計算機網絡體系結構

計算機網絡原理整理課件第二章計算機網絡體系結構本章介紹計算機網絡體系結構的概念、網絡的分層體系結構、網絡的參考模型，面向連接的服務和無連接的服務，開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI/RM）及其各層概述，TCP/IP網絡體系結構及其各層概述。OSI和TCP/IP的相同點與不同點。2.1網絡的分層體系結構2.2OSI/RM開放系統(tǒng)互連參考模型2.3TCP/IP參考模型2.4OSI/RM和TCP/IP參考模型的比較整理課件學習目的與要求要求理解計算機網絡分層的目的理解協(xié)議的要素、服務、協(xié)議與服務的區(qū)別、協(xié)議數據單元理解面向連接的服務和無連接服務的概念理解ISO基本參考模型與各層的功能理解TCP/IP參考模型與各層的功能了解兩個參考模型的相同點與不同點。整理課件2.1網絡的分層體系結構課程內容與考核知識點（1）計算機網絡體系結構的定義和發(fā)展。（2）計算機網絡分層體系結構及分層原理。（3）計算機網絡通信協(xié)議的概念，網絡通信協(xié)議三要素。考核要求領會：網絡分層體系結構的概念和計算機網絡體系結構，協(xié)議的概念，通信協(xié)議三要素：語義、語法、時序關系。整理課件2.1.1協(xié)議的要素（領會）網絡協(xié)議(Protocol)：為計算機網絡中進行數據交換而建立的規(guī)則、標準或約定的集合。由以下三個要素組成：(1)語義(Semantics)。涉及用于協(xié)調與差錯處理的控制信息。用于解釋比特流的每一部分的意義；(2)語法(Syntax)。涉及數據及控制信息的格式、編碼及信號電平等。(3)定時(Timing)。涉及速度匹配和排序等。事件實現順序的詳細說明語義——交流什么what；語法——怎樣交流how；定時——何時交流when。整理課件通信協(xié)議的三要素語義對協(xié)議中各協(xié)議元素的含義的解釋，例如：在HDLC協(xié)議中，標志Flag(7EH)表示報文的開始和結束在BSC協(xié)議中，SOH(01H)表示報文的開始，STX(02H)表示報文正文的開始，ETX(03H)表示報文正文的結束語法協(xié)議元素與數據的組合格式，即報文格式。例如：時序通信過程中，通信雙方操作的執(zhí)行順序和規(guī)則FlagAddressCtrlDataFCSSFlagSOHHEADSTXTEXTETXBCCBSCHDLC整理課件確認釋放連接釋放確認釋放確認連接確認數據連接請求連接確認tt時序例釋放連接數據傳輸建立連接整理課件2.1.2分層體系結構（領會）解決復雜系統(tǒng)時，可采用分解為若干個容易處理的子系統(tǒng),然后“分而治之”的方法；分層就是系統(tǒng)分解的最好方法之一；層次結構的好處使每一層實現一種相對獨立的功能每一層次的功能相對簡單且易于實現和維護；分層結構還有利于交流、理解和標準化。整理課件劃分層次的概念舉例計算機

1

向計算機

2

通過網絡發(fā)送文件。可以將要做的工作進行如下的劃分。第一類工作與傳送文件直接有關。確信對方已做好接收和存儲文件的準備。雙方協(xié)調好一致的文件格式。兩個計算機將文件傳送模塊作為最高的一層。剩下的工作由下面的模塊負責。整理課件兩個計算機交換文件文件傳送模塊計算機

1計算機

2文件傳送模塊只看這兩個文件傳送模塊好像文件及文件傳送命令是按照水平方向的虛線傳送的把文件交給下層模塊進行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊整理課件再設計一個通信服務模塊文件傳送模塊計算機

1計算機

2文件傳送模塊只看這兩個通信服務模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對方把文件交給下層模塊進行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通信服務模塊通信服務模塊整理課件再設計一個網絡接入模塊文件傳送模塊計算機

