1第第3章章 网络体系结构网络体系结构与网络协议与网络协议 2本章学习要求本章学习要求：掌握：掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念掌握：掌握：网络体系结构的层次化研究方法网络体系结构的层次化研究方法掌握：掌握：OSI参考模型及各层的基本服务功能参考模型及各层的基本服务功能掌握：掌握：TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本服务参考模型的层次划分、各层的基本服务 功能与协议族功能与协议族了解：了解：OSI参考模型参考模型与与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较3看一个例子：邮政系统结构看一个例子：邮政系统结构4邮政系统与计算机网络相似，有几个重要概念：邮政系统与计算机网络相似，有几个重要概念： 3.1 网络体系结构的相关基本概念网络体系结构的相关基本概念层次（层次（layer）协议（协议（protocol） 接口（接口（interface） 体系结构（体系结构（architecture）5网络协议网络协议是是为网络数据交换而制定的规则、约定与标为网络数据交换而制定的规则、约定与标准；准；网络协议的三要素：语义、语法与时序；网络协议的三要素：语义、语法与时序；语义：用于解释比特流的每一部分的意义；语义：用于解释比特流的每一部分的意义； 语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格 式，以及数据出现的顺序的意义；式，以及数据出现的顺序的意义；时序：事件实现顺序的详细说明。时序：事件实现顺序的详细说明。网络协议的概念网络协议的概念 6层次（层次（layer）层次是人们对复杂问题处理的基本方法；层次是人们对复杂问题处理的基本方法；将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定；对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定；不同地区的系统分成相同的层次；不同地区的系统分成相同的层次；不同系统的最低层之间存在着不同系统的最低层之间存在着“物理物理”通信；通信；不同系统的对等层次之间存在着不同系统的对等层次之间存在着“虚拟虚拟”通信；通信；对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定；对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定；高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具体实现方法。的具体实现方法。 7接口（接口（interface）接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点; ;同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低层向高层通过接口提供服务层向高层通过接口提供服务; ;只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。8网络体系结构的提出网络体系结构的提出计算机网络采用层次化结构的好处：计算机网络采用层次化结构的好处：各层之间相互独立各层之间相互独立; ;灵活性好灵活性好; ;其中任何一层发生变化时，只要接口不变，其中任何一层发生变化时，只要接口不变，则该层的相邻层不受影响；则该层的相邻层不受影响；各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不会影响其它层；的改变不会影响其它层；易于实现和维护；易于实现和维护；有利于促进标准化。有利于促进标准化。9网络体系结构网络体系结构（network architecture）一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集议集; ;网络协议是按层次结构来组织的；网络协议是按层次结构来组织的；网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构；体系结构；网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义；确的定义；体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件和软件。和软件。 103.2 OSI参考模型参考模型 3.2.1 OSI参考模型的基本概念参考模型的基本概念 在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织是：际组织是： 国际电报与电话咨询委员会（国际电报与电话咨询委员会（CCITT） 国际标准化组织（国际标准化组织（ISO）CCITT与与ISO的工作领域不同：的工作领域不同： CCITT 主要是考虑通主要是考虑通信标准的制定；信标准的制定；ISO主要是考虑信息处理与网络体系结主要是考虑信息处理与网络体系结构；构； ISO定义定义OSI。11在在OSI中中 的的“开放开放”是指只要遵循是指只要遵循OSI标准，一个系标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其它任何系统进行通信；的其它任何系统进行通信；OSI标准中，采用的是三级抽象：标准中，采用的是三级抽象： 体系结构（体系结构（architecture） 服务定义（服务定义（service definition） 协议说明（协议说明（protocol specification）12体系结构体系结构开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所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；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；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。对网络内部结构最精炼地概括与描述。 13服务定义服务定义详细地说明了各层所提供的服务；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；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现的无关；各层所提供的服务与这些服务是如何实现的无关；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。及接口是具体实现的。 143.2.2 OSI参考模型的结构参考模型的结构 ISO划分七层结构的基本原则划分七层结构的基本原则：网中各结点都具有相同的层次；网中各结点都具有相同的层次；不同结点的同等层具有相同的功能；不同结点的同等层具有相同的功能；同一结点内相邻层之间通过接口通信；同一结点内相邻层之间通过接口通信；每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。15OSI参考模型的结构参考模型的结构 163.2.3 OSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能 物理层的主要功能物理层的主要功能：利利用用传传输输介介质质为为通通信信的的网网络络结结点点之之间间建建立立、管管理理和和释释放物理连接；放物理连接；实实现现比比特特流流的的透透明明传传输输，为为数数据据链链路路层层提提供供数数据据传传输输服务；服务；物理层的数据传输单元是比特。物理层的数据传输单元是比特。 17数据链路层的主要功能数据链路层的主要功能：在在物物理理层层提提供供的的服服务务基基础础上上，数数据据链链路路层层在在通通信信的的实实体间建立数据链路连接；体间建立数据链路连接；传输以传输以“帧帧”为单位的数据包；为单位的数据包；采采用用差差错错控控制制与与流流量量控控制制方方法法，使使有有差差错错的的物物理理线线路路变成无差错的数据链路。变成无差错的数据链路。 18网络层的主要功能网络层的主要功能：通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径；路径；为数据在结点之间传输创建逻辑链路；为数据在结点之间传输创建逻辑链路；实现拥塞控制、网络互连等功能。实现拥塞控制、网络互连等功能。19传输层的主要功能传输层的主要功能：向用户提供可靠端到端向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务；服务；处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题；输问题；传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层。通信体系结构中关键的一层。20会话层的主要功能会话层的主要功能：负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点- -点传点传输不中断；输不中断；管理数据交换。管理数据交换。21表示层的主要功能表示层的主要功能：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；数据格式变换；数据格式变换；数据加密与解密；数据加密与解密；数据压缩与恢复。数据压缩与恢复。22应用层的主要功能应用层的主要功能: :为应用程序提供了网络服务为应用程序提供了网络服务; ;应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步工作的应用程序之间的同步; ;建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。233.2.4 OSI环境中的数据传输过程环境中的数据传输过程24OSI环境中的数据流环境中的数据流