笫二講 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

1、 笫二講笫二講 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第二版）本講內(nèi)容l第一章 概述1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 1.2.1 層次模型層次模型 1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型 1.2.3 因特網(wǎng)絡(luò)參考模型 1.2.4 網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織 *1.3 因特網(wǎng)的發(fā)展及其應(yīng)用 1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類*是要求同學(xué)了解的，這些內(nèi)容在本電子教案中并未講解而是要求同學(xué)自己閱讀教材。 1.2.1 層次模型 圖1.7 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次模型1.2.1 層次模型（續(xù)）u要點(diǎn)歸納如下 除了在物理媒體上進(jìn)行的是實(shí)通信外，其余各對等層實(shí)體間進(jìn)行的都是虛通信 對等層的虛通信必須遵循該層的協(xié)議

2、。 n層的虛通信是通過n-1n層間接口處n-1層提供的服務(wù)以及n-1層的通信(通常也是虛通信)來實(shí)現(xiàn)的。 1.2.1 層次模型（續(xù)）u如何分層有些主要的原則可以遵守。比如說：每層的功能應(yīng)是明確的，并且相互獨(dú)立的。當(dāng)某一層具體實(shí)現(xiàn)方法更新時，只要保持層間接口不變，不會對鄰層造成影響 層間接口清晰，跨越接口的信息量應(yīng)盡可能少層數(shù)應(yīng)適中。若太少，則層間功能劃分不明確，多種功能混雜在一層中，造成每一層的協(xié)議太復(fù)雜。若太多，則體系結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，各層組裝時的任務(wù)要困難得多 本講內(nèi)容l第一章 概述1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 1.2.1 層次模型 1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型開放系統(tǒng)互連基本參考模型

3、 1.2.3 因特網(wǎng)絡(luò)參考模型 1.2.4 網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織 *1.3 因特網(wǎng)的發(fā)展及其應(yīng)用 1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類*是要求同學(xué)了解的，這些內(nèi)容在本電子教案中并未講解而是要求同學(xué)自己閱讀教材。 1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型 uOSI模型共分為七層從下到上依次為物理層(physical layer)、數(shù)據(jù)鏈路(data link)層、網(wǎng)絡(luò)(network)層、運(yùn)輸(transport)層、會話(session)層、表示(presentation)層和應(yīng)用(application)層。u在主機(jī)中要有七層，但通信子網(wǎng)中的IMP中卻不一定要有七層，通常只有下三層，甚至可以只有下兩層 用英語

4、首字母縮寫PH, DL，N，T，S，P和A來代表從下到上的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層七個層次 圖1.8 ISOs OSI層次模型1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型(續(xù))u各層功能物理層：在物理媒體上傳輸原始的數(shù)據(jù)比特流信號 EIA-RS-232C 物理層的功能是為在物理媒體上建立、維持和終止傳輸數(shù)據(jù)比特流信號的物理連接提供機(jī)械、電氣、功能和過程的手段 1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型(續(xù))數(shù)據(jù)鏈路層：將比特組合成數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元DL-PDU幀幀(frame) ：數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元是OSI標(biāo)準(zhǔn)中使用的術(shù)語，又稱幀流量控制(flow control) 例

5、子：高級數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC (High-level Data Link Control)規(guī)程 1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型(續(xù))網(wǎng)絡(luò)層 通信子網(wǎng)的運(yùn)行控制，主要解決如何把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(通常我們稱為分組)從源傳送到目標(biāo) 通信子網(wǎng)中進(jìn)行路由路由(routing)選擇 1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型(續(xù))運(yùn)輸層 第一個端對端，也就是主機(jī)到主機(jī)的層次 高層用戶就可利用運(yùn)輸層的服務(wù)直接進(jìn)行端到端的數(shù)據(jù)傳輸，從而不必知道通信子網(wǎng)的存在 分流分流(splitting) : 用于提高吞吐量復(fù)用復(fù)用(multiplexing) ：將多個運(yùn)輸通信合用一條網(wǎng)絡(luò)連接 處理端到端的差錯控制和流量控制

6、的問題 總之，運(yùn)輸層為上層用戶提供端對端的透明優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型(續(xù))會話層允許不同主機(jī)上各種進(jìn)程之間進(jìn)行會話 運(yùn)輸層是主機(jī)到主機(jī)的層次，而會話層是進(jìn)程到進(jìn)程之間的層次。會話層組織和同步進(jìn)程間的對話 全雙工或半雙工 提供同步服務(wù) 1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型(續(xù))表示層 為上層用戶提供共同需要的數(shù)據(jù)或信息語法表示變換 為了讓采用不同編碼方法的計(jì)算機(jī)通信交換后能相互理解數(shù)據(jù)的語義，可以采用抽象的標(biāo)準(zhǔn)方法來定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并采用標(biāo)準(zhǔn)的編碼表示形式。管理這些抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并把計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示形式轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)通信中采用的標(biāo)準(zhǔn)表示形式都是由表示層來完成的。 1.

