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1、第二章第二章计算机网络体系结构计算机网络体系结构主要内容主要内容2.1基本概念基本概念 2.2OSI参考模型参考模型 2.3TCP/IP参考模型参考模型 2.4OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较 2.5 一种建议的参考模型一种建议的参考模型2.1基本概念基本概念 1协议层次协议层次 为降低网络设计的复杂性，大多数网络都分层。每一层都建立在其下一层的基为降低网络设计的复杂性，大多数网络都分层。每一层都建立在其下一层的基础之上。不同的网络，其层的数目、各层的名字、内容和功能也不尽相同，每础之上。不同的网络，其层的数目、各层的名字、内容和功能也不尽相同，每一层的目的都
2、是向上一层提供有明确定义功能的服务，而把如何实现这些服务一层的目的都是向上一层提供有明确定义功能的服务，而把如何实现这些服务的细节对上一层加以屏蔽。的细节对上一层加以屏蔽。一台机器上的第一台机器上的第n层与另一台机器上的第层与另一台机器上的第n层通信所用到的规则和约定合起来层通信所用到的规则和约定合起来称为第称为第n层协议。即协议是指通信双方关于如何进行通信的一种约定。层协议。即协议是指通信双方关于如何进行通信的一种约定。对于第对于第N层协议来说，它有如下特性：层协议来说，它有如下特性：1.不知道上、下层的内部结构；不知道上、下层的内部结构；2.独立完成某种功能；独立完成某种功能；3.为上层提
3、供服务；为上层提供服务；4.使用下层提供的服务。使用下层提供的服务。不同机器上包含对应层的实体称为对等体不同机器上包含对应层的实体称为对等体(peer)。对等体可能是进程或者硬件。对等体可能是进程或者硬件设备，也可能是人。使用协议进行通信的是这些对等体。设备，也可能是人。使用协议进行通信的是这些对等体。2.1基本概念基本概念数据并不是从一台机器的第数据并不是从一台机器的第n层直接传送到另一台机器的第层直接传送到另一台机器的第n层。每一层都将数据和控层。每一层都将数据和控制信息传递给它的下一层，一直传递到最底层。最底层为物理介质，通过它进行实际制信息传递给它的下一层，一直传递到最底层。最底层为物
4、理介质，通过它进行实际的通信。的通信。2.1基本概念基本概念 接口位于每一对相邻层之间。接口定义了下层向上层提供哪些原语操作和服务。接口位于每一对相邻层之间。接口定义了下层向上层提供哪些原语操作和服务。服务访问点服务访问点SAP（Service Access Point）任何层间服务是在接口的任何层间服务是在接口的SAP上进行的；上进行的；每个每个SAP有唯一的识别地址；有唯一的识别地址；每个层间接口可以有多个每个层间接口可以有多个SAP。接口数据单元接口数据单元IDU（Interface Data Unit）IDU是通过是通过SAP进行传送的层间信息单元；进行传送的层间信息单元；IDU由上层
5、的服务数据单元由上层的服务数据单元SDU（Service Data Unit）和接口控制信息和接口控制信息ICI（Interface Control Information）组成；）组成；协议数据单元协议数据单元PDU（Protocol Data Unit）第第N层实体通过网络传送给它的对等实体的信息单元层实体通过网络传送给它的对等实体的信息单元；PDU由上层的服务数据单元由上层的服务数据单元SDU或其分段或其分段和协议控制信息和协议控制信息PCI（Protocol Control Information)组成组成 2.1基本概念基本概念网络体系结构网络体系结构 层和协议的集合称为网络体系结构
6、。网络体系结构的描述必须包含足层和协议的集合称为网络体系结构。网络体系结构的描述必须包含足够的信息，以便实现者可以为每一层编写程序或者设计硬件，使之遵够的信息，以便实现者可以为每一层编写程序或者设计硬件，使之遵守有关的协议。守有关的协议。协议栈协议栈 一个特定的系统所使用的一组协议称为协议栈。一个特定的系统所使用的一组协议称为协议栈。2各层的设计问题各层的设计问题 编址（主机和进程）编址（主机和进程）数据传输规则（单向或双向，优先级的规定）数据传输规则（单向或双向，优先级的规定）错误控制错误控制 流控流控 消息大小消息大小 多路复用和解复用多路复用和解复用 路由选择路由选择2.1基本概念基本概
