,计算机网络 第6讲,2,2,网络体系结构,3,3,网络体系结构,4,4,5,2.1 网络体系结构 2.2 OSI网络参考模型 2.3 TCP/IP体系结构,5,6,2.1 网络体系结构,2.1.1 网络的层次结构 2.1.2 协议、服务和接口,计算机网络的体系结构,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。 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。 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。 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。,8,2.1.1 网络的层次结构,针对计算机网络通信这一复杂问题，一种有效的方法是采用分层处理，将庞大而复杂的问题转化为若干较小的易于研究和处理的局部问题来解决。 为了对层次有形象的理解，可先来分析现实中的邮政系统。,8,9,邮政系统分层图,9,10,网络的层次模型,10,11,分层的好处,简化问题：各层实现相对独立的功能。不需知道下一层是如何实现的，仅需知道该层通过层间接口所提供的服务。 灵活性好：某层变化不会影响其他层。 结构上可分割开：各层都可采用最适合的技术来实现。 能促进标准化工作：因为每层的功能和所提供的服务都有精确的说明。,11,层数多少要适当,若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。 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。,13,2.1.2 协议、服务和接口,在网络层次结构中，每一层中的活动元素称为实体（Entity）, 表示任何可发送或接收信息的软件进程或硬件（如智能I/O芯片） 。 对等实体: 位于不同系统上同一层中的实体。 协议(protocol)：控制两个对等实体进行通信的规则、标准或者约定的集合。,13,14,网络协议,网络协议(Network Protocol)明确规定了操作的数据格式以及有关的规则（何种情况下应怎样做）。组成要素包括： 语法：数据与控制信息的结构或格式 ,即规定通信双方彼此之间“如何讲” ； 语义：对协议元素含义的解释，即规定通信双方彼此之间“讲什么”； 同步：事件实现顺序的详细说明,即规定通信双方彼此之间的“应答关系”。,14,15,网络协议例子,同步规则： 当源站发送数据报文，如正确，则接收站发送ACK来通知源站报文正确接收； 若报文错误，则接收站发送NAK回应，要求源站重新发送报文。 网络协议是实体间通信所使用的一种“语言”。,15,16,服务,不同系统中的对等实体没有直接通信能力，它们之间的通信必须通过其下各层的通信间接完成。 第N层实体向第（N+1）层实体提供的在第N层上的通信能力称为第N层的服务，即是说在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。 要实现本层协议，还需使用下层所提供的服务；每一层可将下一层看作是提供某种特性的通信管道。,16,17,接口和服务访问点,相邻实体间的通信通过它们的边界进行，该边界称为相邻层间的接口（interface）,它包括下面一层要向上层提供哪些服务，以及上面一层如何使用这些服务。 上下层实体请求 (提供) 服务所使用的形式规范语句称为服务原语。 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)。,17,18,服务和协议,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，即看起来好像不存在一样。 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。 协议与服务是分离的,通信的两实体利用协议来实现它们的服务。,18,19,计算机网络体系结构,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。 体系结构规定了计算机网络及其部件所应完成的功能，即一个网络分为多少层，以及每一层完成什么功能。 对网络进行层次结构的划分时，应做到： 各层功能明确，相互独立。 层间接口清晰，穿越接口的信息量尽量少。 层次适中。,19,抢答题1： 以下哪个属于计算机网络OSI/RM模型从低层到高层的七层体系结构：,Physical, Data Link, Network, Presentation, Transport, Session, Application; Physical, Data Link, Network, Transport, Presentation, Session, Application; Physical, Data Link, Network, Transport, Session, Presentation, Application; Physical, Network, Data Link, Transport, Session, Presentation, Application;,21,2.2 OSI网络参考模型,2.2.1 OSI参考模型概述 2.2.2 物理层 2.2.3 数据链路层 2.2.4 网络层 2.2.5 传输层 2.2.6 会话层 2.2.7 表示层 2.2.8 应用层,22,2.2.1 OSI参考模型概述,开放系统互联OSI(Open System Interconnection)参考模型是国际标准化组织 ISO（International Standards Organization）为了实现异构系统之间的互连而制定的开放式计算机网络层次结构模型。 