現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析課件

第二章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第二章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1主要內(nèi)容2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成2.1.1 資源子網(wǎng)2.1.2 通信子網(wǎng)(點(diǎn)到點(diǎn)通道；廣播通道)2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)2.2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能的分層2.2.2 協(xié)議和協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)2.2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)2.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)參考模型2.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化2.3.2 OSI參考模型2.3.3 TCP/IP參考模型2.4 其他網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)主要內(nèi)容2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成22.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(1) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件構(gòu)成：兩級結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 資源子網(wǎng)(或用戶子網(wǎng))，通信子網(wǎng) 2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(1) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件構(gòu)成：32.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(2)2.1.1 資源子網(wǎng)

組成：服務(wù)器，客戶計(jì)算機(jī)2.1.2 通信子網(wǎng)一、基本組成：通信線路(或稱通道) 網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備(路由器、交換機(jī)、HUB等)二、基本結(jié)構(gòu)： 1.點(diǎn)到點(diǎn)通道 基本特點(diǎn)：一條線路連接二臺(tái)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備

一般情況下，二臺(tái)計(jì)算機(jī)的連接要經(jīng)過多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 一般情況下，采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行信息傳輸 典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： (Fig.1-6) star,ring,tree,complete,intersectingrings,irregular 關(guān)鍵技術(shù)：路由選擇(Routing)

2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(2)2.1.1 資源子網(wǎng)4現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析52.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(3) 2.廣播通道 基本特點(diǎn)：多臺(tái)計(jì)算機(jī)共享一條通信線路；

任一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出的信息可以直接被其它計(jì)算機(jī)接收 典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： (Fig.1-3) bus,ring 關(guān)鍵技術(shù)：通道分配 靜態(tài)分配：分時(shí)間片 特點(diǎn)：控制簡單，通道利用率低 動(dòng)態(tài)分配：各站點(diǎn)動(dòng)態(tài)使用通道 特點(diǎn)：控制復(fù)雜，通道利用率高 通道分配方法： 集中式：只有一個(gè)仲裁機(jī)構(gòu) 分布式：各站點(diǎn)均有仲裁機(jī)構(gòu)2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(3) 2.廣播通道6現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析72.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(4)三、網(wǎng)絡(luò)分類： 從地域范圍角度： 1.局域網(wǎng)絡(luò)(LocalAreaNetworks) 主要采用廣播通道技術(shù) 2.城域網(wǎng)絡(luò)(MetropolitanAreaNetworks) 3.廣域網(wǎng)絡(luò)(WideAreaNetworks) 主要采用點(diǎn)到點(diǎn)通道技術(shù) 從采用技術(shù)角度： 1.無線網(wǎng)絡(luò)(WirelessNetworks) 2.衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò) 3.ATM網(wǎng)絡(luò) ….

2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(4)三、網(wǎng)絡(luò)分類：82.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(1) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)是從功能的角度描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)：對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所完成功能的比較精確的定義。即從功能的角度描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。是層次和協(xié)議的集合。 注意:

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(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和各層協(xié)議之間的接口關(guān)系。 網(wǎng)絡(luò)功能的分層 協(xié)議的分層 體系結(jié)構(gòu)的分層協(xié)議分層易于協(xié)議的設(shè)計(jì)、分析、實(shí)現(xiàn)和測試。2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(1) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系92.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(2)2.2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能的分層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能：是為地理位置不同的計(jì)算機(jī)用戶之間提供訪問通路。下述功能是必須提供的：1.連接源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)的物理傳輸線路，可以經(jīng)過中間結(jié)點(diǎn)；2.每條線路兩端的結(jié)點(diǎn)利用波形進(jìn)行二進(jìn)制通信；3.無差錯(cuò)的信息傳送4.多個(gè)用戶共享一條物理線路5.按照地址信息，進(jìn)行路由選擇6.信息緩沖和流量控制7.會(huì)話控制8.滿足各種用戶的訪問要求2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(2)2.2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)102.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(3) 上述功能有三個(gè)顯著特點(diǎn)： 1.上述功能必須同時(shí)滿足一對用戶； 2.用戶之間的通信功能是相互的； 3.這些功能分散在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶設(shè)備中。 一般人們采用“層次結(jié)構(gòu)”的方法來描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，即：

