CH 1.2 计算机网络概述.ppt

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1、计算机网络概述（2）Outline*1.5 计算机网络的体系结构1.5.1 计算机网络体系结构的形成1.5.2 划分层次的必要性1.5.3 具有五层协议的体系结构1.5.4 实体、协议、服务和服务访问点1.5.5 面向连接服务和无连接服务1.5.6 OSI 与 TCP/IP 体系结构的比较*1.6 应用层的客户-服务器方式3网络体系结构的研究对象网络网络网络网络网络网络网络路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB1.5.1 计算机网络体系结构的形成n相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。n“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局

2、部问题就比较易于研究和处理。关于开放系统互连参考模型OSI/RMn只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。n在市场化方面 OSI 却失败了。nOSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力；nOSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；nOSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场；nOSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。两种国际标准n法律上的(de jure)国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。n是非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。nTCP/I

3、P 常被称为事实上的(de facto)国际标准。Outline*1.5 计算机网络的体系结构1.5.1 计算机网络体系结构的形成1.5.2 划分层次的必要性1.5.3 具有五层协议的体系结构1.5.4 实体、协议、服务和服务访问点1.5.5 面向连接服务和无连接服务1.5.6 OSI 与 TCP/IP 体系结构的比较*1.6 应用层的客户-服务器方式1.5.2 划分层次的必要性n计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。n这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。n为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(network protoc

4、ol)，简称为协议。网络协议的组成要素 n语法 数据与控制信息的结构或格式。n语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。n同步 事件实现顺序的详细说明。划分层次的概念举例 n计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件。n可以将要做的工作进行如下的划分。n第一类工作与传送文件直接有关。n确信对方已做好接收和存储文件的准备。n双方协调好一致的文件格式。n两个计算机将文件传送模块作为最高的一层。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

5、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。示例：中德教师之间的对话“你好你好”“Hello”传真传真中国中国教师教师翻译翻译秘书秘书“Hallo”“Hello”传真传真德国德国教师教师翻译翻译秘书秘书对交

6、谈内容的共识对交谈内容的共识用英语对话用英语对话使用传真通信使用传真通信P3P2P1物理通信线路物理通信线路问题：问题：中国教师与德国教师之间、翻译之间，他们是在直接通信吗？中国教师与德国教师之间、翻译之间，他们是在直接通信吗？翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？中德教师、翻译各使用谁提供的什么服务？中德教师、翻译各使用谁提供的什么服务？分层的好处 n各层之间是独立的。n灵活性好。n结构上可分割开。n易于实现和维护。n能促进标准化工作。层数多少要适当 n若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。n层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。计算机

7、网络的体系结构 n计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。n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。n实现(implementation)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能的问题。n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。Outline*1.5 计算机网络的体系结构1.5.1 计算机网络体系结构的形成1.5.2 划分层次的必要性1.5.3 具有五层协议的体系结构1.5.4 实体、协议、服务和服务访问点1.5.5 面向连接服务和无连接服务1.5.6 OSI 与 TCP/IP 体系结构的比

8、较*1.6 应用层的客户-服务器方式1.5.3 具有五层协议的体系结构 nTCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。n最下面的网络接口层并没有具体内容。n因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。五层协议的体系结构 n应用层(application layer)n运输层(transport layer)n网络层(network layer)n数据链路层(data link layer)n物理层(physical layer)数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层n通信子网和资源子网的划分

9、课件制作人：谢希仁回顾n从交换方式看，网络分为哪几类n从距离/范围方式看，网络分为哪几类n从网络的使用者看，网络分为哪几类n从网络的拓扑看，网络分为哪几类n带宽什么概念，有哪些单位n时延包括哪些，如何计算n计算机网络与终端分时系统的区别n计算机网络与多机系统的区别n计算机网络与分布式系统的区别n网络体系结构为什么要分层n目前主流体系结构有哪些23应用层运输层网际层网络接口层主机A主机B路由器网络 2网络 1应用层运输层网际层网络接口层网际层网络接口层4321计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H51010011

10、0100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 210100110100101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1A

11、P2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 543215

12、4321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！信息单位OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。传输层及以下各层的PDU还有各自特定的名称：传输层数据段（Segment）网络层分组（数据报）（Packet）数据链路层数据帧（Frame）物理层比特（Bit）32多层通信的实质n通信虚电路：通信是在同层之间进行，第N层只能与对方的第N层通信

13、n通信实电路：每一层将数据和控制信息传送给下一层，直至最底层，通过物理介质进行实际的传输。n多层通信的实质：n对等层实体之间虚拟通信对等层实体之间虚拟通信n下层向上层提供服务下层向上层提供服务n上层使用下层提供的服务上层使用下层提供的服务n实际通信在最底层完成实际通信在最底层完成Outline*1.5 计算机网络的体系结构1.5.1 计算机网络体系结构的形成1.5.2 划分层次的必要性1.5.3 具有五层协议的体系结构1.5.4 实体、协议、服务和服务访问点1.5.5 面向连接服务和无连接服务1.5.6 OSI 与 TCP/IP 体系结构的比较*1.6 应用层的客户-服务器方式1.5.4 实体

