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1、1.5 计算机网络的体系结构n相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。 n“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。 网络体系结构（网络体系结构（1）n计算机网络及通信网络普遍采用分层的体系结构n网络应用程序并不直接与网络硬件打交道，而是与协议软件打交道网络体系结构（网络体系结构（2）n层次化体系结构的概述n计算机网络体系为什么采用层次化体系结构计算机网络体系为什么采用层次化体系结构？有何种好处？有何种好处？现实生活中的邮政系统的工作流程示意图，图中现实生活中的邮政系统的工作流程示意图，图中清楚地表明了信
2、件发送和接收的过程。清楚地表明了信件发送和接收的过程。网络体系结构（网络体系结构（3）邮政系统中信件传递工作过程示意图邮政系统中信件传递工作过程示意图网络体系结构（网络体系结构（4）计算机网络的层次模型计算机网络的层次模型第第n+1层层 第第n层层第第n-1层层第第n+1层协议层协议第第n层协议层协议第第n-1层协议层协议网络体系结构（网络体系结构（5）n分层网络的几个基本概念：分层网络的几个基本概念：n协议协议：网络上的各种计算机和设备之间进行通：网络上的各种计算机和设备之间进行通信、数据管理、数据交换时所必须遵循的一套信、数据管理、数据交换时所必须遵循的一套规则。规则。n接口接口：同一节点
3、内，相邻层之间交换信息的连：同一节点内，相邻层之间交换信息的连接之点。在网络中，同一节点内的各相邻层之接之点。在网络中，同一节点内的各相邻层之间都应有明确的接口，高层通过接口向低层提间都应有明确的接口，高层通过接口向低层提出服务请求，底层通过接口向高层提供服务。出服务请求，底层通过接口向高层提供服务。n数据封装数据封装：将上层数据添加本层协议头信息的：将上层数据添加本层协议头信息的过程；反向过程即为解封装过程；反向过程即为解封装。网络协议的组成要素 n语法 数据与控制信息的结构或格式 。 n语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。 n同步 事件实现顺序的详细说明。 分层的好处
4、分层的好处 n各层之间是独立的。n灵活性好。n结构上可分割开。n易于实现和维护。n能促进标准化工作。 层数多少要适当层数多少要适当 n若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。n层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。 OSI参考模型参考模型n在20世纪70年代，IBM、DEC等公司纷纷提出了自己的网络体系结构，相互之间不兼容。n国际标准化组织（ISO）于1983年发布网络的OSI参考模型（Open systems Interconnection Reference Model），成为计算机互联通信的基础计算机网络体系结构计算机网络体系结构指计算机网络及其部件所应完成的指计
5、算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。它与功能的精确定义。它与体系结构的实现体系结构的实现并不是同一个概并不是同一个概念，念，实现实现是指体系结构中规定的功能如何用各种硬件或是指体系结构中规定的功能如何用各种硬件或软件来完成。软件来完成。OSIOSI参考模型（续）参考模型（续） 应用层应用层Application表示层表示层Presentation会话层会话层Session传输层传输层Transport物理层物理层Physical数据链路层数据链路层Data Link网络层网络层Network为网络应用提供服务为网络应用提供服务数据表示数据表示在用户间建立会话关系在用户间建立会话关系不同主
6、机进程间的通信不同主机进程间的通信在主机间传输分组在主机间传输分组在节点间可靠地传输帧在节点间可靠地传输帧比特流的透明传输比特流的透明传输7654321OSIOSI参考模型（续）参考模型（续） n物理层：如何透明地传输比特流。n数据链路层：负责如何把数据组织成帧以及如何在网络中传输帧。n网络层：规定如何分配地址，如何把分组从网络的一端转发到另一端。n传输层：规定如何实现可靠性传输。n会话层：规定如何与远端通信系统建议通信的会话关系。n表示层：规定如何表示数据，包括数据的编码表示、加密、压缩。n应用层：规定一个特定的应用层如何使用网络。分层协议的实例分层协议的实例nOSI参考模型曾经在历史上起到
7、过一定的作用，但由于其协议栈太复杂，并且“生不逢时”，所以真正按OSI参考模型实现的系统很少。nTCP/IP协议栈成了事实标准，下面以数据在其中的传输过程为例说明数据的传输过程。网络接口层IP各种应用层协议HTTP, FTP, SMTP, DNS 等TCP网际层运输层UDP应用层TCP: 传输控制协议(Transmission ControlProtocol)IP: 网际协议（Internet Protocol）UDP: 用户数据报协议(User DatagramProtocol)TCP/IP 的体系结构OSI参考模型与参考模型与TCP/IP模型模型的对应关系的对应关系应用层应用层表示层表示层
