计算机网络体系结构课件.ppt
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1、计算机网络原理第二章 计算机网络体系结构l本章介绍计算机网络体系结构的概念、网络的分本章介绍计算机网络体系结构的概念、网络的分层体系结构、网络的参考模型,面向连接的服务层体系结构、网络的参考模型,面向连接的服务和无连接的服务,开放系统互连参考模型和无连接的服务,开放系统互连参考模型(OSI/RM)及其各层概述,)及其各层概述,TCP/IP网络体系结构网络体系结构及其各层概述。及其各层概述。OSI和和TCP/IP的相同点与不同点。的相同点与不同点。l2.1 网络的分层体系结构网络的分层体系结构l2.2 OSI/RM开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型l2.3 TCP/IP参考模型参考模型l2
2、.4 OSI/RM和和TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较学习目的与要求l要求要求理解理解计算机网络分层的目的计算机网络分层的目的l理解理解协议的要素、服务、协议与服务的协议的要素、服务、协议与服务的区别、协议数据单元区别、协议数据单元l理解理解面向连接的服务和无连接服务的概面向连接的服务和无连接服务的概念念l理解理解ISO基本参考模型与各层的功能基本参考模型与各层的功能l理解理解TCP/IP参考模型与各层的功能参考模型与各层的功能l了解两个参考模型的相同点与不同点。了解两个参考模型的相同点与不同点。2.1网络的分层体系结构l课程内容与考核知识点课程内容与考核知识点(1)计算机网络体系结构
3、的定义和发展。计算机网络体系结构的定义和发展。(2)计算机网络分层体系结构及分层原理。)计算机网络分层体系结构及分层原理。(3)计算机网络通信协议的概念,网络通计算机网络通信协议的概念,网络通信协议三要素。信协议三要素。l考核要求考核要求领会:网络分层体系结构的概念和计算机网领会:网络分层体系结构的概念和计算机网络体系结构,协议的概念,通信协议三要素:络体系结构,协议的概念,通信协议三要素:语义、语法、时序关系。语义、语法、时序关系。2.1.1协议的要素(领会)l网络协议网络协议(Protocol):为计算机网络中进行数据交换:为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。而建立的
4、规则、标准或约定的集合。l由以下三个要素组成:由以下三个要素组成:(1)语义语义(Semantics)。涉及用于协调与差错处理的控制信息。涉及用于协调与差错处理的控制信息。用于解释比特流的每一部分的意义;用于解释比特流的每一部分的意义;(2)语法语法(Syntax)。涉及数据及控制信息的格式、编码及信。涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。号电平等。(3)定时定时(Timing)。涉及速度匹配和排序等。涉及速度匹配和排序等。事件实现顺序的详细说明事件实现顺序的详细说明l语义语义交流什么交流什么what;语法;语法怎样交流怎样交流how;定;定时时何时交流何时交流when。通信协议的三要素
5、l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)表示报文正文的开始,ETX(03H)表示报文正文的结束l语法协议元素与数据的组合格式,即报文格式。例如:l时序通信过程中,通信双方操作的执行顺序和规则FlagAddressCtrlDataFCSSFlagSOHHEADSTXTEXTETXBCCBSCHDLC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ttl时序例释放连接释放连接数据传输数据传输建立连接建立连接2.1.2 分层体系结构(领会)l解决复杂系统时,可采用分
6、解为若干个解决复杂系统时,可采用分解为若干个容易处理的子系统容易处理的子系统,然后然后“分而治之分而治之”的的方法;方法;l分层就是系统分解的最好方法之一;分层就是系统分解的最好方法之一;l层次结构的好处层次结构的好处使每一层实现一种相对独立的功能使每一层实现一种相对独立的功能每一层次的功能相对简单且易于实现和维护;每一层次的功能相对简单且易于实现和维护;分层结构还有利于交流、理解和标准化。分层结构还有利于交流、理解和标准化。划分层次的概念举例 l计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 通过网络发送文件。通过网络发送文件。l可以将要做的工作进行如下的划分。可以将要做的工作进行如下的划分。l第一
