第2章计算机网络体系结构1

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1、第第2章章 计算机网络体系计算机网络体系结构结构-1第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构v ISO/OSI 体系结构体系结构 v TCP/IP体系结构体系结构v 两种典型体系结构的比较两种典型体系结构的比较2.1 ISO/OSI 体系结构体系结构2.1.1 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型(OSI/RM)封闭的封闭的 IBM的的SNA DIGITAL 的的DNA HONEYWELL的的DSA1977年年 成立委员会成立委员会1983年年 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI/RM的制定的制定 OSI/RM是概念性框架，采用分层结构，是概念性框架，采用分层结构，每层

2、都有相应的服务和协议。每层都有相应的服务和协议。2.1.1 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型(OSI/RM)1. 分层的例子分层的例子 协议族协议族 每一层次定义明确的规则每一层次定义明确的规则 这些分层规则构成协议族这些分层规则构成协议族 用协议族实现通信过程用协议族实现通信过程 媒介层：双方不能同时讲话媒介层：双方不能同时讲话 语言层：双方使用同种语言语言层：双方使用同种语言 概念层概念层: 双方话题具有共同知识背景双方话题具有共同知识背景“两人会话两人会话”的协议族的协议族2.1.1 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型(OSI/RM)分层的好处：分层的好处： 分工清晰，功能

3、单一分工清晰，功能单一 复杂问题简单化（以解决通信的异质性问题），复杂问题简单化（以解决通信的异质性问题），高层屏蔽低层细节问题高层屏蔽低层细节问题 层间无关性层间无关性 每一层向上层提供服务每一层向上层提供服务 每一层向下层请求服务每一层向下层请求服务2.1.1 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型(OSI/RM)应用层（应用层（APPLICATION） :进程之间的通信进程之间的通信表示层（表示层（PRESENTATION）:数据的表示数据的表示会话层（会话层（SESSION）：建立和管理主机间的会话）：建立和管理主机间的会话传输层（传输层（TRANSPORT）:端到端端到端(END

4、TO END)的连接的连接网络层（网络层（NETWORK）：寻址和路径选择）：寻址和路径选择数据链路层（数据链路层（DATALINK）:占用传输介质占用传输介质(帧的传输帧的传输)物理层（物理层（PHYSICAL）：比特传输）：比特传输OSI模型的分层结构：模型的分层结构：2.1.1 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型(OSI/RM)信息传输过程：信息传输过程：发送发送: 高层高层低层低层 每经一层，加本层的信息头部（封装），构成本每经一层，加本层的信息头部（封装），构成本层层PDU接收：低层接收：低层高层高层 每经一层，去掉信息头部（解封）每经一层，去掉信息头部（解封）协议数据单元：协

5、议数据单元：PDU(PROTOCAL DATA UNIT)=本层协议控制本层协议控制+用户数据用户数据2.1.1 开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型(OSI/RM)实线：实际传送方向实线：实际传送方向 虚线：感觉传送方向虚线：感觉传送方向1. 实体实体(ENTITY)：每一层中实现该层功能的软硬件：每一层中实现该层功能的软硬件 对等实体对等实体(同等实体同等实体)：在发送端与接收端同一层次：在发送端与接收端同一层次中的实体中的实体2. 协议协议(PROTOCAL)：某一层次中指导对等实体之：某一层次中指导对等实体之间通信的规则间通信的规则2.1.2 ISO/OSI的一些基本概念的一些基本

6、概念三要素：三要素：v语法语法(SYNTAX):规定了数据格式或信号形式规定了数据格式或信号形式v语义语义(SEMANTICS)：各个协议元素的含义解释：各个协议元素的含义解释v同步时序同步时序(TIMING)：速率匹配和接收数据后的正确排序：速率匹配和接收数据后的正确排序2.1 2 ISO/OSI的一些基本概念的一些基本概念3. 服务服务:定义该层做什么定义该层做什么 -上层向下层请求服务上层向下层请求服务 -下层向上层提供服务下层向上层提供服务分类：面向连接和无连接分类：面向连接和无连接服务访问点服务访问点SAP(SERVICE ACCESS POINT) ：上下层实体信息交换的接口上下层

