第3章计算机网络体系结构2讲解本章主要内容本章主要内容l计算机网络体系结构及协议的概念；计算机网络体系结构及协议的概念；l开放系统互连（开放系统互连（OSI）参考模型）参考模型lOSI模型中各层的功能介绍；模型中各层的功能介绍；lTCP/IP协议的体系结构；协议的体系结构；lTCP/IP协议的层次功能介绍；协议的层次功能介绍；lOSI模型与模型与TCP/IP协议模型的比较；协议模型的比较；2022/3/302计算机网络体系结构计算机网络体系结构l为了减少计算机网络的复杂程度，按照结构化设为了减少计算机网络的复杂程度，按照结构化设计方法，计算机网络将其功能划分为若干个层次，计方法，计算机网络将其功能划分为若干个层次，较高层次建立在较低层次的基础上，并为其更高较高层次建立在较低层次的基础上，并为其更高层次提供必要的服务功能。网络中的每一层都起层次提供必要的服务功能。网络中的每一层都起到隔离作用，使得低层功能具体实现方法的变更到隔离作用，使得低层功能具体实现方法的变更不会影响到高一层所执行的功能。不会影响到高一层所执行的功能。l网络体系结构网络体系结构l完成计算机间的通信合作，把每个计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，并规定同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务； 2022/3/303网络体系结构的相关概念网络体系结构的相关概念 l协议（协议（Protocol）l协议就是为实现网络中的数据交换建立的规则标准或约定。2022/3/304协议的组成协议的组成l协议由语法、语义和交换规则三部分组成，即协协议由语法、语义和交换规则三部分组成，即协议的三要素：议的三要素：l语义l语法l交换规则2022/3/305实体（实体（Entity）l实体（实体（Entity）l在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体组成，这些实体抽象地表示了通信时的软件元素（如进程或子程序）或硬件元素（如智能I/O芯片等）。l实体是通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施。2022/3/306接口接口(Interface)l分层结构中各相邻层之间要有一个接口，它定义了较低层向较高分层结构中各相邻层之间要有一个接口，它定义了较低层向较高层提供的原始操作和服务。相邻层通过它们之间的接口交换信息，层提供的原始操作和服务。相邻层通过它们之间的接口交换信息，高层并不需要知道低层是如何实现的，仅需要知道该层通过层间高层并不需要知道低层是如何实现的，仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务，这样使得两层之间保持了功能的独立性。的接口所提供的服务，这样使得两层之间保持了功能的独立性。l对于网络结构化层次模型，其特点是每一层都建立在前一层的基对于网络结构化层次模型，其特点是每一层都建立在前一层的基础上，较低层只是为较高一层提供服务。这样每一层在实现自身础上，较低层只是为较高一层提供服务。这样每一层在实现自身功能时，直接使用较低一层提供的服务，而间接地使用了更低层功能时，直接使用较低一层提供的服务，而间接地使用了更低层提供的服务，并向较高一层提供更完善的服务，同时屏蔽了具体提供的服务，并向较高一层提供更完善的服务，同时屏蔽了具体实现这些功能的细节。实现这些功能的细节。2022/3/307开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型(OSI/RM) l为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO对对各类计算机网络体系结构进行了研究，并于各类计算机网络体系结构进行了研究，并于202X年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型准，称为开放系统互连参考模型(OSI/RM)，也称，也称为为ISO/OSI。l“开放开放”表示任何两个遵守表示任何两个遵守OSI/RM的系统都可以的系统都可以进行互连，当一个系统能按进行互连，当一个系统能按OSI/RM与另一个系统与另一个系统进行通信时，就称该系统为开放系统。进行通信时，就称该系统为开放系统。 2022/3/308OSI的分层模型的分层模型2022/3/309基于基于OSI的通信模型结构的通信模型结构2022/3/3010OSI各层的功能概述各层的功能概述 l第第1层：物理层层：物理层(Physical Layer)l在物理信道上传输原始的数据比特（bit）流，提供为建立、维护和拆除物理链路连接所需的各种传输介质、通信接口特性等。l第第2层：数据链路层层：数据链路层(Data Link Layer)l在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻节点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧在信道上无差错地传输，并进行数据流量控制。 2022/3/3011OSI各层的功能概述（二）各层的功能概述（二）l第第3层：网络层层：网络层(Network Layer)l为传输层的数据传输提供建立、维护和终止网络连接的手段，把上层来的数据组织成数据包(Packet)在节点之间进行交换传送，并且负责路由控制和拥塞控制。l第第4层：传输层层：传输层(Transport Layer)l为上层提供端到端(最终用户到最终用户)的透明的、可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。2022/3/3012OSI各层的功能概述（三）各层的功能概述（三）l第第5层：会话层层：会话层(Session Layer)l为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能，并提供会话管理服务。l第第6层：表示层层：表示层(Presentation Layer)l为应用层提供信息表示方式的服务，如数据格式的变换、文本压缩、加密技术等。