网络体系结构完整版

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1、吴功宜 编著,计算机网络 （第2版）,第2章 网络体系结构 与网络协议,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,3,本章学习要求： 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,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,4,2.1 网络体系结构的基本概念,2.1.1 网络协议的概念 网络协议是为网络数

2、据交换而制定的规则、约定与标准； 网络协议的三要素：语义、语法与时序； 语义：用于解释比特流的每一部分的意义； 语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格 式，以及数据出现的顺序的意义； 时序：事件实现顺序的详细说明。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,5,现实社会存在的邮政系统,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,6,2.1.2 协议、层次、接口与体系结构的概念,计算机网络的四个重要的概念： 层次（layer） 协议（protocol） 接口（interface） 体系结构（architecture）,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,7,层次（layer）,层次是人们对

3、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。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,8,接口（interface）,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; 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

4、化不会影响整个系统的工作。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,9,网络体系结构（network architecture）,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。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,10,2.1.3 网络体系结构的研究方法,层次结构研究方法的优点： 各层之间相互独立; 灵活性好; 各层都可以采用最合适的技术来实现; 易于实现和维护; 有利于促进标准化。,

5、计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,11,2.2 OSI参考模型,2.2.1 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 Organization CCITT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,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,12,在

6、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（protocol specification）,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,13,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。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,14,服务定义,详细地说明了各层所提供的服务； 某一层

7、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。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,15,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。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,16,OSI参考模型只是描述了一些概念，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

8、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。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,17,2.2.2 OSI参考模型的结构,ISO划分七层结构的基本原则： 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； 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； 不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,18,OSI参考模型的结构,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,19,2.2.3 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

9、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。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,20,物理层涉及的内容一,通信接口与传输媒体的物理特性 除了不同的传输介质自身的物理特性外，物理层还对通信设备和传输媒体之间使用的接口做了详细的规定，主要体现在四个方面： 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,21,物理层涉及的内容二,数据交换单元为二进制比特 比特的同步 线路的连接 物理拓扑结构 传输方式,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,22,数据链路层,数据链路层是OSI/RM的第二层，它通过物理层

10、提供的比特流服务，在相邻节点之间建立链路，传送以帧（Frame）为单位的数据信息，并且对传输中可能出现的差错进行检错和纠错，向网络层提供无差错的透明传输。 数据链路层的有关协议和软件是计算机网络中基本的部分，在任何网络中数据链路层是必不可少的层次，相对高层而言，它所有的服务协议都比较成熟。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,23,数据链路层涉及的具体内容,成帧 物理地址寻址 流量控制 差错控制 接入控制,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,24,数据链路层,数据链路层是OSI/RM的第二层，它通过物理层提供的比特流服务，在相邻节点之间建立链路，传送以帧（Frame）为单位的数据信

11、息，并且对传输中可能出现的差错进行检错和纠错，向网络层提供无差错的透明传输。 数据链路层的有关协议和软件是计算机网络中基本的部分，在任何网络中数据链路层是必不可少的层次，相对高层而言，它所有的服务协议都比较成熟。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,25,数据链路层涉及的具体内容,成帧 物理地址寻址 流量控制 差错控制 接入控制,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,26,数据链路层的物理地址寻址,节点1的物理地址为A，若节点1要给节点4发送数据，那么在数据帧的头部要包含节点1和节点4的物理地址，在帧的尾部还有差错控制信息（DT）。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,27,网

12、络层,计算机网络分为资源子网和通信子网。网络层就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。 网络层与数据链路层的关系如下图所示：,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,28,网络层涉及的概念,逻辑地址寻址 路由功能 流量控制 拥塞控制,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,29,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、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

13、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。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,30,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。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,31,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。,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,32,物理层,数据

14、链路层,网络层,运输层,会话层,表示层,2.ISO/OSI RM各层之间的关系,应用层,物理层,数据链路层,网络层,运输层,会话层,表示层,应用层,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,33,物理层,ISO/OSI RM中各层的主要功能,在数据链路层的两个实体之间建立、维持和释放物理连接,规定在物理层传送0、1数据的电参数（波形、频率、电平）,规定所用的连接器,传送二进制位流,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,34,数据链路层,数据链路的建立、维持和释放,帧的分界和同步,差错检测与控制,顺序控制及层内管理,流量控制,传送帧,ISO/OSI RM中各层的主要功能,计算机网络第2章 网

15、络体系结构与网络协议,35,网络层,路径选择,网络中拥挤控制,传送分组,ISO/OSI RM中各层的主要功能,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,36,传输层,提供两个端系统之间可靠、透明的数据传送,差错控制,顺序控制,流量控制,传送报文,ISO/OSI RM中各层的主要功能,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,37,会话层,传送报文,为通信的两个进程建立会话连接，进行交换,会话管理,令牌管理,同步管理,ISO/OSI RM中各层的主要功能,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,38,表示层,信息格式的转换,数据的加密和解密,OSI内部语法,ISO/OSI RM中各层的主要功能

16、,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,39,应用层,为用户使用网络提供接口,ISO/OSI RM中各层的主要功能,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,40,网络参考模型,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,41,OSI 开放环境,OSI环境,网络环境,数据通信网,计算机A,计算机B,实系统环境,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,42,习题一,一、名词解释 1. 什么是计算机网络？ 2. 什么是协议？ 3. 什么是拓扑？ 四、问答题 1. 计算机网络是由什么组成的？ 2. OSI模型及各层之间的关系是什么？ 五、论述题 1. 如何选择网络拓扑结构？,计算机网络第2章 网络体系结构与网络协议,43,2.2.4 OSI环境中的数据传输过程 1.OSI环境