4741自考第2章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理主講人郭翠云第二章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)本章介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念、網(wǎng)絡(luò)的分層體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)的參考模型，面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù)，開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI/RM）及其各層概述，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及其各層概述。OSI和TCP/IP的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)。2.1網(wǎng)絡(luò)的分層體系結(jié)構(gòu)2.2OSI/RM開放系統(tǒng)互連參考模型2.3TCP/IP參考模型2.4OSI/RM和TCP/IP參考模型的比較學(xué)習(xí)目的與要求要求理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層的目的理解協(xié)議的要素、服務(wù)、協(xié)議與服務(wù)的區(qū)別、協(xié)議數(shù)據(jù)單元理解面向連接的服務(wù)和無連接服務(wù)的概念理解ISO基本參考模型與各層的功能理解TCP/IP參考模型與各層的功能了解兩個(gè)參考模型的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)。2.1網(wǎng)絡(luò)的分層體系結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容與考核知識(shí)點(diǎn)（1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義和發(fā)展。（2）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)及分層原理。（3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的概念，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議三要素?？己艘箢I(lǐng)會(huì)：網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)的概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議的概念通信協(xié)議三要素：語義、語法、時(shí)序關(guān)系。2.1.1協(xié)議的要素（領(lǐng)會(huì)）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(Protocol)：為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。由以下三個(gè)要素組成：(1)語義(Semantics):涉及用于協(xié)調(diào)與差錯(cuò)處理的控制信息。用于解釋比特流的每一部分的意義；(2)語法(Syntax):涉及數(shù)據(jù)及控制信息的格式、編碼及信號(hào)電平等。(3)定時(shí)(Timing):涉及速度匹配和排序等。事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明語義——交流什么what；語法——怎樣交流how；定時(shí)——何時(shí)交流when。2.1.2分層體系結(jié)構(gòu)（領(lǐng)會(huì)）解決復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，可采用分解為若干個(gè)容易處理的子系統(tǒng),然后“分而治之”的方法；分層就是系統(tǒng)分解的最好方法之一；層次結(jié)構(gòu)的好處使每一層實(shí)現(xiàn)一種相對(duì)獨(dú)立的功能每一層次的功能相對(duì)簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)；分層結(jié)構(gòu)還有利于交流、理解和標(biāo)準(zhǔn)化。劃分層次的概念舉例計(jì)算機(jī)

1

向計(jì)算機(jī)

2

通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件。可以將要做的工作進(jìn)行如下的劃分。第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。確信對(duì)方已做好接收和存儲(chǔ)文件的準(zhǔn)備。雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。兩個(gè)計(jì)算機(jī)將文件傳送模塊作為最高的一層。剩下的工作由下面的模塊負(fù)責(zé)。兩個(gè)計(jì)算機(jī)交換文件文件傳送模塊計(jì)算機(jī)

1計(jì)算機(jī)

2文件傳送模塊只看這兩個(gè)文件傳送模塊好像文件及文件傳送命令是按照水平方向的虛線傳送的把文件交給下層模塊進(jìn)行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊再設(shè)計(jì)一個(gè)通信服務(wù)模塊文件傳送模塊計(jì)算機(jī)

1計(jì)算機(jī)

2文件傳送模塊只看這兩個(gè)通信服務(wù)模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對(duì)方把文件交給下層模塊進(jìn)行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊再設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入模塊文件傳送模塊計(jì)算機(jī)

1計(jì)算機(jī)

2文件傳送模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接入模塊負(fù)責(zé)做與網(wǎng)絡(luò)接口細(xì)節(jié)有關(guān)的工作例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷?，幀的最大長(zhǎng)度等。網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(Architecture)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各層次結(jié)構(gòu)模型及其協(xié)議的集合,稱為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(Architecture)。體系結(jié)構(gòu)就是這個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。實(shí)現(xiàn)(implementation)是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的，是真正在運(yùn)行的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。層次化的體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都采用層次化的體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)涉及多個(gè)實(shí)體間的通信,其層次結(jié)構(gòu)一般以垂直分層模型來表示。這種層次結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)可歸納如下:(1)除了在物理媒體上進(jìn)行的是實(shí)通信之外，其余各對(duì)等實(shí)體間進(jìn)行的都是虛通信。

