網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1、計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)任豐原任豐原清華大學(xué)計算機系清華大學(xué)計算機系Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有2主要內(nèi)容主要內(nèi)容計算機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成計算機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成資源子網(wǎng)資源子網(wǎng)通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)功能的分層計算機網(wǎng)絡(luò)功能的分層協(xié)議和協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)協(xié)議和協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)典型計算機網(wǎng)絡(luò)參考模型典型計算機網(wǎng)絡(luò)參考模型計算機網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化計算機網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化OSI參考模型參考模型TCP/IP參考模型參考模型其他參考模型其他參考模型Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有3計算機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)

2、成計算機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成計算機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成計算機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成-兩級結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)兩級結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)-資源子網(wǎng)（或用戶子網(wǎng)）和通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)（或用戶子網(wǎng)）和通信子網(wǎng)Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有4資源子網(wǎng)資源子網(wǎng)組成組成服務(wù)器服務(wù)器客戶計算機客戶計算機通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)基本組成基本組成通信線路（或稱通道）通信線路（或稱通道）網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備（路由器、交換機、網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備（路由器、交換機、HUB等）等）計算機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成計算機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(2)C/S模式B/S模式模式Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有5計算機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成（計算機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成（3 3）基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)點到點

3、通道點到點通道基本特點基本特點v 一條線路連接二臺網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備一條線路連接二臺網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備v 一般情況下，二臺計算機的連接要經(jīng)過多臺網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備一般情況下，二臺計算機的連接要經(jīng)過多臺網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)v 星形星形, 環(huán)形環(huán)形,樹形樹形,全連結(jié)全連結(jié), 交叉環(huán)交叉環(huán), 不規(guī)則圖不規(guī)則圖關(guān)鍵技術(shù)：路由選擇（關(guān)鍵技術(shù)：路由選擇（Routing）Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示例拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示例Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有7廣播網(wǎng)絡(luò)廣播網(wǎng)絡(luò)廣播網(wǎng)絡(luò)廣播網(wǎng)絡(luò)(Broadcast networks)基本特點基本特點 多臺計算機共享一

4、條通信線路多臺計算機共享一條通信線路 任一臺計算機發(fā)出的信息可以直接被其它任一臺計算機發(fā)出的信息可以直接被其它 計算機接收計算機接收典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)v bus, ring 組播網(wǎng)絡(luò)組播網(wǎng)絡(luò)(Multicast Networks) 單播網(wǎng)絡(luò)單播網(wǎng)絡(luò)(Unicast Networks ) 點到點連接點到點連接Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有8廣播網(wǎng)絡(luò)廣播網(wǎng)絡(luò)(2)關(guān)鍵技術(shù)：通道分配關(guān)鍵技術(shù)：通道分配 靜態(tài)分配：分時間片靜態(tài)分配：分時間片特點：控制簡單，通道利用率低特點：控制簡單，通道利用率低 動態(tài)分配：各站點動態(tài)使用通道動態(tài)分配：各站點動態(tài)使用通道特點：控制復(fù)雜，通道

5、利用率高特點：控制復(fù)雜，通道利用率高通道分配方法：通道分配方法：集中式：只有一個仲裁機構(gòu)集中式：只有一個仲裁機構(gòu)分布式：各站點均有仲裁機構(gòu)分布式：各站點均有仲裁機構(gòu)Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有9計算機網(wǎng)絡(luò)分類計算機網(wǎng)絡(luò)分類 PAN LAN MAN WAN internet (Internet) Interplanetary Internet互聯(lián)網(wǎng)與因特網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)與因特網(wǎng)Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有10計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)定義定義對計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所完成功能的比較精確的定義，即從對計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所完成功能的比較精確的定義，即

