1、第 3章 计算机网络体系结构 本章内容 计算机的 网络体系结构 网络参考模型 五层网络参考模型13.1 计算机网络体系结构 发展历程 分层原理 基本概念2发展历程 网络体系结构提出的背景 计算机网络的复杂性、异质性 不同的通信介质 有线、无线等 不同种类的设备 主机、路由器、交换机、复用设备等 不同的操作系统 UNIX、 Windows等 不同的软 /硬件、接口和通信约定（协议） 不同的应用环境 固定、移动等 不同种类业务 分时、交互、实时等 宝贵的投资和积累 有形、无形等 用户业务的延续性 不允许出现大的跌宕起伏3l结构清晰l简化设计与实现l便于更新与维护l较强的独立性和适应性对于复杂的网络
2、系统，用什么方法能合理地组织网络的结构，以达到：解决：分而治之！一个生活中的例子： 空中旅行的组织4空中旅行的组织一系列的步骤机票 (购买 )行李 (托运 )旅客 (出发 )飞机 (起飞 )飞行航线机票 (投诉 )行李 (认领 )旅客 (到达 )飞机 (着陆 )飞行航线飞行航线5空中旅行的组织 : 从另一种不同的角度观察层次的观点： 每层实现一种特定的 服务 通过自己内部的功能 依赖自己的下层提供的服务机票 (购买 )行李 (托运 )旅客 (出发 )飞机 (起飞 )飞行航线机票 (投诉 )行李 (认领 )旅客 (到达 )飞机 (着陆 )飞行航线飞行航线6分层的空中旅行组织分层的空中旅行组织 :
3、 服务服务从出发地到目的地的航线： 导航服务柜台 -to-柜台： “旅客 +行李 ” 票务服务行李托运 -to-行李认领： 行李服务登机入口 -to-到达出口：旅客 乘务服务 跑道 -to-跑道：飞机 “航运 ”服务7层次功能的分布式实现飞机 (起飞 ) 飞机 (着陆 )飞行航线起飞机场到达机场中间空中交通枢纽飞行航线 飞行航线机票 (购买 ) 机票 (投诉 )行李 (托运 ) 行李 (认领 )旅客 (出发 ) 旅客 (到达 )8层次化方法在其他领域的应用 程序设计 把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实现，如操作系统。 邮政系统 邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输 银行系统 物流系统
4、92. 分层原理 计算机网络中也采用了 分层 方法。 把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题，在不同层上予以解决。 网络的层次结构方法要解决的问题： 网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（ 分层与功能 ） 各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（ 服务与接口 ） 通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（ 协议 ）10 计算机网络中， 层 、 协议 和 层间接口 的集合被称为 计算机网络体系结构 。 换句话说：体系结构包括三个内容： 分层结构与每层的功能、服务与层间接口、协议。 最早的网络体系结构源于 IBM的 SNA 其他的网络体系结构还有 DEC的 DNA等 由国际化标准组织
5、ISO制定的网络体系结构国际标准是 OSI/RM 实际中应用最广泛的是 TCP/IP体系结构 事实上的（ de facto） 标准11层次结构方法的优点 独立性强 耦合程度低 上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务 黑箱方法 。 适应性强 只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。 易于实现和维护 把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子单元： 使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。 使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。123. 基本概念 实体 ：任何可以发送或接收信息的硬件 /软件进程。 协议 ：通信双方在通信中必须遵守的规则。 对等层 ：两个不同系统的同级
6、层次。 对等实体 ：分别位于不同系统对等层中的两个实体 接口 ：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。 服务 ：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。13系统 A 系统 B实体 对等层对等实体接口服务物理网络14网络分层体系结构P3P2P121321物理通信线路3N+1NN-1N+1NN-1Pn-1PnPn+1系统 A 系统 Bl网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的l同一网络中，任意两个端系统必须具有相同的层次l每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务l通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟的），非对等层之间不能互相 “通信 ”l实