(2)對(duì)等層的虛通信必須遵循該層的協(xié)議。

(3)n層的虛通信是通過n/n-1層間接口處n一1層提供的服務(wù)以及n-1層的通信(通常也是虛通信)來實(shí)現(xiàn)的。實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)實(shí)體(entity)表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。協(xié)議是控制兩個(gè)對(duì)等實(shí)體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合。在協(xié)議的控制下，兩個(gè)對(duì)等實(shí)體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。要實(shí)現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對(duì)等實(shí)體之間通信的規(guī)則。服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過層間接口提供的。5不同機(jī)器中對(duì)應(yīng)的層稱為對(duì)等實(shí)體（peerentity)第n層的通信規(guī)則和功能由該層的協(xié)議描述相鄰上下層之間都有接口，接口定義下層向上層提供的服務(wù)。層次結(jié)構(gòu)的劃分原則(1)每層的功能應(yīng)是明確的,并且是相互獨(dú)立的。

(2)層間接口必須清晰,跨越接口的信息量應(yīng)盡可能少。

(3)層數(shù)應(yīng)適中。世界上第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是IBM公司提出的“系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA”2.2OSI/RM開放系統(tǒng)互連參考模型課程內(nèi)容與考核知識(shí)點(diǎn)（1）OSI/RM對(duì)等實(shí)體的通信。（2）OSI/RM各層的功能。（3）面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù)。考核要求領(lǐng)會(huì)：OSI參考模型及每層的功能。OSI/RM對(duì)等實(shí)體通信2.2.1OSI/RM簡(jiǎn)介在OSI中的“開放”是指只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以與位于世界上任何地方、同樣遵循同一標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信；OSI標(biāo)準(zhǔn)中，采用的是三級(jí)抽象：

