第-章-计算机网络体系结构for-student优秀文档.ppt

第二章第二章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构计算机网络与通讯1学习目标n 讲课内容：讲课内容：2.1 概述 2.2 ISO/OSI体系结构 2.3 TCP/IP体系结构 2.4 5层体系结构u 学习重点：学习重点：ISO/OSI体系结构分层的好处及各层的功能 TCP/IP体系结构各层的功能和各层主要的协议22）网络异构问题的解决物理层比特（Bit）OSI/RM （总体框架）物理层比特（Bit）每一层可能有若干个协议，以分别实现本层中的不同功能。具有层间无关性，系统易于更新表示层的具体功能：（协议要实现的功能）传输连接的建立与拆除；具有层间无关性，系统易于更新（不同协议元素规定了不同的含义。传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：ISO/OSI:总体上由三个层面组成:数据链路层的具体功能：（协议要实现的功能）2.1 概述1）网络体系结构产生的背景）网络体系结构产生的背景网络的状况网络的状况n 通信技术的多样性通信技术的多样性：通信介质、通信设备、信号类型n 计算机系统的异构性计算机系统的异构性：硬件设备、操作系统、应用软件。n 多种网络应用：多种网络应用：文件传输、远程登录、电子邮件、信息浏览、多媒体传输、视频会议。n 方便用户使用：方便用户使用：屏蔽实现细节，提供友好界面。它们互相交织，形成了非常复杂的网络应用环境（网络异构性）。3 网络体系结构网络体系结构：就是使这些用不同媒介连接起来的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作性，并满足各种业务的需求的一种粘合剂，它营造了一种“生存空间”任何厂商的任何产品、以及任何技术只要遵守这个空间的行为规则，就能够在其中生存并发展。网络体系结构网络体系结构：解决复杂网络问题采用的是分层方法把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决。（就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样)2）网络异构问题的解决）网络异构问题的解决4语法：规定由协议的控制的信息和传送的数据所组成的传输信息应遵循的格式。简化了网络设计与实现：各层分工清晰，层内功能单一，使系统的设计与实现简单化。每一层可能有若干个协议，以分别实现本层中的不同功能。一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，即为传输数据附加上相应的协议控制信息（称为首部或尾部），打包的过程成为封装。网络层的功能：物理层和数据链路层都是解决由一条链路直接相连的两节点之间的通信问题。该层没有规定具体的网络协议，而只是给出网络接口，以适用于不同的物理网络，使得物理网络独立于TCP/IP协议，从而给物理网络技术的发展留下了广阔的自由空间。一般低层用硬件，高层用软件。表示层的功能：定义用户或应用程序之间交换数据的格式，提供数据表示之间的转换服务，保证传输的信息达到目的端后意义不变。3 TCP/IP体系结构TCP/IP体系结构各层的功能和各层主要的协议语义：指对构成协议的各个协议元素的含义的解释。数据链路层的具体功能：（协议要实现的功能）简化了网络设计与实现：各层分工清晰，层内功能单一，使系统的设计与实现简单化。一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，即为传输数据附加上相应的协议控制信息（称为首部或尾部），打包的过程成为封装。OSI没得到实施，它是一个理论上的框架，仅作为人们讨论计算机网络体系结构的一个理论参考。第3层：网络层（Network Layer)1）网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？）网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能分层与功能）2）各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？）各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口服务与接口）3）通信双方的数据传输要遵循哪些规则？）