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1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式第二章第二章 网络体系结构网络体系结构l网络体系结构网络体系结构l接口、服务与协议接口、服务与协议l网络参考模型网络参考模型单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式分层范例分层范例例子：两个哲学家讨论哲学问题例子：两个哲学家讨论哲学问题1. 两个哲学家使用不同的语言两个哲学家使用不同的语言2. 两个哲学家位于不同的国家两个哲学家位于不同的国家哲学知识翻译通信单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式哲学家翻译秘书层次结构单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式分层优点分层优点l各层独立。各层独立。每一层不需要知道下层是如何实
2、每一层不需要知道下层是如何实现的，只需要知道层间的接口和所提供的服现的，只需要知道层间的接口和所提供的服务。务。l灵活性好。灵活性好。当任意层发生变化时，只要接口当任意层发生变化时，只要接口不变，上下层均不受影响。不变，上下层均不受影响。l结构上分开。结构上分开。各层可采用最适合的技术。各层可采用最适合的技术。l易于实现和维护。易于实现和维护。l促进标准化。促进标准化。由于每一层及其提供的服务都由于每一层及其提供的服务都有明确的定义。有明确的定义。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式分层原则分层原则l根据功能需要分层根据功能需要分层l每层的功能明确每层的功能明确l每层的功能的选择有
3、利于制定国际标准每层的功能的选择有利于制定国际标准l每层的接口信息量尽可能少每层的接口信息量尽可能少l层数足够多：避免不同的功能混于同一层层数足够多：避免不同的功能混于同一层l层数不能太多：避免体系结构过于庞大层数不能太多：避免体系结构过于庞大单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式网络体系结构网络体系结构l研究方法研究方法按功能抽象分层按功能抽象分层定义层间的接口和提供的服务定义层间的接口和提供的服务定义同层间通信的规则定义同层间通信的规则协议协议l网络体系结构的定义网络体系结构的定义层层服务服务协议协议单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式层、协议和接口单击此处编辑母版标
4、题样式单击此处编辑母版标题样式层次设计主题层次设计主题l编址机制（编址机制（addressingaddressing） l数据传输（数据传输（data transferringdata transferring） l差错控制（差错控制（error controllingerror controlling） l顺序控制（顺序控制（sequence controllingsequence controlling） l流量控制（流量控制（flow controllingflow controlling） l拆分与重组（拆分与重组（disassembling and reassemblingdisas
5、sembling and reassembling） l复用与解复用（复用与解复用（multiplexing & multiplexing & demultiplexingdemultiplexing） l路由（路由（routingrouting）单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式实体和对等实体实体和对等实体l实体（实体（entityentity）层中的活动元素层中的活动元素可以是软件（如进程），也可以是硬件（如可以是软件（如进程），也可以是硬件（如网卡、智能输入网卡、智能输入/ /输出芯片），不同网络层次输出芯片），不同网络层次中的实体实现的功能可以相同。中的实体实现的功能可以
6、相同。 对等实体对等实体( (同等实体同等实体) )：位于不同子系统的同位于不同子系统的同一层的实体间的互称。一层的实体间的互称。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式层和相邻层层和相邻层l层层 （layerlayer）( (n n) )层层：指在网络体系结构中的某特定层：指在网络体系结构中的某特定层(n+1)(n+1)层层：指：指( (n n) )层的相邻上层层的相邻上层(n-1)(n-1)层层：指：指( (n n) )层的相邻下层层的相邻下层每层实体与同一系统的相邻层实体交互每层实体与同一系统的相邻层实体交互每层实体与不同系统的对等实体交互每层实体与不同系统的对等实体交互单击此处
7、编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式协议协议l协议协议 protocolprotocol计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则。换时必须遵守的规则。l协议的组成：协议的组成：语法（语法（syntax)syntax)：以二进制形式表示的命令和相以二进制形式表示的命令和相应的结构应的结构语义（语义（semantics)semantics)：由发出的命令请求，完成由发出的命令请求，完成的动作和回送的响应组成的集合的动作和回送的响应组成的集合定时关系（定时关系（timing)timing)：有关事件顺序的说明有关事件顺序的说明单击此处编辑