7、念3面向连接服务与无连接服务 下层可以向上提供两种不同类型的服务：下层可以向上提供两种不同类型的服务：面向连接的服务面向连接的服务 无连接的服务。无连接的服务。（1）面向连接服务）面向连接服务电话系统服务模式的抽象。电话系统服务模式的抽象。当使用服务传送数据时，首先建立连接，然后使用该连接传送数据。使用完后，当使用服务传送数据时，首先建立连接，然后使用该连接传送数据。使用完后，关闭连接。关闭连接。特点：顺序性好。特点：顺序性好。（2）无连接服务）无连接服务 邮政系统服务模式的抽象。邮政系统服务模式的抽象。直接使用服务传送数据，每个包独立进行路由选择。直接使用服务传送数据，每个包独立进行路由选择
8、。特点：顺序性差。特点：顺序性差。注意：连接并不意味可靠，可靠要通过确认、重传等机制来保证。：连接并不意味可靠，可靠要通过确认、重传等机制来保证。一个可靠的服务通常是这样来实现的：让接收方向发送方确认收到了每一条消息，因一个可靠的服务通常是这样来实现的：让接收方向发送方确认收到了每一条消息，因而发送方就可以保证报文已经到达。确认的过程引入了额外的负载和延迟。而发送方就可以保证报文已经到达。确认的过程引入了额外的负载和延迟。2.2OSI参考模型参考模型（International Standards Organization，ISO）在OSI中 的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与
9、位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其他任何系统进行通信；OSI标准中，采用的是三级抽象：体系结构（architecture）；服务定义（service definition）；协议说明（protocol specification）。2.2 OSI参考模型参考模型 开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包括的可能的服务；作为一个框架来协调和组织各层协议的制定；对网络内部结构最精炼地概括与描述。体系结构体系结构2.2 OSI参考模型参考模型 详细地说明了各层所提供的服务；某一层的服务就是该层及其以下各层的一种能力；低层的服务是通过接口向上一层提供的;各层所提供的服务与这些服务是如何实
10、现的无关；定义了层与层之间的接口与各层使用的原语，但不涉及接口是具体实现的。服务定义服务定义2.2 OSI参考模型参考模型 OSI标准中的各种协议明确地定义了：应该发送什么样的控制信息；如何解释这个控制信息。协议的规程说明具有最严格的约束。协议说明协议说明2.2 OSI参考模型参考模型 OSI参考模型的结构参考模型的结构2.2 OSI参考模型参考模型 OSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能（1）物理层）物理层物理层涉及到在通信信道上传输的原始数据位。物理层涉及到在通信信道上传输的原始数据位。（2）数据链路层）数据链路层数据链路层的主要任务是将一个原始的传输设施转变成一条逻辑的传输线路。数据
11、链路层的主要任务是将一个原始的传输设施转变成一条逻辑的传输线路。成帧成帧；差错控制差错控制；流量控制流量控制。对于广播式网络，还要有如何控制对共享信道的访问。对于广播式网络，还要有如何控制对共享信道的访问。（3）网络层）网络层主要是提供路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，以及实现拥塞控制、网络互联等功能。主要是提供路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，以及实现拥塞控制、网络互联等功能。在广播式网络中，路由问题比较简单，所以网络层比较薄，甚至根本不存在。在广播式网络中，路由问题比较简单，所以网络层比较薄，甚至根本不存在。（4）传输层）传输层传输层的基本功能是接受来自上一层的
12、数据，并且在必要的时候把这些数据分割成小的单元，传输层的基本功能是接受来自上一层的数据，并且在必要的时候把这些数据分割成小的单元，再把数据单元传递给网络层，并确保这些数据片断正确到达另一端。再把数据单元传递给网络层，并确保这些数据片断正确到达另一端。即向用户提供可靠的端到端（即向用户提供可靠的端到端（end-to-end）服务）服务（5）会话层）会话层会话层允许不同机器上的用户之间建立会话。会话层允许不同机器上的用户之间建立会话。（6）表示层）表示层表示层关注的是所传递的信息的语法和语义。表示层关注的是所传递的信息的语法和语义。（7）应用层）应用层应用层包含了各种各样的协议，这些协议往往直接针