通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议协议）层次结构方法包括三个内容：层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能分层及每层功能服务与层间接口服务与层间接口协议协议 层次结构方法要解决的问题层次结构方法要解决的问题5简化了网络设计与实现简化了网络设计与实现：各层分工清晰，层内功能单一，使系统的设计与实现简单化。具有层间无关性，系统易于更新具有层间无关性，系统易于更新n 分层结构的优点分层结构的优点63）网络体系结构的一些基本概念）网络体系结构的一些基本概念n 实体和对等实体实体和对等实体实体：实体：每一层中实现该层功能的软件或硬件（主要是发送或接收信息）发送或接收信息）。一般低层用硬件，高层用软件。对等实体对等实体：在不同机器中，同一层的实体互称为对称实体。（信息是在同一层次中的对等实体之间进行虚拟的传输）。n 协议协议协议：协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。（协议是作用于对等实体间的数据通信。）7协议的三要素：协议的三要素：u 语义：语义：指对构成协议的各个协议元素的含义的解释。（不同协议元素规定了不同的含义。）u 语法：语法：规定由协议的控制的信息和传送的数据所组成的传输信息应遵循的格式。u 同步：同步：规定通信双方操作执行的顺序，协调双方的操作，从而有序地进行合作，共同完成数据传输任务。网络协议实质上是网络用户间通信时所使用的一种语言。层次结构中，不同层有不同的协议。每一层可能有若干个协议，以分别实现本层中的不同功能。8n 服务、服务访问点服务、服务访问点 服务：服务：(N)实体在(N)协议的控制下可向(N+1)实体提供服务，实现某种(N+1)层所需要的功能。(N)实体为服务提供者，（N1）为服务用户。（实（实际上各层通过协议的指导来完成该层特定的功能从而为上层提供服务）际上各层通过协议的指导来完成该层特定的功能从而为上层提供服务）服务访问点服务访问点SAP：上下层实体间之间信息交换的接口。面向连接的服务面向连接的服务：该服务是在一条事先建立好的链路上进行的。无连接的服务无连接的服务：传输前不需要事先建立连接。9需要注意：需要注意：本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。102 计算机网络体系结构 2.1 概述 2.2 ISO/OSI体系结构 2.3 TCP/IP体系结构 2.4 5层体系结构11网络应用数据转换、加密、压缩进程管理、双工、半双工、单工为上层提供可靠的数据传输数据分组、路由选择数据组成帧，差错、流量控制组成可传输的比特流大体功能大体功能nOSI/RM(开放系统互联参考模型):将网络的不同功能划分为将网络的不同功能划分为7层层12n OSI 环境中的数据流环境中的数据流13n OSI 对等层间的通信对等层间的通信对等层通信的实质：对等层通信的实质：对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务 实际通信在最底层完成OSI参考模型，逻辑上讲上4层属于资源子网，下3层属于通信子网14OSI各层概述n 第第1层：物理层层：物理层(Physical Layer)物理层的功能物理层的功能：向上为数据链路层提供物理链路，实现透明的比特流传输服务，这些服务是通过物理层协议（向下与物理媒体相连，规定连接物理媒体的网络物理设备接口的机械、电气、功能和过程方面的特性）来实现方式。网络物理设备：网络物理设备：数据终端设备DTE、数据通信设备DCE DTE(Data Terminal Equipment)DCE(Data Communications Equipment)物理层协议物理层协议：规定网络物理设备（DTE和DCE）之间的接口标准 15 物理层协议的特性包括：物理层协议的特性包括：机械特性机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格 电气特性电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数据传送速率，最大传送距离等 功能特性功能特性：接口引脚的功能作用 规程特性规程特性：信号时序，应答关系，操作过程普遍使用的物理层协议普遍使用的物理层协议/标准为标准为RS-232C。