计算机通信与网络

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1、计算机通信与网络计算机专业教研室第二章第二章 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构2.1 体系结构的发展 ARPANET1969年分组交换及分层结构SNA1974年七层结构模型及协议DNA1975年分布式层次结构OSI/RM 1983年七层结构模型及协议TCP/IP RM 四层结构模型及协议1969计算机通信与网络计算机专业教研室2.2 计算机网络的分层结构 1、计算机单机系统的层次结构 作为软件资源的应用程序数学模型、算法用户程序从硬、软件角度划分的层次结构模型 语言处理程序 解释、编译操作系统机器语言 指令系统微程序控制器硬件连接逻辑部件系统分析级硬核用户程序级操作系统级传统机器级微程

2、序级2、计算机网络的分层原理 (1)、分层原则：- 参考性原则 各层有主从顺序； 各层的功能应是明确的; 经过层间接口的控制信息量应尽可能少; 有利于国际标准的建立; 层次功能定义与层间接口相互独立； 层数应适中; 计算机通信与网络计算机专业教研室（2）、网络分层次结构的优点： 给出了面向对象的设计实现方法。 分层使复杂问题简单化。 有利于扩展、升级和维护。 易于标准化。计算机通信与网络计算机专业教研室OSI/RM、 TCP/IP RM的 体系结构TCP/IP RMOSIRM应用层 Application传输层 Transport网际层 Internet网络接口层Network Access物

3、理层 PH数据链路层 DL网络层 N传输层 T会话层 S表示层 P应用层 A 基于数据处理基于通信 硬件软件Nos用户空间3、OSI/RM与TCP/IP RM的层次结构计算机通信与网络计算机专业教研室4、OSI/RM各层的功能及实现的核心 7应用层 Application Layer（A）6表示层 Presentation Layer（P）5会话层 Session Layer（S）4传输层 Transport Layer（T）3网络层 Network Layer（N）2数据链路层 Data Link Layer（DL）1物理层 Physical Layer（PH）OSI/RM的7层结构计算机通

4、信与网络计算机专业教研室 物理层（PH）提供传输介质接口，如RJ45、BNC、ST等；保证比特流在物理信道上的透明透明传输。接口特性主要包含：v机械特性。v电气特性。 v功能特性。 v规程特性。 计算机通信与网络计算机专业教研室 数据链路层（DL）在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧（帧（FrameFrame ）为单位的数据。 数据链路层的主要功能 ： 流量控制（Flow Control） 差错控制 ：查错，纠错 链路管理 ：链路建立、维护、释放 帧的封装与同步： 透明传输（提法不准确提法不准确）： 寻址（物理地址）：计算机通信与网络计算机专业教研室比较著名的数据链路层协议有：停止等待协议

5、（Stop-and-Wait Protocol）。连续ARQ（Automatic Repeat reQuest）协议。选择重传ARQ（Select Repeat reQuest）协议。面向比特的链路控制规程HDLC（High_Level Data Link Control）协议。点对点协议PPP（Point-to-Point Protocol）。计算机通信与网络计算机专业教研室 网络层（Network Layer）是通信子网的最高层，它在数据链路层提供服 务的基础上向资源子网提供服务。主要功能：v 逻辑地址寻址，如：IP、IPX地址；v路由功能 ：存在多个子网的最佳路径选择 ；v拥塞拉制（解决

6、办法：流量控制） ；v记帐 ：根据时间或流量的记费； 计算机通信与网络计算机专业教研室 传输层（Transport Layer）承上启下承上启下的一层，主要功能如下： Port1Host 1Port2Host 2( (IPIP源、源、IPIP目、目、PORTPORT源、源、PORTPORT目、协议目、协议) )v端到端的透明传输：v差错控制 v流量控制计算机通信与网络计算机专业教研室 会话层（Session Layer）会话层允许不同主机上各种进程之间进行会话，并 组织、协调和同步进程间的对话。 表示层(Presentation Layer)表示层主要解决用户信息的语法表示问题，完成数 据格式

7、的转换以及数据的加密、解密等。 应用层(Application Layer)提供用户访问OSI/RM环境的接口，如：FTP、SMTP、 DNS、Telnet等。计算机通信与网络计算机专业教研室5、TCP/IP各层的功能及实现的核心 4应用层 Application Layer3传输层 Transport Layer2网际层 Internet Layer1网络接口层 Network Access Layer问题：层次结构中没有物理层？-四层四层结构模型如何实现异种机型、异种网络异种机型、异种网络的互连？计算机通信与网络计算机专业教研室 网际网层（Internet）-网间网层、互连层实现网络互连协

8、议（即：I Internet P Protocol），提供路由选择、拥塞控制，提供无连接服务。 网络接口层（Network Access）-主机至网络层主机至网络层向下提供不同物理层接入的协议规范，向上提供统一的协议接口。这两层功能的实现，完成了这两层功能的实现，完成了“异种机型、异种网络异种机型、异种网络”的互连的互连IPNA1 NA1计算机通信与网络计算机专业教研室 传输层(Transport)提供端到端的数据传输。TCP：面向连接，有差控、流控，提供可靠的连接服务 ；UDP：无连接，无差控、流控，提供不可靠的连接服务 ； 应用层(Application)提供用户访问OSI/RM环境的接口

