《计算机网络技术基础 教学课件 ppt 作者 韩希义 第3章 网络体系结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络技术基础 教学课件 ppt 作者 韩希义 第3章 网络体系结构（181页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 网络体系结构,3.1 概述 3.2网络各层的功能 3.3几个重要的协议 返回,3.1 概述,3.1.1 协议 3.1.2 协议的分层结构 3.1.3 协议标准 3.1.4标准化组织 返回,3.1.1 协议,协议的基本概念： 网络的基本组成是计算机与通信技术 通信是双方的，凡是涉及双方的活动都必须在双方之间制定一种双方能够共同遵守的规定 要实现通信，必须制定双方通信终端能够共同遵守的规约，这样才能实现通信 这就是网络通信协议的概念 可见，协议不只是通信时需要的，只要涉及双方的活动就要有协议进行制约，通信即是双方的活动，因此要制定通信协议 协议，在计算机网络中是由软件实现的，是通信子网的软
2、件。 返回,协议的基本概念：,协议是通信双方为了正确完成通信所规定的双方必须遵守的规约 通信是在收发双方进行的，是不同系统之间的作用，如果通信双方不进行某种约定，通信是很难完成的 特别是数据通信，由于所传输的数据不允许出错（误码率要求），通信终端又都是计算机（机器），因此对通信协议的制定提出了严格的要求,协议举例：,如我们所知道的 TCP/IP协议 HTTP协议 以太网协议 10BASE-T协议,协议的基本功能：,通信协议要控制通信双方： 进行数据传输，包括编码，串行，并行，电平的高低，同步等各方面；-物理层协议 数据传输必须是有效和可靠的，因此要： 进行差错控制； -链路层协议 进行流量控制
3、；-链路层协议 在多个结点间要考虑路由选择； -网络层协议 要解决网络中经常出现的拥塞和死锁等现象。-网络层协议 要在多个应用程序间传输数据，要识别应用程序，复用，解决相互作用等问题。-传输层协议 由此可见：通信协议是非常复杂的,协议的分层：,由于通信的复杂性，导致了协议的复杂性 凡是复杂的问题就要进行分层，如计算机，软件皆如此 所以在网络通信系统中，要对网络通信协议进行分层，化整为零，使得每一层协议变得相对简单，便于设计、分析和研究 实际上，把计算机网络分为通信子网和资源子网的实质就是分层-分为两层-但仍不够，还需对各子网继续分层 可见，有一个分层方法的问题，即协议的体系结构。,协议的体系（
4、分层）结构,把某种协议的分层结构及其各层子协议的总和称为协议的体系结构 IBM公司1974年推出的体系结构SNA ARPA采用TCP/IP体系结构 OSI就是一个协议的标准模型,3.1.2 协议的分层结构,用邮政系统说明协议分层结构是再好不过的，如图2-1所示 返回,邮政系统是最古老的一种通信系统，这个系统可以分为4层 最高层是得到邮政服务的用户，包括发信者和收信者。发信者发出一封信，邮寄到收信者手里，实现了信的邮递 第3层是完成邮件传递的两个邮局，图中为哈尔滨局和北京局。邮局一般把发往同一地区的信集中起来放在邮袋中，一同传递到对方局，完成邮件在两局之间的传递 第2层是完成邮件传递的两个车站，
5、图中为哈尔滨站和北京站 最底层是实现邮件传递的火车，邮件最终是由火车在两个车站之间进行实体传递的,在邮件传递过程中，发信者与收信者、两个邮局之间和两个火车站之间进行的通信都是虚通信，只有火车才实现了实通信 信从发信者传递到收信者手里是由多层虚通信和有关的实通信完成的 邮局为用户服务，火车站为邮局服务，服务是一层层完成的，网络中进行通信的过程类似于邮件传递的过程,从网络通信原理的角度可以把网络分为五层即： 应用层（A） 传输层（T） 网络层（N） 链路层（D） 物理层（Ph） 如图2-2 所示。,几个重要的概念：,虚通信 实通信 协议数据单元PDU 服务 服务访问点SAP,分层的基本概念（虚通信