16n 第第2层：数据链路层（层：数据链路层（Data Link Layer)什么叫链路（物理链路）？什么叫数据链路？什么叫链路（物理链路）？什么叫数据链路？物理链路物理链路：任何两个相邻节点间的一条的物理线路段，也称“物理链路”。数据链路：数据链路：为了将一条物理上不可靠的链路进行改造，变成逻辑上的可靠，就要在物理链路的基础上，增加一些必要的规程来控制数据的传输。把实现这些规程的硬件和软件加到链路上，就构成了“数据链路”。即：数据链路物理链路控制数据传输的协议，是硬、软结合的，也叫逻辑链路。数据链路层的功能：数据链路层的功能：向上为网络层提供连接服务，并在数据链路上实现可靠的数据传输。17 数据链路层的具体功能：数据链路层的具体功能：（协议要实现的功能）建立、维持和释放数据链路的连接；建立、维持和释放数据链路的连接；链路的接入控制；链路的接入控制；提供传输透明性；提供传输透明性；流量控制；流量控制；差错控制。差错控制。面向字符的链路控制协议；面向字符的链路控制协议；面向比特的链路控制协议。面向比特的链路控制协议。数据链路层的两类协议：数据链路层的两类协议：18n 第第3层：网络层（层：网络层（Network Layer)网络层的功能：网络层的功能：物理层和数据链路层都是解决由一条链路直接相连的两节点之间的通信问题。而事实上源主机到目的主机间通信可能通过很多中间节点和物理链路，网络层则是解决源主机数据如何通过这些中间节点和物理网络传送到目的主机的问题。（分组转发和路由选择）网络层的具体功能：网络层的具体功能：（协议要实现的功能）建立和拆除网络连接，全网范围内编排逻辑地址建立和拆除网络连接，全网范围内编排逻辑地址 分段和组块分段和组块 决定路由和中继决定路由和中继 流量控制和拥塞控制流量控制和拥塞控制 差错检测和恢复差错检测和恢复19n 第第4层：传输层（层：传输层（Transport Layer)传输层的功能：传输层的功能：网络层为传输层提供了源主机到目的主机的连接服务，但是这种连接服务是不可靠的。传输层则是在这种连接服务基础上再加入相关的控制机制，从而使得这种连接服务变得更可靠。（端到端）传输层的具体功能：传输层的具体功能：（协议要实现的功能）传输连接的建立与拆除；传输连接的建立与拆除；流量控制与拥塞控制流量控制与拥塞控制 差错控制差错控制 网络服务质量的选择网络服务质量的选择20n 第第5层：会话层（层：会话层（Session Layer)会话层的功能：会话层的功能：在传输层服务的基础上增加控制会话的机制，建立、组织和协调应用进程之间的交互过程。（两个人间的交谈）会话层的具体功能：会话层的具体功能：（协议要实现的功能）提供双工、半双工和单工的会话服务方式；提供双工、半双工和单工的会话服务方式；会话管理；会话管理；会话的同步控制。会话的同步控制。21n 第第6层：表示层（层：表示层（Presentation Layer)表示层的功能：表示层的功能：定义用户或应用程序之间交换数据的格式，提供数据表示之间的转换服务，保证传输的信息达到目的端后意义不变。表示层的具体功能：表示层的具体功能：（协议要实现的功能）内部数据格式的转换内部数据格式的转换 密码转换密码转换 文本压缩转换文本压缩转换22具有层间无关性，系统易于更新层次结构中，不同层有不同的协议。传输层的具体功能：（协议要实现的功能）2 计算机网络体系结构第1层：物理层(Physical Layer)2）各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口）负责将网络层的IP数据和物理网络（通常只在物理层和数据链路层）交互。方便用户使用：屏蔽实现细节，提供友好界面。1）网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能）面向比特的链路控制协议。1）网络体系结构产生的背景网络的状况DCE(Data Communications Equipment)通信技术的多样性：通信介质、通信设备、信号类型语法：规定由协议的控制的信息和传送的数据所组成的传输信息应遵循的格式。下面的协议对上面的服务用户是透明的。1）网络体系结构产生的背景网络的状况2 计算机网络体系结构n 第第7层：应用层（层：应用层（Application Layer)应用层的功能：应用层的功能：直接面向用户应用，为用户提供对各种网络资源的方便的访问服务。