1計算機

2文件傳送模塊通信服務模塊通信服務模塊網絡接入模塊網絡接入模塊通信網絡網絡接口網絡接口網絡接入模塊負責做與網絡接口細節(jié)有關的工作例如，規(guī)定傳輸的幀格式，幀的最大長度等。整理課件網絡的體系結構(Architecture)計算機網絡各層次結構模型及其協(xié)議的集合,稱為網絡的體系結構(Architecture)。體系結構就是這個計算機網絡及其部件所應完成的功能的精確定義。實現(implementation)是遵循這種體系結構的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。體系結構是抽象的，而實現則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。整理課件層次化的體系結構計算機網絡都采用層次化的體系結構計算機網絡涉及多個實體間的通信,其層次結構一般以垂直分層模型來表示。這種層次結構的要點可歸納如下:(1)除了在物理媒體上進行的是實通信之外，其余各對等實體間進行的都是虛通信。(2)對等層的虛通信必須遵循該層的協(xié)議。(3)n層的虛通信是通過n/n-1層間接口處n一1層提供的服務以及n-1層的通信(通常也是虛通信)來實現的。整理課件實體、協(xié)議、服務實體(entity)表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程。協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合。在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務。要實現本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務。協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對等實體之間通信的規(guī)則。服務是“垂直的”，即服務是由下層向上層通過層間接口提供的。整理課件5不同機器中對應的層稱為對等實體（peerentity)第n層的通信規(guī)則和功能由該層的協(xié)議描述相鄰上下層之間都有接口，接口定義下層向上層提供的服務。整理課件層次結構的劃分原則(1)每層的功能應是明確的,并且是相互獨立的。(2)層間接口必須清晰,跨越接口的信息量應盡可能少。(3)層數應適中。世界上第一個網絡體系結構是IBM公司提出的“系統(tǒng)網絡體系結構SNA”整理課件2.2OSI/RM開放系統(tǒng)互連參考模型課程內容與考核知識點（1）OSI/RM對等實體的通信。（2）OSI/RM各層的功能。（3）面向連接的服務和無連接的服務。考核要求領會：OSI參考模型及每層的功能。OSI/RM對等實體通信整理課件2.2.1OSI/RM簡介在OSI中的“開放”是指只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就可以與位于世界上任何地方、同樣遵循同一標準的其他任何系統(tǒng)進行通信；OSI標準中，采用的是三級抽象：

