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1、 第2章计算机网络体系结构与协议 2 1概述 2 1 1计算机网络体系结构计算机网络体系结构是对计算机网络所实现的所有功能的抽象 是建立实际网络的通用蓝图 接下来从一个具体实例入手分析计算机网络体系结构和实际的计算机网络之间的区别与联系 2 1 1计算机网络体系结构 邮政通信系统实例 邮政系统的几点启示 寄信人不是直接将信提交给收信人 寄信人所在邮局也不是直接将信提交给收信人所在邮局 每一层都需要重新封装 封装的目的是适合这一层传输层与层之间 垂直层 存在接口 上一层向下一层请求服务 最终由最低层实现信件的实际运输过程 两端同一层 水平层 是对等的 对等层之间有约定 2 1 1计算机网络体系结
2、构 邮局 寄信人 火车站 通信双方必须要经过邮政系统才能完成通信 必须按邮政系统要求的规范来封装信件 邮政系统完成投递过程 寄信人和邮局之间存在接口 邮局双方必须要借助铁路运输系统来运输信件 邮局必须按照铁路运输系统的要求来封装信袋 铁路运输系统完成信袋运输过程 邮局和火车站之间存在接口 分层必要性 在计算机网络环境中 两个结点的通信过程类似于信件的传输过程 网络体系结构 NetworkArchitecture NA 是计算机网络的分层 各层协议 功能和层间接口的集合不同的计算机网络具有不同的体系结构 其层的数量 各层的名称 功能及接口规定都不一样 2 1 1计算机网络体系结构 计算机网络体系
3、结构 实体 系统 层次 协议 实体 在网络分层体系结构中 每一层都由一些实体组成 在一个计算机系统中 能完成某一特定功能的进程或程序都可成为一个逻辑实体 系统 计算机网络中的系统通常是包括一个或多个实体的具有信息处理和通信功能的物理整体 层次 是人们对复杂问题的一种处理方法 通常将系统中能提供某种或某类型服务功能的逻辑构造称为层 协议 是指两个实体间完成通信或服务所必须遵循的规则和约定 2 1 1计算机网络体系结构 2 1概述 2 1 2计算机网络协议协议是指计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合 协议包含有三要素 语法 规定如何进行通信 即对通信双方采用的数据格式 编码等进行定义 语义
4、规定用于协调双方动作的信息及其含义 它是发出的命令请求 完成的动作和返回的响应组成的集合 即对发出的请求 执行的动作以及对方的应答做出解释 时序 规定事件实现顺序的详细说明 即确定通信状态的变化和过程 例如通信双方的应答关系 何时进行通信 先讲什么 后讲什么 讲话的速度等 2 1概述 2 1 2计算机网络协议协议三要素的说明 教材P29实例在求职过程中的实例 语法 信件使用的文字类型和书写格式 语义 根据接收到的信件内容 做出对应反应 同步 单位招聘流程 2 1概述 2 1 2计算机网络协议为什么研究网络协议 要研究计算机网络 就需要研究网络协议 只要开发新的网络服务功能 就必须研究 制定和应
5、用新的网络协议 2 1概述 2 1 3协议分层分层的原因随着计算机网络技术的不断发展 计算机网络的规模越来越大 各种应用不断增加 网络也因此变得越来越复杂 面对日益复杂化的网络系统 必须采用工程设计中常用的结构化的方法 将一个复杂的问题分解成若干个容易处理的子问题 尔后 分而治之 逐个加以解决 分层就是系统分解的最好方法之一 不同系统的最低层之间存在着 物理 通信 不同系统的对等层次之间存在着 虚拟 通信 对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定 高层使用低层提供的服务时 并不需要知道低层服务的具体实现方法 第2章计算机网络体系结构与协议 计算机网络技术基础教程 12 2 1 3协议分层