应用层的具体功能：应用层的具体功能：（协议要实现的功能）文件传递、存取和管理文件传递、存取和管理 虚拟终端虚拟终端 事务处理事务处理 作业传递与操作作业传递与操作23nISO/OSI:总体上由三个层面组成总体上由三个层面组成:OSI/RM （总体框架）（总体框架）各各 层层 的的 服服 务务 （垂直关系）（垂直关系）各各 层层 的的 协协 议议 （水平关系）（水平关系）24OSI没得到实施，它是一个理论上的框架，仅作为人们讨论计算机网络体系结没得到实施，它是一个理论上的框架，仅作为人们讨论计算机网络体系结构的一个理论参考。基于构的一个理论参考。基于OSI体系结构的协议非常少。体系结构的协议非常少。OSI总结总结252 计算机网络体系结构 2.1 概述 2.2 OSI/RM体系结构 2.3 TCP/IP体系结构 2.4 5层体系结构262.3 TCP/IP体系结构n 70年代中Darpa开始研究，70年代末推出TCP/IP，ARPANET运用了TCP/IP，并建立了Internet。n 1983，TCP/IP和Unix的结合；n 1985，NSF开始TCP/IP研究，nsfnet代替arpanet,成为了Internet主干n TCP/IP体系结构是TCP/IP协议族中最具代表性的两个协议传输控制协议TCP和网际协议IP来命名，实际上是一个协议族。n TCP/IP协议族虽非国际标准，但是已称为了事实上的国际标准，它的内容是通过请求注释（RCF）文档发布的。27 用应用层取代了用应用层取代了OSI中最高三层，没有了会话层和表示层，它们的意义不大。中最高三层，没有了会话层和表示层，它们的意义不大。网络接口层对应网络接口层对应OSI的物理层和数据链路层，但没有规定具体的协议内容，只的物理层和数据链路层，但没有规定具体的协议内容，只给出了网络接口。给出了网络接口。28 网络接口层网络接口层 负责将网络层的IP数据和物理网络（通常只在物理层和数据链路层）交互。该层没有规定具体的网络协议，而只是给出网络接口，以适用于不同的物理网络，使得物理网络独立于TCP/IP协议，从而给物理网络技术的发展留下了广阔的自由空间。各种物理网络：各种物理网络：LAN、WAN、MAN（以太网/令牌网/帧中继/ATM/x.25 ）OSI仅仅是一个理论上的网络体系结构，而TCP/IP体系结构对底层没有具体进行定义。它们都不利于理解和教学，计算机网络教材一般把它们结合起来学习，提出了5层网络体系结构的教学模式。292 计算机网络体系结构 2.1 网络体系结构概述 2.2 OSI/RM体系结构 2.3 TCP/IP体系结构 2.4 5层体系结构302.4 5层体系结构7 应用层6 表示层5 会话层4 传输层3 网络层2 数据链路层1 物理层传输层网际层网络接口层应用层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层网际层网际层应用层应用层OSI/rmTCP/IP5层体系结构312.4 5层体系结构n 协议数据单元（协议数据单元（PDU，Protocol Data Unit）：对等层协议之间交换的信息单元的统称。（本层的协议控制信息用户数据）传输层及以下各层的传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：另外还有各自特定的名称：传输层数据段（Segment）/报文（Message）网络层分组（数据报）（Packet）数据链路层数据帧（Frame）物理层比特（Bit）322.4 5层体系结构n 数据封装数据封装/解封解封 一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，即为传输数据附加上相应的协议控制信息（称为首部或尾部），打包的过程成为封装。逆过程称为解封。数数 据据 首部首部 发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送，还要写明用航空或挂号。尾部尾部33数据数据 段头段头数据数据 段头段头数据数据网络头网络头帧头帧头 段头段头数据数据网络头网络头帧尾帧尾数据数据(应用层）应用层）段段（传输层）（传输层）数据报数据报（网际层）网际层）帧帧（数据链路层）（数据链路层）比特比特（物理层（物理层）电脉冲电脉冲0101111010110封装封装拆封拆封34作 业P30：2，5，1135