?體系結構（architecture）；

?服務定義（servicedefinition）；

?協(xié)議規(guī)范（protocolspecification）整理課件三級抽象OSI的體系結構定義了一個七層模型,用以進行進程間的通信為一個框架來協(xié)調各層標準的制定；對網絡內部結構最精煉地概括與描述OSI的服務定義描述了各層所提供的服務,層與層之間的抽象接口和交互用的服務原語（serverprimitive）；不涉及接口是如何具體實現的OSI各層的協(xié)議規(guī)范精確地定義了應當發(fā)送何種控制信息用何種過程來解釋該控制信息。協(xié)議規(guī)范說明具有最嚴格的約束整理課件2.2.2OSI/RM的結構OSI七層模型從下到上分別為:物理層(PhysicalLayer,PH)數據鏈路層(DataLinkIayer,DL)網絡層(NetworkLayer,N)傳輸層(TransportLayer,T)會話層(SessionLayer,S)表示層(PresentationLayer,P)應用層(ApplicationLayer,A)。應用層傳輸層網絡層表示層會話層數據鏈路層物理層7654321OSI的體系結構整理課件OSI參考模型的結構1.只有主機才可能需要包含所有七層功能。2.通信子網中的節(jié)點機只需要最低三層甚至最低兩層的功能。通信子網整理課件OSI環(huán)境中的數據傳輸過程加上控制信息報頭去掉控制信息通過物理介質傳輸整理課件OSI/RM對等實體通信（領會）由于接收方的某一層只閱讀和去除本層的控制信息,并進行相應的協(xié)議操作。這樣,發(fā)送方和接收方的對等實體看到的信息是相同的,就好像這些信息通過虛通信直接傳給了對方一樣。整理課件ISO-OSI模型各層所涉及的問題物理層：纜線，信號的編碼，網絡接插件的電、機械接口數據鏈路層：成幀，差錯控制、流量控制，物理尋址，媒體訪問控制網絡層：路由、轉發(fā)，擁塞控制傳輸層：為會話層提供與下面網絡無關的可靠消息傳送機制會話層：負責建立（或清除）在兩個通信的表示層之間的通信通道，包括交互管理、同步，異常報告。表示層：在兩個應用層之間的傳輸過程中負責數據的表示語法應用層：處理應用進程之間所發(fā)送和接收的數據中包含的信息內容。整理課件OSI參考模型及每層的功能（領會）(1)物理層定義了為建立、維護和拆除物理鏈路所需的機械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性。物理層的數據傳輸單元是比特。(2)數據鏈路層功能是建立、維持和釋放網絡實體之間的數據鏈路，采用差錯控制與流量控制方法，使有差錯的物理線路變成無差錯的數據鏈路。協(xié)議數據單元是幀。(3)在網絡層進行路由選擇，流量控制，還要解決網際互連的問題。協(xié)議數據單元是分組。整理課件OSI參考模型及每層的功能（領會）(4)傳輸層提供的端到端的透明數據傳輸服務,還要處理端到端的差錯控制和流量控制問題。(5)會話層主要功能是組織和同步不同主機上各種進程間的通信(也稱為對話)。(6)表示層為上層用戶提供共同的數據或信息的語法表示變換。數據加密與解密；數據壓縮與恢復。(7)應用層不同的應用層為特定類型的網絡應用提供訪問OSI環(huán)境的手段。整理課件鏈路層的任務兩節(jié)點間可靠的數據傳輸Ethernet,X.25,ATM,…網絡層的任務沿兩端點間的最佳路由傳輸數據（主機間的邏輯通信）Ethernet,X.25,ATM,…整理課件網絡層的任務沿兩端點間的最佳路由傳輸數據（主機間的邏輯通信）Ethernet,X.25,ATM,…傳輸層的任務……兩端點間可靠的透明數據傳輸（應用進程間的邏輯通信）通信子網整理課件2.2.3面向連接服務和無連接服務在網絡體系結構中討論的服務可以分為通信子網對網絡中數據傳輸所提供的服務,與整個網絡系統(tǒng)為用戶提供的服務；通信子網的服務是指通信子網對主機間數據傳輸的效率和可靠性所提供的保證機制；通信服務可以分為兩大類：面向連接服務（connect-orientedservice）；無連接服務（connectlessservice）。整理課件面向連接服務和無連接服務（領會）通信服務類型：面向連接服務數據傳輸過程前必須經過建立連接、維護連接和釋放連接的3個過程；各分組可以不攜帶目的結點的地址；收發(fā)數據順序不變可靠性好，協(xié)議復雜，通信效率不高面向無連接服務每個分組都要攜帶完整的目的節(jié)點的地址，各分組在通信子網中是獨立傳送的。不同分組可能選擇不同的路徑到達目的節(jié)點目的結點接收的數據分組可能出現亂序、重復與丟失的現象；可靠性不是很好，通信協(xié)議相對簡單，效率較高整理課件確認釋放連接釋放確認數據連接請求連接確認tt面向連接釋放連接數據傳輸建立連接整理課件確認數據數據數據數據tt無連接有確認無確認整理課件確認和重傳機制網絡數據傳輸的可靠性一般通過確認和重傳機制保證；確認是指數據分組接收節(jié)點在收到每個分組后，向發(fā)送節(jié)點回送正確接收分組的確認信息。在規(guī)定的時間內，如果發(fā)送結點沒有接收到接收結點的確認信息，就認為該數據分組發(fā)送失敗，發(fā)送結點重新發(fā)送該數據分組；可以提高數據傳輸的可靠性。整理課件服務類型和服務質量通信協(xié)議四種類型：面向連接與確認服務面向連接與不確認服務無連接與確認服務無連接與不確認服務設計者可以根據不同的通信要求，決定選擇不同的服務類型。面向連接無連接服務確認不確認整理課件2.3TCP/IP參考模型課程內容與考核知識點（1）TCP/IP的體系結構。（2）TCP/IP各層的功能?？己艘箢I會：TCP/IP參考模型及每層的功能。TCP/IP協(xié)議簇內容整理課件2.3.1TCP/IP簡介最初是為實現ARPANET互聯(lián)網而開發(fā)的。特點：1開放的協(xié)議標準；2獨立于特定的網絡硬件；3統(tǒng)一的網絡地址分配方案；4標準化的高層協(xié)議。整理課件2.3.2TCP/IP的體系結構TCP/IP分四層：主機-網絡層、互連層（IP）、傳輸層（TCP）和應用層整理課件TCP/IP層次模型TCP/IP是一組協(xié)議的代名詞,它還包括許多別的協(xié)議,組成了TCP/IP協(xié)議簇。（領會）整理課件互聯(lián)層主機-網絡層整理課件TCP/IP參考模型每層的功能（領會）主機-網絡層是TCP/IP的實現基礎，包括各通信網與TCP/IP之間的接口和物理網絡協(xié)議?；ヂ?lián)層提供端到端的分組分發(fā)功能和數據分塊和重組功能，建立互連網絡。傳輸層負責應用進程之間的端到端通信。應用層應用程序間溝通的層。整理課件TCP/IP協(xié)議層次整理課件2.4OSI/RM和TCP/IP參考模型的比較課程內容與考核知識點（1）兩者相似之處：基于協(xié)議棧的概念，分層體系結構。（2）兩者不同之處：層的數目不同，面向連接的和無連接的通信?？己艘螅?）識記：兩者相似之處：基于協(xié)議棧的概念，分層體系結構；兩者不同之處：層的數目不同，面向連接的和無連接的通信。（2）領會：面向連接的和無連接的服務機制。整理課件兩者相同點和不同點（識記）OSI和TCP/IP的相同點：OSI和TCP/IP都是協(xié)議棧的概念為基礎，并且協(xié)議棧中的協(xié)議彼此相互獨立兩個模型中都采用了層次結構的概念，各個層的功能也大體相似。OSI和TCP/IP的不同點：OSI分七層，而TCP/IP分四層，它們都有網絡層、傳輸層和應用層，但其他層并不相同。無連接和面向連接的通信范圍有所不同。OSI模型的網絡層同時支持無連接和面向連接的通信，但傳輸層上只支持面向連接的通信。TCP/IP模型的網絡層只有一種模式即無連接通信，但在傳輸層上同時支持兩種通信模式。