8、母版标题样式单击此处编辑母版标题样式连接连接l(n)(n)连接连接(n+1)(n+1)实体利用实体利用(n)(n)实体而建立的联系。实体而建立的联系。( (n n+1)+1)层对等实体要进行通信必须通过相邻下层层对等实体要进行通信必须通过相邻下层以及下面各层通信来完成。以及下面各层通信来完成。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式协议与连接协议与连接单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式接口和服务接口和服务l在计算机网络分层结构中，每一层功能的本质在计算机网络分层结构中，每一层功能的本质都是为它的上层都是为它的上层提供服务提供服务。 l服务服务ServiceService：
9、( (n n) )实体向实体向( (n+n+1)1)实体提供的相实体提供的相互通信的能力。互通信的能力。l服务是服务是( (n n+1)+1)实体能看见的实体能看见的( (n n) )实体提供的功能实体提供的功能集合，包括：集合，包括：(n)(n)实体自己提供的某些功能。实体自己提供的某些功能。从从(n-1)(n-1)层及以下各层及本地系统得到的服层及以下各层及本地系统得到的服务。务。通过与对等实体通信而得到的功能通过与对等实体通信而得到的功能单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式l ( (n n) )服务提供者：服务提供者：提供提供(n)(n)服务的下一层实体。服务的下一层实体。直
10、接的直接的(n)(n)服务提供者：服务提供者：(n)(n)层实体。层实体。间接的间接的(n)(n)服务提供者：服务提供者：(n)(n)层及其以下各层的实层及其以下各层的实体。体。l( (n n) )服务用户：服务用户：接受接受(n)(n)服务的上一层实体。服务的上一层实体。直接的直接的(n)(n)服务用户：服务用户：(n+1)(n+1)层实体。层实体。间接的间接的(n)(n)服务用户：服务用户：(n+1)(n+1)层及其以上各层的实层及其以上各层的实体。体。服务提供者和服务用户服务提供者和服务用户单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式服务访问点服务访问点SAPSAPl服务访问点服务访
11、问点SAP（Service Access Point）任何层间服务是在接口的任何层间服务是在接口的SAP上进行的；上进行的；每个每个SAP有唯一的识别地址；有唯一的识别地址；每个层间接口可以有多个每个层间接口可以有多个SAP。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式数据单元数据单元 Data UnitData Unitl在网络中信息传送的单位，称为在网络中信息传送的单位，称为数据单元数据单元。对等实体对等实体在在协议协议的控制下交换信息的控制下交换信息相邻层实体相邻层实体按按服务服务交换信息交换信息l数据单元包括：数据单元包括：协议数据单元协议数据单元 PDUPDU接口数据单元接口数据
12、单元 IDUIDU服务数据单元服务数据单元 SDUSDU单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式协议数据单元协议数据单元 PDUPDU PDU的具体格式如下：的具体格式如下： PCI 用户数据用户数据PCI（协协议议控控制制信信息息）是是为为实实现现协协议议而而在在传传送送的的数数据据的的首首部部或或尾尾部部加加的的控控制制信信息息，如如：地地址址、差差错错控控制制信信息、序号信息等。息、序号信息等。用户数据为提供服务而传送的信息。用户数据为提供服务而传送的信息。考考虑虑到到协协议议的的要要求求，如如时时延延、效效率率等等因因素素，PDU的的大大小一般都有一定的长度要求。小一般都有一定
13、的长度要求。PDU不同系统的不同系统的对等实体对等实体为实现该层为实现该层协议协议所所交换的信息单位交换的信息单位单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式 (n)PDU(n)PDU与与(n+1)PDU(n+1)PDU的关系的关系 （n+1)PDU (n) PCI (n) 用户数据用户数据 单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式接口数据单元接口数据单元 IDUIDU IDU的具体格式如下：的具体格式如下： ICI 接口数据接口数据 ICI（接接口口控控制制信信息息）是是协协议议在在通通过过层层间间接接口口时时，添添加加的的一一些些控控制制信信息息，如如通通过过多多少少字字节节、
14、或或要要求求的的服务质量等。服务质量等。ICI只对只对PDU通过接口时有作用。通过接口时有作用。接口数据为通过接口进行传送的信息内容。接口数据为通过接口进行传送的信息内容。IDU同一系统的同一系统的相邻层实体相邻层实体的一次交互中，的一次交互中，经过经过层间接口层间接口的信息单元，的信息单元，单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式服务数据单元服务数据单元SDUSDU 由由于于PDUPDU的的大大小小一一般般都都有有一一定定的的长长度度要要求求。因因此此，PDUPDU的的用用户户数数据据部部分分可可能能是是经经过过分分段段或或合并的合并的SDUSDU。 (n)SDU (n)PCI (n
