计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解

第1页第3章计算机网络体系结构本章内容计算机的网络体系结构网络参考模型五层网络参考模型计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第1页。第2页3.1计算机网络体系结构发展背景分层原理基本概念计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第2页。第3页3.1.1

发展背景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、无线等不同种类的设备——主机、路由器、交换机、复用设备等不同的操作系统——UNIX、Windows等不同的软/硬件、接口和通信约定（协议）不同的应用环境——固定、移动等…不同种类业务——分时、交互、实时等计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第3页。第4页对于复杂的网络系统，为了简化设计与实现互连采用分层方法。国际标准化组织（ISO）1983年形成了开放式系统互连参考模型的正式文件（ISO7498国际标准），即七层网络体系结构。计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第4页。第5页为了简化设计与实现互连采用分层方法对照两个人收发信件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，航空邮局运输系统计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第5页。第6页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两个计算机交换文件

计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第6页。第7页3.1.2

分层原理计算机网络中采用了分层方法。——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？每一层有独立的功能？（分层与功能）各层之间如何进行交互？交接要方便（服务与接口）通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第7页。第8页计算机网络体系结构：计算机网络中同层次进程通信的协议以及相邻层之间的接口和服务的集合。3.1.3基本概念计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第8页。第9页实体：层中的活动元素，层中的功能由实体来完成。任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。对等层：不同主机中的同一层次。对等实体：不同主机中的位于同一层次的实体。协议：通信双方在通信中对等实体必须遵守的规则、标准或约定。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：某一层向它的上一层提供的一组原语或操作，服务定义了该层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。1.实体和协议计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第9页。第10页系统A系统B实体对等层对等实体接口服务物理网络计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第10页。第11页P3P2P121321物理通信线路3

N+1

N

N-1

N+1

N

N-1Pn-1PnPn+1系统A系统B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（间接传输、逻辑传输、虚拟传输），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网络分层体系结构计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第11页。第12页对等通信例：两个人收发信件收信人与发信人之间、邮局之间，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，航空邮局运输系统计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第12页。第13页通信协议的三要素语法传输信息的数据结构或数据格式。例如：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时序（同步）通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则FlagAddressCtrlDataFCSSFlagSOHHEADSTXTEXTETXBCCIBM的BSC规程ISO的HDLC规程计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第13页。第14页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技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第14页。第15页网络体系结构中：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计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第15页。第16页2.接口和服务网络分层体系结构中，相邻两层之间都有一个接口，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，服务由下层通过接口提供给其相邻上层。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计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第16页。第17页3.数据单元(n)协议控制信息PCI(ProtocolControlInformation)：

(n)对等实体为了协调其共同操作所使用的信息。(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)： 由(n)协议控制信息和可能的(n)用户数据组成。计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第17页。第18页下层把上层的PDU作为本层的用户数据，然后加入本层的协议头部（尾部）加以封装，形成本层的PDU。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。N+1层PDUN层PDU用户数据协议头

协议头用户数据计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第18页。第19页数据多层封装5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2应用程序数据应用层首部H510100110100101比特流110101110101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链路层尾部物理传输媒体计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第19页。第20页在目的站，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！计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第20页。第21页(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，为了传送一个通信，(n+1)实体递交给(n)实体的数据；或在(n)连接上，接收一个通信，从(n)实体递交给(n+1)实体的数据。(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。计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第21页。第22页N+1层PDUN层PDUSDU协议头

协议头用户数据接口数据ICI接口数据ICI计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第22页。第23页N+1层PDUN层UDSDU协议头

协议头用户数据N层SDUN层PDU

多次网络传输

多次接口访问ICIID一个用户数据UD可能对应多个服务数据单元SDU一个服务数据单元SDU可能对应多个接口数据ID计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第23页。第24页服务与协议之间的关系4.服务服务：某一层向它的上一层提供的一组原语或操作，服务定义了该层的一种能力。计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第24页。第25页两种服务面向连接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。面向连接的服务是一种可靠的服务。无连接服务是指两个实体在数据传输时动态地分配通信资源。计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第25页。第26页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。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确认信息发送给发送端，该确认信息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。是一种可靠的服务。请求应答（request-reply） 这种类型的数据报要求接收端每收到一个报文，就要向发送端用户发送一个应答报文。是一种可靠的服务。计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第26页。第27页5.服务原语服务原语（ServicePrimitive）专供用户和其他实体访问服务，服务通过服务原语来实现。一组操作命令。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OSI定义的4种服务原语：计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第27页。第28页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计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第28页。第29页3.2网络参考模型OSI/RM参考模型TCP/IP参考模型计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第29页。第30页3.2.1OSI/RM参考模型应用层Application表示层Presentation会话层Session传输层Transportation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在用户间建立会话关系不同主机进程间的可靠通信在主机间传输分组相邻节点间可靠地传输帧位流的透明传输计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第30页。第31页物理传输媒体计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第31页。第32页1.物理层（PhysicalLayer）功能：物理连接：点到点连接和多点连接差错检测服务：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，操作过程物理层：节点到信道之间的物理接口，将数据从节点送入传输介质，确保信道（传输介质）上正确地、透明地传送比特流。计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第32页。第33页RS-232-C外形为25针或9针的D形连接器通信速率（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：计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第33页。第34页计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第34页。第35页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RXD：H←M←数据调制信号断开连接DCD消失、H撤除DTR、M撤除DSR信号时序（接收）计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第35页。第36页设备握手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TXD：H→M→数据调制信号断开连接H撤除RTS/DTRM撤除CTS/DSR，停止发送载波信号时序（发送）计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第36页。第37页DTE和DCEDTE(DataTerminalEquipment)

