ch01体系结构

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1、计算机网络 Computer Networks,南京邮电大学计算机学院 计算机通信与网络课程组,计算机网络体系结构,从计算机网络到因特网,进入20世纪90年代以来，以因特网(Internet)为代表的计算机网络的发展速度十分迅猛，已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络，并已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。 21世纪的重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。Internet已经使我们的日常生活的许多方面发生了革命性的变化。,计算机网络的发展,计算机网络是计算机技术和通信技术相互结合的结果。它们是相互制约，又相互促进发展的。 计算机技术的发展以及计算机技术在通

2、信系统中的应用，使得高速通信成为可能。高速通信的实现，又进一步促进计算机硬件、软件技术的发展。,计算机通过网络实现资源共享,Internet,PSTN,用户,用户,MODEM,NAS服务器,路由器,AAA服务器,用户,计算机网络的定义,定义：计算机网络是通过通信设施（利用通信网络和通信协议），将地理上分布的、具有自治功能的多个计算机系统互连起来，实现信息交换，资源共享，互操作和协同处理的系统。 特点：资源共享，透明操作,计算机通信需要解决的问题,不同计算机系统实现信息交换，其控制方法，表示形式不同； 不同网络特点、参数不同； 通信过程中，出现差错，如何处理？ 通信的计算机双方操作配合、协调；

3、信息如何找到目的计算机？ 目的计算机如何识别数据包的信息？,Internet和TCP/IP,网络是一组互相连接的通信设备。互联网 internet 是指两个或更多的可以彼此通信的网络。 Internet （因特网）是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族，且其前身是美国的 ARPANET。 Internet是一个结构化的系统。,OSI参考模型和TCP/IP协议族,常见的网络标准主要有OSI参考模型和TCP/IP协议族。 国际标准化组织ISO制定的国际标准 OSI 参考模型，描述规范，功能全面，但没有得到市场的认可。 非国际

4、标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。 TCP/IP 常被称为事实上的国际标准。,计算机网络体系结构的形成,相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种相互“协调”是相当复杂的。 “分层”技术可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。,划分层次的必要性,计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议 (network protocol)，简称为协议。,网络协议的组成要素,网络协议主要包括三个

5、方面： 语法 数据与控制信息的结构或格式 。 语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。 同步 事件实现顺序的详细说明。 网络协议是不同系统的对等层实体之间的通信规则。,划分层次的概念,计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件。可以将要做的工作进行如下的划分： 与传送文件直接有关的一些工作。 确信对方已做好接收和存储文件的准备。 双方协调好一致的文件格式。 两个计算机之间传送文件的具体操作 。 计算机将文件传送模块作为最高的一层，具体传送操作由下面的模块负责。,两个计算机交换文件,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命

6、令 是按照水平方向的虚线传送的,把文件交给下层模块 进行发送,把收到的文件交给 上层模块,从网络用户的角度看，似乎文件传送模块直接完成文件传送的所有工作,设计一个通信服务模块,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方,把文件交给下层模块 进行发送,把收到的文件交给 上层模块,通信服务模块,通信服务模块,通信服务模块负责文件传送的具体操作，如通信过程的协调、传送数据的正确、可靠。,再设计一个网络接入模块,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

7、接口,网络 接口,网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。,计算机通信的实现,将计算机通信的各种功能和操作，按照类型和相互关系划分为不同的集合，这些集合称为“层”。 每个功能层完成一定的功能，功能层之间的操作具有相对的独立性。 不同系统中的对等层完成对等的工作。 下层为上一功能层提供服务。,分层的优点和缺点,优点： 各层之间是独立的，结构上可分割开。 灵活性好。 易于分别开发、实现和维护。 能促进标准化工作。 缺点： 会额外的增加一些数据（即每层的开销），这样就增加了系统的负担。,层数多少要适当,若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。 层数太多，又会

8、在描述和综合各层功能的系统工程任务时，遇到较多的困难。 不同的功能群应该划分为不同的层，层间的数据交互应该最少。,计算机网络的体系结构,计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。 实现(implementation)是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的方法。 体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。,五层协议的体系结构,OSI参考模型是七层的结构：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、链路层、物理层。 TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、传

9、输层、网际层和网络接口层。 采取折衷的办法，综合 OSI /RM 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构来说明其工作原理。,五层协议的体系结构,应用层(application layer) 传输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer),数据链路层,5 应用层,4 传输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用进程数据先传送到应用层,加上应

10、用层首部，成为应用层 PDU,应 用 程 序 数 据,应 用 程 序 数 据,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 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,H5,应 用 程 序 数 据,应用层PDU,应用层PDU,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 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）,传输层报文,传输层报文,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,

11、1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,IP 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,IP 数据报,IP 数据报,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 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,10100110100101 比 特 流 110101110101,数据链路层帧,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应 用 程 序 数 据,10100110100101 比 特 流 11010

12、1110101,注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次 和每层的PDU及其构成,应 用 程 序 数 据,H3,网络层首部,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应 用 程 序 数 据,10100110100101 比 特 流 110101110101,下层将上层的整个PDU作为本层的数据,应 用 程 序 数 据,H3,网络层首部,应用层PDU,传输层报文,IP 数据报,计算机 1 向计算机 2 发送数据,应用层(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,计算机 1,AP

13、2,AP1,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,计算机 2,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,10100110100101 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,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 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,H2,T2,H3,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算

14、机 1,AP2,AP1,计算机 2,网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给传输层,H4,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 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,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 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,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机

15、 2,收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,协议的复杂性,协议必须将各种不利的条件事先都估计到，而不能假定一切情况都是很理想和很顺利的。 必须非常仔细地检查所设计协议能否应付所有的不利情况。 应当注意：事实上难免有极个别的不利情况在设计协议时并没有预计到。在出现这种情况时，协议就会失败。因此实际上协议往往只能应付绝大多数的不利情况。,开放系统互连参考模型 OSI/RM,开放系统互连参考模型是国际标准化组织ISO制定的国际标准，标准规范，功能全面。 所谓“开放系统”，即只要遵循 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。 开放系统互连参考模型标准在市场化方面 OSI 却是失败的。,开放系统互连参考模型,OSI/RM体系结构,应用层,传输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7 6 5 4 3 2 1,OSI参考模型中高层，面向信息处理。,OSI参考模型中低层，面向数据通信。,开放系统互连参考模型,OSI/RM体系结构,应用层,传输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7 6 5 4 3 2 1,仅存在于终端系统中，端系统具有七层功能。,网络中间节点只有 低三层功能,开放系