15、)PCISDU上层服务用户上层服务用户所要求传递的数据单元所要求传递的数据单元单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式(n)SDU和(n)PDU的关系单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式服务分类服务分类l面向（基于）连接的服务面向（基于）连接的服务传送数据时，首先建立连接，然后使用该连接传送数据时，首先建立连接，然后使用该连接传送数据。使用完后，关闭连接。传送数据。使用完后，关闭连接。特点：可靠，顺序性好。特点：可靠，顺序性好。l无连接服务无连接服务直接使用服务传送数据，每个包独立进行路由直接使用服务传送数据，每个包独立进行路由选择。选择。特点：不可靠，顺序性差特点：不可靠
16、，顺序性差。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式服务原语服务原语l服务在形式上是由一组服务在形式上是由一组接口原语接口原语（或操作）来（或操作）来描述的。描述的。当当(n+1)(n+1)实体向实体向(n)(n)实体请求实体请求(n)(n)服务时，服务提供服务时，服务提供者和服务用户间需要交流一些必要信息，以说明要者和服务用户间需要交流一些必要信息，以说明要求的服务的一些情况，这些信息即服务原语。求的服务的一些情况，这些信息即服务原语。l服务原语的类型服务原语的类型请求（请求（RequestRequest）指示（指示（IndicationIndication）响应（响应（Respon
17、seResponse）确认（确认（ConfirmConfirm）单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式面向连接服务的原语执行过程面向连接服务的原语执行过程单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式协议与服务协议与服务服务服务服务服务是各层向上层提供的一组是各层向上层提供的一组原语原语（操作），只定义（操作），只定义接口接口不涉及具体不涉及具体实现；实现；协议协议协议协议定义同层定义同层对等实体对等实体的具体的具体规则规则；二者二者关系关系实体利用实体利用协议协议实现实现服务服务定义的定义的接口接口；只要服务不变，可以任意改变协议。只要服务不变，可以任意改变协议。单击此处编辑母版
18、标题样式单击此处编辑母版标题样式OSI OSI 参考模型参考模型参考模型参考模型单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式第第1 1层：物理层层：物理层(Physical)(Physical)l实现在实现在物理媒体物理媒体上上透明地透明地传送原始传送原始比特流比特流。l物理层的特性包括物理层的特性包括：机械特性：机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格物理连接器的尺寸、形状、规格电气特性：电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数据信号电平，脉冲宽度，频率，数据传送速率，最大传送距离等传送速率，最大传送距离等规程特性：规程特性：信号时序，应答关系，操作过程信号时序，应答关系，操作过程功能特性：
19、功能特性：接口引脚的功能作用接口引脚的功能作用单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式第第2 2层：数据链路层层：数据链路层(Data Link)(Data Link) l在在物理线路物理线路上提供上提供可靠可靠的数据传输，使之对的数据传输，使之对网络层呈现为一条网络层呈现为一条无错的无错的线路。线路。l主要功能和服务主要功能和服务物理地址物理地址成帧成帧定界与同步定界与同步差错恢复法差错恢复法流量控制流量控制信道的访问控制信道的访问控制单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式第第3 3层：网络层层：网络层(Network)(Network) l 在在源结点与目的结点源结点与目
20、的结点之间建立、维护、终止之间建立、维护、终止网络网络连接连接。l主要功能和服务主要功能和服务路由选择路由选择数据分组转发数据分组转发流量控制和拥塞控制流量控制和拥塞控制差错检测与恢复差错检测与恢复审计：流量统计和记账审计：流量统计和记账单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式第第4 4层：传输层层：传输层(Transport)(Transport) l为为源端主机到目的端主机源端主机到目的端主机提供提供可靠的可靠的、满足服满足服务质量要求务质量要求的数据传输服务的数据传输服务l主要功能和服务：主要功能和服务：屏蔽屏蔽各类通信子网的差异，使上层不受通信各类通信子网的差异，使上层不受通信
21、子网技术变化的影响子网技术变化的影响弥补弥补应用层和通信子网间差异应用层和通信子网间差异提供提供进程级进程级通信能力。通信能力。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式会话层会话层(Session) (Session) 和表示层和表示层(Presentation)(Presentation)l会话层：建立、管理和中止不同机器上会话层：建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话。的应用程序之间的会话。会话：完成一项任务而进行的一系列相关的会话：完成一项任务而进行的一系列相关的信息交换。信息交换。l表示层：处理被传送数据的表示问题，表示层：处理被传送数据的表示问题，即信息的语法和语义。
