1第二章计算机网络体系结构主要内容2.1计算机网络的构成 2.1.1资源子网 2.1.2通信子网 ( 点到点通道广播通道 ) 2.2计算机网络的体系结构 2.2.1计算机网络功能的分层 2.2.2协议和协议的分层结构 2.2.3计算机网络的体系结构 2.3典型计算机网络参考模型 2.3.1计算机网络的标准化 2.3.2 OSI参考模型 2.3.3 TCP/IP参考模型 2.4其他网络和网络服务2.1计算机网络的构成 ( 1 )计算机网络的硬件构成两级结构的计算机网络资源子网 ( 或用户子网 ) 通信子网2.1计算机网络的构成 ( 2 )2.1.1资源子网组成服务器客户计算机 2.1.2通信子网一基本组成通信线路 ( 或称通道 )网络互连设备 ( 路由器交换机HUB等 )二基本结构 1. 点到点通道基本特点一条线路连接二台网络互连设备一般情况下二台计算机的连接要经过多台网络互连设备一般情况下采用存储转发方式进行信息传输典型拓扑结构 (Fig. 1-6)star, ring, tree, complete, intersecting rings, irregular关键技术路由选择 ( Routing )2.1计算机网络的构成 ( 3 )2. 广播通道基本特点多台计算机共享一条通信线路任一台计算机发出的信息可以直接被其它计算机接收典型拓扑结构 (Fig. 1-3)bus, ring关键技术通道分配静态分配分时间片特点控制简单通道利用率低动态分配 各站点动态使用通道特点控制复杂通道利用率高通道分配方法集中式只有一个仲裁机构分布式各站点均有仲裁机构22.1计算机网络的构成 ( 4 )三网络分类 从地域范围角度1. 局域网络 ( Local Area Networks )主要采用广播通道技术2. 城域网络 ( Metropolitan Area Networks )3. 广域网络 ( Wide Area Networks )主要采用点到点通道技术从采用技术角度1. 无线网络 ( Wireless Networks )2. 卫星网络3. ATM网络 .2.2计算机网络的体系结构 ( 1 )计算机网络的体系结构是从功能的角度描述计算机 网络的结构 计算机网络的体系结构对计算机网络及其部件所 完成功能的比较精确的定义即从功能的角度描述计算 机网络的结构是层次和协议的集合注意:仅仅定义了网络及其部件通过协议应完成的功能不定义协 议的实现细节和各层协议之间的接口关系网络功能的分层 协议的分层 体系结构的分层协议分层易于协议的设计分析实现和测试2.2计算机网络的体系结构 ( 2 )2.2.1计算机网络功能的分层计算机网络的基本功能是为地理位置不同的计算机用户之间提供访问通 路下述功能是必须提供的 1. 连接源结点和目的结点的物理传输线路可以经过中间结点 2. 每条线路两端的结点利用波形进行二进制通信 3. 无差错的信息传送 4. 多个用户共享一条物理线路 5. 按照地址信息进行路由选择 6. 信息缓冲和流量控制 7. 会话控制 8. 满足各种用户的访问要求2.2计算机网络的体系结构 ( 3 )上述功能有三个显著特点 1. 上述功能必须同时满足一对用户 2. 用户之间的通信功能是相互的 3. 这些功能分散在各个网络设备和用户设备中一般人们采用层次结构的方法来描述计算机网络即计算机网络中提供的功能是分成层次的 2.2.2协议和协议的分层结构一协议的定义和组成层次结构的计算机网络功能中最重要的功能是通信功能这种通信功能主要涉及同一层次中通信双方的相互作用 位于不同计算机上进行对话的第N层通信各方可分别看成是一种进 程也称为同等对等进程协议 ( Protocol )计算机网络同等层次中通信双方进行信息交换时必须遵守的规则2.2计算机网络的体系结构 ( 4 )协议的组成 1. 语法syntax)以二进制形式表示的命令和相应的结构 2. 语义semantics)由发出的命令请求完成的动作和回送的响应组 成的集合 3. 定时关系timing)有关事件顺序的说明二协议的分层和层间结构协议的分层原则 (layering principle) 1. Layer N software on the destination computer must receive exactlythe message sent by layer N software on the sending computer.Mathematically, if the sender applies a transformation T, thereceiver must apply the inverse T-1.2. 协议分层要保证整个通信系统功能完备高效每一相邻层之间有一个接口Interface它定义了下层向上层提供的 原语操作和服务32.2计算机网络的体系结构 ( 5 )对于第N层协议来说它有如下特性 1. 不知道上下层的内部结构 2. 独立完成某种功能 3. 为上层提供服务 4. 使用下层提供的服务 2.2.3计算机网络的体系结构一基本术语与分层结构接口定义了下层向上层提供的原语操作和服务协议计算机网络同等层次中通信双方进行信息交换时必 须遵守的规则 服务层间交换信息时必须遵守的规则服务和协议的关系服务提供者服务用户 Fig. 1-92.2计算机网络的体系结构 ( 6 )服务访问点SAPService Access Point任何层间服务是在接口的SAP上进行的每个SAP有唯一的识别地址每个层间接口可以有多个SAP接口数据单元IDUInterface Data UnitIDU是通过SAP进行传送的层间信息单元IDU由上层的服务数据单元SDUService Data Unit和接口 控制信息ICIInterface Control Information组成协议数据单元PDUProtocol Data Unit第N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SDU或其分段和协议控制信息PCI Protocol Control Information)组成 Fig. 1-12分段和重组 Fig. 1-112.2计算机网络的体系结构 ( 7 )二服务分类和服务原语primitives 1. 