7、2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型(續(xù))應(yīng)用層 開放系統(tǒng)互連環(huán)境的最高層 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下不同主機(jī)間的文件傳送、訪問和管理文件傳送、訪問和管理FTAM(File Transfer, Access and Management)；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下傳送標(biāo)準(zhǔn)電子郵件的文電處理系統(tǒng)文電處理系統(tǒng)MHS(Message Handling System)；方便不同類型終端和不同類型主機(jī)間通過網(wǎng)絡(luò)交互訪問的虛虛擬終端擬終端VT(Virtual Terminal)協(xié)議等，都屬于應(yīng)用層的范疇 1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型(續(xù))u基本概念基本概念服務(wù)訪問點(diǎn)服務(wù)訪問點(diǎn)SAP(Service Access Point) ：接

8、口處提供服務(wù)的地方 服務(wù)是通過一組服務(wù)原語服務(wù)原語來執(zhí)行的。OSI模型中，將服務(wù)原語劃分為四類 請求請求(request)： 由服務(wù)用戶發(fā)往服務(wù)提供者，請求它完成某項(xiàng)工作，如發(fā)送數(shù)據(jù)。指示指示(indication)： 由服務(wù)提供者發(fā)往服務(wù)用戶，指示發(fā)生了某些事件。 響應(yīng)響應(yīng)(response)： 由服務(wù)用戶發(fā)往服務(wù)提供者，作為對前面發(fā)生的指示的響應(yīng)。 證實(shí)證實(shí)(confirm)： 由服務(wù)提供者發(fā)往服務(wù)用戶，作為對前面發(fā)生的請求的證實(shí)。 1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型(續(xù))圖1.9四類服務(wù)原語1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型(續(xù))服務(wù)原語的簡單例子l連接請求連接請求： 呼叫方服務(wù)用戶

9、請求建立一個連接。l連接指示連接指示： 連接請求通過服務(wù)提供者的虛通信傳到被叫方后，被叫方服務(wù)提供者向被叫方服務(wù)用戶指示有建立連接的請求。l連接響應(yīng)連接響應(yīng)： 若被叫方服務(wù)用戶準(zhǔn)備建立連接，則通過此原語告訴本方服務(wù)提供者。l連接證實(shí)連接證實(shí)： 呼叫方服務(wù)提供者通過虛通信得知被叫方同意建立連接后，由此原語告知呼叫方服務(wù)用戶。通過以上四步就建立了一條呼叫方與被叫方間的連接，可在其中傳輸數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)請求數(shù)據(jù)請求： 呼叫方服務(wù)用戶通過此原語請求本方服務(wù)提供者將數(shù)據(jù)送給被叫方。數(shù)據(jù)指示數(shù)據(jù)指示： 被叫方服務(wù)提供者收到對方送來的數(shù)據(jù)后通知服務(wù)用戶。斷連請求斷連請求： 任何一方用戶可通過此原語請求釋放連接，由

10、服務(wù)提供者傳至對等方。斷連指示斷連指示： 對等方服務(wù)提供者通過此原語告訴本方服務(wù)用戶釋放連接。1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型(續(xù))服務(wù)分證實(shí)和非證實(shí)l證實(shí)：如連接服務(wù)，要使用請求、指示、響應(yīng)和證實(shí)四類原語 l非證實(shí)：數(shù)據(jù)傳送服務(wù)和斷連服務(wù)，只使用請求和指示兩類原語 圖1.10 數(shù)據(jù)的實(shí)際傳遞過程本講內(nèi)容l第一章 概述1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 1.2.1 層次模型 1.2.2 開放系統(tǒng)互連基本參考模型 1.2.3 因特網(wǎng)絡(luò)參考模型因特網(wǎng)絡(luò)參考模型 1.2.4 網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織 *1.3 因特網(wǎng)的發(fā)展及其應(yīng)用 1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類*是要求同學(xué)了解的，這些內(nèi)容在本電子教案中并未講解而

