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1、数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义计算机网络教程主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹Tel:Tel:66000(66000(短号短号)1 1数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义 教学目的：教学目的：1 1、了解计算机网络的协议形成过程与作用、了解计算机网络的协议形成过程与作用。2、掌握几种计算机网络体系结构。特别是五层体、掌握几种计算机网络体系结构。特别是五层体系结构。系结构。教学重点：教学重点：网络体系结构的形成网络体系结构的形成。教学难点：教学难点：五层
2、网络体系结构的划分五层网络体系结构的划分。课课 时：时：2 2课时。课时。2 2数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义第2章 计算机网络的协议与体系结构2.1 计算机网络体系结构的形成2.2 协议与划分层次2.3 五层协议的计算机网络体系结构2.4 TCP/IP的体系结构3 3数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2.1 计算机网络体系结构的形成问题的提出：1、激活通路 2、网络如何识别对目标机 3、查明对方是否准备好接收 4、格式的转换 5、差错控制问题的解
3、决方案：分层。问题的解决方案：分层。4 4数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2.1 计算机网络体系结构的形成1974年，美国的IBM公司宣布了它研制的系统网络体系结构SNA(System Network Architecture)。现在它是世界上使用得相当广泛的一种网络体系结构。5 5数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2.1 计算机网络体系结构的形成为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究该问题。不久，
4、他们就提出一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM(Open Systems Interconnection Reference Model)，简称为OSI。6 6数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2.2 协议与划分层次为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议。一个网络协议主要由以下三个要素组成：7 7数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2.2 协议与划分层次 （1）语法，即数据
5、与控制信息的结构或格式；（2）语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；（3）同步，即事件实现顺序的详细说明。协议通常有两种形式：文字与代码。8 8数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义9 9数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义两个计算机可将文件传送模块作为最高的一层两个计算机可将文件传送模块作为最高的一层(如图所示如图所示)。1010数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义
6、分层可以带来如下好处：（1）各层之间是独立的。（2）灵活性好。（3）结构上可分割开。（4）易于实现和维护。（5）能促进标准化工作。1111数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构(architecture)，也就是说，计算机网络的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精确定义。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。1212数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2.3 计算机
7、网络的体系结构2.3.1 从OSI体系结构到原理体系结构OSI的七层协议体系结构既复杂又不实用，但其概念清楚，体系价格低廉，理论较完整。TCP/IP的协议现在得到了全世界的承认，但它实际上并没有一个完整的体系结构。TCP/IP是一个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、网际层和网络接口层。1313数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义但从实质上讲，TCP/IP只有三层，即应用层、运输层和网际层，因为最下面的网络接口层并没有什么具体内容。因此在学习计算机网络的原理时往往采取折衷的办法，也就是综合OSI和TCP/IP的优点，采用一
8、种原理体系结构，它只有五层(如图2-2所示)，这样既简洁又能将概念阐述清楚。1414数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义1515数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义1应用层(application layer)应用层是原理体系结构中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要(这反映在用户所产生的服务请求)。1616数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2运输层(transpor
9、t layer)运输层的任务就是负责主机中两个进程之间的通信，其数据传输的单位是报文 段(segment)。运 输 层 具 有 复 用(multiplexing)和分用(demultiplexing)的功能。因特网的运输层可使用两种不同协议。即 面 向 连 接 的 传 输 控 制 协 议 TCP(Transmission Control Protocol)，和无连接的用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)。1717数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义3网络层(network layer)网络层负
10、责为分组交换网上的不同主机提供通信、选择合适的路由。在网络层，数据的传送单位是分组或包。在TCP/IP体系中，分组也叫作IP数据报，或简称为数据报。网络层的“网络”为专用述语，并非平时常指的网络。网络层通常也叫：网际层或IP层。1818数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义4数据链路层（data link layer）数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧(frame)为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。数据链路层有时也常简称为链路层。数据链路层就把一条有可能出差错的实际链路，转变成为让网络层向下
11、看去好像是一条不出差错的链路。1919数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义5物理层（physical layer）物理层的任务就是透明地传送比特流。“透明”是一个很重要的术语。它表示：某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。图2-3说明的是应用进程的数据在各层之间的传递过程中所经历的变化。这里为简单起见，假定两个主机是直接相连的。2020数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2121数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络
12、教程计算机网络教程课程讲义课程讲义不要误认为“从计算机1向计算机2传送数据时，是先传送数据部分或尾部，而最后传送首部。”在OSI参考模型中，在对等层次上传送的数据，其单位都称为该层的协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)。在文献中也还可以见到术语“协议栈”(protocol stack)。这是因为几个层次画在一起很像一个栈(stack)。2222数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2.3.2 实体、协议、服务和服务访问点实体实体(entity)这一名词表示任何可发送或接收信息任何可发送或接收信息的硬件或软