7、实体信息交换的接口服务原语（服务原语（SERVICE PRIMITIVE）：进行交互时）：进行交互时所要交换的信息所要交换的信息2.1.2 ISO/OSI的一些基本概念的一些基本概念4类服务原语类服务原语请求请求(REQUEST)： 实体希望得到某种服务实体希望得到某种服务 上层对下层上层对下层指示指示(INDICATION)：实体被通知某事件发生：实体被通知某事件发生 下层对上层下层对上层响应响应(RESPONSE)：实体对某个事件作出相应：实体对某个事件作出相应 上层对下层上层对下层确认确认(CONFIRM)： 前一个请求被对方接受的证实前一个请求被对方接受的证实 下层对上层下层对上层2.

8、1.2 ISO/OSI的一些基本概念的一些基本概念总之：总之：ISO/OSI包括包括 OSI/RM 各层的服务各层的服务 各层的协议。各层的协议。2.1.3 ISO/OSI各层的基本功能各层的基本功能 功能：唯一由纯硬件构成功能：唯一由纯硬件构成 确保相邻节点二进制位确保相邻节点二进制位“1”和和“0”的传递的传递涉及：涉及：机械特性：接口，连接器大小，形状，数量等机械特性：接口，连接器大小，形状，数量等 RS-449 RS-232电器特性：电气参数电器特性：电气参数功能特性：引脚功能，电路作用功能特性：引脚功能，电路作用规则特性：按如何顺序执行规则特性：按如何顺序执行举例：举例：RS-232

9、C1. 物理层物理层2.1.3 ISO/OSI各层的基本功能各层的基本功能 功能：确保相邻接点间帧（功能：确保相邻接点间帧（FRAMEFRAME）的正确传输）的正确传输解决问题：解决问题：2 .数据链路层数据链路层-建立建立-成帧拆帧成帧拆帧-介质访问控制介质访问控制-透明传输透明传输-流量控制流量控制-差错控制差错控制2.1.3 ISO/OSI各层的基本功能各层的基本功能 功能：源节点和目标节点间包功能：源节点和目标节点间包/分组的正确传递分组的正确传递解决问题：解决问题：-提供虚电路和数据报两种分组传输提供虚电路和数据报两种分组传输-分组转发和路由更新分组转发和路由更新-拥塞控制拥塞控制3

10、. 网络层网络层下三层称为通信子网下三层称为通信子网2.1.3 ISO/OSI各层的基本功能各层的基本功能 功能：确保源节点某进程到目的节点某进程的报文的功能：确保源节点某进程到目的节点某进程的报文的正确传输正确传输解决问题解决问题 -连接建立和拆除连接建立和拆除 -流量和拥塞控制流量和拥塞控制 -差错控制差错控制 -网络的服务质量网络的服务质量 A A可靠可靠 B B中等中等 C C差差 4. 传输层传输层下四层解决通信可靠性问题下四层解决通信可靠性问题(面向通信面向通信) 上三层解决与通信有关的其他问题（面向应用）上三层解决与通信有关的其他问题（面向应用）2.1.3 ISO/OSI各层的基

11、本功能各层的基本功能 功能：用于不同主机之间建立会话的过程功能：用于不同主机之间建立会话的过程解决问题：解决问题： -会话顺序会话顺序 -同步同步5. 会话层会话层2.1.3 ISO/OSI各层的基本功能各层的基本功能 功能：出于不同的目的，发前和收后要改变传功能：出于不同的目的，发前和收后要改变传输信息的形式输信息的形式解决问题：解决问题： -信息表示（便于异种机互连）信息表示（便于异种机互连） -压缩，解压压缩，解压 - 加密，解密加密，解密6. 表示层表示层2.1.3 ISO/OSI各层的基本功能各层的基本功能 功能：解决应用的共性问题功能：解决应用的共性问题典型应用：典型应用： -虚终