22、即信息的语法和语义。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式第第7 7层：应用层层：应用层(Application)(Application)l为用户的应用程序提供为用户的应用程序提供网络通信服务网络通信服务 l主要功能包括：主要功能包括：识别并证实目的通信方的可用性识别并证实目的通信方的可用性使协同工作的应用程序之间进行同步使协同工作的应用程序之间进行同步判断是否为通信过程申请了足够的资源判断是否为通信过程申请了足够的资源 单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式OSIOSI模型各层次功能总结模型各层次功能总结l应用层（报文）应用层（报文）负责用户信息的语义表示，即：做什么？
23、负责用户信息的语义表示，即：做什么？l表示层（报文）表示层（报文）解决用户信息的语法表示，即：任务怎么描述？解决用户信息的语法表示，即：任务怎么描述？l会话层（报文）会话层（报文）会话的管理与数据的同步，即：从何时、何处开始？会话的管理与数据的同步，即：从何时、何处开始？l传输层（报文）传输层（报文）建立一条传输的连接，即：对方在何处？建立一条传输的连接，即：对方在何处？l网络层（分组或包）网络层（分组或包）选择合适的路由，即：走哪条路可到达该处？选择合适的路由，即：走哪条路可到达该处？l数据链路层（帧）数据链路层（帧）在链路上无差错地传送帧，即：每一步应该怎样走？在链路上无差错地传送帧，即：
24、每一步应该怎样走？l物理层（比特）物理层（比特）将比特流送到物理媒体上传送，即：怎样利用物理媒体？将比特流送到物理媒体上传送，即：怎样利用物理媒体？单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式对对OSIOSI的评价的评价lOSIOSI是是2020世纪世纪8080年代计算机网络技术。年代计算机网络技术。lOSIOSI网络体系结构的核心和贡献：网络体系结构的核心和贡献：分层模型，网络体系结构的研究方法分层模型，网络体系结构的研究方法服务、接口、协议服务、接口、协议lAndrew S. Andrew S. TanenbaumTanenbaum 在书中评价在书中评价OSIOSI：糟糕的提出时机糟糕
25、的提出时机（太晚（太晚）糟糕的技术（模型和协议都有缺陷糟糕的技术（模型和协议都有缺陷）糟糕的实现（庞大，笨拙糟糕的实现（庞大，笨拙，缓慢）缓慢）糟糕的策略（政府和组织的官僚）糟糕的策略（政府和组织的官僚）单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式lTCP/IPTCP/IP协议产生于协议产生于2020世纪世纪7070年代后期年代后期lTCP/IPTCP/IP协议集是协议集是InternetInternet的核心，是事实上的的核心，是事实上的标准。标准。lTCP/IPTCP/IP协议集的产生遵循了按需要制定协议的协议集的产生遵循了按需要制定协议的原则。原则。TCP/IP TCP/IP 参考模
26、型参考模型单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式OSIOSI与与TCP/IPTCP/IP模型对比模型对比单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式l网络接口层网络接口层：TCP/IP TCP/IP 协议集把物理层和数据链路协议集把物理层和数据链路层合起来称为网络接口层。层合起来称为网络接口层。没有具体协议没有具体协议lInternetInternet层（层（网际网际层层）：控制通信子网提供源点：控制通信子网提供源点到目的点的到目的点的 IP IP 包传送。包传送。IPIPl传输层传输层：提供端到端的数据传送服务。：提供端到端的数据传送服务。TCP TCP 和和 UDPUDPl应
27、用层应用层：提供各种：提供各种 Internet Internet 管理和应用服务功管理和应用服务功能。能。FTPFTP、SMTPSMTP TCP/IPTCP/IP层次结构层次结构单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式对对TCP/IPTCP/IP的评价的评价lTCP/IPTCP/IP是是InternetInternet的支撑协议，是目前使用最广泛的的支撑协议，是目前使用最广泛的协议。协议。lTCP/IPTCP/IP网络体系结构的主要优点：网络体系结构的主要优点：简单、灵活、易于实现简单、灵活、易于实现充分考虑不同用户的需求充分考虑不同用户的需求lAndrew S. Andrew S. TanenbaumTanenbaum 在书中评价在书中评价TCP/IPTCP/IP：没有明显地区分出协议、接口和服务的概念没有明显地区分出协议、接口和服务的概念不通用，只能描述它本身不通用，只能描述它本身主机主机- -网络层只是个接口网络层只是个接口不区分物理层和数据链路层不区分物理层和数据链路层有缺陷的协议很难被替换有缺陷的协议很难被替换单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式抽象抽象5 5层模型层模型