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中提供的功能是分成層次的。2.2.2 協(xié)議和協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)一、協(xié)議的定義和組成層次結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)上進(jìn)行對話的第N層通信各方可分別看成是一種進(jìn)程，也稱為同等（對等）進(jìn)程。

協(xié)議(Protocol)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同等層次中，通信雙方進(jìn)行信息交換時(shí)必須遵守的規(guī)則。2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(3) 上述功能有三個(gè)顯著112.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(4)協(xié)議的組成：1.語法（syntax)：以二進(jìn)制形式表示的命令和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)2.語義（semantics)：由發(fā)出的命令請求，完成的動(dòng)作和回送的響應(yīng)組成的集合3.定時(shí)關(guān)系（timing)：有關(guān)事件順序的說明二、協(xié)議的分層和層間結(jié)構(gòu)協(xié)議的分層原則(layeringprinciple)： 1.LayerNsoftwareonthedestinationcomputermustreceiveexactlythemessagesentbylayerNsoftwareonthesendingcomputer. Mathematically,ifthesenderappliesatransformationT,thereceivermustapplytheinverseT-1.2.協(xié)議分層要保證整個(gè)通信系統(tǒng)功能完備、高效。

每一相鄰層之間有一個(gè)接口（Interface），它定義了下層向上層提供的原語操作和服務(wù)。

2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(4)協(xié)議的組成：122.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(5)對于第N層協(xié)議來說，它有如下特性： 1.不知道上、下層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)； 2.獨(dú)立完成某種功能； 3.為上層提供服務(wù)； 4.使用下層提供的服務(wù)。 2.2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)一、基本術(shù)語與分層結(jié)構(gòu) 接口：定義了下層向上層提供的原語操作和服務(wù)。 協(xié)議：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同等層次中，通信雙方進(jìn)行信息交換時(shí)必須遵守的規(guī)則。 服務(wù)：層間交換信息時(shí)必須遵守的規(guī)則。 服務(wù)和協(xié)議的關(guān)系 服務(wù)提供者，服務(wù)用戶 Fig.1-92.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(5)對于第N層協(xié)議來說，13現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析142.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(6) 服務(wù)訪問點(diǎn)SAP（ServiceAccessPoint）任何層間服務(wù)是在接口的SAP上進(jìn)行的；每個(gè)SAP有唯一的識(shí)別地址；每個(gè)層間接口可以有多個(gè)SAP。 接口數(shù)據(jù)單元IDU（InterfaceDataUnit）IDU是通過SAP進(jìn)行傳送的層間信息單元；IDU由上層的服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU（ServiceDataUnit）和接口控制信息ICI（InterfaceControlInformation）組成； 協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU（ProtocolDataUnit）第N層實(shí)體通過網(wǎng)絡(luò)傳送給它的對等實(shí)體的信息單元；PDU由上層的服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU或其分段和協(xié)議控制信息PCI（ProtocolControlInformation)組成； Fig.1-12 分段和重組 Fig.1-112.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(6) 服務(wù)訪問點(diǎn)SAP15現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析16現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析172.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(7)二、服務(wù)分類和服務(wù)原語（primitives） 1.基于連接的服務(wù)和無連接服務(wù)基于連接的服務(wù)

當(dāng)使用服務(wù)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，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。

特點(diǎn)：順序性好。無連接服務(wù)

