計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

關(guān)于計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議1，定義：計算機網(wǎng)絡(luò)是由多個互連的結(jié)點組成，結(jié)點之間要不斷地交換數(shù)據(jù)和控制信息。為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、準則或約定即稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

2，組成：一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個要素組成（也可稱為關(guān)鍵要素）①語法：即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式②語義：即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作及做出何種應(yīng)答③即事件實現(xiàn)順序的詳細說明

3，分層的好處對于復雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其結(jié)構(gòu)最好采用層次式。分層可以有以下幾個好處：①各層之間是獨立的

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②靈活性好③結(jié)構(gòu)上可分隔開④易于實現(xiàn)和維護⑤有利于標準化工作網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對計算機網(wǎng)絡(luò)是不可缺少的，一個功能完備的計算機網(wǎng)絡(luò)需要制定一套復雜的協(xié)議集，對于復雜的計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議最好的組織方式是層次結(jié)構(gòu)模型。我們將計算機網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型和各層協(xié)議的集合定義為計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。換句話說，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是計算機網(wǎng)絡(luò)所應(yīng)完成的功能的精確定義。體系結(jié)構(gòu)與其具體實現(xiàn)是不同的，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是抽象的，是對功能的精確描述，而實現(xiàn)是具體的是真正運行的硬件和軟件。第3頁,共18頁，星期六，2024年，5月（2）相關(guān)概念

下面介紹一些與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有關(guān)的相關(guān)的重要概念

1，系統(tǒng)和實體系統(tǒng)也叫做網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或簡稱結(jié)點。是網(wǎng)絡(luò)中有自治能力的計算機或交換設(shè)備。實體包括硬件實體和軟件實體。是指每個層次中能夠發(fā)送和接受信息的任何東西。

2，協(xié)議棧是指特定系統(tǒng)中所有層次的協(xié)議的列表

3，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是指層次結(jié)構(gòu)與協(xié)議的集合第4頁,共18頁，星期六，2024年，5月

4，接口與服務(wù)

接口是相鄰兩層之間的邊界，底層通過接口為上層提供服務(wù)服務(wù)的使用者和提供者通過服務(wù)訪問點直接聯(lián)系所謂服務(wù)訪問點是指相鄰兩層實體之間通過接口調(diào)用服務(wù)或提供服務(wù)的聯(lián)系點

5，面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù)服務(wù)分為面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù)。面向連接的服務(wù)有一個面向連接的過程，這種服務(wù)可靠性高，而且保證數(shù)據(jù)順序傳輸。無連接的服務(wù)不需要維持連接，可靠性低，也不保證數(shù)據(jù)的傳輸順序。第5頁,共18頁，星期六，2024年，5月6，服務(wù)原語服務(wù)通常由一系列的服務(wù)原語來描述的，所謂原語就是不可再細分的意思

7，服務(wù)訪問點服務(wù)訪問點是相鄰兩層實體之間通過接口調(diào)用服務(wù)方式或提供服務(wù)的聯(lián)系點

8，協(xié)議數(shù)據(jù)單元協(xié)議數(shù)據(jù)單元是對等實體之間通過協(xié)議傳送的單元位于不同系統(tǒng)的同一層次的實體叫做對等實體

第6頁,共18頁，星期六，2024年，5月9，接口數(shù)據(jù)單元接口數(shù)據(jù)單元又稱服務(wù)數(shù)據(jù)單元，是相鄰層之間通過接口傳遞的數(shù)據(jù)單元。

10，服務(wù)與協(xié)議的關(guān)系實體使用協(xié)議的最終目的是為了實現(xiàn)它所需提供的服務(wù)，每一層可以根據(jù)需要選擇和改變本層所使用的協(xié)議，而不影響高層軟件的實現(xiàn)3.2OSI參考模型

1，OSI參考模型的基本概念國際標準化組織ISO發(fā)布的最著名的標準是ISO/IEC7498，又稱為X.200建議,該體系結(jié)構(gòu)標準定義了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的七層框架,即ISO開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型.