7、类工作与传送文件直接有关。第一类工作与传送文件直接有关。确信对方已做好接收和存储文件的准备。确信对方已做好接收和存储文件的准备。双方协调好一致的文件格式。双方协调好一致的文件格式。l两个计算机将两个计算机将文件传送模块文件传送模块作为最高的作为最高的一层一层。剩下的工作由下面的模块负责。剩下的工作由下面的模块负责。两个计算机交换文件 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块再设计一个通信服务模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接
8、把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块再设计一个网络接入模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如,规定传输的帧格式,帧的最大长度等。网络的体系结构(Architecture)l计算机网络各层次结构模型及其协议的集计算机网络各层次结构模型及其协议的集合合,称为网络的称为网络的体系结构体系结构(Architecture)。l体系结构就是这个计算机网络及其部件所体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的应完成
9、的功能的精确定义精确定义。l实现实现(implementation)是遵循这种体系结是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。能的问题。l体系结构是体系结构是抽象的抽象的,而实现则是具体的,而实现则是具体的,是真正在运行的计算机硬件和软件。是真正在运行的计算机硬件和软件。层次化的体系结构l计算机网络都采用计算机网络都采用层次化的体系结构层次化的体系结构l计算机网络涉及多个实体间的通信计算机网络涉及多个实体间的通信,其层次其层次结构一般以垂直分层模型来表示。这种层结构一般以垂直分层模型来表示。这种层次结构的要点可归纳如下次结构的要点可归纳如
10、下:(1)除了在物理媒体上进行的是实通信之外,除了在物理媒体上进行的是实通信之外,其余各对等实体间进行的都是虚通信。其余各对等实体间进行的都是虚通信。(2)对等层的虚通信必须遵循该层的协议。对等层的虚通信必须遵循该层的协议。(3)n层的虚通信是通过层的虚通信是通过n/n-1层间接口处层间接口处n一一1层提供的服务以及层提供的服务以及n-1层的通信层的通信(通常也是虚通通常也是虚通信信)来实现的。来实现的。实体、协议、服务l实体实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。件进程。l协议是控制协议是控制两个对等实体两个对等实体进行通信的规则的集合
11、。进行通信的规则的集合。l在协议的控制下,两个对等实体间的通信使得本层在协议的控制下,两个对等实体间的通信使得本层能够能够向上一层提供服务向上一层提供服务。l要实现本层协议,还需要使用要实现本层协议,还需要使用下层下层所提供的服务。所提供的服务。l协议是协议是“水平的水平的”,即协议是控制对等实体之间通,即协议是控制对等实体之间通信的规则。信的规则。l服务是服务是“垂直的垂直的”,即服务是由下层向上层通过层,即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。间接口提供的。5不同机器中对不同机器中对应的层称为对应的层称为对等实体等实体(peer entity)第第n层的通信层的通信规则和功能由规则和功能由
12、该层的协议描该层的协议描述述相邻上下层之相邻上下层之间都有接口,间都有接口,接口定义下层接口定义下层向上层提供的向上层提供的服务。服务。层次结构的划分原则l(1)每层的功能应是明确的每层的功能应是明确的,并且是相互并且是相互独立的。独立的。l (2)层间接口必须清晰层间接口必须清晰,跨越接口的信息跨越接口的信息量应尽可能少。量应尽可能少。l (3)层数应适中。层数应适中。l世界上第一个网络体系结构是世界上第一个网络体系结构是IBM公司提公司提出的出的“系统网络体系结构系统网络体系结构SNA”2.2 OSI/RM开放系统互连参考模型l课程内容与考核知识点课程内容与考核知识点(1)OSI/RM对等