11、是要求同學(xué)自己閱讀教材。 1.2.3 因特網(wǎng)絡(luò)參考模型 圖1.11 Internet 層次參考模型1.2.3 因特網(wǎng)絡(luò)參考模型（續(xù)）u基本概念I(lǐng)nternet 實(shí)際上不是一個單一的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)際網(wǎng) 互連網(wǎng)層：互連各種各樣的通信子網(wǎng)，該層運(yùn)行IP協(xié)議Internet實(shí)際上并沒有具體規(guī)定子網(wǎng)層運(yùn)行的協(xié)議，任何一種通信子網(wǎng)只要在其上的服務(wù)可以支持IP協(xié)議，都可接入Internet，并通過它互連 通信子網(wǎng)在ISOs OSI模型中對應(yīng)于物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和部分網(wǎng)絡(luò)層的功能 Internet層次模型中的互連網(wǎng)層大致對應(yīng)于ISO 8648中規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)層中子網(wǎng)無關(guān)匯合（Sub Network Independen

12、t Convergence, SNIC）子層和中繼及路由（Relay & Routing, RR）子層，即ISOs OSI模型網(wǎng)絡(luò)層中高層子層的功能。Internet中的運(yùn)輸層與ISOs OSI中的運(yùn)輸層幾乎是完全對應(yīng)的，在兩個模型中都是第一個完成端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶哟巍?1.2.3 因特網(wǎng)絡(luò)參考模型（續(xù)）TCP和UDP間的主要區(qū)別在于，前者提供的是面向連接的服務(wù)面向連接的服務(wù)（connection-oriented service），而后者提供的是無連接的服務(wù)無連接的服務(wù)（connectionless service） 在OSI的網(wǎng)絡(luò)層中同樣允許有兩種服務(wù)，即提供面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或者是無連接

13、的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。但是，在Internet的互連網(wǎng)層提供的僅是無連接的服務(wù)，這是它與OSI參考模型的不同點(diǎn)之一 1.2.3 因特網(wǎng)絡(luò)參考模型（續(xù)）Internet應(yīng)用層中常用的三個協(xié)議的名稱，即文件傳送協(xié)議文件傳送協(xié)議FTP（File Transfer Protocol）、簡單報(bào)文傳送協(xié)議簡單報(bào)文傳送協(xié)議SMTP(Simple Message Transfer Protocol)和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)登錄協(xié)議遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)登錄協(xié)議TELNET（TELecommunication NETwork） 1.2.3 因特網(wǎng)絡(luò)參考模型（續(xù)）圖1.12 Internet 使用的協(xié)議及與OSI的關(guān)系1.2.3 因特網(wǎng)絡(luò)參考模型（續(xù)

14、）uOSI與因特網(wǎng)參考模型的相同點(diǎn)：它們都是層次結(jié)構(gòu)的模型；其最低層都是面向通信子網(wǎng)的；它們都有運(yùn)輸層，且都是第一個提供端到端數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的層次，都能提供面向連接或無連接兩種運(yùn)輸服務(wù)；其最高層都是向各種用戶應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)的應(yīng)用層等 1.2.3 因特網(wǎng)絡(luò)參考模型（續(xù)）uOSI與因特網(wǎng)參考模型的不同點(diǎn)：兩者所劃分的層次數(shù)不同；Internet中沒有表示層和會話層；Internet沒有明確規(guī)定通信子網(wǎng)的協(xié)議，也不再區(qū)分通信子網(wǎng)中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層；還有，Internet中特別強(qiáng)調(diào)了互連網(wǎng)層，其中運(yùn)行的IP協(xié)議是Internet的核心協(xié)議，且互連網(wǎng)層向上只提供無連接的服務(wù)，而不提供面向連接

15、的服務(wù) 本講內(nèi)容l第一章 概述1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 1.3 因特網(wǎng)的發(fā)展及其應(yīng)用 1.3.1 因特網(wǎng)的發(fā)展過程因特網(wǎng)的發(fā)展過程1.3.2 Internet的主要功能1.3.3 Internet的工作原理1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.3.1 因特網(wǎng)的發(fā)展過程u歷史：前身ARPANET研究如何將各種LAN和廣域網(wǎng)(WAN)互連起來 ，非常重要的成果就是稱為網(wǎng)際協(xié)議IP和傳輸控制協(xié)議TCP的兩個使不同的計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)可以相互通信的約定，即協(xié)議 以這兩個協(xié)議為核心、以ARPANET為主干網(wǎng)開始將許多不同的網(wǎng)絡(luò)互連在一起，構(gòu)成了Internet的原型，并對TCP/IP協(xié)議及技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn) NSFNET

16、：美國國家科學(xué)基金，國家科學(xué)基金，(National Science Foundation) 1.3.1 因特網(wǎng)的發(fā)展過程（續(xù)）Internet的規(guī)模不斷地在擴(kuò)大，連接到Internet上的計(jì)算機(jī)的數(shù)目也正在以指數(shù)速率增長。圖1.13給出了從1984年到2004年20年間連到Internet上計(jì)算機(jī)的大致數(shù)量。圖1.13 1984-2004年連到Internet上計(jì)算機(jī)的數(shù)量 本講內(nèi)容l第一章 概述1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 1.3 因特網(wǎng)的發(fā)展及其應(yīng)用 1.3.1 因特網(wǎng)的發(fā)展過程1.3.2 Internet的主要功能的主要功能1.3.3 Internet的工作原理1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

