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1、计 算 机 网 络,主 讲 教 师：陆有军 E-Mail地址：,第二章 计算机网络体系结构,2018/10/5,计算机网络体系结构,2 / 51,本 章 内 容,协议与分层 ISO/OSI RM TCP/IP RM 原理体系结构,2018/10/5,计算机网络体系结构,3 / 51,协议与分层,本章内容,协议概念 协议分层 各层设计问题 网络体系结构,2018/10/5,计算机网络体系结构,4 / 51,什么是网络协议？,网络协议（network protocol），简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协议主要由三个要素组成：,语法：通信时双方交换数据和控制信息
2、的格式。 语义：每部分控制信息和数据所代表的含义。 同步：事件实现顺序的详细说明。例如：通信如何发起；在收到一个数据后，下一步要做什么。,协议与分层 本章内容,2 之 1,2018/10/5,计算机网络体系结构,5 / 51,网络协议举例,协议与分层 本章内容,HTTP协议,2 之 2,2018/10/5,计算机网络体系结构,6 / 51,协议设计,协议与分层 本章内容,设计网络协议是一个十分复杂的系统，而工程设计中对复杂的系统常采用结构化设计方法（划分层次），网络协议的设计也可以借鉴。,8 之 1,2018/10/5,计算机网络体系结构,7 / 51,协议分层,协议与分层 本章内容,8 之
3、2,2018/10/5,计算机网络体系结构,8 / 51,解 释,协议与分层 本章内容,8 之 3,不同主机上的同一个层次称为对等层。对等层之间遵循相同的协议，通过协议实现特定的功能； 每一层中实现了协议的元素称为实体，实体既可以是软件，也可以是硬件； 对等层内的实体称为对等实体。对等实体实现并遵循相同的协议进行对话； 每一层都有特定的功能，使用下一层为它提供的服务，同时也为自己的高层提供服务。,2018/10/5,计算机网络体系结构,9 / 51,数据传递过程,协议与分层 本章内容,8 之 4,发送端：封装,接收端：解封,2018/10/5,计算机网络体系结构,10 / 51,解 释,协议与
4、分层 本章内容,8 之 5,概念上可以认为通信是水平的，但是事实上水平通信要依赖垂直通信来实现。数据从发送端的最高层开始，层层向下，层层封装，直到发送方的最底层，转换为电磁信号后经过物理链路到达接收端的最底层，再层层向上，层层解封装，最后到达接收方的最高层，整个通信过程是垂直的。 某一层添加的首部，在到达对等层后，就会被剥掉，剩余的部分会继续向上传递，直至最高层。 高层使用了低层的服务，低层向高层提供服务，高层通过低层提供的服务接口访问低层的服务。,2018/10/5,计算机网络体系结构,11 / 51,分层主要原则,协议与分层 本章内容,每层的功能应明确，并且相互独立。这样当某一层的具体实现
5、方法更新时，只要保持上、下层间的接口不变，便不会对邻层产生影响。 层间的接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。 层数应适中。若层数太少，则多种功能混杂在一层中，造成每一层协议太复杂；若层数太多，则体系结构过于复杂，使描述和实现变得困难。,8 之 6,2018/10/5,计算机网络体系结构,12 / 51,分层优点,协议与分层 本章内容,各层之间是独立的 灵活性好 结构上可分割开 易于实现和维护 能促进标准化工作,8 之 7,2018/10/5,计算机网络体系结构,13 / 51,身边的例子,协议与分层 本章内容,“你好”,“Hello”,传真,中国教师,翻译,秘书,“Hallo”,“Hel
6、lo”,传真,德国教师,翻译,秘书,对交谈内容的共识,用英语对话,使用传真通信,P3,P2,P1,物理通信线路,8 之 8,2018/10/5,计算机网络体系结构,14 / 51,各层设计问题,协议与分层 本章内容,编址机制 差错控制 保序 流量控制 分段与重组 多路复用/解多路复用 路由选择,2018/10/5,计算机网络体系结构,15 / 51,网络体系结构,协议与分层 本章内容,网络体系结构（architecture）是计算机网络的各层及其协议的集合，即：这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。各个层次的所有协议也被称为协议栈。网络实现（implementation）是遵循这种体
7、系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。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。,2018/10/5,计算机网络体系结构,16 / 51,ISO/OSI RM,本章内容,OSI RM（开放系统互联参考模型）由ISO组织提出，目的是实现异种机互连。“开放”表示任何两个遵守OSI标准的系统可以互连。“系统”指计算机、终端或外部设备等。与OSI RM相关的协议已经很少使用，但是该模型本身是非常通用的，并且仍然有效，在每一层上讨论到的特性也仍然非常重要。,22 之 1,ISO/OSI RM,22 之 2,数据传输过程,22 之 3,2018/10/5,计算机网络体
8、系结构,19 / 51,物理层,本章内容,功能在物理介质上传输原始的比特流。 内容定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性。 数据单位比特流。,22 之 4,2018/10/5,计算机网络体系结构,20 / 51,图示物理层,本章内容,22 之 5,2018/10/5,计算机网络体系结构,21 / 51,数据链路层,本章内容,功能为它的上一层（网络层）提供一条无差错的数据链路（点-点：直接相连）。 内容数据成帧、差错控制和流量控制。 数据单位帧,22 之 6,2018/10/5,计算机网络体系结构,22 / 51,图示数据链路层,本章内容,22 之 7,点-点传
