ch02网络体系结构与协议

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1、2018/12/13,第2章 计算机网络体系结构 与协议,2018/12/13,本章主要内容,2.1 OSI参考模型 2.2 协议、层次、接口与体系结构的概念 2.3 OSI环境中的数据传输过程 2.4 TCP/IP模型,由于很多网络使用不同的硬件和软件，没有统一的标准，结果造成很多网络不能兼容，而且很难在不同的网络之间进行通信。 为了解决不同类型网络产品/技术的兼容性和互操作性，人们迫切希望出台一个统一的国际网络标准。,2.1 OSI参考模型,1） OSI参考模型的提出,1978年，由国际标准化组织 (ISO ， international standards organization ）提

2、出了开放系统互连参考模型（OSI/RM ， open system interconnect reference model ）,2.1 OSI参考模型,1） OSI参考模型的提出,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；,开放,分层 概念是计算机网络系统的一个重要概念。 分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 各层协调起来实现整个系统功能,2.1 OSI参考模型,2） 网络的层次结构,先分析一个实际社会生活中通信系统的例子。

3、 一、例子： 认真考查一下实际的邮政系统的结构与运行过程，以及如何利用它完成信件的发送与接收，就可对体系结构与协议有一个直观的了解。,2.1 OSI参考模型,2） 网络的层次结构,信件邮寄过程,A （北京）,B （上海）,北京邮局,上海邮局,铁路部门,铁路部门,协议,协议,协议,2.1 OSI参考模型,3） OSI参考模型的7层结构,3） OSI参考模型的7层结构,在 OSI 参考模型中，计算机之间传送信息的问题分为 7 个较小且更容易管理和解决的小问题。每一个小问题都由模型中的一层来解决。,3） OSI参考模型的7层结构,4） OSI参考模型的7层结构,不同系统的最低层之间存在着“物理”通信

4、； 不同系统的对等层次之间存在着“虚拟”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。,网中各结点都具有相同的层次； 不同结点的同等层具有相同的功能；按照协议实现通信。 同一结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；,2.1 OSI参考模型 4）划分7层结构的基本原则,2.1 OSI参考模型 7）各层功能描述,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(bit)。,物理层的主要功能,在物理层提供的服务基础上，数据链路

5、层在通信的实体间建立数据链路连接(逻辑通道)； 传输以“帧”(frame)为单位； 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。,数据链路层的主要功能,确定分组如何从源主机路由到目的主机，解决寻径问题和拥塞控制问题。 数据的单位称为数据包（packet）。,网络层的主要功能,向用户提供透明、可靠端到端（end-to-end）服务； 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。,传输层的主要功能,为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能，并提供会话管理服务,会话层的主要功能,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

6、密与解密； 数据压缩与恢复。,表示层的主要功能,该层是模型中最靠近用户的一层，为用户的应用程序提供了网络服务:如文件传输、电子邮件等。,应用层的主要功能,OSI参考模型,2.2 基本概念 1） 网络协议,计算机网络是由多个互连的结点组成的，结点之间需要不断地交换数据与控制信息。要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序。这些为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议（protocol） 。 也就是通信各方就如何通信达成的协定。,在邮政通信系统中，存在着很多的通信规约。例如，写信人在写信之前要确定是用中文还是英文，或是其

7、他文字。如果对方只懂英文，那么如果用中文写信，对方一定得请人译成英文后才能阅读。不管选择中文还是英文，写信人在内容书写中一定要严格遵照中文或英文的写作规范（包括语义、语法等）。其实，语言本身就是一种协议。另一个协议的例子是信封的书写方法。,网络协议主要由以下三个要素组成： 语法 用户数据与控制信息的结构与格式。 语义 每部分控制信息和数据所代表的含义。 时序 对事件实现顺序的详细说明。,接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点; 低层向高层通过接口提供服务; 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。,2.2 基本概念 2） 接口,接口与服务的

8、关系,第n+1层实体（服务用户）,第n层实体（服务提供者）,n/n+1接口,服务访问点SAP （唯一标识）,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; 将网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构（network architecture）。,2.2 基本概念 3） 网络体系结构,2.3 OSI环境中的数据传输过程,OSI环境中的数据流动,2.3 OSI环境中的数据传输过程,这个在发送结点自上而下逐层增加头（尾）信息的过程叫做封装 在目的结点又自下而上逐层去掉头（尾）信息的过程叫做解封装,尽管应用进程A的数据在OSI环境中经过复杂的处理过程，才能送到另一台计算机的应用进

9、程B，但对于每台计算机的应用进程来说，OSI环境中数据流的复杂处理过程是透明的。应用进程A的数据好像是“直接”传送给应用进程B，这就是开放系统在网络通信过程中最本质的作用。,2.4 TCP/IP参考模型 1）TCP/IP参考模型的发展 OSI参考模型研究的初衷是希望为网络体系结构与协议的发展提供一种国际标准。OSI参考模型是一个在制定标准时所使用的概念性的框架。,TCP/IP协议被公认为当前的工业标准或“事实上的标准”。 TCP/IP产生于对Internet网络的研究与实践中，是应实际需求而产生的。,2.4 TCP/IP参考模型,Internet上的TCP/IP协议之所以能够迅速发展，重要的是

10、它恰恰适应了世界范围内的数据通信的需要。TCP/IP协议具有以下几个特点： 开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。 独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互联网中。 统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址。 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,2）TCP/IP参考模型各层的功能 TCP/IP参考模型可以分为以下4个层次： 应用层（application layer）; 传输层（transport layer）; 互联层（internet layer）; 网络接口层（host-to-network lay

11、er）。,网络接口层,(2) 互联层 主要功能是解决主机到主机的通信问题。,(1) 网络接口层 是与各种LAN或WAN的接口。,(3) 传输层 传输层提供端-端的数据传输服务。,(4) 应用层 应用层为用户提供所需的各种服务。如： 文件传输协议（FTP，File Transfer Protocol）实现互联网中交互式文件传输功能。 超文本传输协议（HTTP，Hypertext Transfer Protocol）用于WWW服务,简单邮件传输协议（SMTP，Simple Mail Transfer Protocol）实现互联网中电子邮件传送功能。 域名系统（DNS，Domain Name System）实现网络设备名字到IP地址映射的网络服务。,小结,完成网络通信，不仅需要硬件，更需要软件协议的支持。 网络通信是非常复杂的，因此采用了分层次的方法来组织协议。 网络的各个层次及每个层次的协议的集合称为网络体系结构。 OSI参考模型侧重于理论研究和教学，并没有符合这个标准的实际的商业产品出现。TCP/IP模型来源于实际的网络互连需求，目前已成为Internet事实上的协议标准。,思考题,1.理解计算机网络分层结构的特点及层次划分原则。 2.掌握OSI七层模型中每一层的功能。 3.什么是协议？ 4.什么是网络体系结构？ 5.简述协议与服务的区别。,