13、实体的通信。对等实体的通信。(2)OSI/RM各层的功能。各层的功能。(3)面向连接的服务和无连接的服务。面向连接的服务和无连接的服务。l考核要求考核要求领会:领会:OSI参考模型及每层的功能。参考模型及每层的功能。OSI/RM对等实体通信对等实体通信2.2.1 OSI/RM简介l在在OSIOSI中中 的的“开放开放”是指只要遵循是指只要遵循OSIOSI标标准,一个系统就可以与位于世界上任何准,一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其他任何系地方、同样遵循同一标准的其他任何系统进行通信;统进行通信;lOSIOSI标准中,采用的是三级抽象:标准中,采用的是三级抽象:体系结构(体系
14、结构(architecturearchitecture););服务定义(服务定义(service definitionservice definition););协协议议规规范范(protocol protocol specificationspecification)三级抽象lOSI的体系结构的体系结构定义了一个定义了一个七层七层模型模型,用以进行进程间的通信用以进行进程间的通信为一个框架来协调各层标准的制定;为一个框架来协调各层标准的制定;对网络内部结构最精炼地概括与描述对网络内部结构最精炼地概括与描述lOSI的服务定义的服务定义描述了各层所提供的服务描述了各层所提供的服务,层与层之间的抽
15、象接口和交互用的服务原语(层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语(server primitive););不涉及接口是如何具体实现的不涉及接口是如何具体实现的lOSI各层的协议规范各层的协议规范精确地定义了应当发送何种控制信息精确地定义了应当发送何种控制信息用何种过程来解释该控制信息。用何种过程来解释该控制信息。协议规范协议规范说明具有最严格的约束说明具有最严格的约束2.2.2 OSI/RM的结构lOSI七层模型从下到上分别为七层模型从下到上分别为:物理层物理层(Physical Layer,PH)数据链路层数据链路层(Data Link Iayer,DL)网络层网络层(Network Lay
16、er,N)传输层传输层(Transport Layer,T)会话层会话层(Session Layer,S)表示层表示层(Presentation Layer,P)应用层应用层(Application Layer,A)。应用层传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OSI参考模型的结构1.1.只有主机才可能需要包含所有七层功能。只有主机才可能需要包含所有七层功能。2.2.通信子网中的节点机只需要最低三层甚至最低两通信子网中的节点机只需要最低三层甚至最低两层的功能。层的功能。通信子网通信子网OSI环境中的数据传输过程加上控制信息加上控制信息 报头报头去掉控制信息去掉
17、控制信息 通过物理介质通过物理介质传输传输OSI/RM对等实体通信(领会)l由于接收方的某一层只阅读和去除本层由于接收方的某一层只阅读和去除本层的控制信息的控制信息,并进行相应的协议操作。并进行相应的协议操作。l这样这样,发送方和接收方的对等实体看到的发送方和接收方的对等实体看到的信息是相同的信息是相同的,就好像这些信息通过虚通就好像这些信息通过虚通信直接传给了对方一样。信直接传给了对方一样。ISO-OSIISO-OSI模型各层所涉及的问题模型各层所涉及的问题物理层:物理层:缆线,信号的编码,网络缆线,信号的编码,网络接插件的电、机械接口接插件的电、机械接口数据链路层:数据链路层:成帧,差错控
18、制、流量控成帧,差错控制、流量控制,物理寻址制,物理寻址,媒体访问媒体访问控制控制网络层:网络层:路由、转发,拥塞控制路由、转发,拥塞控制传输层:传输层:为会话层提供与下面网络为会话层提供与下面网络无关的可靠消息传送机制无关的可靠消息传送机制 会话层:会话层:负责建立(或清除)在负责建立(或清除)在两个通信的表示层之间的两个通信的表示层之间的通信通道,包括交互管理、通信通道,包括交互管理、同步,异常报告。同步,异常报告。表示层:表示层:在两个应用层之间的传在两个应用层之间的传输过程中负责数据的表示输过程中负责数据的表示语法语法应用层:应用层:处理应用进程之间所发送处理应用进程之间所发送和接收的
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