直接使用服務(wù)傳送數(shù)據(jù)，每個(gè)包獨(dú)立進(jìn)行路由選擇。

特點(diǎn)：順序性差。Fig.1-13注意：連接并不意味可靠，可靠要通過確認(rèn)、重傳等機(jī)制來保證。 2.服務(wù)原語 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： 請求（Request），指示（Indication）， 響應(yīng)（Response），確認(rèn)（Confirm） Fig.1-14 Fig.1-152.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(7)二、服務(wù)分類和服務(wù)原18現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析19現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析20現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析212.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(1)2.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化一、電信標(biāo)準(zhǔn) 1865年成立國際電信聯(lián)盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion） 1947年ITU成為聯(lián)合國的一個(gè)組織，由三部分組成： ITU-R：無線通信 ITU-T：電信標(biāo)準(zhǔn)，1956-1993年稱為CCITT，下設(shè)許多研究組SG，研究組下設(shè)專題，例如：Q42/SGVII專門研究OSI參考模型。 ITU-D：開發(fā)二、國際標(biāo)準(zhǔn)

1946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)，ISO有89個(gè)成員國家，85個(gè)其他成員。 ISO有200多個(gè)技術(shù)委員會(huì)TC，每個(gè)技術(shù)委員會(huì)下設(shè)若干分委員會(huì)SC，每個(gè)分委員會(huì)由由若干工作組WG組成。2.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(1)2.3.1 計(jì)算222.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(2) 例如：TC97-計(jì)算機(jī)和信息處理

TC97/SC21/WG1-OSI體系結(jié)構(gòu)、概念性方案和形式描述 一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)的形成： CD(CommitteeDraft)-DIS(DraftInternationalStandard)-IS(InternationalStandard) 其它標(biāo)準(zhǔn)化組織： ANSI：美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所，ISO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(jī)構(gòu) IEEE：發(fā)表行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如IEEE802，后成為ISO8802。 ATMForum：ATM論壇 OIF（OpticalInternetworkingForum） 值得注意的是，ITU-T和ISO之間有很好的合作和協(xié)調(diào)。2.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(2) 例如：TC97232.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(3)三、Internet標(biāo)準(zhǔn)

Internet的標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，是自發(fā)而非政府干預(yù)的，稱為RFC（RequestForComments)。 1969年ARPANET時(shí)就開始發(fā)布RFC，至今已超過2000個(gè)（2921）。 1983年成里IAB（InternetActivitiesBoard） 1989年在IAB下又成立了IRTF和IETF，IETF的各工作組負(fù)責(zé)組織提出相應(yīng)的RFC建議。2.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(3)三、Intern242.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(4)2.3.2 OSI(OpenSystemInterconnection)參考模型 1983年ISO的OSI模型正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)。Fig.1-16,Fig.1-171. 物理層（ThePhysicalLayer）

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）。2. 數(shù)據(jù)鏈路層（TheDataLinkLayer）

在有差錯(cuò)的物理線路上提供無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸（Frame）。3. 網(wǎng)絡(luò)層（TheNetworkLayer）

控制通信子網(wǎng)提供源點(diǎn)到目的點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送（Packet）。4. 運(yùn)輸層（TheTransportLayer）

為用戶提供端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。5. 會(huì)話層（TheSessionLayer）

