计算机网络体系结构与协议

关于计算机网络体系结构与协议1，定义：计算机网络是由多个互连的结点组成，结点之间要不断地交换数据和控制信息。为进行网络中的数据交换而建立的规则、准则或约定即称为网络协议。

2，组成：一个网络协议主要由以下三个要素组成（也可称为关键要素）①语法：即数据与控制信息的结构或格式②语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种应答③即事件实现顺序的详细说明

3，分层的好处对于复杂的网络协议，其结构最好采用层次式。分层可以有以下几个好处：①各层之间是独立的

第2页,共18页，2024年2月25日，星期天

②灵活性好③结构上可分隔开④易于实现和维护⑤有利于标准化工作网络协议对计算机网络是不可缺少的，一个功能完备的计算机网络需要制定一套复杂的协议集，对于复杂的计算机网络协议最好的组织方式是层次结构模型。我们将计算机网络层次结构模型和各层协议的集合定义为计算机网络体系结构。换句话说，网络体系结构是计算机网络所应完成的功能的精确定义。体系结构与其具体实现是不同的，网络体系结构是抽象的，是对功能的精确描述，而实现是具体的是真正运行的硬件和软件。第3页,共18页，2024年2月25日，星期天（2）相关概念

下面介绍一些与网络协议有关的相关的重要概念

1，系统和实体系统也叫做网络节点或简称结点。是网络中有自治能力的计算机或交换设备。实体包括硬件实体和软件实体。是指每个层次中能够发送和接受信息的任何东西。

2，协议栈是指特定系统中所有层次的协议的列表

3，网络体系结构是指层次结构与协议的集合第4页,共18页，2024年2月25日，星期天

4，接口与服务

接口是相邻两层之间的边界，底层通过接口为上层提供服务服务的使用者和提供者通过服务访问点直接联系所谓服务访问点是指相邻两层实体之间通过接口调用服务或提供服务的联系点

5，面向连接的服务和无连接的服务服务分为面向连接的服务和无连接的服务。面向连接的服务有一个面向连接的过程，这种服务可靠性高，而且保证数据顺序传输。无连接的服务不需要维持连接，可靠性低，也不保证数据的传输顺序。第5页,共18页，2024年2月25日，星期天6，服务原语服务通常由一系列的服务原语来描述的，所谓原语就是不可再细分的意思

7，服务访问点服务访问点是相邻两层实体之间通过接口调用服务方式或提供服务的联系点

8，协议数据单元协议数据单元是对等实体之间通过协议传送的单元位于不同系统的同一层次的实体叫做对等实体

第6页,共18页，2024年2月25日，星期天9，接口数据单元接口数据单元又称服务数据单元，是相邻层之间通过接口传递的数据单元。

10，服务与协议的关系实体使用协议的最终目的是为了实现它所需提供的服务，每一层可以根据需要选择和改变本层所使用的协议，而不影响高层软件的实现3.2OSI参考模型

1，OSI参考模型的基本概念国际标准化组织ISO发布的最著名的标准是ISO/IEC7498，又称为X.200建议,该体系结构标准定义了网络互联的七层框架,即ISO开放系统互联参考模型.

开放系统互联参考描述了通过网络传输介质、信息或数据第7页,共18页，2024年2月25日，星期天

是如何从一台计算机的一个应用程序到达网络中的另一台计算机的一个应用程序。开放系统互联OSI中的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。国际互联涉及到把两个网络连接在一起的问题。2，OSI参考模型在OSI参考模型中，计算机之间传送信息的问题被分为7个较小的且更易于管理的问题。每一个小问题都是由模型中的一层来解决。把7个更小更易于管理的问题映射为不同的网络功能叫分层。模型中的每一层都解决一个不同的问题

OSI参考模型的底层（1-3）负责在网络中进行数据的传送常常又把它们叫做介质层。第8页,共18页，2024年2月25日，星期天OSI参考模型的上层（4-7）在下3层进行数据传输的基础上，保证数据传输的可靠性，又常叫做主机层大多数网络设备按7层实现主机层：保证主机之间精确的数据传输介质层：控制网络上信息的物理传输3，OSI参考模型的层次结构

1，第7层应用层应用层是OSI模型中最靠近用户的一层，它为用户的应用程序提供网络服务它不同于其他层的地方就在于它不为OSI模型7层协议中任何其他层提供服务，但它为在OSI模型以外的应用程序提供服务。

第9页,共18页，2024年2月25日，星期天2，第6层表示层所谓表示层就是由一个端点用户所产生的报文要在另一个端点用户上表示出来的形式。表示层保证一个系统应用层发出的信息被另一个系统的应用层读出。如果必要，表示层用一种通用的数据表示格式在多种数据之间进行转换。

3，第5层会话层会话层负责在应用进程之间建立、组织和同步会话。解决应用进程之间会话的许多具体问题。会话层为表示层提供服务，同时会话层也同步表示层实体之间的对话，管理它们之间的数据交换。