6、与实通信）,一般各对等层的协议完成各层间的通信 所有对等层间(包括物理层)的通信都是虚通信 只有物理媒体中实现的是实通信 各层间虚通信完成各层间协议数据单元（ Protocol Data Unit,PDU）的传输,如TPDU(Transmission PDU)和NPDU(Network PDU)等-实际上是完成运载任务，下层对上层的运载，完成了对下层对上层的服务,分层的基本概念（服务）,上层靠下层的服务才能使通信完成 服务通过层间的服务访问点（Service Access Point, SAP,如TSAP、NSAP等）作为接口 层间数据传输的通路 如传输层端口,对等层间的通信,在对等层间的虚通
7、信有两种方式 一种是面向连接的方式 ，可以向高层提供完善的服务，即服务质量高； 另一种是无连接的方式 ，提供不完善的服务，服务质量差。 连接的概念今后经常要用到，是保证服务质量的一种操作,协议数据单元,各层的虚通信协议要进行数据的传输，称其为协议数据单元PDU-完成高层协议数据的运载 各层协议数据单元是有结构的-包括数据内容与控制信息 要传输的报文进入第n层后，要加上该层相应的报头信息，有的层（链路层）还同时加上尾部信息，这些都是用来进行通信控制的-而真正要传输的是数据信息,协议数据传输过程：,举例来看： 浏览器与WEB服务器之间要传输网页，如何传输？ 需要分解为M,协议数据传输过程,到传输层
8、加上“端口”，起到控制，引导信息传输的作用 以便在这两个应用程序间传输M M是应用层的协议数据单元。,协议数据传输过程,到网络层，进行路由，交换等 以便在不同计算机之间进行“M+端口”的传输 这时需要IP地址，以便在两个计算机之间传输。,协议数据传输过程,到了链路层，解决差错及流量等控制，加上差错码，计数器等进行出错和流量的控制 这时要传输的信息是“M+端口+IP地址” 而链路层的协议数据（包括控制信息）则是“M+端口+IP地址+差错编码”等,协议数据传输过程,在物理层，用二进制代码把这些信息传过去到对方 在对方，一层层再把控制信息去掉，还原为原来的M 把各次传输过来的M加起来即得到原来的网页
9、。,层间的服务,传输层把应用层PDU(M)加上传输层的报头信息H4传送给网络层 网络层把应用层的PDU以及所加上的H4看作是传输层PDU，并进一步加上网络层的报头H3传送给链路层 链路层加上报头信息H2以及报尾信息T2组成一帧信息通过物理层作为2进制代码在物理通路中传输 这里描述的是A终端的过程，在B终端一方，恰好执行相反的服务过程 在A方是“打包”的过程，在B方是“拆包”的过程,协议分层的实质：,分层，在计算机网络中看，就是用分段的方法来处理通信中的问题 比如链路层，是两个结点之间的“段” 网络层，是两个主机之间的“段” 传输层，是两个应用进程之间的“段” 物理层，解决通信终端与通信子网的接
10、口及数据传输，但一般的物理层标准不研究数据的传输 网络是平面的，用分层的方法来表示平面的不同的“段”,A、B之间是链路层，H1到A之间是物理层（也包含链路层）；H1到H4之间是网络层； H1到H4在运行程序时，他们的程序之间是传输层，,可见：,链路层专注于两个节点间的问题，包括差错控制，流量控制等。以帧的形式为高层传输数据，帧是数据传输的载体 网络层专注于两个端结点，因此要解决交换、路由和拥塞等控制 传输层专注于两个应用程序间的服务 物理层则专注于网络的接入，即物理接口 可见，底层研究的范围小，高层研究的范围大,网络协议分层的实质是分段处理通信问题,理解协议的重要性,今后，协议的概念，协议的分
11、层思想将贯穿计算机网络学习的始终： 局域网要讲以太协议，MAC协议； 互联网要讲TCP协议，IP协议，WWW协议等； 还应该了解一些广域网协议，如PPP协议，帧中继协议，ATM协议等； 网络的组建要讲不同层协议所使用的不同的网络设备，如集线器，交换机，路由器等。 网络安全要分层讲各层网络的安全及其安全协议等。如防火墙是网络层的安全设备。 可以说，协议是计算机网络的灵魂，是必须掌握的计算机网络的基础知识。,多种协议充斥网络：,各公司都开发协议结构，如何实现网络互通？ 制定标准是当务之急。 于是各组织开始制定标准。 ISO制定了OSI标准模型,3.1.3 协议标准,国际标准化组织ISO于1977年