為用戶提供會(huì)話控制服務(wù)（安全認(rèn)證）。6. 表示層（ThePresentationLayer）

為用戶提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和表示服務(wù)。7. 應(yīng)用層（TheApplicationLayer）2.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(4)2.3.2 OS25現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析26現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析272.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(5)2.3.3 TCP/IP參考模型 (Fig.1-18) 以TCP/IP協(xié)議為核心的Internet網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。1. 物理層：在物理線路上傳輸原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位。2. 數(shù)據(jù)鏈路層：在有差錯(cuò)的物理線路上提供無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。* TCP/IP參考模型把第1層和第2層合起來稱為：Host-to-Network3. Internet層（網(wǎng)絡(luò)層）：控制通信子網(wǎng)提供源點(diǎn)到目的點(diǎn)的IP包傳送。4. 運(yùn)輸層：提供端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。TCP和UDP5. 應(yīng)用層：提供各種Internet管理和應(yīng)用服務(wù)功能。 Fig.1-19 Fig.1-21 TCP/IP與OSI的比較2.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(5)2.3.3 TC28現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析29現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析30現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析31OSI的歷史經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)OSI是80年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的主流OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的核心和貢獻(xiàn)：分層模型服務(wù)、接口、協(xié)議AndrewS.Tanenbaum在“ComputerNetworks”第三版中評價(jià)OSI：Badtiming（toolate）Badtechnology（boththemodelandtheprotocolareflawed）Badimplementations（huge，unwieldy，andslow）Badpolitics（governmentandorganizationsbureaucrats）OSI的歷史經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)OSI是80年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)體32Internet的標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)IAB（InternetArchitectureBoard）IRTF（InternetResearchTaskForce）IETF（InternetEngineeringTaskForce）InternetSocietyRFC（RequestForComments）1969年產(chǎn)生RFC0001，1997.1.3產(chǎn)生RFC2069，2000.9產(chǎn)生RFC2921Internet標(biāo)準(zhǔn)化名言（DavidClarkofMIT）： “Werejectkings,presidents,andvoting；webelieveinroughconsensusandrunningcode”結(jié)論：Internet與ITU-T和ISO的標(biāo)準(zhǔn)化過程完全不同Internet的標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)IAB（InternetAr332.4 其他網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（1）2.4.1 X.25分組交換網(wǎng)

70年代，CCITT推出X.25標(biāo)準(zhǔn)，為公用包交換網(wǎng)和用戶之間提供接口。 X.25面向連接，支持交換虛電路和永久虛電路。 X.21（物理層協(xié)議） X.3/X.28/X.29 DTE:DigitalTerminalEquipment DCE:DigitalCircuitTerminatingEquipment PAD:PacketAssemblerandDisassembler Figure2.4.2 NovellNetWare 在PC機(jī)中應(yīng)用廣泛，client-server結(jié)構(gòu) Fig.1-222.4 其他網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（1）2.4.1 X.25分組交34DCEDCEHigh-LevelFunctionsPacketLevelFrameLevelPhysicalLevelHigh-LevelFunctionsPacketLevelFrameLevelPhysicalLevelPADTDTEDTEX.25X.29X.3X.28High-LevelFunctionsHigh-Level35現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析362.4 其他網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（2）2.4.3 GigabitTestbeds2.4.4 FrameRelay 幀中繼產(chǎn)生背景：通信線路越來越快速、可靠，計(jì)算機(jī)越來越快 速、便宜，底層通信協(xié)議變得越來越簡單，大部分工作由用 戶計(jì)算機(jī)來做，底層協(xié)議只需提供一條源到目的的通路即可。

幀中繼，面向連接，提供最少的基本服務(wù)。2.4.5 B-ISDN和ATM 寬帶綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN（BroadbandIntegratedServices DigitalNetwork）產(chǎn)生背景：多種網(wǎng)絡(luò)共存（POTS,Telex, SMDS,DQDB,FrameRelay,…），電信公司想統(tǒng)一成一個(gè)網(wǎng) 絡(luò)B-ISDN。 B-ISDN的技術(shù)基礎(chǔ)是異步傳輸模式ATM（AsynchronousTransfer Mode）2.4 其他網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（2）2.4.3 Gigabit372.4 其他網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（3）ATM異步傳輸，沒有主時(shí)鐘。傳輸單元是短的、定長的包，稱為信元（cell）。 Fig.1-29面向連接速率主要有兩種：155M，622MB-ISDNATM參考模型

Fig.1-30 Fig.1-312.4 其他網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（3）ATM38現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析39現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析40現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析41第二章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第二章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)42主要內(nèi)容2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成2.1.1 資源子網(wǎng)2.1.2 通信子網(wǎng)(點(diǎn)到點(diǎn)通道；廣播通道)2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)2.2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能的分層2.2.2 協(xié)議和協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)2.2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)2.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)參考模型2.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化2.3.2 OSI參考模型2.3.3 TCP/IP參考模型2.4 其他網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)主要內(nèi)容2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成432.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(1) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件構(gòu)成：兩級結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 資源子網(wǎng)(或用戶子網(wǎng))，通信子網(wǎng) 2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(1) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件構(gòu)成：442.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(2)2.1.1 資源子網(wǎng)

