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1、第第2 2章章 网络体系结构网络体系结构 与网络协议与网络协议计算机网络计算机网络学习目标学习目标 掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念 掌握：网络体系结构的层次化研究方法 掌握：OSI参考模型及各层的基本服务功能 掌握：TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本服务功能与主要协议 了解：OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较 了解：网络协议标准组织，RFC文档、Internet草案与Internet协议标准的制定过程协议的基本概念（协议的基本概念（1 1）协议（protocol）是通信双方为了实现通信所进行的约定或所作的对话规则网络协议的优劣直接影响网络的性能网络协议的组成三要
2、素：语义：做什么（what to do）语法：怎么做（how to do）定时关系：何时做（when to do）语义规定了通信双方要发出的控制信息、执行的动作和返回的应答等。语法规定通信双方彼此应该如何操作，即确定协议元素的格式。时序(也称定时、同步)是对事件实现顺序的详细说明，指出事件的顺序和速率匹配等。一些基本概念一些基本概念协议的基本概念（协议的基本概念（2 2）计算机网络中存在有多种协议协议之间的相互作用为避免重复工作，每个协议应该处理没有被其他协议处理过的通信问题协议之间可以共享数据和信息层次（layer）协议（protocol） 接口（interface） 体系结构（archit
3、ecture）四个重要的概念层次（层次（layerlayer）层次是人们对复杂问题处理的基本方法； 将总体要实现的很多功能分配在不同层次中 ； 对每个层次要完成的服务及服务要求都有明 确规定； 不同的系统分成相同的层次； 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。 接口（接口（interfaceinterface）接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连 接点; 同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的 接口，低层向高层通过接口提供服务;
4、只要接口条件不变、低层功能不变，低层功 能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个 系统的工作。实体实体是指能够发送和接收信息的对象，包括终端、应用软件、实体是指能够发送和接收信息的对象，包括终端、应用软件、 通信进程等。通信进程等。系统中的各层次内都存在一些实体。服务:系统中的各层，除顶层外，都支持其上一层进行工作，这 种支持就是服务。位于上层的服务使用者和位于下层的服务提 供者之间通过服务访问点（Service Access Point，SAP）来联 系同一系统体系结构中的各相邻层间的关系是：下层为 上层提供服务，上层利用下层提供的服务完成自己的 功能，同时再向更高一层提供服务。因此，上层可
5、看 成是下层的用户，下层是上层的服务提供者。 不同系统的相同层次称为同等层。（如系统A和B的第 N层） 不同系统同等层上的两个正在通信的实体叫同等层实 体。 不同系统同等层实体之间存在的通信叫同等层通信。一些基本概念一些基本概念实体、协议、SAP之间的关系图3-1 分层模型中实体、协议、SAP之间的关系网络体系结构（网络体系结构（network network architecturearchitecture）一个功能完备的计算机网络需要制定一整套 复杂的协议集; 网络协议是按层次结构来组织的； 网络层次结构模型与各层协议的集合称为网 络体系结构； 网络体系结构对计算机网络应该实现的功能 进行
6、了精确的定义； 体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的 一些硬件和软件。 网络体系结构网络体系结构(Network (Network Architecture)Architecture)NA:是针对计算机网络所执行的各种功能而 设计的一种层次结构模型。同时也为不同的 计算机系统之间的互连、互通和互操作提供 相应的规范和标准(即协议) 不同的计算机网络具有不同的体系结构， 其层次的数量、层次的名称、内容和功能以 及各相邻层之间的接口都不一样。 网络体系结构是计算机网络的分层结构、 各层协议和功能的集合。 网络体系结构=层，协议，功能网络的层次结构（网络的层次结构（1 1）层次划分的目的将网络这个
7、庞大的、复杂的问题划分成若干较小的、简单的问题层次划分的原则层内功能内聚层间耦合松散网络的层次结构（1）为了简化对复杂的计算机网络的研究、设计和分 析工作，一般把计算机网络的功能分成若干层。 层次结构就是指把一个复杂的系统设计问题分解 成多个层次分明的局部问题，并规定每一层次所 必须完成的功能。N+1层 N层 N-1层N+1层 N层 N-1层系统A系统B-第N+1层协议-第N层协议-第N-1层协议-网络层次结构网络的层次结构（网络的层次结构（2 2）采用层次结构的优越性：功能简单，明确。各层之间相互独立灵活性好每层都可以采用最合适的实现技术易于实现和维护有利于网络标准化网络服务网络服务从通信角
8、度看，各层所提供的服务有面向连接的服 务和无连接的服务两种形式 (1)面向连接的服务：所谓“连接”是指在同等层的两 个同等实体间所设定的逻辑通路。利用建立的连接 进行数据传输的方式就是面向连接的服务。面向连 接的服务过程可分为三部分，分别是建立连接、传 输数据和撤消连接。 面向连接的服务可提供可靠的有序报文服务，即报 文的传输是按顺序的，这与电路交换的许多特性很 相似，因此面向连接的服务在网络层中又称为虚电虚电 路服务路服务网络服务网络服务(2)无连接服务：是两个对等实体在交 换数据之前不需要先建立好一个连接。 无连接服务的优点是灵活方便和比较迅 速。但无连接服务不能防止报文的丢失 、重复或失