6、2 1概述 2 1 3协议分层分层的好处各层之间相互独立 灵活性好由于各层独立 因此每层都可以选择最为合适的实现技术 各层实现技术的改变不影响其他层 易于实现和维护 有益于标准化的实现 假定计算机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 第一类工作与传送文件直接有关 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 两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 剩下的工作由下面的模块负责 4 划分层次的概念举例 2 1 3协议分层 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令是按照水平方向的虚线传送的 把文件交给下层模块
7、进行发送 把收到的文件交给上层模块 两个计算机交换文件 4 划分层次的概念举例 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 再设计一个通信服务模块 4 划分层次的概念举例 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 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 再设计一个网络接入模块 4 划分层次的概念举例 2 1概述 计算机网络
8、的层次化体系结构如图所示 系统各层次内都存在一些实体 实体的概念P30同等层通信的概念P30同等层实体的概念P30 2 1概述 分层可以遵守以下几个主要原则 1 每层的功能应是明确并且相互独立 当某一层具体实现方法更新时 只要保持层间接口不变 就不会对邻层造成影响 2 层间接口清晰 跨越接口的信息量应尽可能少 3 层数应适中 若太少 则层间功能划分不明确 多种功能混杂在一层中 造成每一层的协议太复杂 若太多 则体系结构过于复杂 各层组装时会困难得多 4 标准化 每一层功能的划分和选择应着眼于使该层协议标准化 标准化应包括现在的国际标准和未来的国际标准 协议是作用在不同系统的同等层实体上的网络服
9、务是指同一系统中彼此相邻的两层间下层为上层提供通信能力或操作而屏蔽其细节的过程 即下层为上层提供服务协议与网络服务的关系 在网络协议作用下 两个同等层实体间的通信使得本层能够向它相邻的上一层提供服务 以便完成自己的功能 2 1 4网络服务 1 服务原语层间的服务在形式上是一种原语来描述的 在同一开放系统中 N 1 实体向N实体请求服务时 用户和服务提供者之间要进行交互 交互信息称为服务原语 服务原语可分为四类1 请求 Request 用户实体要求服务提供者做某项工作2 指示 Indication 用户实体被告知某事件发生3 响应 Response 用户实体表示对某事件的响应4 证实 Confi
10、rm 用户实体收到关于它的请求的答复 2 1 4网络服务 请考虑一下打电话邀请你的姑姑到家来喝茶的步骤 1 连接请求 拨姑姑家的电话号码 2 连接指示 她家的电话铃响了 3 连接响应 她拿起电话 4 连接确认 你听到响铃停止 5 数据请求 你邀请她来喝茶 6 数据指示 她听到了你的邀请 7 数据请求 她说她很高兴来 8 数据指示 你听到她接受邀请 9 断连请求 你挂断电话 10 断连指示 她听到了 也挂断电话 与服务原语应用相似的案例 在上述案例中每一步都涉及其中一台计算机内两层之间的信息交换 每一个 请求 或 响应 稍后都在对方产生一个 指示 或 确认 动作 本例中服务用户 你和姑姑 在N
11、1层 服务提供者 电话系统 在N层 与服务原语应用相似的案例 2 服务形式1 面向连接服务2 无连接服务 2 1 4网络服务 2 服务形式 1 面向连接服务 connection orientedservice 面向连接服务和电话系统的工作模式相类似 就是通信双方在通信时 要事先建立一条通信线路 即数据传输过程必须经过建立连接 维护连接和释放连接的3个过程 在数据传输过程中 各分组不需要携带目的节点的地址 面向连接服务的传输连接类似于一个通信管道 发送者在一端放入数据 接受者从另一端取出数据 面向连接数据传输的收发数据顺序不变 因此传输的可靠性好 但需通信开始前的链接开销 协议复杂 通信效率不