組成：服務(wù)器，客戶計(jì)算機(jī)2.1.2 通信子網(wǎng)一、基本組成：通信線路(或稱通道) 網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備(路由器、交換機(jī)、HUB等)二、基本結(jié)構(gòu)： 1.點(diǎn)到點(diǎn)通道 基本特點(diǎn)：一條線路連接二臺(tái)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備

一般情況下，二臺(tái)計(jì)算機(jī)的連接要經(jīng)過多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 一般情況下，采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行信息傳輸 典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： (Fig.1-6) star,ring,tree,complete,intersectingrings,irregular 關(guān)鍵技術(shù)：路由選擇(Routing)

2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(2)2.1.1 資源子網(wǎng)45現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析462.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(3) 2.廣播通道 基本特點(diǎn)：多臺(tái)計(jì)算機(jī)共享一條通信線路；

任一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出的信息可以直接被其它計(jì)算機(jī)接收 典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： (Fig.1-3) bus,ring 關(guān)鍵技術(shù)：通道分配 靜態(tài)分配：分時(shí)間片 特點(diǎn)：控制簡單，通道利用率低 動(dòng)態(tài)分配：各站點(diǎn)動(dòng)態(tài)使用通道 特點(diǎn)：控制復(fù)雜，通道利用率高 通道分配方法： 集中式：只有一個(gè)仲裁機(jī)構(gòu) 分布式：各站點(diǎn)均有仲裁機(jī)構(gòu)2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(3) 2.廣播通道47現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析482.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(4)三、網(wǎng)絡(luò)分類： 從地域范圍角度： 1.局域網(wǎng)絡(luò)(LocalAreaNetworks) 主要采用廣播通道技術(shù) 2.城域網(wǎng)絡(luò)(MetropolitanAreaNetworks) 3.廣域網(wǎng)絡(luò)(WideAreaNetworks) 主要采用點(diǎn)到點(diǎn)通道技術(shù) 從采用技術(shù)角度： 1.無線網(wǎng)絡(luò)(WirelessNetworks) 2.衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò) 3.ATM網(wǎng)絡(luò) ….

2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(4)三、網(wǎng)絡(luò)分類：492.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(1) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)是從功能的角度描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)：對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所完成功能的比較精確的定義。即從功能的角度描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。是層次和協(xié)議的集合。 注意:

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(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和各層協(xié)議之間的接口關(guān)系。 網(wǎng)絡(luò)功能的分層 協(xié)議的分層 體系結(jié)構(gòu)的分層協(xié)議分層易于協(xié)議的設(shè)計(jì)、分析、實(shí)現(xiàn)和測試。2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(1) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系502.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(2)2.2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能的分層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能：是為地理位置不同的計(jì)算機(jī)用戶之間提供訪問通路。下述功能是必須提供的：1.連接源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)的物理傳輸線路，可以經(jīng)過中間結(jié)點(diǎn)；2.每條線路兩端的結(jié)點(diǎn)利用波形進(jìn)行二進(jìn)制通信；3.無差錯(cuò)的信息傳送4.多個(gè)用戶共享一條物理線路5.按照地址信息，進(jìn)行路由選擇6.信息緩沖和流量控制7.會(huì)話控制8.滿足各種用戶的訪問要求2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(2)2.2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)512.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(3) 上述功能有三個(gè)顯著特點(diǎn)： 1.上述功能必須同時(shí)滿足一對用戶； 2.用戶之間的通信功能是相互的； 3.這些功能分散在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶設(shè)備中。 一般人們采用“層次結(jié)構(gòu)”的方法來描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，即：

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中提供的功能是分成層次的。2.2.2 協(xié)議和協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)一、協(xié)議的定義和組成層次結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)上進(jìn)行對話的第N層通信各方可分別看成是一種進(jìn)程，也稱為同等（對等）進(jìn)程。