14、、协议、服务和服务访问点 n实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。n协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。n在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。n要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。实体、协议、服务和服务访问点（续）n本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。n下面的协议对上面的服务用户是透明的。n协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。n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。n同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP(Service Access Point)。实体

15、、协议、服务和服务访问点（续）协 议交换原语交换原语服 务 用 户提 供 服 务服 务 提 供 者第 n 层第 n+1 层服 务 用 户SAPSAP协议很复杂 n协议必须将各种不利的条件事先都估计到，而不能假定一切情况都是很理想和很顺利的。n必须非常仔细地检查所设计协议能否应付所有的不利情况。n应当注意：事实上难免有极个别的不利情况在设计协议时并没有预计到。在出现这种情况时，协议就会失败。因此实际上协议往往只能应付绝大多数的不利情况。著名的协议举例n n占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作战。力量对比是：一个山顶上的蓝军打不过白战。力量对比是：一个山

16、顶上的蓝军打不过白军，但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军。军，但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军。一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通信线路很不好，电文出错的可能性很大。因此信线路很不好，电文出错的可能性很大。因此要求收到电文的友军必须发送确认电文。但确要求收到电文的友军必须发送确认电文。但确认电文也可能出错。试问能否设计出一种协议，认电文也可能出错。试问能否设计出一种协议，使得蓝军能实现协同作战因而一定使得蓝军能实现协同作战因而一定(即即100%)100%)取得胜利

17、？取得胜利？明日正午进攻，如何？明日正午进攻，如何？同意收到收到“同意同意”收到：收到“同意”这样的协议无法实现！结论n这样无限循环下去，两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到。n没有一种协议能够蓝军能 100%获胜。Outline*1.5 计算机网络的体系结构1.5.1 计算机网络体系结构的形成1.5.2 划分层次的必要性1.5.3 具有五层协议的体系结构1.5.4 实体、协议、服务和服务访问点1.5.5 面向连接服务和无连接服务1.5.6 OSI 与 TCP/IP 体系结构的比较*1.6 应用层的客户-服务器方式1.5.5 面向连接服务与无连接服务n面向连接服务(con

18、nection-oriented)n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。n无连接服务(connectionless)n两个实体之间的通信不需要先建立好连接。n是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。Outline*1.5 计算机网络的体系结构1.5.1 计算机网络体系结构的形成1.5.2 划分层次的必要性1.5.3 具有五层协议的体系结构1.5.4 实体、协议、服务和服务访问点1.5.5 面向连接服务和无连接服务1.5.6 OSI 与 TCP/IP 体系结构的比较*1.6 应用层的客户-服务器方式1

19、.5.6 OSI 与 TCP/IP体系结构的比较 应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI 的体系结构应用层网络接口层网际层 IP(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP 等)运输层(TCP 或 UDP)TCP/IP 的体系结构无连接分组交付服务运输服务(可靠或不可靠)各种应用服务TCP/IP 的三个服务层次沙漏计时器形状的TCP/IP协议族 HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层网络接口 1网络接口 2网络接口 3Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务IP over Everything

20、IP 可应用到各式各样的网络上Outline*1.5 计算机网络的体系结构1.5.1 计算机网络体系结构的形成1.5.2 划分层次的必要性1.5.3 具有五层协议的体系结构1.5.4 实体、协议、服务和服务访问点1.5.5 面向连接服务和无连接服务1.5.6 OSI 与 TCP/IP 体系结构的比较*1.6 应用层的客户-服务器方式1.6 应用层的客户-服务器方式n在 TCP/IP 的应用层协议使用的是 客户-服务器方式n计算机的进程(process)就是运行着的计算机程序。n为解决具体应用问题而彼此通信的进程称为“应用进程”。n应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。客户和服务

21、器n客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。n客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。n客户是服务请求方，服务器是服务提供方。客户软件的特点 n在进行通信时临时成为客户，但它也可在本地进行其他的计算。n被用户调用并在用户计算机上运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信。n可与多个服务器进行通信。n不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。服务器软件的特点 n专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。n在共享计算机上运行。当系统启动时即自动调用并一直不断地运行着。n被动等待并接受来自多个客户的通信请求。n一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。客户进程和服务器进程使用 TCP/IP 协议进行通信数据链路层物理层运输层网络层数据链路层物理层运输层网络层 客户发起连接建立请求 服务器接受连接建立请求应用层应用层因特网客户客户服务器服务器以后就逐级使用下层提供的服务(使用 TCP 和 IP）功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程 数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 3服务器服务器11服务器服务器22数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 1客户 1数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 2客户 2因特网