9、序。ISO/OSIISO/OSI参考模型参考模型OSI参考模型的基本概念 在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大 国际组织是：国际电报与电话咨询委员会CCITT，Consultative Committee on International Telegraph and Telephone国际标准化组织ISO，International Standards OrganizationCCITT与ISO的工作领域是不同的：CCITT 主要是考虑通信标准的制定ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构ISO/OSIISO/OSI参考模型参考模型ISO(International Standards
10、Organization)国际标准化组织。OSI(Open System Interconnection)开放系统互连。OSI参考模型是一个描述网络层次结构的模型OSI参考模型定义的主要内容信息在网络中的传输过程各层的功能和架构OSI参考模型是网络设计的蓝图，并非指一个现实的网络ISO/OSIISO/OSI的的7 7层参考模型层参考模型在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 遵循同一标准的其它任何系统进行通信；OSI标准中，采用的是三级抽象： 体系结构（architecture） 服务定义（service definition） 协议说明（pr
11、otocol specification）体系结构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；作为一个框架来协调和组织各层协议的制 定；对网络内部结构最精炼地概括与描述。 服务定义服务定义详细地说明了各层所提供的服务； 某一层的服务就是该层及其以下各层的一 种能力； 低层的服务是通过接口向上一层提供的; 各层所提供的服务与这些服务是如何实现 的无关； 定义了层与层之间的接口与各层使用的原 语，但不涉及接口是具体实现的。 协议说明协议说明OSI标准中的各种协议精确地定义了：应该发送什么样的控制信息；如何解释这个控制信息。 协议的规程说明具有最严格的约束。 OSI参考模型只是
12、描述了一些概念，用来协 调进程间通信标准的制定；在OSI的范围内，只有各种的协议是可以被 实现的，而各种产品只有和OSI的协议相一致 时才能互连；OSI参考模型并不是一个标准，而是一个在 制定标准时所使用的概念性的框架。 OSIOSI中的数据类型中的数据类型服务数据单元(Service Data Unit, SDU)指的是 (N)服务所要传送的逻辑数据单元。它实际上是 一个接口数据。 协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)是在 不同子系统的各层对等实体之间，为实现该层 协议所交换的信息单元。 接口数据单元(Interface Data Unit，IDU)指的 是在同一子系
13、统中，相邻两层实体交互时，经 过层间接口交换的信息单元。参考附加内容参考附加内容数据的封装和解封装数据的封装和解封装OSIOSI参考模型的基本思想参考模型的基本思想网络中各节点具有相同的层次不同节点的同等层具有相同的功能同一节点内相邻层之间通过接口通信每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信OSI参考模型的结构OSIOSI各层的主要功能各层的主要功能物理层（physical layer）数据链路层（data link layer）网络层（network layer）传输层（transport layer）会话层（session layer）表
14、示层（presentation layer）应用层（application layer）OSI参考模型各层的功能物理层的主要功能：利用传输介质为通信的网络结点之间建立、 管 理和释放物理连接； 实现比特流的透明传输，为数据链路层提供 数 据传输服务； 物理层的数据传输单元是比特。数据链路层的主要功能：在物理层提供的服务基础上，数据链路层在 通信的实体间建立数据链路连接； 传输以“帧”为单位的数据包； 采用差错控制与流量控制方法，使有差错的 物理线路变成无差错的数据链路。 网络层的主要功能：通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当 的路径； 为数据在结点之间传输创建逻辑链路； 实现拥塞控制、
15、网络互连等功能。传输层的主要功能：向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务； 处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键 传输问题； 传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算 机通信体系结构中关键的一层。会话层的主要功能：负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点到 点传输不中断； 管理数据交换。 表示层的主要功能： 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式； 数据格式变换； 数据加密与解密； 数据压缩与恢复。应用层的主要功能:为应用程序提供了网络服务; 应用层需要识别并保证通信对方的可用性， 使得协同工作的应用程序之间的同步; 建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制 机制。
16、OSI环境中的数据传输过程直接通信与虚通信直接通信与虚通信网络中数据的封装与解封网络中数据的封装与解封完整的完整的OSIOSI数据传递与流动过程数据传递与流动过程TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型TCP/IP参考模型的发展在TCP/IP协议研究初期，并没有提出参考模型； 1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型； 80年代Leiner、 Clark等人对TCP/IP参考模型进一步 的研究； TCP/IP协议一共出现了6个版本，后3个版本是版本4 、版本5与版本6； 目前我们使用的是版本4，它的网络层IP协议一般记 作IPv4 ； 版本6的网络层IP协议一般记作IPv6（或IPng, IP next gene
