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1、第2章 计算机网络体系结构,本章内容提要,计算机网络体系结构概述 ISOOSI 参考模型 TCP/IP 体系结构 教科书式的五层协议模型 几个重要的概念,2.1 计算机网络体系结构概述,2.1.1 网络体系结构的概念,所谓网络体系结构就是为了完成计算机之间的通信合作，把每个计算机互连的功能划分成定义明确的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口和服务。将这样的层次结构模型和通信协议统称为网络体系结构。,2.1.2 网络体系结构的分层原理,计算机网络通信问题很复杂，很难一揽子解决。 按功能将计算机网络通信问题划分成功能相对简单的、按层次处理的问题。 分层后，分层制订协议，比较容易。 层
2、与层之间通过接口和服务联系。 易于实现标准化。,划分多少层才合适？,若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。 层数太多又会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。,2.2 ISOOSI 参考模型,国际标准化组织ISO于1978年提出了开放式系统互连参考模型 (Open System Interconnection Reference Model)，该模型是设计和描述网络通信的基本框架（体系结构）。 简称为：ISOOSI RM,ISOOSI 的分层结构,ISO/OSI RM中各层的主要功能(1),ISO/OSI RM中各层的主要功能(2),网络层,路径选择,网络中拥塞控制,传送分组,I
3、SO/OSI RM中各层的主要功能(3),ISO/OSI RM中各层的主要功能(4),ISO/OSI RM中各层的主要功能(5),ISO/OSI RM中各层的主要功能(6),ISO/OSI RM中各层的主要功能(7),小结:OSI 参考模型中各层的功能,2.3 TCP/IP 体系结构,应用层,运输层,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 的体系结构,应用层,网络接口层,网际层 IP,(各种应用层协议如 TELNET, FTP, SMTP 等),运输层(TCP 或 UDP),TCP/IP 的体系结构,无连接分组交付服务,运输服务 (可靠或不可靠),TCP
4、/IP 的三种服务,网络接口层,又称为主机至网络层（Host-to-Network Layer），由数据链路层和物理层合并而成。,TCP/IP体系结构中各层的主要功能(1),其实，TCP/IP体系中并没有对网络接口层做出新的定义和标准，而是利用原有的数据链路层和物理层标准，如以太网、令牌环、FDDI和ATM等。 具体实现时包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡，它们一起处理与传输媒介的物理接口细节。,网际层,又称互联网层，主要协议是网络互联协议（也称网际协议，Internet Protocol，简称IP）。,TCP/IP体系结构中各层的主要功能(2),所有网际层以下或以上的各层
5、通信在跨越协议栈时，都必须通过IP协议来完成。 此外，网际层还有一些支持性的协议，如ICMP。,传输层,TCP/IP体系的传输层中有两种传输协议TCP和UDP。,TCP/IP体系结构中各层的主要功能(3),传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP），是面向连接的、可靠的传输协议。 用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP），是无连接的传输协议，它的可靠性要由应用层来提供。,应用层,TCP/IP体系的传输层中有两种传输协议TCP和UDP。,TCP/IP体系结构中各层的主要功能(4),应用层综合了OSI应用层、表示层以及会话层的功
6、能。 因此，应用层的协议很多，如支持WWW应用的HTTP协议，支持发送电子邮件的SMTP协议，支持文件传送的FTP协议等。,2.4 五层协议的体系结构（教科书式）,TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。 最下面的网络接口层并没有具体内容。 因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。,五层协议的体系结构,数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路
7、层(data link layer) 物理层(physical layer),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,加上应用层首部，成为应用层 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,应用层 PDU 再传送到运输层,加上运输层首部，成为运输层报文,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,运输层报文再传送到网络层,加上网络层首部，成为
8、 IP 数据报（或分组）,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,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,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,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,计算机 1,AP2,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
9、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,物理层接收到比特流，上交给数据链路层,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 取出数据部分，上交给网络层,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,网络层剥去首部，取出数据部分 上交给运输层,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,
10、运输层剥去首部，取出数据部分 上交给应用层,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,应用层剥去首部，取出应用程序数据 上交给应用进程,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 2,我收到了 AP1 发来的 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 程 序 数 据,10100110100101 比 特 流 110101110101,注意观察加入或剥去首部（
11、尾部）的层次,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 2,10100110100101 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,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,网络层剥去分组首部后
12、 把分组的数据部分交给运输层,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,运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 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,实体(E
13、ntity)：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。是每一层中的活动元素，在许多情况下，实体就是一个特定的软件模块。 对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实体。协议在对等实体之间起作用。 接口（Interface）：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的服务原语操作及上层对下层的服务。,2.5 几个重要的概念,协议（Protocol）：为进行网络数据交换(通信)而建立的规则、标准或约定的总和。计算机网络协议主要由语义、语法和时序三部分组成。 协议栈：某一系统内的各层协议集。,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。 时序 事件实现
14、顺序的详细说明（又称同步）。 协议控制两个或多个对等实体间的通信，在协议的控制下，对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，要实现本层协议，还需要使用下面所提供的服务。,服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层的服务。 服务访问点SAP(Service Access Point):在同层实体按协议通信时，同一系统中相邻两层实体交换信息的地点。,在任何相邻两层之间的关系可概括为如下图所示：,服务原语：是在定义（N）层向（N+1）层提供服 务时，使用的形式服务规范语言。 一个完整的服务原语包括三部分：原语名字、原语类型、原语参数。原语类型分成四种： 请求：Request 指
15、示：Indication 响应：Response 证实：Confirmation,对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU( Protocol Data Unit)。 层与层之间交换的数据单位称为服务数据单元SDU( Service Data Unit)。 可以是多个SDU合成为一个PDU，也可以是一个SDU划分为几个PDU。 问题：服务和协议的区别？,面向连接服务与无连接服务,面向连接服务(connection-oriented) 面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。 无连接服务(connectionless) 两个实体之间的通信不需要先建立好连接。 是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。,应用层的客户服务器方式,在 TCP/IP 的应用层协议使用的是 客户-服务器方式 计算机的进程(process)是指运行着的计算机程序。 为解决具体应用问题而彼此通信的进程称为“应用进程”。 应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。,客户和服务器,注意与平时所说的硬件上的服务器区别开来！,客户(cl