OSI参考模型共有七层，自底向上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。,22,23,（1） 物理层,如何在传输媒体上传输比特流，向上层屏蔽物理设备和传输媒体的差异,实现比特流的透明传输。 所传数据的单位是比特（bit）。 定义了通信设备与传输线接口硬件的机械、电气、功能和过程的特性，用以建立（或激活）、维持和释放物理连接。,23,24,（2）数据链路层,增强物理层传送比特的功能，通过校验、确认、反馈重发等手段实现结点到结点的可靠传输，为上层提供一条无差错的比特传输线路。 所传数据的单位是帧 (Frame) 帧定界 流量和差错控制 介质访问控制（共享网络）,24,25,（3）网络层,提供源站和目标站间的数据传输服务。 所传数据的单位是分组或包(packet) 路由选择 拥塞控制 分段和重组 网络互联,26,（4）传输层,是整个协议层次结构中最核心的一层。向高层屏蔽了下层数据通信的细节,提供可靠的、透明的、端到端的数据传输、连接管理、错误恢复和流量控制。 所传数据的单位是报文或数据段Segment 是端到端的，存在于端系统（即主机）之中 多路复用。 端端差错控制和流量控制。,26,27,（5）会话层,提供两个进程间建立、管理和结束会话连接的功能,对数据的传送提供控制和管理。 数据传输的单位为报文。 主要功能包括数据交换、会话管理、同步机制、活动管理及异常报告。,27,28,（6）表示层,向应用进程提供信息的语法表示，对不同语法表示进行转换管理来保证不同计算机能相互“理解”。 完成不同计算机间字符串、整数以及浮点数的数据表示方式间的转换。例如，ASCII码和EBCDIC字符编码方式可在这层实现。 数据加密和解密。 数据压缩和还原等。,28,29,（7）应用层,提供面向最终网络用户的大量通信服务，确定进程间通信的性质来满足用户不同的网络通信需求。 面向特定应用,比如文件传输，远程作业运行，电子邮件以及终端仿真虚终端等。 可能有两方参与，也可能有多方参与。,29,抢答题2： 数据在物理层时，我们一般称数据包为（）,段; 报; 位; 帧;,抢答题3： 数据在数据链路层时，我们一般称数据包为（）,段; 报; 位; 帧;,抢答题4： 数据在网络层时，我们一般称之为（）,段; 报; 位; 帧;,33,OSI模型中的数据传输过程,33,34,数据的封装与解封装,数据封装（encapsulation）：发送方进行。在OSI模型的每一层，根据该层的协议在数据前面（或后面）加上适当的控制信息PCI，即（首部）报头（header）。 数据解封装(de-encapsulation)：在接收方进行。在发送方添加的协议控制信息（报头）是额外的信息，需要在接收方接收到数据信息之后再将其去掉，这个过程就称为解封装。,34,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应用进程数据先传送到应用层,加上应用层首部，成为应用层 PDU,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应用层 PDU 再传送到运输层,加上运输层首部，成为运输层报文,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,运输层报文再传送到网络层,加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,IP 数据报再传送到数据链路层,加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,数据链路层帧再传送到物理层,最下面的物理层把比特流传送到物理媒体,主机 1 向主机 2 发送数据,应用层(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,主机 1,AP2,AP1,电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理层,主机 2,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,物理层接收到比特流，上交给数据链路层,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部 取出数据部分，上交给网络层,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,网络层剥去首部，取出数据部分 上交给运输层,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,运输层剥去首部，取出数据部分 上交给应用层,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应用层剥去首部，取出应用程序数据 上交给应用进程,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应 用 程 序 数 据,10100110100101 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,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,10100110100101 比 特 流 110101110101,计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路