12、高 TCP协议就是一种面向连接服务的协议 2 服务形式 一个简单的面向连接服务的例子 它使用了下述8个服务原语 1 连接请求 服务用户请求建立一个连接 2 连接指示 服务提供者向被呼叫方示意有人请求建立连接 3 连接响应 被呼叫方用来表示接受建立连接的请求 4 连接确认 服务提供者通知呼叫方建立连接的请求已被接受 5 数据请求 请求服务提供者把数据传至对方 6 数据指示 表示数据的到达 7 断连请求 请求释放连接 8 断连指示 将释放连接请求通知对等端 2 服务形式 2 无连接服务 connectionlessservice 没有建立和拆除链路的过程 一般也没有确认 在无连接的通信会话中 每个
13、数据分组是一个在网络上传输的独立单元 称作数据报 发送方和接收方之间没有初始协商 发送方仅仅向网络上发送数据报 每个分组含有源地址和目的地址 该方法中没有接收方发来的分组接收或未接收的应答 也没有流控制 所以分组可能不按次序到达 接收方必须对它们重新排序 如接收到有错误的分组 则将它删掉 当重新整理分组时 就会发现被删掉的包并请求重发 无连接服务类似于日常生活中书信的往来 或发短信 它仅具有数据传输这个阶段 书信来往过程中 仅要求写信人在工作 而无需收信人在工作 类似地 无连接服务中 只要发送实体是活跃的 通信便可进行 2 服务形式 面向连接服务与无连接服务的比较面向连接的服务是可靠的 当通信
14、过程中出现问题时 进行通信的计算机可以得到及时通知 适合于数据量大 实时性要求高的场合 但开销也大无连接服务的优点是通信比较迅速 使用灵活方便 连接开销小 但可靠性低 不能防止报文的丢失 重复或失序 适合于传送少量零星的报文 第2章计算机网络体系结构与协议 2 2 1OSI参考模型描述2 2 2模型中的数据传输 2 2OSI参考模型 1 问题的提出OSI是OpenSystemInterconnection的缩写 意为开放式系统互联参考模型 在OSI出现之前 计算机网络中存在众多的体系结构 其中以IBM公司的SNA和DEC公司的数字网络体系结构最为著名 但那时不同厂家生产的计算机系统和网络设备不
15、能互连 为了解决不同体系结构的网络的互联问题 国际标准化组织ISO InternationalStandardsOrganization 注意不要与OSI搞混 于1981年制定了开放系统互连参考模型 2 2 1OSI参考模型描述 2 OSI参考模型的含义OSI中的 开放 是指只要遵循OSI标准 一个系统就可以与位于世界上任何地方 同样遵循同一标准的其他任何系统进行通信 2 2 1OSI参考模型描述 3 OSI参考模型包含的内容OSI包括了体系结构 服务定义和协议规范三级抽象 如图体系结构 Architecture 定义了开放系统的层次结构 层次之间的相互关系及各层所包括的可能的服务 服务定义
16、ServiceDefinition 详细地说明了各层所提供的服务协议说明 ProtocolSpecification 精确地定义了应当发送什么样的控制信息 以及应当用什么样的过程来解释这个控制信息 2 2 1OSI参考模型描述 4 OSI参考模型的特点P331 每个层次对应的实体间都通过各自的协议通信2 各个计算机系统都有相同的层次结构3 不同系统的相应层次有相同的功能4 同一系统的各层次之间通过接口联系5 相邻的两层之间 下层为上层提供服务 同时上层使用下层的服务 2 2 1OSI参考模型描述 5 OSI参考模型的分层结构 2 2 1OSI参考模型描述 1 物理层物理层主要功能是为数据链路层提供一个物理连接 以保证在通信信道上 透明 地传输数据 0 和 1 二进制比特流 透明传送比特流 表示经实际电路传送后的比特流没有发生变化 传输介质可以是多种多样的 双绞线 同轴电缆 光纤或其他 如微波等 物理层协议的目的是要屏蔽掉各种传输介质的差异性 以实现传输介质对计算机系统的独立性 该层的数据单元是比特 OSI参考模型各层介绍 1 物理层特性1 机械特性 机械特性规定了物理连接时接插件的规格