4，第4层传输层传输层是整个协议层次结构中最核心的一层，传输层把数据分段并且组装成数据流，传输层为数据的传输提供服务

第10页,共18页，2024年2月25日，星期天

特别重要的是：网络中的数据的可靠传输是如何完成的，是传输层最关心的问题。为了提供可靠的服务，传输层提供建立、维护和有序地中断虚电路，传输差错校验和恢复以及信息流控制机制。

5，第3层网络层网络层是一个复杂的层，它为处在两个不同地理位置上的网络系统中的终端设备之间提供连接和路径选择

6，第2层数据链路层数据链路层在物理线路上提供可靠的数据传输，因此，数据链路层关心的问题包括物理地址、网络拓扑、线路的规划等

7，第1层物理层物理层定义了激活，维护和关闭终端用户之间电气的、机械第11页,共18页，2024年2月25日，星期天

的、过程的和功能的特性。4，对等通信在OSI参考模型中，两个不同的终端系统通信过程，不包括对等层之间的直接通信，为了完成这些任务，它必须使用别的方式和另一个系统中的对等层进行通信。我们可为每个对等层协议之间要交换的信息单元起一个统一的名字，叫协议数据单元5，数据封装为了理解网络中的结构和工作原理，用户应该记住网络中的数据都是从源端发出经过网络传送到目的端。在网络中发送的信息叫做数据或数据包。如果一台计算机要发送数据到另一台计算机数据首先必须打包，该过程叫做封装。第12页,共18页，2024年2月25日，星期天

数据封装过程（以发送E-MAIL为例）5个转换步骤：

1，生成数据

2，打包生成端到端传输的数据

3，在头部加入网络地址

4，把物理地址加入到数据链路层的数据头部

5，把信息转换为比特流3.3TCP/IP参考模型

1，发展过程

INTERNET在全世界的飞速发展与TCP/IP协议应用对网络技术的发展都有很深的影响

ARPANET是最早出现的计算机网络之一，现代计算机网络的很多概念和方法都是从APRANET基础上发展出来的最初ARPANET使用的是租用线路，当卫星通信系统与通信网发展起来之后，ARPANET最初开发的网络协议使用在通信可靠性较差的通信子网中出现了不少问题，这就导致了新的网第13页,共18页，2024年2月25日，星期天络协议TCP/IP的出现虽然TCP协议，IP协议都不是OSI标准，但他们是目前最流行的商业化的协议，并被公认为当前的工业标准或事实上的标准。在TCP/IP协议出现之后，出现了TCP/IP参考模型。TCP/IP参考模型最早是由KAHN在1974年定义的，1985年LEINER等人进一步对它发展了研究，1988年CLARK在参考模型出现之后对其设计思想进行了讨论

①TCP/IP网络协议

TCP/IP（传输控制协议/网际协议）网络体系结构源于美国ARPANET工程，由它的两个主要协议即TCP协议和IP协议而得名。实际上TCP/IP框架包含大量的协议和应用，TCP/IP是多个独立定义的协议的集合，简称TCP/IP协议集。

②TCP/IP参考模型与层次第14页,共18页，2024年2月25日，星期天1，模型分析

2，层次

主机-网络层：是TCP/IP参考模型的最低层，负责通过网络发送和接受IP数据报。主机-网络层也称为网络接口层，负责将数据包送到电缆上，是实际的网络硬件接口。网络接口层协议定义了主机如何连接到网络，管理着特定的物理介质。

互连层：主要功能是负责将源主机的报文分组发送到目的主机，源主机与目的主机可以在一个网上，也可以在不同的网上。网络互连层是TCP/IP模型的关键部分，它所使用的协议是IP协议。它把传输层送来的消息组装成IP数据报文，并把IP数据报文传递给主机-网络层传输层：TCP/IP参考模型的传输层定义了两种协议，即传输控制协议（TCP）与用户数据报协议（UDP）

第15页,共18页，2024年2月25日，星期天应用层：应用层包括了所有的高层协议，并且不断有新的协议加入。3.4OSI与TCP/IP的比较

1,模型对比

①OSI采用的是七层模型,而TCP/IP是四层结构(实际上是三层结构)②TCP/IP参考模型的网络接口层实际上没有真正的定义,而OSI参考模型不仅分了两层,,而且每一层的功能都很详尽③TCP/IP参考模型中,没有了会话层和表示层④传输层

第16页,共18页，2024年2月25日，星期天3.5NovellNetware参考模型目前使用最多的网络体系结构模型还有NOVELLNETWARE参考模型

1,NOVELLNETWARE与OSI参考模型对比图

2,它使用IPX/SPX协议,该协议专门为局域网而研制,是NOVELLNETWARE体系结构中最重要的协议3.6局