12、端虚终端 -文件传输文件传输 -电子邮件电子邮件7. 应用层应用层2.2 TCP/IP体系结构体系结构分组交换网分组交换网 APPANET70年代年代 TCP/IP体系结构和协议规范体系结构和协议规范80年代年代 APPANET所有机器转向所有机器转向TCP/IP 建立了建立了INTERNETTCP/IP与与UNIX的结合的结合TCP/IP并非国际标准，但是实际上的国际标准并非国际标准，但是实际上的国际标准2.2.1 TCP/IP及其发展及其发展2.2.2 TCP/IP体系结构体系结构-对应于对应于OSI的下两层的下两层-负责将网络层的负责将网络层的IP包通过物理网络发送，或反之包通过物理网络

13、发送，或反之-只是一个接口，并无具体协议只是一个接口，并无具体协议TCP/IP的分层模型的分层模型1. 网络接口层网络接口层接口类型接口类型:设备驱动程序设备驱动程序如如LAN的接口（网卡的接口（网卡驱动程序）自身包含网络协议的复杂子系统（如驱动程序）自身包含网络协议的复杂子系统（如X.25 ,ATM等）等）2.2.2 TCP/IP体系结构体系结构-对应于对应于OSI的网络层的网络层-有效解决异种网络互联的问题有效解决异种网络互联的问题 - 屏蔽异种网络屏蔽异种网络 -提供全网统一标识（提供全网统一标识（IP地址）地址）-设计思想高效，简洁设计思想高效，简洁 （提供无连接的和不可靠的网络）（提

14、供无连接的和不可靠的网络）-典型协议：典型协议：IP2.网际层网际层-对应于对应于OSI的传输层的传输层-为应用进程提供端到端的传输服务为应用进程提供端到端的传输服务 面向连接面向连接TCP 无连接无连接 UDP-典型协议典型协议 TCP UDP2.2.2 TCP/IP体系结构体系结构3. 传输层传输层2.2.2 TCP/IP体系结构体系结构4. 应用层应用层-对应于对应于OSI的最高三层的最高三层-典型协议典型协议 TELNET FTP SMTP DNS HTTP SNMP2.2.2 TCP/IP体系结构体系结构硬件硬件TCP/IP模型的重要分界模型的重要分界 应用软件应用软件软件分界件分界

15、线 系统软件（操作系统软件（操作 1 系统内部）系统内部） IP地址地址 .地址分界地址分界线 MAC地址地址 传输层 应用用层 网网际层网网络接口接口层2.3 两种典型体系结构的比较两种典型体系结构的比较相似处：基于独立的协议族相似处：基于独立的协议族 层的功能划分相似层的功能划分相似关键差别：关键差别：ISO/OSI从概念模型到协议实现从概念模型到协议实现TCP/IP从协议实现到概念描述从协议实现到概念描述层次数量的差别层次数量的差别连接类型的差别连接类型的差别2.3 两种典型体系结构的比较两种典型体系结构的比较网络层传输层面向连接无连接面向连接无连接ISO/OSITCP/IP IP TC

16、P UDPISO/OSI的缺点：的缺点：糟糕的时机，在糟糕的时机，在TCP/IP之后之后技术技术: -表示，会话层未实现，数据链路层和网表示，会话层未实现，数据链路层和网络出现新的子层络出现新的子层 -效率低下，低层过分强调可靠性，忽略效率低下，低层过分强调可靠性，忽略了高效的无连接了高效的无连接 -一些功能特性无法确定层次归属一些功能特性无法确定层次归属 -由专家定制不适合计算机和软件工作方由专家定制不适合计算机和软件工作方式式2.3 两种典型体系结构的比较两种典型体系结构的比较TCP/IP的缺点：的缺点：-没有明确区分规范和实现没有明确区分规范和实现-不具备通用性不具备通用性-网络接口层只定义接口，而非层的概念网络接口层只定义接口，而非层的概念-不区分数据链路层和物理层不区分数据链路层和物理层-许多应用协议还有缺陷，却难替换许多应用协议还有缺陷，却难替换2.3 两种典型体系结构的比较两种典型体系结构的比较2.3 两种典型体系结构的比较两种典型体系结构的比较应用用层传输层网网络层数据数据链路路层物理物理层比较结论：比较结论：ISO/OSI概念模型好，协议实现不好概念模型好，协议实现不好TCP/IP协议完整好，模型不好协议完整好，模型不好综合参考模型：五层结构综合参考模型：五层结构