7、际的物理通信只在最底层完成lPn： 第 n层 协议 ，即第 n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定15对等层通信的实质 网络分层体系结构原理 禁止 不同主机的对等层之间进行 直接通信 。 (想一想，为什么 ?) 实际上，每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的对等层通信。 上层 使用 下层提供的服务 Service user； 下层向上层 提供 服务 Service provider。 第 n+1层是第 n层的服务用户，第 n-1层是第 n层的服务提供者 第 n层的服务也依赖于第 n-1层以及以下各层的服务 例：邮政通信 16对等通信例：两个人收发信件 想一想 ： 收信人与发信人之间、邮
8、局之间，是在直接通信吗？ 邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？ 邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？信件内容邮件地址货物地址发信人邮局运输系统信件内容邮件地址货物地址收信人对信件内容的约定对信件如何传递的约定对货物如何运输的约定协议 P3公路，铁路，航空邮局运输系统协议 P2协议 P117对等层通信的实质 对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信 ； 下层向上层提供服务； 上层依赖 下层提供的服务来与其他主机上的对等层通信； 实际通信在最底层完成 。18321N+1NN-1213N+1NN-1 源进程传送消息到目标进程的过程： 消息送到源系统的最高层； 从最高层开始，自上而下逐层 封装 ； 经
9、物理线路传输到目标系统； 目标系统将收到的信息自下而上逐层处理并 拆封 ； 由最高层将消息提交给目标进程。目标进程源进程P3P2P1物理通信线路Pn-1PnPn+1消息 消息逻辑通信19体系结构各层中实现的主要功能 差错控制 使对等层的通信更加可靠 流量控制 控制发送端的速率，使接收端能来得及接收 分段和重装 发送端将数据块分成更小的单位，并在接收端重新组合 复用和分用 多个高层的对等层通信会话复用一条低层连接 建立连接和释放连接20通信协议 人际交流的协议 : 人类之间 “我有一个问题。 ” “现在几点了 ?” 说明发送的消息 说明接收到某消息后所应采取的行动 说明动作的次序 通信协议通信协
10、议 : 计算机之间计算机之间 网络中所有的通信活网络中所有的通信活动都是由协议所控制动都是由协议所控制协议：定义 网络实体间 发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取的行动。 （ 语义、语法和时序 ）21人相互交流的协议和通信协议之间的对比人相互交流的协议和通信协议之间的对比HiHiWhats thetime?2:00请求连接传送文件： xxxxx.xxxtime连接确认22通信协议的三要素 语义 对协议中各协议元素的含义的解释，例如： 在 HDLC协议中，标志 Flag(7EH)表示报文的开始和结束 在 BSC协议中， SOH(01H)表示报文的开始， STX(02H)表示报文
11、正文的开始， ETX(03H)表示报文正文的结束 语法 协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如： 时序 通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则Flag Address Ctrl Data FCSS FlagSOH HEAD STX TEXT ETX BCCBSCHDLC23确认释放连接释放确认释放确认连接确认数据连接请求连接确认t t 时序例释放连接数据传输建立连接24 网络体系结构中： 每层可能会有若干个协议 一个协议只属于一个层次 协议可以由软件或硬件来实现： 网络通信协议软件、网络驱动程序 网络硬件 常用协议组： TCP/IP（ Windows、 UNIX、 Linux、 ） Ne
12、tBEUI（ Windows） IPX/SPX（ NetWare、 Windows）25服务数据单元26协议数据单元（ PDU） 网络体系结构中，对等层之间交换的信息报文统称为 协议数据单元 （ Protocol Data Unit， PDU）。 传输层及以下各层的 PDU另外还有各自特定的名称： 传输层 段（ Segment） 网络层 分组 /包（ Packet） 数据链路层 帧（ Frame） 物理层 比特（ Bit）（ 和硬件控制信号） PDU由 协议控制信息（协议头 ） 和 数据 （ SDU） 组成 : 协议头部中含有完成数据传输所需的控制信息 : 地址、序号、长度、分段标志、差错控制
13、信息 协议控制信息 数据（ SDU）27 下层把上层的 PDU作为本层的数据加以 封装 ，然后加入本层的协议头部（或尾部）形成本层的 PDU。 封装 ：就是在数据前面加上特定的协议头部。 因此，数据在源站自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。 类比：发送信件 数据在传输时，其外面实际上要被包封多层 “信封 ”。数 据协议头数 据N+1层 PDUN层 PDU28数据多层封装数据段头 数据段头 数据分组 头帧头 段头 数据分组头 帧尾封装段分组帧拆封29TCP头应用层数据应用层数据TCP头 应用层数据IP头帧头 TCP头 应用层数据IP头 帧尾例： TCP/IP协议的封装过程应用层 传输层 网际 (网络 )层网络接口层30