6、從功能功能的的角度描述計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，是角度描述計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，是層次和協(xié)議層次和協(xié)議的集合。的集合。注意注意:計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)僅僅定義了網(wǎng)絡(luò)及其部件通過協(xié)議應(yīng)完成計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)僅僅定義了網(wǎng)絡(luò)及其部件通過協(xié)議應(yīng)完成 的功能；不定義協(xié)議的實現(xiàn)細(xì)節(jié)和各層協(xié)議之間的接口關(guān)系。的功能；不定義協(xié)議的實現(xiàn)細(xì)節(jié)和各層協(xié)議之間的接口關(guān)系。 為什么分層？為什么分層？ “分而治之分而治之” 如何分層？如何分層？ 網(wǎng)絡(luò)功能的分層網(wǎng)絡(luò)功能的分層 協(xié)議的分層協(xié)議的分層分層的體系結(jié)構(gòu)分層的體系結(jié)構(gòu)協(xié)議分層的優(yōu)點協(xié)議分層的優(yōu)點易于協(xié)議的設(shè)計、分析、實現(xiàn)和測試。易于協(xié)議的設(shè)計、分析、實現(xiàn)和測試。Tsinghua U

7、niversity版權(quán)所有版權(quán)所有11計算機網(wǎng)絡(luò)的功能計算機網(wǎng)絡(luò)的功能為地理位置不同的計算機用戶之間提供訪問通路。為地理位置不同的計算機用戶之間提供訪問通路。具體化為具體化為： (1)連接源結(jié)點和目的結(jié)點的物理傳輸線路，可以經(jīng)過中間結(jié)點；連接源結(jié)點和目的結(jié)點的物理傳輸線路，可以經(jīng)過中間結(jié)點； (2)每條線路兩端的結(jié)點利用波形進(jìn)行二進(jìn)制通信；每條線路兩端的結(jié)點利用波形進(jìn)行二進(jìn)制通信； (3)無差錯的信息傳送無差錯的信息傳送 (4)多個用戶共享一條物理線路多個用戶共享一條物理線路 (5)按照地址信息，進(jìn)行路由選擇按照地址信息，進(jìn)行路由選擇(6)(6)信息緩沖和流量控制信息緩沖和流量控制(7)(7)

8、會話控制會話控制(8)(8)滿足各種用戶、各種應(yīng)用的訪問要求滿足各種用戶、各種應(yīng)用的訪問要求網(wǎng)絡(luò)功能分層網(wǎng)絡(luò)功能分層Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有12網(wǎng)絡(luò)功能分層網(wǎng)絡(luò)功能分層(2)上述功能有三個顯著特點上述功能有三個顯著特點須同時滿足一對用戶須同時滿足一對用戶用戶之間的通信功能是相互的用戶之間的通信功能是相互的這些功能分散在各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶設(shè)備中。這些功能分散在各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶設(shè)備中。結(jié)論：結(jié)論：一般人們采用一般人們采用“層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)”的方法來描述計算機網(wǎng)絡(luò)，的方法來描述計算機網(wǎng)絡(luò)， 即：即：計算機網(wǎng)絡(luò)中提供的功能是分成層次的。計算機網(wǎng)絡(luò)中提供的功能是分成層次的

9、。Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有13網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的定義和組成定義和組成層次結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)功能中最重要的功能是通信功能，這種通信層次結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)功能中最重要的功能是通信功能，這種通信功能主要涉及同一層次中通信雙方的相互作用，位于不同計算機上功能主要涉及同一層次中通信雙方的相互作用，位于不同計算機上進(jìn)行對話的第進(jìn)行對話的第N層通信各方可分別看成是一種進(jìn)程，稱為層通信各方可分別看成是一種進(jìn)程，稱為對等（同等）對等（同等）進(jìn)程進(jìn)程。協(xié)議（協(xié)議（Protocol） 計算機網(wǎng)絡(luò)同等層次中，通信雙方進(jìn)行信息交換時必須遵守的規(guī)則。計算機網(wǎng)絡(luò)同等層次中，通信雙

10、方進(jìn)行信息交換時必須遵守的規(guī)則。 協(xié)議棧協(xié)議棧（Protocol Stack） 一個特定系統(tǒng)所使用的一組協(xié)議稱為協(xié)議棧一個特定系統(tǒng)所使用的一組協(xié)議稱為協(xié)議棧 接口接口 (Interface)每一相鄰層之間有一個每一相鄰層之間有一個接口（接口（Interface），它定義了下層向上層提供的，它定義了下層向上層提供的原語操作和服務(wù)原語操作和服務(wù)Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有14層、協(xié)議和接口層、協(xié)議和接口 協(xié)議特性協(xié)議特性對于第對于第N層協(xié)議來說，它有如下特性層協(xié)議來說，它有如下特性不知道上、下層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不知道上、下層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)獨立完成某種功能獨立完成某種功能為上層提供服