開放系統(tǒng)互聯(lián)參考描述了通過網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)、信息或數(shù)據(jù)第7頁,共18頁，星期六，2024年，5月

是如何從一臺計算機的一個應(yīng)用程序到達網(wǎng)絡(luò)中的另一臺計算機的一個應(yīng)用程序。開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI中的“開放”是指只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的也遵循這同一標準的其他任何系統(tǒng)進行通信。國際互聯(lián)涉及到把兩個網(wǎng)絡(luò)連接在一起的問題。2，OSI參考模型在OSI參考模型中，計算機之間傳送信息的問題被分為7個較小的且更易于管理的問題。每一個小問題都是由模型中的一層來解決。把7個更小更易于管理的問題映射為不同的網(wǎng)絡(luò)功能叫分層。模型中的每一層都解決一個不同的問題

OSI參考模型的底層（1-3）負責在網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)的傳送常常又把它們叫做介質(zhì)層。第8頁,共18頁，星期六，2024年，5月OSI參考模型的上層（4-7）在下3層進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，又常叫做主機層大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按7層實現(xiàn)主機層：保證主機之間精確的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)層：控制網(wǎng)絡(luò)上信息的物理傳輸3，OSI參考模型的層次結(jié)構(gòu)

1，第7層應(yīng)用層應(yīng)用層是OSI模型中最靠近用戶的一層，它為用戶的應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)它不同于其他層的地方就在于它不為OSI模型7層協(xié)議中任何其他層提供服務(wù)，但它為在OSI模型以外的應(yīng)用程序提供服務(wù)。

第9頁,共18頁，星期六，2024年，5月2，第6層表示層所謂表示層就是由一個端點用戶所產(chǎn)生的報文要在另一個端點用戶上表示出來的形式。表示層保證一個系統(tǒng)應(yīng)用層發(fā)出的信息被另一個系統(tǒng)的應(yīng)用層讀出。如果必要，表示層用一種通用的數(shù)據(jù)表示格式在多種數(shù)據(jù)之間進行轉(zhuǎn)換。

3，第5層會話層會話層負責在應(yīng)用進程之間建立、組織和同步會話。解決應(yīng)用進程之間會話的許多具體問題。會話層為表示層提供服務(wù)，同時會話層也同步表示層實體之間的對話，管理它們之間的數(shù)據(jù)交換。

4，第4層傳輸層傳輸層是整個協(xié)議層次結(jié)構(gòu)中最核心的一層，傳輸層把數(shù)據(jù)分段并且組裝成數(shù)據(jù)流，傳輸層為數(shù)據(jù)的傳輸提供服務(wù)

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特別重要的是：網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)的可靠傳輸是如何完成的，是傳輸層最關(guān)心的問題。為了提供可靠的服務(wù)，傳輸層提供建立、維護和有序地中斷虛電路，傳輸差錯校驗和恢復以及信息流控制機制。

5，第3層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是一個復雜的層，它為處在兩個不同地理位置上的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的終端設(shè)備之間提供連接和路徑選擇

6，第2層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層在物理線路上提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，因此，數(shù)據(jù)鏈路層關(guān)心的問題包括物理地址、網(wǎng)絡(luò)拓撲、線路的規(guī)劃等

7，第1層物理層物理層定義了激活，維護和關(guān)閉終端用戶之間電氣的、機械第11頁,共18頁，星期六，2024年，5月

的、過程的和功能的特性。4，對等通信在OSI參考模型中，兩個不同的終端系統(tǒng)通信過程，不包括對等層之間的直接通信，為了完成這些任務(wù)，它必須使用別的方式和另一個系統(tǒng)中的對等層進行通信。我們可為每個對等層協(xié)議之間要交換的信息單元起一個統(tǒng)一的名字，叫協(xié)議數(shù)據(jù)單元5，數(shù)據(jù)封裝為了理解網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)構(gòu)和工作原理，用戶應(yīng)該記住網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)都是從源端發(fā)出經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳送到目的端。在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的信息叫做數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)包。如果一臺計算機要發(fā)送數(shù)據(jù)到另一臺計算機數(shù)據(jù)首先必須打包，該過程叫做封裝。第12頁,共18頁，星期六，2024年，5月