是指具有一定的数据处理能力以及收发能力的数据输入/输出设备、终端设备或计算机等终端装置。DCE(DataCommunicationEquipment)

是指自动呼叫应答设备、交换机以及其他一些中间装置的集合,其作用就是在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路连接。计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第37页。第38页在两个相邻节点之间可靠地传输数据，使之对网络层呈现为一条无错的链路。PDU：数据帧（Frame）功能：链路管理：建立与拆除数据链路连接，发送方必须确切知道接收方是否已经准备好组帧：帧封装，按顺序传送，处理返回的确认帧帧同步：产生/识别帧边界差错控制：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2.数据链路层（DataLinkLayer）计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第38页。第39页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计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第39页。第40页协议：面向字符的通信规程：数据以字符为单位传输，用控制字符控制通信面向比特的通信规程：数据以位为单位传输，用帧中的控制字段控制通信标题开始SOH正文开始STX校验标题正文正文结束ETX帧起始01111110控制帧结束01111110地址信息帧校验IBM的BSC规程ISO的HDLC规程计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第40页。第41页寻址并选择合适的路由，把分组从源端传送到目的端。PDU：分组（Packet）功能：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、价格、拥塞程度拥塞控制：子网中分组太多的问题网络互连：不同类型的网络互连的问题3.网络层（NetworkLayer）计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第41页。第42页服务数据报（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。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，虚电路。特征：要求先建立连接、呼叫请求分组要求路由选择和网络地址、其它分组虚电路号、按序到达。永久虚电路呼叫虚电路

计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第42页。第43页协议分组传送协议路由选择协议计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第43页。第44页链路层的任务相邻两节点间可靠的数据传输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）计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第44页。第45页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、高效率的数据传输，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；传输层是一个真正的“端到端”的层，所有处理都是按照从源端到目的端的方式来进行；只存在于端主机中；4.传输层（TransportLayer）计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第45页。第46页功能传输连接管理：传输层是一个真正的“端到端”的层，所有处理都是按照从源端到目的端的方式来进行，传输层采用端口与上层进行通信。流量控制，防止数据传输过载。服务面向连接的可靠服务协议未给出具体协议实现计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第46页。第47页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）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）通信子网计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第47页。第48页5.会话层（SessionLayer

）在传输层服务的基础上增加控制会话(Session)的机制，建立、组织和协调应用进程之间的交互过程。功能：为用户建立、引导和释放会话连接。服务服务类型：双向同时(双工)、双向交替(半双工)和单向(单工)计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第48页。第49页6.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（编码转换）

，保证传输的信息到达目的端后意义不变。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：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

计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第49页。第50页为用户提供访问各种网络资源的服务应用层协议的例子：OSI：虚拟终端协议（VTP）、文件传送、存取和管理（FTAM）、…7.应用层（ApplicationLayer）计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第50页。第51页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。3.2.2TCP/IP参考模型计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第51页。第52页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/IPTCP/IP与OSI/RM的对应关系Ethernet,802.3,等TCP/IP支持所有标准的物理层和数据链路层协议计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第52页。第53页1.TCP/IP的网络接口层没有定义任何实际协议，可以视为一个网络接口负责将网际层的IP数据报通过物理网络发送；或从物理网络接收数据帧，抽取出IP数据报（分组）上交给网际层可以连接多种物理网络计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第53页。第54页2.TCP/IP的网际（网络）层主要功能是把数据报通过最佳路径送到目的端。寻址（IP地址）、路由选择、封包/拆包网际层的核心协议是网际协议IP，提供无连接的数据报传输服务（不保证送达，不保证顺序，不保证无错），不可靠服务。为了提高传输速率，放弃了一些非必要的可靠性操作网际层是网络转发节点（如路由器）上的最高层。网络节点设备不需要传输层和应用层计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第54页。第55页网际层的其他重要协议：因特网控制报文协议（InternetControlMessageProtocol，ICMP）传递控制信息封装在IP中进行传输地址解析协议（AddressResolutionProtocol，ARP）为已知的IP地址确定相应的MAC地址逆向地址解析协议（ReverseAddressResolutionProtocol，RARP

）为已知的MAC地址确定相应的IP地址因特网组播管理协议

（InternetGroupManagementProtocol，IGMP

）多址广播组管理（主机--组播路由器

）计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第55页。第56页网际层的四个主要协议应用层传输层网络接口网际层●IP●ICMP●ARP●RARP计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第56页。第57页3.TCP/IP的传输层传输层的主要功能：为应用进程提供端到端传输服务。传输层包括TCP和UDP两种传输协议：传输控制协议（TCP）是面向连接的传输协议。它是“可靠”的传输服务用户数据报协议（UDP）是无连接的传输协议。它是“不可靠”的传输服务应用层传输层网络接口网际层面向连接的

●TCP无连接的

●UDP计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第57页。第58页HTTPFTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCPUDP应用层传输层TCP和UDP都用端口(port)号来识别应用层实体，以便准确地把信息提交给上层对应的协议（进程）。port80计算机网络技术第3章-计算机网络体系结构讲解全文共63页，当前为第58页。第59页4.TCP/I