整理課件2.4.1OSI模型和協(xié)議的缺點模型和協(xié)議自身的缺陷會話層和表示層幾乎是空的數據鏈路層和網絡層包含內容太多OSI模型以及相應的服務定義和協(xié)議都極其復雜協(xié)議的出現時機晚于TCP/IP協(xié)議整理課件2.4.2TCP/IP模型和協(xié)議的缺點該模型并沒有清楚的區(qū)分哪些是規(guī)范、哪些是實現。TCP/IP模型的主機—網絡層并不是常規(guī)意義上的一層，它是定義了網絡層與數鏈路層的接口。對于接口和層次的區(qū)分不明確整理課件小結網絡體系結構與網絡協(xié)議是網絡技術中兩個最基本的概念；網絡中計算機之間要做到有條不紊地交換數據就必須遵守一些事先約定好的規(guī)則。這些為網絡數據交換而制定的規(guī)則、約定與標準被稱為網絡協(xié)議。功能完備的網絡需要制定一系列的協(xié)議；網絡協(xié)議就是按照層次結構模型來組織的，網絡層次結構模型與各層協(xié)議的集合定義為計算機網絡體系結構；ISO定義的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型對推動網絡協(xié)議標準化的研究起到了重要的作用；Internet的廣泛應用使TCP/IP協(xié)議成為事實上的標準。整理課件已考試題200