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1、第二章 计算机网络的体系结构,1,计算机网络体系结构的定义,一个完整的网络需要一系列网络协议构成一套完整的网络协议集。大多数网络在设计时，是将网络划分为若干个相互联系而又各自独立的层次，然后针对每个层次及每个层次间的关系制定相应的协议，这样可以减少协议设计的复杂性。像这样的计算机网络层次结构模型及各层协议的集合称为计算机网络体系结构(Network Achitecture)。,2,计算机网络体系结构包括三类重要的相互有关的结构，即物理结构、逻辑结构和软件结构。,3,物理结构,物理结构元素是完成一定功能的物理部件。系统的物理结构依赖于所处理的任务，这些部件可以是集成电路、计算机部件、计算机或由计
2、算机组成的系统。 物理结构决定系统所需的资源，即所需硬件设备的数目及技术要求。在构造系统时，首先注意的可能是物理结构；但是，在进行系统分析时，先研究的却应该是逻辑结构。,4,逻辑结构,逻辑结构元素决定输入、存储、发送、处理或信息传递的基本操作功能。常将逻辑结构元素称为逻辑模块。逻辑结构可以是计算机操作系统、终端模块、通信程序模块等。逻辑结构元素还可以是相关的几个逻辑模块联合起来的更复杂的实体。,5,软件结构,软件结构的组成：数据处理、进程访问、硬件故障诊断、数据发送、通信（或信道）控制等。软件结构元素就是各种程序。程序之间的相互作用保证了必要的信息处理任务的正确执行。,6,计算机网络体系层次结
3、构的划分原则,计算机网络体系结构中每一层都是建立在下一层的基础上，下一层为上一层提供服务，上一层在实现本层功能时会充分利用下一层提供的服务。但各层之间是相对独立的，高层无需知道低层是如何实现其功能的，仅需知道低层通过层间接口所提供的服务即可。当任何一层因技术进步发生变化时，只要接口保持不变，其他各层都不会受到影响。当不再需要某层提供的服务时，甚至可以将这一层取消。,7,计算机网络体系结构分层的优点,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,开放系统互连参考模型,国际标准化组织（ISO）在1979年正式颁布了开放系统互连参考模型（Open System I
4、nterconnection/Reference Model，OSI/RM），作为国际网络体系结构标准。这是一个定义连接异构计算机网络的标准体系结构。我国相应的国家标准是GB9387。 OSI参考模型是一个描述网络层次结构的模型，其标准保证了各类网络技术的兼容性和互操作性，描述了数据或信息在网络中的传输过程以及各层在网络中的功能和架构。,9,OSI参考模型主要包括三个层面的内容：OSI参考模型、各层的协议和各层的服务。OSI参考模型是计算机网络体系结构的层次框架；协议定义同一层对等实体间信息交换的规范，它是水平的。服务描述（N）实体向（N+1）层提供的服务，以实现（N+1）层的功能，它是垂直的
5、。,10,ISO/OSI的一些基本概念,实体与对等实体 实体(Entity)是每一层中实现该层功能的软件或硬件或它们的结合，在发送端与接收端同一层次的实体称为对等实体(Peer Entities)。 协议和协议数据单元 协议是某一个层次中指导实体之间通信的规则。,11,协议包含三个方面的要素：,语法 语法用来规定由协议的控制信息和传送的数据所组成和传输信息应遵守的格式，即传输信息的数据结构形式，以便通信双方能正确地识别所传送的各种信息。 语义 语义是指对构成协议的各个协议元素的含义的解释。不同的协议元素规定了通信双方所要表达的不同含义，如帧的起始定界符、传输的源地址和目的地址、帧校验序列等。不
6、同的协议元素还可以用来规定通信双方应该完成的操作，如在什么条件下信息必须应答或重发等。 同步 它规定实体之间通信的操作执行顺序，协调双方的操作，使两个实体之间有序地进行合作，共同完成数据传输任务。这里的同步并不是指双方同时进行同样的操作。,12,服务、服务访问点和服务原语,服务有两种形式： 面向连接的服务（Connection-Oriented Service） 面向连接的服务是指传输服务是在一条事先建立好的链路上进行的。如同电话方式，在通话前先进行拨号连接，通话后释放该连接。 无连接的报务(Connectionless Service) 无连接的服务是指传输前不需事先建立连接。如同邮政通信，
7、每个信件上都有一个收信人的地址，根据地址选定路线传递。,13,服务访问点,在同一节点中，相邻两层的实体相互作用的地方称为服务访问点(Service Access Point，SAP)。服务访问点SAP是上下层实体之间信息交换的接口。每个SAP有一个标识它的惟一地址。SAP的一个例子是TCP/IP体系中的协议端口。,14,服务原语,OSI规定可以使用以下4种服务原语： 请求(Request)：（N+1）层实体请求（N）层实体提供服务，如请求建立连接或传送数据等。 指示(Indication)：（N）层实体通知（N+1）层实体发生了某一事件，如收到了一个远地实体发来的数据。 响应(Response
8、)：（N+1）层实体对（N）层实体指示的响应。 证实(Confirm)：（N）层实体向（N+1）层实体确认，（N+1）层实体请求的服务已完成。,15,和,具有一定数据处理能力和具有发送、接收数据能力的设备叫做数据终端设备(Data Terminal Equipment)。 把介于DTE与传输介质之间的设备称做数据电路端接设备DCE(Data Circuit terminating Equipment)。 DCE在DTE与传输介质之间提供信号变换和编码功能，并负责建立、维护和释放物理连接。,16,OSI参考模型结构,OSI参考模型将网络划分为7个层次。它由低到高分别是物理层、数据链路层、网络层、