l第第7层：应用层层：应用层(Application Layer)l为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输、电子邮件(E-mail)、分布式数据库、网络管理等。 2022/3/3013OSI/RM的信息流动的信息流动 2022/3/3014物理层物理层 l物理层是物理层是OSI/RM的最低层。它直接与物理信道相连，起到的最低层。它直接与物理信道相连，起到数据链路层和传输媒体之间的逻辑接口作用，提供建立、数据链路层和传输媒体之间的逻辑接口作用，提供建立、维护和释放物理连接的方法，实现在物理信道上进行比特维护和释放物理连接的方法，实现在物理信道上进行比特流传输的功能。流传输的功能。 2022/3/3015物理层涉及的内容一物理层涉及的内容一l通信接口与传输媒体的物理特性通信接口与传输媒体的物理特性l除了不同的传输介质自身的物理特性外，物理层还对通信设备和传输媒体之间使用的接口做了详细的规定，主要体现在四个方面：l机械特性l电气特性l功能特性l规程特性2022/3/3016物理层涉及的内容二物理层涉及的内容二l数据交换单元为二进制比特数据交换单元为二进制比特l比特的同步比特的同步l线路的连接线路的连接l物理拓扑结构物理拓扑结构l传输方式传输方式2022/3/3017数据链路层数据链路层 l数据链路层是数据链路层是OSI/RM的第二层，它通过物理层提供的比特流服务，在相邻节点之间建立链的第二层，它通过物理层提供的比特流服务，在相邻节点之间建立链路，传送以帧（路，传送以帧（Frame）为单位的数据信息，并且对传输中可能出现的差错进行检错和纠错，）为单位的数据信息，并且对传输中可能出现的差错进行检错和纠错，向网络层提供无差错的透明传输。向网络层提供无差错的透明传输。l数据链路层的有关协议和软件是计算机网络中基本的部分，在任何网络中数据链数据链路层的有关协议和软件是计算机网络中基本的部分，在任何网络中数据链路层是必不可少的层次，相对高层而言，它所有的服务协议都比较成熟。路层是必不可少的层次，相对高层而言，它所有的服务协议都比较成熟。 2022/3/3018数据链路层涉及的具体内容数据链路层涉及的具体内容l成帧成帧l物理地址寻址物理地址寻址l流量控制流量控制l差错控制差错控制l接入控制接入控制2022/3/3019数据链路层的物理地址寻址数据链路层的物理地址寻址l节点节点1的物理地址为的物理地址为A，若节点，若节点1要给节点要给节点4发送数据，那么发送数据，那么在数据帧的头部要包含节点在数据帧的头部要包含节点1和节点和节点4的物理地址，在帧的的物理地址，在帧的尾部还有差错控制信息（尾部还有差错控制信息（DT）。）。 2022/3/3020网络层网络层 l计算机网络分为资源子网和通信子网。网络层就是通信子计算机网络分为资源子网和通信子网。网络层就是通信子网的最高层，它在数据链路层提供服务的基础上，向资源网的最高层，它在数据链路层提供服务的基础上，向资源子网提供服务。子网提供服务。l网络层与数据链路层的关系如下图所示：网络层与数据链路层的关系如下图所示：2022/3/3021网络层的作用网络层的作用l实现位于不同网络的源节点与目的节点之间的数实现位于不同网络的源节点与目的节点之间的数据包传输，它和数据链路层的作用不同，数据链据包传输，它和数据链路层的作用不同，数据链路层只是负责同一个网络中的相邻两节点之间链路层只是负责同一个网络中的相邻两节点之间链路管理及帧的传输等问题。因此，当两个节点连路管理及帧的传输等问题。因此，当两个节点连接在同一个网络中时，可能并不需要网络层，只接在同一个网络中时，可能并不需要网络层，只有当两个节点分布在不同的网络中时，通常才会有当两个节点分布在不同的网络中时，通常才会涉及到网络层的功能，保证数据包从源节点到目涉及到网络层的功能，保证数据包从源节点到目的节点的正确传输。的节点的正确传输。l网络层要负责确定在网络中采用何种技术，从源网络层要负责确定在网络中采用何种技术，从源节点出发选择一条通路通过中间的节点，将数据节点出发选择一条通路通过中间的节点，将数据包最终送达目的节点。包最终送达目的节点。 2022/3/3022网络层涉及的概念网络层涉及的概念l逻辑地址寻址逻辑地址寻址l路由功能路由功能l流量控制流量控制l拥塞控制拥塞控制2022/3/3023传输层传输层 l传输层是资源子网与通信子网的接口和桥梁，传输层是资源子网与通信子网的接口和桥梁，它完成资源子网中两节点间的直接逻辑通信，它完成资源子网中两节点间的直接逻辑通信，实现通信子网端到端的可靠传输。传输层在七实现通信子网端到端的可靠传输。传输层在七层网络模型的中间起到承上启下的作用，是整层网络模型的中间起到承上启下的作用，是整个网络体系结构中的关键部分。个网络体系结构中的关键部分。2022/3/3024l由于通信子网向传输层提供通信服务的可靠性有差异，所由于通信子网向传输层提供通信服务的可靠性有差异，所以无论通信子网提供的服务可靠性如何，经传输层处理后都以无论通信子网提供的服务可靠性如何，经传输层处理后都应向上层提交可靠的、透明的数据传输。为此，传输层协议应向上层提交可靠的、透明的数据传输。为此，传输层协议要复杂得多，以适应通信子网中存在的各种问题。也就是说，要复杂得多，以适应通信子网中存在的各种问题。也就是说，如果通信子网的功能完善、可靠性高，则传输层的任务就比如果通信子网的功能完善、可靠性高，则传输层的任务就比较简单：若通信子网提供的质量很差，则传输层的任务就复较简单：若通信子网提供的质量很差，则传输层的任务就复杂，以填补会话层所要求的服务质量和网络层所能提供的服杂，以填补会话层所要求的服务质量和网络层所能提供的服务质量之间的差别。务质量之间的差别。2022/3/3025传输层提供的服务传输层提供的服务l传输层为高层提供两种基本的服务：传输层为高层提供两种基本的服务：l面向连接的服务面向连接的服务l面向连接提供的是可靠的服务。面向连接提供的是可靠的服务。l和面向无连接的服务和面向无连接的服务l面向无连接是一种不太可靠的服务。面向无连接是一种不太可靠的服务。 2022/3/3026会话层会话层 l会话层是利用传输层提供的端到端的服务，向表会话层是利用传输层提供的端到端的