11、務(wù)為上層提供服務(wù)使用下層提供的服務(wù)使用下層提供的服務(wù)Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有15類比示例類比示例哲學(xué)家哲學(xué)家-翻譯翻譯-秘書秘書Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有16舉例舉例 在第在第5層上支持虛擬通信的信息流示意圖層上支持虛擬通信的信息流示意圖Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有17服務(wù)分類服務(wù)分類面向連接的服務(wù)面向連接的服務(wù)當(dāng)使用服務(wù)傳送數(shù)據(jù)時，首先建立連接，然后使用該連接傳送數(shù)據(jù)，使當(dāng)使用服務(wù)傳送數(shù)據(jù)時，首先建立連接，然后使用該連接傳送數(shù)據(jù)，使用完后，關(guān)閉連接。用完后，關(guān)閉連接。特點特點順序性好順序性好類似于電話類似于電

12、話面向無連接的服務(wù)面向無連接的服務(wù)直接使用服務(wù)傳送數(shù)據(jù)，每個包獨立進(jìn)行路由選擇。直接使用服務(wù)傳送數(shù)據(jù)，每個包獨立進(jìn)行路由選擇。特點特點順序性差。順序性差。類似于郵政類似于郵政連接與可靠的關(guān)系連接與可靠的關(guān)系連接并不意味可靠，可靠要通過確認(rèn)、重傳等機制來保證。連接并不意味可靠，可靠要通過確認(rèn)、重傳等機制來保證。面向無連接的服務(wù)可以是可靠的，如掛號信面向無連接的服務(wù)可以是可靠的，如掛號信Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有18舉例舉例Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有19服務(wù)原語服務(wù)原語服務(wù)原語（服務(wù)原語（primitives）服務(wù)在形式上是由一組接口原語（或

13、操作）來描述的服務(wù)在形式上是由一組接口原語（或操作）來描述的服務(wù)原語可分為四種類型服務(wù)原語可分為四種類型請求（請求（Request）:An entity wants the service to do some work指示（指示（Indication）:An entity is to be informed about an event響應(yīng)（響應(yīng)（Response）:An entity wants to respond to an event確認(rèn)（確認(rèn)（Confirm）:The response to an earlier request has come backTsinghua Univ

14、ersity版權(quán)所有版權(quán)所有20舉例舉例Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有21Why Layering?No layering: each new application has to be re-implemented for every network technology!Telnet FTPNFSPacketradioCoaxial cableFiberopticApplicationTransmissionMediaHTTPTsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有22Why Layering?Solution: introduce an interm

15、ediate layer that provides a unique abstraction for various network technologiesTelnet FTPNFSPacketradioCoaxial cableFiberopticApplicationTransmissionMediaHTTPIntermediate layerTsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有23計算機網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化計算機網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化電信標(biāo)準(zhǔn)電信標(biāo)準(zhǔn)1865年成立國際電信聯(lián)盟年成立國際電信聯(lián)盟ITU（International Telecommunication Union）1947

16、年年 ITU 成為聯(lián)合國的一個組織，由三部分組成成為聯(lián)合國的一個組織，由三部分組成ITU- R：無線通信：無線通信ITU- T：電信標(biāo)準(zhǔn)，：電信標(biāo)準(zhǔn)，1956 - 1993 年稱為年稱為CCITT ，下設(shè)許多研究組，下設(shè)許多研究組SG，研究組下設(shè)專題，例如：研究組下設(shè)專題，例如：Q42/SG VII 專門研究專門研究 OSI 參考模型。參考模型。ITU- D：開發(fā)：開發(fā)Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有24計算機網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化計算機網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化(2)國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)1946年成立的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織年成立的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 負(fù)責(zé)制定各種國際標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)責(zé)制定各種國際標(biāo)準(zhǔn)，ISO