17、1.3.2 Internet的主要功能u主要功能遠(yuǎn)程登錄Telnet文件傳輸FTP ( File Transfer Protocol) 電子郵件電子公告牌與網(wǎng)絡(luò)新聞 bbs,網(wǎng)絡(luò)新聞(network news) 1.3.2 Internet的主要功能（續(xù)）查找文件查找人員，Whois 以菜單方式瀏覽信息 按內(nèi)容自動查找，WAIS(Wide Area Information Server) 全球范圍的超媒體信息瀏覽服務(wù) 超文本超文本(hypertext) WWW(World Wide Web)，萬維網(wǎng)萬維網(wǎng) 瀏覽器瀏覽器（browser） 超文本描述語言超文本描述語言HTML(HyperText

18、 Makeup Language)、超超文本傳輸協(xié)議文本傳輸協(xié)議HTTP(HyperText Transmission Protocol)和統(tǒng)統(tǒng)一的資源定位格式一的資源定位格式URL（Uniform Resource Locator） 本講內(nèi)容l第一章 概述1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 1.3 因特網(wǎng)的發(fā)展及其應(yīng)用 1.3.1 因特網(wǎng)的發(fā)展過程1.3.2 Internet的主要功能1.3.3 Internet的工作原理的工作原理1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 1.3.3 Internet的工作原理u工作方式（類似郵政）信息封裝成包(package), 又稱分組IP協(xié)議就是關(guān)于在Internet中傳遞

19、的分組封裝格式的約定 分組在Internet中是通過若干路由器路由器(router)間轉(zhuǎn)發(fā)來傳遞到目標(biāo)點(diǎn)的 圖1.14 Internet連接的一個例子1.3.3 Internet的工作原理（續(xù)）Internet的地址是用數(shù)字來表示的，稱為IP地址。IP地址共含有四個字節(jié)，32個二進(jìn)制位。在書寫時，通常每個字節(jié)都用十進(jìn)制表示，而字節(jié)之間用小圓點(diǎn)分隔開來 域名域名(domain name) 1.3.3 Internet的工作原理（續(xù)）域名中的最后一個域有時也稱為頂級域名頂級域名，以區(qū)分機(jī)構(gòu)或組織的性質(zhì)。早期常用的有 l edu教育機(jī)構(gòu)l com商業(yè)機(jī)構(gòu)l mi

20、l軍事部門l gov政府機(jī)關(guān)l org非盈利性組織名字僅是為了幫助人們記憶和輸入，在IP分組中使用的仍然是IP地址。在Internet中有許多稱為域名服務(wù)器域名服務(wù)器DNS(Domain Name Server)的系統(tǒng)可以幫助你自動地從域名來找到其相應(yīng)的IP地址 研究和試驗(yàn)新一代的IP協(xié)議，即第六版的IP v6（目前廣泛采用的是IPv4，即第四版的IP）。在IPv6中，地址已從32位擴(kuò)展到128位 本講內(nèi)容l第一章 概述1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 1.3 因特網(wǎng)的發(fā)展及其應(yīng)用 1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.4.1 按拓?fù)錁?gòu)形分類按拓?fù)錁?gòu)形分類1.4.2 按地理范圍分類1.4.3 其它分類1.4

21、.1 按拓?fù)錁?gòu)形分類u按照網(wǎng)絡(luò)的物理形狀或稱為拓?fù)錁?gòu)形來對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類 圖1.15網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)形1.4.1 按拓?fù)錁?gòu)形分類（續(xù)）廣域網(wǎng) 不規(guī)則的網(wǎng)形 局域網(wǎng) 星形總線形環(huán)形 本講內(nèi)容l第一章 概述1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 1.3 因特網(wǎng)的發(fā)展及其應(yīng)用 1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.4.1 按拓?fù)錁?gòu)形分類1.4.2 按地理范圍分類按地理范圍分類1.4.3 其它分類1.4.2 按地理范圍分類u 若按計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍來細(xì)致區(qū)分，可分為：局域網(wǎng)局域網(wǎng)LAN (Local Area Network) 約0.1公里校園網(wǎng)校園網(wǎng)CAN (Campus Area Network) 約1公里城域網(wǎng)城域網(wǎng)MAN (Metropolitan Area Network) 約10公里廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)WAN (Wide Area Network) 約1001000公里全球網(wǎng)