協(xié)議(Protocol)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同等層次中，通信雙方進(jìn)行信息交換時(shí)必須遵守的規(guī)則。2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(3) 上述功能有三個(gè)顯著522.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(4)協(xié)議的組成：1.語法（syntax)：以二進(jìn)制形式表示的命令和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)2.語義（semantics)：由發(fā)出的命令請求，完成的動(dòng)作和回送的響應(yīng)組成的集合3.定時(shí)關(guān)系（timing)：有關(guān)事件順序的說明二、協(xié)議的分層和層間結(jié)構(gòu)協(xié)議的分層原則(layeringprinciple)： 1.LayerNsoftwareonthedestinationcomputermustreceiveexactlythemessagesentbylayerNsoftwareonthesendingcomputer. Mathematically,ifthesenderappliesatransformationT,thereceivermustapplytheinverseT-1.2.協(xié)議分層要保證整個(gè)通信系統(tǒng)功能完備、高效。

每一相鄰層之間有一個(gè)接口（Interface），它定義了下層向上層提供的原語操作和服務(wù)。

2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(4)協(xié)議的組成：532.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(5)對于第N層協(xié)議來說，它有如下特性： 1.不知道上、下層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)； 2.獨(dú)立完成某種功能； 3.為上層提供服務(wù)； 4.使用下層提供的服務(wù)。 2.2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)一、基本術(shù)語與分層結(jié)構(gòu) 接口：定義了下層向上層提供的原語操作和服務(wù)。 協(xié)議：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同等層次中，通信雙方進(jìn)行信息交換時(shí)必須遵守的規(guī)則。 服務(wù)：層間交換信息時(shí)必須遵守的規(guī)則。 服務(wù)和協(xié)議的關(guān)系 服務(wù)提供者，服務(wù)用戶 Fig.1-92.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(5)對于第N層協(xié)議來說，54現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析552.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(6) 服務(wù)訪問點(diǎn)SAP（ServiceAccessPoint）任何層間服務(wù)是在接口的SAP上進(jìn)行的；每個(gè)SAP有唯一的識(shí)別地址；每個(gè)層間接口可以有多個(gè)SAP。 接口數(shù)據(jù)單元IDU（InterfaceDataUnit）IDU是通過SAP進(jìn)行傳送的層間信息單元；IDU由上層的服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU（ServiceDataUnit）和接口控制信息ICI（InterfaceControlInformation）組成； 協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU（ProtocolDataUnit）第N層實(shí)體通過網(wǎng)絡(luò)傳送給它的對等實(shí)體的信息單元；PDU由上層的服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU或其分段和協(xié)議控制信息PCI（ProtocolControlInformation)組成； Fig.1-12 分段和重組 Fig.1-112.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(6) 服務(wù)訪問點(diǎn)SAP56現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析57現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析582.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(7)二、服務(wù)分類和服務(wù)原語（primitives） 1.基于連接的服務(wù)和無連接服務(wù)基于連接的服務(wù)

當(dāng)使用服務(wù)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，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。

特點(diǎn)：順序性好。無連接服務(wù)

直接使用服務(wù)傳送數(shù)據(jù)，每個(gè)包獨(dú)立進(jìn)行路由選擇。

特點(diǎn)：順序性差。Fig.1-13注意：連接并不意味可靠，可靠要通過確認(rèn)、重傳等機(jī)制來保證。 2.服務(wù)原語 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： 請求（Request），指示（Indication）， 響應(yīng)（Response），確認(rèn)（Confirm） Fig.1-14 Fig.1-152.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(7)二、服務(wù)分類和服務(wù)原59現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析60現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析61現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析622.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(1)2.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化一、電信標(biāo)準(zhǔn) 1865年成立國際電信聯(lián)盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion） 1947年ITU成為聯(lián)合國的一個(gè)組織，由三部分組成： ITU-R：無線通信 ITU-T：電信標(biāo)準(zhǔn)，1956-1993年稱為CCITT，下設(shè)許多研究組SG，研究組下設(shè)專題，例如：Q42/SGVII專門研究OSI參考模型。 ITU-D：開發(fā)二、國際標(biāo)準(zhǔn)