13、件进程的硬件或软件进程。协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。在在协协议议的的控控制制下下，两两个个对对等等实实体体间间的的通通信信使使得得本本层层能能够够向向上上一一层层提提供供服服务务。要要实实现现本本层层协协议议，还还需需要使用下面一层所提供的服务要使用下面一层所提供的服务。2323数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义一定要弄清楚，协议和服务在概念上是很不一样的。首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务。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
14、服务用户是透明的。其次，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。2424数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方，通常称为服务访问点SAP(Service Access Point)。OSI将层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU(Service Data Unit)在任何相邻两层之间的关系可概括为图2-4所示
15、的那样。在服务提供者的上一层的实体，也就是“服务用户”，它使用服务提供者所提供的服务。2525数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2626数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2.3.3 面向连接服务与无连接服务从通信的角度看，各层所提供的服务可分为两大类，即面向连接的(connection-oriented)与无连接的(connectionless)。1面向连接服务所谓连接，就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。面向连接服务是在数据交换之前，必须
16、先建立连接。当数据交换结束后，则应终止这个连接。面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。面向连接服务在网络层中又称为虚电路服务。2727数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2 2无连接服务无连接服务在无连接服务的情况下，两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留。这些资源将在数据传输时动态地进行分配。无连接服务的另一特征就是它不需要通信的两个实体同时是活跃的(即处于激活态)。（1）数据报(datagram)。（2）证实交付(confirmed delivery)。（3
17、）请求回答(request-reply)。2828数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2.4 TCP/IP体系结构2929数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义在一些问题的处理上，TCP/IP与OSI是很不相同的。（1）TCP/IP一开始就考虑到多种异构网的互连问题。（2）TCP/IP一开始就对面向连接服务和无连接服务并重。（3）TCP/IP有较好的网络管理功能。在讨论两个主机通过两个网络互连在一起时，可以使用如图2-6所示的层次关系。3030数学与计算机系
18、数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义3131数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义 还有一种方法，就是用按层次高低的一些协议来表示TCP/IP协议族，如图2-7所示。3232数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义3333数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义客户服务器方式在TCP/IP的进程之间的通信经常使用客户客户 服务服务器方式。器方
19、式。应用层协议并不是解决用户各种具体应用的协应用层协议并不是解决用户各种具体应用的协议议，而是为最终用户提供服务为最终用户提供服务。为了解决具体的应为了解决具体的应用问题而彼此通信的进程用问题而彼此通信的进程就称为“应用进程应用进程”。而应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵规定应用进程在通信时所遵循的协议循的协议。客户客户(client)和服务器服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。3434数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义客户软件和服务器软件通常还具有以下一些主要特点。1客户软件（1）在进行通信
20、时临时成为客户，但它也可在本地进行其他的计算。（2）被用户调用，在用户的计算机上运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信。（3）可与多个服务器进行通信。（4）不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。3535数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义2服务器软件（1）是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地客户的请求。（2）在共享计算机上运行。当系统启动时即自动调用，且不断地运行着。（3）被动地等待并接受来自多个客户的通信请求。（4）一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。客户与服务器的通信关系一旦建立，通信就可是双向的，
21、客户和服务器都可发送和接收信息。大多数的应用进程都是使用TCP/IP协议进行通信。图2-8画出了这种情况。3636数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义3737数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程(如图2-9中的计算机3)。由于运行服务器进程的机器往往有许多特殊的要求(不同于普通的PC机)，因此经常将主要运行服务器进程的机器(硬件)不严格地称为服务器。3838数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长
22、虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义3939数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。立的规则、标准或约定。实体：任何可以发送或接收信息的硬件实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进软件进程程,每一层中的活跃元素。每一层中的活跃元素。对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实体。体。协议作用在对等实体之间。协议作用在对等实体之间。接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两接口：相邻两
23、层之间交互的界面，定义相邻两层之间的原语操作及上层对下层的服务。也叫服层之间的原语操作及上层对下层的服务。也叫服务访问点务访问点。网络体系结构的几个基本概念小结：网络体系结构的几个基本概念小结：4040数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义服务服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供 给其相邻上层。协议栈协议栈：某一系统内的各层协议集。网络体系结构网络体系结构：计算机网络的层次结构及其协议的集合,相邻层间的接口以及服务统称为网络体系结构，是对网络及其组成部分的功能的精确定义。网络体系结构的几个基本概念小结：网络体系结构的几个基本概念小结：4141数学与计算机系数学与计算机系 主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹计算机网络教程计算机网络教程课程讲义课程讲义主讲教师：吴长虹主讲教师：吴长虹Tel:Tel:66000(66000(短号短号)谢谢！4242