數(shù)據(jù)封裝過程（以發(fā)送E-MAIL為例）5個轉(zhuǎn)換步驟：

1，生成數(shù)據(jù)

2，打包生成端到端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)

3，在頭部加入網(wǎng)絡(luò)地址

4，把物理地址加入到數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)頭部

5，把信息轉(zhuǎn)換為比特流3.3TCP/IP參考模型

1，發(fā)展過程

INTERNET在全世界的飛速發(fā)展與TCP/IP協(xié)議應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展都有很深的影響

ARPANET是最早出現(xiàn)的計算機網(wǎng)絡(luò)之一，現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)的很多概念和方法都是從APRANET基礎(chǔ)上發(fā)展出來的最初ARPANET使用的是租用線路，當衛(wèi)星通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)發(fā)展起來之后，ARPANET最初開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使用在通信可靠性較差的通信子網(wǎng)中出現(xiàn)了不少問題，這就導致了新的網(wǎng)第13頁,共18頁，星期六，2024年，5月絡(luò)協(xié)議TCP/IP的出現(xiàn)雖然TCP協(xié)議，IP協(xié)議都不是OSI標準，但他們是目前最流行的商業(yè)化的協(xié)議，并被公認為當前的工業(yè)標準或事實上的標準。在TCP/IP協(xié)議出現(xiàn)之后，出現(xiàn)了TCP/IP參考模型。TCP/IP參考模型最早是由KAHN在1974年定義的，1985年LEINER等人進一步對它發(fā)展了研究，1988年CLARK在參考模型出現(xiàn)之后對其設(shè)計思想進行了討論

①TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)源于美國ARPANET工程，由它的兩個主要協(xié)議即TCP協(xié)議和IP協(xié)議而得名。實際上TCP/IP框架包含大量的協(xié)議和應(yīng)用，TCP/IP是多個獨立定義的協(xié)議的集合，簡稱TCP/IP協(xié)議集。

②TCP/IP參考模型與層次第14頁,共18頁，星期六，2024年，5月1，模型分析

2，層次

主機-網(wǎng)絡(luò)層：是TCP/IP參考模型的最低層，負責通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接受IP數(shù)據(jù)報。主機-網(wǎng)絡(luò)層也稱為網(wǎng)絡(luò)接口層，負責將數(shù)據(jù)包送到電纜上，是實際的網(wǎng)絡(luò)硬件接口。網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議定義了主機如何連接到網(wǎng)絡(luò)，管理著特定的物理介質(zhì)。

互連層：主要功能是負責將源主機的報文分組發(fā)送到目的主機，源主機與目的主機可以在一個網(wǎng)上，也可以在不同的網(wǎng)上。網(wǎng)絡(luò)互連層是TCP/IP模型的關(guān)鍵部分，它所使用的協(xié)議是IP協(xié)議。它把傳輸層送來的消息組裝成IP數(shù)據(jù)報文，并把IP數(shù)據(jù)報文傳遞給主機-網(wǎng)絡(luò)層傳輸層：TCP/IP參考模型的傳輸層定義了兩種協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議（TCP）與用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）

第15頁,共18頁，星期六，2024年，5月應(yīng)用層：應(yīng)用層包括了所有的高層協(xié)議，并且不斷有新的協(xié)議加入。3.4OSI與TCP/IP的比較

1,模型對比

①OSI采用的是七層模型,而TCP/IP是四層結(jié)構(gòu)(實際上是三層結(jié)構(gòu))②TCP/IP參考模型的網(wǎng)絡(luò)接口層實際上沒有真正的定義,而OSI參考模型不僅分了兩層,,而且每一層的功能都很詳盡③TCP/IP參考模型中,沒有了會話層和表示層④傳輸層

第16頁,共18頁，星期六，2024年，5月3.5NovellNetware參考模型目前使用最多的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型還有NOVELLNETWARE參考模型

1,NOVELLNETWARE與OSI參考模型對比圖

2,它使用IPX/SPX協(xié)議,該協(xié)議專門為局域網(wǎng)而研制,是NOVELLNETWARE體系結(jié)構(gòu)中最重要的協(xié)議3.6