13、对用户的需要。应用层包含了各种各样的协议，这些协议往往直接针对用户的需要。OSI环境中的数据传输过程环境中的数据传输过程Fig1162.3TCP/IP参考模型参考模型2.3 TCP/IP参考模型参考模型分为分为4层次：层次：（1）主机）主机-网络层网络层负责通过网络发送和接收负责通过网络发送和接收IP数据报。数据报。在主机在主机-网络层中，它包括各种物理网协议网络层中，它包括各种物理网协议:如局域网的如局域网的Ethernet、Token Ring、分组交换、分组交换网的网的X.25等。当这种物理网被用作传送等。当这种物理网被用作传送IP数据报的通道时，就认为是这一层的内容。数据报的通道时，就
14、认为是这一层的内容。TCP/IP并并没有明确规定这里应该有哪些内容，只是指出，主机必须通过某个协议连接到网络上，以便将分没有明确规定这里应该有哪些内容，只是指出，主机必须通过某个协议连接到网络上，以便将分组发送到网络上。组发送到网络上。（2）网络层）网络层也称为互联网层，以一个无连接的互连网络层为基础。也称为互联网层，以一个无连接的互连网络层为基础。处理来自传输层的分组发送请求。处理来自传输层的分组发送请求。处理接收的数据报。处理接收的数据报。处理互联的路径、流控与拥塞问题。处理互联的路径、流控与拥塞问题。（3）传输层）传输层提供端到端的数据传送服务。提供端到端的数据传送服务。TCP和和UDP
15、。（4）应用层）应用层应用层协议主要有以下几种：应用层协议主要有以下几种：虚拟终端协议（虚拟终端协议（Telnet）文件传输协议文件传输协议FTP简单邮件传送协议简单邮件传送协议 SMTP域名系统域名系统 DNS简单网络管理协议简单网络管理协议 SNMP超文本传送协议超文本传送协议 HTTP2.4 OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较2.4.1 对对OSI参考模型的评价参考模型的评价OSIOSI模模型型本本身身并并未未确确切切地地描描述述用用于于各各层层的的协协议议和和实实现现方方法法，而而仅仅仅仅告告诉诉我我们们每每一一层层应应该该完完成成的的功功能能。不不过过
16、，ISOISO已已经经为为各各层层制制定定了了相相应应的的标标准准，但但这这些些标标准准并并不不是是模模型型的的一一部部分分，它它们们是是作作为为独独立立的的国国际际标标准准而而被被发发布布的。的。在在OSIOSI参考模型中，有三个基本概念：服务、接口和协议。参考模型中，有三个基本概念：服务、接口和协议。OSIOSI参参考考模模型型是是在在其其协协议议开开发发之之前前设设计计出出来来的的。这这意意味味着着OSIOSI模模型型不不是是基基于某个特定的协议集而设计的，因而它更具有通用性。于某个特定的协议集而设计的，因而它更具有通用性。OSIOSI模模型型和和协协议议在在计计算算机机网网络络的的发发
17、展展过过程程中中起起到到了了非非常常重重要要的的指指导导作作用用，作作为为一一种种参参考考模模型型和和完完整整体体系系，它它仍仍对对今今后后计计算算机机网网络络技技术术朝朝标标准准化化、规范化方向发展具有指导意义。规范化方向发展具有指导意义。2.4.2 对对TCP/IP参考模型评价参考模型评价该模型没有明显地区分服务、接口和协议的概念。该模型没有明显地区分服务、接口和协议的概念。TCP/IP模型完全不是通用的，并且不适合描述模型完全不是通用的，并且不适合描述TCP/IP模型之外模型之外的任何协议栈。的任何协议栈。主机网络层在分层协议中根本不是通常意义下的层。主机网络层在分层协议中根本不是通常意义下的层。TCP/IP模型不区分物理层和数据链路层。模型不区分物理层和数据链路层。虽然虽然IP和和TCP协议被仔细地设计并很好地实现了，但许多其他协协议被仔细地设计并很好地实现了，但许多其他协议的实现却不是良好。议的实现却不是良好。2.4 OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较2.5一种建议的参考模型一种建议的参考模型