8、会话层会话层传输层传输层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层7654321OSI/RM应用层应用层传输层传输层网络接口层网络接口层网际层网际层TCP/IP五层协议的体系结构五层协议的体系结构 n应用层应用层(application layer) n运输层运输层(transport layer) n网络层网络层(network layer) n数据链路层数据链路层(data link layer) n物理层物理层(physical layer) 数据链路层数据链路层5 应用层应用层4 运输层运输层3 网络层网络层2 数据链路层数据链路层1 物理层物理层由于由于TCP/IP模型网络接口的内
9、容太多，通常在模型网络接口的内容太多，通常在讲课时，将它分成数据链路层和物理层两层处讲课时，将它分成数据链路层和物理层两层处理理计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）计算机 1 向计算机
10、 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体计算机 1 向计算机 2 发送数据 n应用层(application layer) 5432154321物理传输媒体计算机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机 2计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2物理层接收到
11、比特流，上交给数据链路层计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432
12、154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 210100110100101 比 特
13、 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1
14、 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！1.5.5 面向连接服务与无连接服务n面向连接服务(connection-oriented)n面向连接服务具有连接建立、数据传输和连面向连接服务具有连接建立
15、、数据传输和连接释放这三个阶段。接释放这三个阶段。 n无连接服务(connectionless) n两个实体之间的通信不需要先建立好连接。两个实体之间的通信不需要先建立好连接。 n是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交付尽最大努力交付”(best effort delivery)或或“尽力而为尽力而为”。 1.5.6 OSI 与 TCP/IP体系结构的比较 应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI 的体系结构应用层网络接口层网际层 IP (各种应用层协议如TELNET, FTP, SMTP 等)运输层(TCP 或 U
16、DP)TCP/IP 的体系结构无连接分组交付服务运输服务 (可靠或不可靠)各种应用服务TCP/IP 的三个服务层次TCP/IP 四层协议的表示方法举例 应用层运输层网际层网络接口层主机A主机B路由器网络 2网络 1应用层运输层网际层网络接口层网际层网络接口层4321沙漏计时器形状的TCP/IP协议族 HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层网络接口 1网络接口 2网络接口 3Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上Ping命令的使用nPing命令是一个网络工具，
17、主要测试网络的连通性。几个重要参数：n-t ：使使当当前前主主机机不不断断地地向向目目的的主主机机发发送送数数据据，直直到到使用使用Ctrl+C中断。中断。n-n count ：指指定定要要做做多多少少次次Ping，其其中中count为为正整数值，默认为正整数值，默认为4。n-l size ：发送的数据包的大小。：发送的数据包的大小。n-i TTL ：指指定定Ping分分组组的的生生存存时时间间，每每经经过过一一个个网网关关TTL减减1。n-w timeout：指定超时时间间隔（单位为毫秒），：指定超时时间间隔（单位为毫秒），缺省为缺省为1000 Traceroute命令的使用n显示分组经过的每一个中间节点的IP地址，在网络不通的情况下，可以定位发生故障的网络段范围n在Unix或Linux系统中使用Traceroute、在Windows系统中使用Tracertn一个重要参数：一个重要参数：n-w timeout：指定超时时间间隔（单位为毫秒），：指定超时时间间隔（单位为毫秒），缺省为缺省为1000n操作演示