12、成立专门机构制定了一个网络体系结构的标准即著名的开放系统互连基本参考模型（Open Systems Interconnection Reference Model，OSI/RM） 返回,OSI参考模型采用了七层体系结构,顺序依次是： 应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、链路层和物理层,暂先小结一下：,协议 协议复杂，所以需要分层 协议体系结构，是分层的方法及各层子协议的总和 协议标准，以便实现互连,3.1.4标准化组织,1.ISO 3.IEEE 3.ITU 4.IETF .EIA 返回,协议标准,但由于OSI太复杂，又没有形成产品，所以并没有完全被采用，只在通信子网协议中采用此标准； 另外
13、一个协议，我们都知道的TCP/IP，是一个产品，形成了Internet，得到了普及，因此，形成了一个事实上的计算机网络协议标准，包括通信子网和资源子网的协议。 TCP/IP协议是一个四层协议，是我们学习的重点，但OSI提出的观点对计算机网络的发展有很大的影响。,协议标准,下面将详细地讨论，具体地讨论各层协议的功能，以便理解协议的概念。,3.2网络各层的功能,3.2.1 物理层 3.2.2链路层 3.2.3 网络层 3.2.4 传输层 3.2.5高层协议 返回,3.2.1 物理层,1数据通信系统模型 2物理层的特点 3物理层的功能 4对物理层的进一步讨论,1数据通信系统模型,计算机网络属于数据通
14、信系统（相对于电话通信系统），有时为了讨论方便，一般可以把数据通信系统表示成如图2-5所示的模型 （实质只是两个结点）,其中，DTE称为数据终端设备（Data Terminal Equipment），可以是计算机等终端设备 DCE称为数据电路端接设备（Data Circuit-terminating Equipment），可以是调制解调器等设备 通信线路可以是有线的，也可以是无线的；可以是模拟的，也可以是数字的；可以是交换的，也可以是点对点的 通信线路是物理电路，经过DCE设备后变成了可以传输数据信息的数据电路 数据电路经过扩展，把数据终端设备中的通信控制器再考虑进去形成的逻辑电路称为数据链路
15、，数据链路有时简称为链路，是一条用于传输无差错数据的逻辑电路,2物理层的特点,物理层是7层协议中的最底层，但是物理层协议标准是制定得比较晚的一层。一方面是由于物理层涉及直接和各种复杂的通信设施打交道；另一方面是由于在 OSI 模型提出之前就已经开发了许多协议的产品，使得标准的制定难以统一 物理层直接与物理接口作用，是纯粹的服务提供者，向链路层提供面向连接的服务，但是物理层仍然具有逻辑的意义 物理层并不是某些具体物理设备的描述和产品规格说明，恰恰相反，物理层屏蔽物理设备的差异，起到了通信子网与物理设备间的隔离层作用 所以，物理层仍然属于逻辑的范畴，物理层的通信仍然属于虚通信,3物理层的功能,物理
16、层向链路层提供面向连接的服务 物理层屏蔽物理设备的差异 物理层的功能是在 DTE 和 DCE 之间，为传输比特流所需的物理层连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段 物理层局限自己的范围是在 DTE 与 DCE 之间的接口。其实质是物理层研究问题的范围。可见，物理层并不顾及物理数据在介质上如何传输 ，仅限于接口的研究，研究如何把终端连接到网络上去。 返回,总之：,物理层是终端与网络之间的接口 具有四个特性 传输二进制代码 面向连接,物理层的接口,接口可以概括为物理层的四个特性：机械特性、电气特性、功能特性和规程特性 机械特性就是对 DTE 与 DCE 之间进行物理连接时接插件的规格定义,广域网物理接口RS-232-C,局域网RJ-45物理接口,机械特性,就是在DTE与DCE之间进行物理连接时对接插件的规格定义（决定是否能够连接的上的问题） 在DTE与DCE之间通过多条导线相互连接，作为两种独立的设备，通常采用标准接插件极其方便地实现机械的互连 为便于不同厂家生产的DTE与DCE进行连接，ISO制定了ISO 2110接口标准 该标准对接插