基于连接的服务和无连接服务基于连接的服务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特点顺序性好无连接服务直接使用服务传送数据每个包独立进行路由选择特点顺序性差 Fig. 1-13 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 2. 服务原语服务在形式上是由一组接口原语或操作来描述的服务原语可分为四种类型请求Request指示Indication响应Response确认Confirm Fig. 1-14Fig. 1-1542.3典型计算机网络的参考模型 ( 1 )2.3.1计算机网络的标准化一电信标准 1865年成立国际电信联盟ITUInternational Telecommunication Union1947年 ITU 成为联合国的一个组织由三部分组成ITU- R无线通信ITU- T电信标准1956 - 1993 年称为CCITT 下设许多研究组 SG研究组下设专题例如Q42/SG VII 专门研究 OSI 参考模型ITU- D开发二国际标准1946年成立的国际标准化组织 ISO 负责制定各种国际标准ISO 有 89个成员国家85 个其他成员ISO 有200 多个技术委员会TC每个技术委员会下设若干分委员 会SC每个分委员会由由若干工作组WG 组成2.3典型计算机网络的参考模型 ( 2 )例如TC97 - 计算机和信息处理TC97/SC21/WG1 - OSI 体系结构概念性方案和形式描述一个国际标准的形成CD (Committee Draft) - DIS (Draft International Standard) - IS (International Standard)其它标准化组织ANSI美国国家标准研究所ISO 的美国代表NIST美国国家标准和技术研究所美国商业部的标准化机构IEEE发表行业标准例如IEEE 802后成为ISO 8802ATM ForumATM论坛OIFOptical Internet Forum值得注意的是ITU - T 和 ISO 之间有很好的合作和协调2.3典型计算机网络的参考模型 ( 3 )三Internet 标准Internet 的标准特点是自发而非政府干预的称为RFC Request For Comments) 1969 年ARPANET 时就开始发布RFC至今已超过2000个2921 1983年成里IABInternet Activities Board 1989年在IAB 下又成立了IRTF 和 IETFIETF的各工作组负责组织提 出相应的RFC 建议52.3典型计算机网络的参考模型 ( 4 )2.3.2OSI (Open System Interconnection) 参考模型 1983年ISO 的 OSI 模型正式成为国际标准 Fig. 1-16, Fig. 1-17 1.物理层The Physical Layer 在物理线路上传输原始的二进制数据位基本网络硬件 2.数据链路层The Data Link Layer 在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输Frame 3.网络层The Network Layer 控制通信子网提供源点到目的点的数据传送Packet 4.运输层The Transport Layer 为用户提供端到端的数据传送服务 5.会话层The Session Layer 为用户提供会话控制服务安全认证 6.表示层The Presentation Layer 为用户提供数据转换和表示服务 7.应用层The Application Layer2.3典型计算机网络的参考模型 ( 5 )2.3.3TCP/IP 参考模型 (Fig. 1-18)以 TCP/IP 协议为核心的 Internet 网络体系结构 1.物理层在物理线路上传输原始的二进制数据位 2.数据链路层在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输 * TCP/IP 参考模型把第1层和第2层合起来称为Host-to- Network 3. Internet层网络层控制通信子网提供源点到目的点的 IP 包传送 4.运输层提供端到端的数据传送服务TCP 和 UDP 5.应用层提供各种 Internet 管理和应用服务功能 Fig. 1-19 Fig. 1-21 TCP/IP 与 OSI 的比较6OSI的历史经验和教训OSI是80年代计算机网络技术网络体系结构的主流 OSI网络体系结构的核心和贡献分层模型服务接口协议Andrew S. Tanenbaum 在 Computer Networks第三版 中评价OSI Bad timingtoo late Bad technologyboth the model and the protocol are flawed Bad implementationshugeunwieldyand slow Bad politicsgovernment and organizations bureaucratsInternet 的标准化特点IABInternet Architecture Board IRTFInternet Research Task Force IETFInternet Engineering Task Force Internet Society RFCRequest For Comments 1969年产生RFC00011997.1.3产生RFC20692000.9产生 RFC2921 Internet 标准