17、 有有89個成員國家，個成員國家，85 個其他成員。個其他成員。ISO 有有200 多個技術(shù)委員會多個技術(shù)委員會TC，每個技術(shù)委員會下設(shè)若干分委員會，每個技術(shù)委員會下設(shè)若干分委員會SC，每個分委員會由由若干工作組每個分委員會由由若干工作組WG 組成。組成。例如：例如：TC97 - 計算機和信息處理，計算機和信息處理，TC97/SC21/WG1 - OSI 體系結(jié)體系結(jié)構(gòu)、概念性方案和形式描述構(gòu)、概念性方案和形式描述一個國際標(biāo)準(zhǔn)的形成：一個國際標(biāo)準(zhǔn)的形成：CD （Committee Draft） - DIS （Draft International Standard） - IS （Interna

18、tional Standard）Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有25計算機網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化計算機網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化(3)其它標(biāo)準(zhǔn)化組織：其它標(biāo)準(zhǔn)化組織：ANSI：美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所，：美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所，ISO 的美國代表的美國代表NIST：美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所，美國商業(yè)部的標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)：美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所，美國商業(yè)部的標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)IEEE：發(fā)表行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如：發(fā)表行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如IEEE 802，后成為，后成為ISO 8802。OIF（Optical Internetworking Forum）值得注意的是，值得注意的是，ITU - T 和和 ISO 之間有很好的合作和協(xié)調(diào)。

19、之間有很好的合作和協(xié)調(diào)。Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有26Internet 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)Internet 的標(biāo)準(zhǔn)是自發(fā)而非政府干預(yù)的，稱為的標(biāo)準(zhǔn)是自發(fā)而非政府干預(yù)的，稱為RFC （Request For Comments）。）。1969 年年ARPANET 時就開始發(fā)布時就開始發(fā)布RFC，1969.4產(chǎn)生產(chǎn)生RFC0001，至今，至今已超過已超過3000個。個。1983年成立年成立IAB（Internet Architecture Board）1989年在年在IAB 下又成立了下又成立了IRTF 和和 IETF，IETF的各工作組負(fù)責(zé)組的各工作組負(fù)責(zé)組織提出相應(yīng)的織提出相應(yīng)

20、的RFC 建議。建議。計算機網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化計算機網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化(4)Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有27標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)化組織Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有28OSI（Open System Interconnection）參考模型）參考模型1983年年ISO 的的 OSI 模型正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)模型正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)物理層（物理層（The Physical Layer）：在物理線路上傳輸原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位）：在物理線路上傳輸原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位（基本網(wǎng)絡(luò)硬件）（基本網(wǎng)絡(luò)硬件）數(shù)據(jù)鏈路層（數(shù)據(jù)鏈路層（The Data Link Layer）：在有差錯的物理線路

21、上提供無差錯）：在有差錯的物理線路上提供無差錯的數(shù)據(jù)傳輸（的數(shù)據(jù)傳輸（Frame）網(wǎng)絡(luò)層（網(wǎng)絡(luò)層（The Network Layer）：控制通信子網(wǎng)提供源點到目的點的數(shù)據(jù)傳）：控制通信子網(wǎng)提供源點到目的點的數(shù)據(jù)傳送（送（Packet）傳輸層（傳輸層（The Transport Layer）：為用戶提供端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。）：為用戶提供端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。會話層（會話層（The Session Layer）：為用戶提供會話控制服務(wù)（安全認(rèn)證）：為用戶提供會話控制服務(wù)（安全認(rèn)證）表示層（表示層（The Presentation Layer）：為用戶提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和表示服務(wù)。）：為用戶提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

22、和表示服務(wù)。應(yīng)用層（應(yīng)用層（The Application Layer）開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有29Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有30Tsinghua University版權(quán)所有版權(quán)所有31以以 TCP/IP 協(xié)議為核心的協(xié)議為核心的 Internet 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)物理層：在物理線路上傳輸原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位物理層：在物理線路上傳輸原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)鏈路層：在有差錯的物理線路上提供無差錯的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈路層：在有差錯的物理線路上提供無差錯的數(shù)據(jù)傳輸TCP/IP 參考模型把第參考模型把第1層和第層和第2層合起來