9、输,22 之 8,2018/10/5,计算机网络体系结构,24 / 51,网络层,本章内容,功能对通信子网的运行进行控制。 内容路由选择、阻塞控制、Qos和网络互连。 数据单位分组。,22 之 9,2018/10/5,计算机网络体系结构,25 / 51,图示网络层,本章内容,22 之 10,端-端（主机-主机）传输,22 之 11,2018/10/5,计算机网络体系结构,27 / 51,传输层,本章内容,功能负责主机中两个进程之间的通信。 内容分流与复用、端-端的差错控制和端-端的流量控制。 数据单位TPDU（传输层协议数据单元）。,22 之 12,2018/10/5,计算机网络体系结构,28
10、 / 51,图示传输层,本章内容,22 之 13,2018/10/5,计算机网络体系结构,29 / 51,网络层和传输层,本章内容,22 之 14,2018/10/5,计算机网络体系结构,30 / 51,会话层,本章内容,功能组织和同步进程间的通信。 内容对话管理、令牌管理和数据同步。 数据单位SPDU（会话层协议数据单元）。,22 之 15,2018/10/5,计算机网络体系结构,31 / 51,图示会话层,本章内容,22 之 16,2018/10/5,计算机网络体系结构,32 / 51,表示层,本章内容,功能对数据/信息的语法表示进行变换。 内容数据变换、数据压缩和数据加密。 数据单位PP
11、DU （表示层协议数据单元） 。,22 之 17,2018/10/5,计算机网络体系结构,33 / 51,图示表示层,本章内容,22 之 18,2018/10/5,计算机网络体系结构,34 / 51,应用层,本章内容,作用为OSI用户提供服务。 例如FTAM（文件传送访问和管理）、MHS（文电处理系统）、VT（虚拟终端）等。 数据单位APDU （应用层协议数据单元） 。,22 之 19,2018/10/5,计算机网络体系结构,35 / 51,图示应用层,本章内容,22 之 20,2018/10/5,计算机网络体系结构,36 / 51,总结,本章内容,22 之 21,2018/10/5,计算机网
12、络体系结构,37 / 51,命运,本章内容,OSI只获得了一些理论研究成果，而在市场化方面 OSI 却失败了，主要原因有： OSI 专家在制定 OSI 标准时没有商业驱动力； OSI 协议实现过分复杂，且运行效率很低； OSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场； OSI 的层次划分并不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。,22 之 22,2018/10/5,计算机网络体系结构,38 / 51,TCP/IP RM,本章内容,TCP/IP RM是Internet所使用的体系结构，目的是用于网络互连，是事实上的工业标准（从这个意义上说，ISO/OSI RM可以
13、说是法律上的国际标准）。TCP/IP RM的模型本身并不非常有用，但是协议却被广泛使用开了，TCP和IP协议是其中最重要的两个协议。,8 之 1,2018/10/5,计算机网络体系结构,39 / 51,ISO/OSI RM和TCP/IP RM,本章内容,8 之 2,TCP/IP RM协议栈,8 之 3,2018/10/5,计算机网络体系结构,41 / 51,主机和路由器的协议栈,本章内容,8 之 4,2018/10/5,计算机网络体系结构,42 / 51,网络接口层（主机至网络层）,本章内容,本层的主要功能是传输经网际互连层处理过的信息。TCP/IP RM未定义该层协议，而由互连的各网络使用自
14、己的DL（数据链路层）和PH（物理层）协议。,8 之 5,2018/10/5,计算机网络体系结构,43 / 51,互联网层,本章内容,功能为数据传输提供不可靠的、面向无连接的服务（数据报服务）。 内容路由选择、阻塞控制、分段和重组等。 协议主要是IP协议。,8 之 6,2018/10/5,计算机网络体系结构,44 / 51,传输层,本章内容,功能本层主要为应用层实体提供端-端的通信功能。 协议本层定义了两个端-端的协议： TCP（传输控制协议）提供可靠的、面向连接的数据传输服务，即：具有顺序控制、差错控制和流量控制功能。 UDP（用户数据报协议）提供不可靠的、面向无连接的数据传输服务，即：无顺
15、序控制、差错控制和流量控制功能，而是将这些功能交给应用程序完成。,8 之 7,2018/10/5,计算机网络体系结构,45 / 51,应用层,本章内容,功能本层主要为用户提供所需要的各种服务。 协议Telnet、FTP、SMTP、DNS等。,8 之 8,2018/10/5,计算机网络体系结构,46 / 51,本课程模型,本章内容,综合OSI和TCP/IP的优点而形成的用以学习计算机网络的网络体系结构：,2 之 1,2018/10/5,计算机网络体系结构,47 / 51,数据在网络中的传递过程,本章内容,2 之 2,2018/10/5,计算机网络体系结构,48 / 51,参考文献,Compute
16、r Networks (Fourth Edition) Andrew S.Tanenbaum 著 清华出版社第一章。 计算机网络（第五版）谢希仁 著 电子工业出版社第一章。,2018/10/5,计算机网络体系结构,49 / 51,作 业,习题一一个有n层协议的系统，用户应用程序产生长度为M字节的数据，在每层都加上h字节的报头，问：网络带宽中有多大比例是在传输各层报头？,2018/10/5,计算机网络体系结构,50 / 51,作 业,习题二特种颜料公司的总裁打算与本地的啤酒酿造商合作生产一种啤酒罐。总裁指示他的法律部门调查此事，后者又请工程师部门帮助；于是总工程师打电话给啤酒公司的这方面主管讨论此事的技术问题，然后工程师们又各自向自己的法律部门汇报，双方法律部门通过电话商议，安排了有关法律方面的事宜，最后两位公司总裁讨论这笔生意的经济方面的问题。请问：这是否符合OSI RM分层思想？,2018/10/5,计算机网络体系结构,51 / 51,