1946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)，ISO有89個(gè)成員國家，85個(gè)其他成員。 ISO有200多個(gè)技術(shù)委員會(huì)TC，每個(gè)技術(shù)委員會(huì)下設(shè)若干分委員會(huì)SC，每個(gè)分委員會(huì)由由若干工作組WG組成。2.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(1)2.3.1 計(jì)算632.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(2) 例如：TC97-計(jì)算機(jī)和信息處理

TC97/SC21/WG1-OSI體系結(jié)構(gòu)、概念性方案和形式描述 一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)的形成： CD(CommitteeDraft)-DIS(DraftInternationalStandard)-IS(InternationalStandard) 其它標(biāo)準(zhǔn)化組織： ANSI：美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所，ISO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(jī)構(gòu) IEEE：發(fā)表行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如IEEE802，后成為ISO8802。 ATMForum：ATM論壇 OIF（OpticalInternetworkingForum） 值得注意的是，ITU-T和ISO之間有很好的合作和協(xié)調(diào)。2.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(2) 例如：TC97642.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(3)三、Internet標(biāo)準(zhǔn)

Internet的標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，是自發(fā)而非政府干預(yù)的，稱為RFC（RequestForComments)。 1969年ARPANET時(shí)就開始發(fā)布RFC，至今已超過2000個(gè)（2921）。 1983年成里IAB（InternetActivitiesBoard） 1989年在IAB下又成立了IRTF和IETF，IETF的各工作組負(fù)責(zé)組織提出相應(yīng)的RFC建議。2.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(3)三、Intern652.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(4)2.3.2 OSI(OpenSystemInterconnection)參考模型 1983年ISO的OSI模型正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)。Fig.1-16,Fig.1-171. 物理層（ThePhysicalLayer）

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）。2. 數(shù)據(jù)鏈路層（TheDataLinkLayer）

在有差錯(cuò)的物理線路上提供無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸（Frame）。3. 網(wǎng)絡(luò)層（TheNetworkLayer）

控制通信子網(wǎng)提供源點(diǎn)到目的點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送（Packet）。4. 運(yùn)輸層（TheTransportLayer）

為用戶提供端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。5. 會(huì)話層（TheSessionLayer）

為用戶提供會(huì)話控制服務(wù)（安全認(rèn)證）。6. 表示層（ThePresentationLayer）

為用戶提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和表示服務(wù)。7. 應(yīng)用層（TheApplicationLayer）2.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(4)2.3.2 OS66現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析67現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析682.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(5)2.3.3 TCP/IP參考模型 (Fig.1-18) 以TCP/IP協(xié)議為核心的Internet網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。1. 物理層：在物理線路上傳輸原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位。2. 數(shù)據(jù)鏈路層：在有差錯(cuò)的物理線路上提供無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。* TCP/IP參考模型把第1層和第2層合起來稱為：Host-to-Network3. Internet層（網(wǎng)絡(luò)層）：控制通信子網(wǎng)提供源點(diǎn)到目的點(diǎn)的IP包傳送。4. 運(yùn)輸層：提供端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。TCP和UDP5. 應(yīng)用層：提供各種Internet管理和應(yīng)用服務(wù)功能。 Fig.1-19 Fig.1-21 TCP/IP與OSI的比較2.3 典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考模型(5)2.3.3 TC69現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析70現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析71現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析72OSI的歷史經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)OSI是80年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的主流OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的核心和貢獻(xiàn)：分層模型服務(wù)、接口、協(xié)議AndrewS.Tanenbaum在“ComputerNetworks”第三版中評價(jià)OSI：Badtiming（toolate）Badtechnology（boththemodelandtheprotocolareflawed）Badimplementations（huge，unwieldy，andslow）Badpolitics（governmentandorganizationsbureaucrats）OSI的歷史經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)O