9、传输层、会话层、表示层和应用层。每层完成一定的功能，都直接为其上层提供服务，并且所有层次都互相支持。 第4层到第7层主要负责控制网络的连通性能，而1-3层则用于创造两个网络设备间的物理连接。,17,物理层 物理层是OSI参考模型的最底层，主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供连接，以透明地传输比特流。 数据链路层 数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据。并采用相应的方法使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。,18,网络层 网络层的功能是进行路径选择、流量控制与网络连接建立与管理等。 传输层 传输层的功能是向用户提供可靠的端到端服务。设置传输层的主要目的是在源主机进
10、程之间提供可靠的端到端通信。,19,会话层 会话层的功能是组织两个会话进程间的通信，并管理数据交换。 表示层 表示层主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式，它包括数据格式变换、数据加密、数据压缩与恢复等功能。,20,应用层 应用层是OSI参考模型中的最高层，应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要，它在提供应用进程所需要的信息交换和远程操作的同时，还要作为应用进程的用户代理，来完成一些为进行信息交换所必需的功能。,21,TCP/IP 体系结构,TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)是一个协议集，称为TCP/IP
11、协议集。或者称为TCP/IP体系结构。 TCP/IP体系结构是开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。可以运行在局域网、广域网中，更适用于网络互联。 TCP/IP具有统一的网络地址分配方案，使得网络中的每台主机都具有惟一的地址。TCP/IP具有标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,22,TCP/IP体系结构,Internet使用TCP/IP体系结构。TCP/IP体系结构自下而上分别为物理层、网络接口层、网际层（IP层）、传输层（TCP层）和应用层共五层体系结构。,23,网络接口层 网络接口层负责将网络层的IP数据报通过物理网络发送或接收数据帧，抽出IP数据
12、报，上交网际层。 网际层 网际层(Internet Protocol Layer)也称互联网层。网际层所提供的是一种无连接的、不可靠的但尽力而为的数据报传输服务。网际层将数据报从源主机传送到目的主机。,24,传输层 传输层(Transport Layer)也称为运输层。传输层为应用进程之间提供端到端(End To End)的传输服务，为应用进程提供一条端到端的逻辑信道。,25,TCP/IP在传输层主要提供了两个协议，即传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）。 TCP提供面向连接的可靠的端到端的传输服务 。 UDP则提供无连接、不可靠的端到
13、端的传输服务。,26,应用层 TCP/IP的应用层(Application Layer) 对应OSI的高三层，提供面向用户的网络服务。 在这个层次中有许多面向应用的著名协议。如文件传输协议（FTP）、远程通信协议（TELNET）、简单邮件传送协议（SMTP）、域名系统（DNS）、超文本传输协议（HTTP）和简单邮件协议（SNMP）等。,27,OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较,OSI参考模型与TCP/IP参考模型都采用了层次结构思想，其设计目标都是使网络协议与网络体系结构标准化，但二者在层次划分及协议使用上有很大区别。,28,OSI参考模型与网络操作系统的对应关系,OSI模型与Nove
14、ll Netware的对应关系 NetWare结构体系很好地对应了OSI模型，在物理层和数据链路层，NetWare支持以太网、IEEE802.2和IEEE802.5网络等。网络层和传输层功能由Internet分组包交换(IPX)和队列包交换（SPX）管理。会话层支持网络基本输入输出系统NetBIOS，表示层提供Netware内核服务，应用层提供Netware外壳服务（文件、打印、DOS外壳、Windows外壳等）。,29,OSI模型与Windows 2000/2003的对应关系 在物理层和数据链路层，Windows2000/2003支持多种传输介质和网卡，以及以太网、令牌环等协议族。NDIS包
15、括网络驱动程序和网络层与数据链路层协议的接口。Windows 2000/2003的网络层协议包括：NetBEUI规范(NBF)、数据链路控制(DLC)、IP、IPX。在传输层支持TCP和SPX。Windows 2000/2003最优秀的网络应用支持当属表示层的客户/服务器（C/S）服务。它通过优先级、多任务、共享和内存保护来为C/S应用提供点对点进程的支持。,30,OSI模型与Unix的对应关系 UNIX操作系统支持很多网络协议，包括TCP/IP、SNA、XNS和NetBIOS。它的网络操作是通过应用程序和TCP/IP网络协议栈之间的内部通信进程完成的 。,31,其他常见网络通讯协议,NetB
16、EUI协议 Windows的通信协议软件包含的协议有TCP/IP和NetBEUI协议。其中NetBEUI（NetBIOS Extended User Interface, NetBIOS用户扩展接口）就是Microsoft公司给Windows操作系统提供的在网络层上的协议。 NetBEUI解决了网络层协议的问题。NetBEUI协议的安装实现了通信子网的建立，也使对等网有了网络通信实现的基础。 NetBEUI协议是专门为几台到百余台PC所组成的单网段部门级小型局域网而设计的，它不具有跨网段工作功能。,32,IPX/SPX及其兼容协议 IPX/SPX（Internet work Packet Exchange/Sequence Packet Exchange，网际包交换/顺序包交换）协议是Novell公司开发的通信协议集，是Novell Netware网络使用的一种协议，用它可与Netware服务器相连。,33,
