NCP痒/SP啦X/T叠CP：化面向连急接协议茅。工作过程Ser末ver品：使用较SAP常（se号rvi麦ce扯adv纪ert籍isi盛ng拼pro糕toc虑ol）意协议，黑每分钟惕广播一悄个包，趴告知地保址和提廊供的服岭务Rout榆er：接可收服务器湾的广播包宿，构造数悄据库；接何收客户机改的请求，剩查询数据灭库，将查疮询结果（交服务器信膝息）告知棚客户机Clie揉nt：启织动时广播作请求，查滑询最近的段服务器，苗得到路由刘器的回答乌后，与服梅务器建立谎NCP连诸接，协商五参数，访例问服务。472.4倍网络和网早络服务（年3）2.4.塔2 AR抗PANE语T产生背景桌：60年必代中期，沉冷战高峰即，DoD想建设一放个核战争配情况下的速网络，传庙统电路交逗换网络太席脆弱，不惩满足要求出。ARP婆A（A耗dva躬nce钳dR先ese扣arc丸hP周roj事ect丈sA颗gen林cy）射负责研擦制，采歇用分组熄交换，霜sub剂net帽和升hos葵tc糠omp霉ute合r两极泛结构。由称为忽IMP屠（In邀ter粘fac抚eM泄ess城age疮Pr妈oce拘sso辟rs）肉的小型狭计算机纽奉和线路师组成存储转发父模式482.4嫂网络和网既络服务（末4）1968掠年12月朵，BBN艳公司负责振建网，采仿用改进的腿Hone迫ywel究lDD陈P-31等6小型机岔作为IM犯P，IM叛P间用报56Kb脏ps租用笨电话线连报接。软件分为炉两部分：舒subn掘et和修host1969右年12月言，建成四悉个节点的悠网络，发接展迅速网络的发祝展暴露出沸协议软件视的不足，旁1974撞年，TC错P/IP摩模型和协交议诞生。TCP骑/IP千协议软所件被集说成进B厨erk鸟ele晶yU葵NIX植中，并佛开发出术soc伙ket狼接口。TCP/非IP便于士LAN接赶入ARP遮ANET492.4肃网络命和网络羊服务（暴5）1983溪年，AR棉PA将A功RPAN宋ET交给菜DCA（论Defe兄nse谷Comm讯unic坟a-ti扇ons麻Agen狱cy），违DCA将测军用部分域分离出来汪，构成M妙ILNE嘱T。80年描代，网圈络规模扩扩大，疾出现D扶NS（丝式Dom伴ain从Na绵min姿gS馆yst叠em）199府0年，伶ARP湾ANE秩T停止摔运行，贸MIL出NET柳仍在工曲作。5051522.4衰网络和网柳络服务（怨6）2.4获.3唇NSF牌NET二十世纪净七十年代傻末，大学泽通过网络喘进行研究帝的需要促乳使NSF倡（U.S浆.Na狡tion敏alS摆cien团ceF泡ound后atio白n）建立建一个虚拟路网络CS披NET。198爹4年，福NSF粥开始设络计一个政高速网垄络，对沫所有大牺学和研罪究机构吉开放。辩NSF秤建立了站一个骨恨干网，霜把六个赤超级计夕算机中繁心连接酱起来。虹56K煮bps租用线路泪，软件使奋用TCP盲/IP技字术，成为侵第一个T炼CP/幕IP踪蝶广域网。532.4油网络乏和网络思服务（狠7）199狭0年，彻MER苹IT、忆MCI糖和IB宪M公司猫成立一穿个非赢磁利机构抢ANS剥（Ad配van感ced肾Ne稻two显rks冷an济dS肯erv萍ice融s）管参理NS陕FNE可T，把馒骨干网葵带宽从凤1.5铸Mbp钟s升级炎为45啦Mbp蔽s（A间NSN跳ET）级。199弄1年，规NRE湿N（N下ati鸦ona袜lR溉ese是arc耐ha阅nd残Edu角cat锤ion蔑al蹲net锋wor躬k）启完动，研泽究NS串FNE让T的下肿一代，乞目标是晒达到G配比特。199掘5年，纲ANS脏NET缩慧卖给Ame昨ric今aO冈nli其ne。虾单一骨盘干网结漂构被商胃业驱动挠的、竞泊争的多栏骨干网猪结构替继代。54552.4笔网络刘和网络旅服务（样8）2.4.氧4 X.虫25分走组交换网70年代宰，CCI屿TT推出悉X.25标准，般为公用丽包交换虫网和用伏户之间河提供接驻口。X.2溜5面向做连接，抱支持交省换虚电乡丰路和永否久虚电舌路。X.2郊1（物强理层协烈议），斯X.3督/分X.2争8/袄X.膨29DTE呼:D估igi沸tal撕Te蠢rmi长nal啦Eq形uip练men损tDCE振:D矿igi非tal土Ci挣rcu孩it陈