9、，如：FTP、SMTP、 DNS、Telnet等。同时提供数据加密、认证等功能。同时提供数据加密、认证等功能。计算机通信与网络计算机专业教研室2.3、协议及网络的协议体系结构 1 1、协议、协议 协议：不同系统中两个对等实体交换数据信息的规则。 协议三要素：语法：数据格式的表示；语义：对特定格式数据的解释、操作或执行； 同步：解释、操作或执行的顺序和速率。 计算机通信与网络计算机专业教研室2、网络的协议体系结构网络体系结构网络的协议体系结构指的是网络的分层结构、网络的协议体系结构指的是网络的分层结构、 各层协议及相邻层接口的集合。各层协议及相邻层接口的集合。 例如：例如：TCP/IPTCP/I

10、P的网络体系结构如下：的网络体系结构如下：TCP UDPFTP SMTP TELNET DNS IPEthernet FDDI X.25 计算机通信与网络计算机专业教研室计算机通信与网络计算机专业教研室2.4、OSI/RM的通信环境1、协议数据单元（Protocol Data Unit,PDU)A A P PS ST T N NDLDLPHPHAPDUAPDU PPDUPPDUSPDUSPDUTPDUTPDU NPDUNPDUDLPDUDLPDUPHPHDataAH Data发DataPHData收DataA A P PS ST T N NDLDLPHPHA A P PS ST T N NDL

11、DLPHPHN NDLDLPHPHN NDLDLPHPHDATA2、OSI通信环境DATA对等协议链路协议链路协议子网协议计算机通信与网络计算机专业教研室计算机通信与网络计算机专业教研室3、OSI的三个核心概念：协议、服务、协议、服务、SAPSAP（1 1）、子系统与实体）、子系统与实体(N+1) (N) (N-1) (N+1) (N) (N-1) 对等对等 实体实体v(N)N)子系统：子系统：vv( (N)N)实体：实体：vv( (N)N)对等实体：对等实体：vv对等通信：对等通信：vv对等网络：对等网络：实体：是具有独立数据收发能力的硬、软件模实体：是具有独立数据收发能力的硬、软件模 块或

12、程序进程。块或程序进程。(N+1)实体(N+1)实体(N)实体(N)实体协议协议(N(N1)1)协议协议(N)(N)( (N)N)协议：协议：“水平的水平的”；( (N)N)服务：服务：“垂直的垂直的”计算机通信与网络计算机专业教研室（2 2）、协议与服务）、协议与服务(N)SAP(N)SAP( (N N1)1)层层( (N)N)层层(N)SAP(N)SAP( (N)N)服务服务( (N)N)服务服务计算机通信与网络计算机专业教研室（3 3）、服务访问点）、服务访问点SAP(Service Access Point)SAP(Service Access Point)SAP: SAP: 相邻层间

13、交换数据的逻辑接口相邻层间交换数据的逻辑接口-层间接口。层间接口。应用中，有以下三种情况：应用中，有以下三种情况：v 一个（N）SAP只能被一个（N）实体使用，也 只能为一个（N1）实体提供服务；v 一个（N）实体可以向多个（N）SAP提供服务 ；v 一个（N1）实体可以使用多个（N）SAP；计算机通信与网络计算机专业教研室（3 3）、服务访问点）、服务访问点SAP(Service Access Point)SAP(Service Access Point)(N+1)(N+1) (N)(N)(N)SAP(N)SAP(N+1)实体(N+1)实体(N)实体(N+1)实体(N+1)实体(N)实体(N

14、)实体(N)实体SAP: SAP: 相邻层间交换数据的逻辑接口相邻层间交换数据的逻辑接口-层间接口。层间接口。应用中，有以下三种情况：应用中，有以下三种情况：4、数据单元信息总是封装在各种数据单元内传送的。信息的传 送包括两种情况：v在已建立连接的对等N实体之间的数据传送；v在相邻层间接口之间的数据传送；在OSI/RM中定义了三种数据单元：协议数据单元：PDU(Protocol Data Unit)接口数据单元：IDU(Interface Data Unit)服务数据单元：SDU(Service Data Unit)计算机通信与网络计算机专业教研室(1)、(N)PDU(N)PCI：(N)协议控

15、制信息，是第(N)层协议封装处理数据单元的控制信息。(N)UD：(N)用户数据；(N)PDU:(N)协议数据单元，由（N）PCI和（N）UD组成；(N)PCI(N+1)(N+1)UD(N)PDU(N)(N-1)(N+1)计算机通信与网络计算机专业教研室PHDPDUDLNPDUNTPDUTSPDUSPPDUPAPDUADATADATADATADATAAPCIAPCIPPCIAPCIPPCISPCI由此可知，分层越多，数据在传 输时的效率也越低；User Data计算机通信与网络计算机专业教研室(2)、(N)IDU: 通过层间接口的数据单元。 （N）ICI： (N）接口控制信息 ；（N）ID： （N）接口数据；（N）IDU：（N）接口数据单元 ；(N)PCI(N+1)(N+1)UD(N)PDU (N)(N-1)(N+1)(N-1)IDU(N-1)ICI(N-1)SAP计算机通信与网络计算机专业教研室(3)、(N)SDU(N)服务数据单元: 发送端从(N)实体到(N-1)实 体的信息，或者接收端从(N-1)实体到(N)实体的逻 辑数据单元。NOTE：对等实体间的SDU必须大小、内容完全相 同，才能保证收发双方数据的一致性；计算机通信与网络计算