?體系結(jié)構(gòu)（architecture）；

?服務(wù)定義（servicedefinition）；

?協(xié)議規(guī)范（protocolspecification）三級(jí)抽象OSI的體系結(jié)構(gòu)定義了一個(gè)七層模型,用以進(jìn)行進(jìn)程間的通信為一個(gè)框架來協(xié)調(diào)各層標(biāo)準(zhǔn)的制定；對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)最精煉地概括與描述OSI的服務(wù)定義描述了各層所提供的服務(wù),層與層之間的抽象接口和交互用的服務(wù)原語（serverprimitive）；不涉及接口是如何具體實(shí)現(xiàn)的OSI各層的協(xié)議規(guī)范精確地定義了應(yīng)當(dāng)發(fā)送何種控制信息用何種過程來解釋該控制信息。協(xié)議規(guī)范說明具有最嚴(yán)格的約束2.2.2OSI/RM的結(jié)構(gòu)OSI七層模型從下到上分別為:物理層(PhysicalLayer,PH)數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkIayer,DL)網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer,N)傳輸層(TransportLayer,T)會(huì)話層(SessionLayer,S)表示層(PresentationLayer,P)應(yīng)用層(ApplicationLayer,A)。應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層表示層會(huì)話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI的體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型的結(jié)構(gòu)1.只有主機(jī)才可能需要包含所有七層功能。2.通信子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)機(jī)只需要最低三層甚至最低兩層的功能。通信子網(wǎng)OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程加上控制信息報(bào)頭去掉控制信息通過物理介質(zhì)傳輸OSI/RM對(duì)等實(shí)體通信（領(lǐng)會(huì)）由于接收方的某一層只閱讀和去除本層的控制信息,并進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)議操作。這樣,發(fā)送方和接收方的對(duì)等實(shí)體看到的信息是相同的,就好像這些信息通過虛通信直接傳給了對(duì)方一樣。ISO-OSI模型各層所涉及的問題物理層：纜線，信號(hào)的編碼，網(wǎng)絡(luò)接插件的電、機(jī)械接口數(shù)據(jù)鏈路層：成幀，差錯(cuò)控制、流量控制，物理尋址，媒體訪問控制網(wǎng)絡(luò)層：路由、轉(zhuǎn)發(fā)，擁塞控制傳輸層：為會(huì)話層提供與下面網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的可靠消息傳送機(jī)制會(huì)話層：負(fù)責(zé)建立（或清除）在兩個(gè)通信的表示層之間的通信通道，包括交互管理、同步，異常報(bào)告。表示層：在兩個(gè)應(yīng)用層之間的傳輸過程中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的表示語法應(yīng)用層：處理應(yīng)用進(jìn)程之間所發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)中包含的信息內(nèi)容。OSI參考模型及每層的功能（領(lǐng)會(huì)）(1)物理層定義了為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需的機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性。物理層的數(shù)據(jù)傳輸單元是比特。(2)數(shù)據(jù)鏈路層功能是建立、維持和釋放網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間的數(shù)據(jù)鏈路，采用差錯(cuò)控制與流量控制方法，使有差錯(cuò)的物理線路變成無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。協(xié)議數(shù)據(jù)單元是幀。(3)在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行路由選擇，流量控制，還要解決網(wǎng)際互連的問題。協(xié)議數(shù)據(jù)單元是分組。OSI參考模型及每層的功能（領(lǐng)會(huì)）(4)傳輸層提供的端到端的透明數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),還要處理端到端的差錯(cuò)控制和流量控制問題。(5)會(huì)話層主要功能是組織和同步不同主機(jī)上各種進(jìn)程間的通信(也稱為對(duì)話)。(6)表示層為上層用戶提供共同的數(shù)據(jù)或信息的語法表示變換。數(shù)據(jù)加密與解密；數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)。(7)應(yīng)用層不同的應(yīng)用層為特定類型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供訪問OSI環(huán)境的手段。2.2.3面向連接服務(wù)和無連接服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中討論的服務(wù)可以分為通信子網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸所提供的服務(wù),與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為用戶提供的服務(wù)；通信子網(wǎng)的服務(wù)是指通信子網(wǎng)對(duì)主機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃运峁┑谋ＷC機(jī)制；通信服務(wù)可以分為兩大類：面向連接服務(wù)（connect-orientedservice）；無連接服務(wù)（connectlessservice）。面向連接服務(wù)和無連接服務(wù)（領(lǐng)會(huì)）通信服務(wù)類型：面向連接服務(wù)數(shù)據(jù)傳輸過程前必須經(jīng)過建立連接、維護(hù)連接和釋放連接的3個(gè)過程；各分組可以不攜帶目的結(jié)點(diǎn)的地址；收發(fā)數(shù)據(jù)順序不變可靠性好，協(xié)議復(fù)雜，通信效率不高面向無連接服務(wù)每個(gè)分組都要攜帶完整的目的節(jié)點(diǎn)的地址，各分組在通信子網(wǎng)中是獨(dú)立傳送的。不同分組可能選擇不同的路徑到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)目的結(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)分組可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失的現(xiàn)象；可靠性不是很好，通信協(xié)議相對(duì)簡(jiǎn)單，效率較高確認(rèn)和重傳機(jī)制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸话阃ㄟ^確認(rèn)和重傳機(jī)制保證；確認(rèn)是指數(shù)據(jù)分組接收節(jié)點(diǎn)在收到每個(gè)分組后，向發(fā)送節(jié)點(diǎn)回送正確接收分組的確認(rèn)信息。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，如果發(fā)送結(jié)點(diǎn)沒有接收到接收結(jié)點(diǎn)的確認(rèn)信息，就認(rèn)為該數(shù)據(jù)分組發(fā)送失敗，發(fā)送結(jié)點(diǎn)重新發(fā)送該數(shù)據(jù)分組；可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。服?wù)類型和服務(wù)質(zhì)量通信協(xié)議四種類型：面向連接與確認(rèn)服務(wù)面向連接與不確認(rèn)服務(wù)無連接與確認(rèn)服務(wù)無連接與不確認(rèn)服務(wù)設(shè)計(jì)者可以根據(jù)不同的通信要求，決定選擇不同的服務(wù)類型。面向連接無連接服務(wù)確認(rèn)不確認(rèn)2.3TCP/IP參考模型課程內(nèi)容與考核知識(shí)點(diǎn)（1）TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)。（2）TCP/IP各層的功能?？己艘箢I(lǐng)會(huì)：TCP/IP參考模型及每層的功能。TCP/IP協(xié)議簇內(nèi)容2.3.1TCP/IP簡(jiǎn)介最初是為實(shí)現(xiàn)ARPANET互聯(lián)網(wǎng)而開發(fā)的。特點(diǎn)：1開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；2獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件；3統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案；4標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議。2.3.2TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)TCP/IP分四層：主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層、互連層（IP）、傳輸層（TCP）和應(yīng)用層TCP/IP層次模型TCP/IP是一組協(xié)議的代名詞,它還包括許多別的協(xié)議,組成了TCP/IP協(xié)議簇。（領(lǐng)會(huì)）互聯(lián)層主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層TCP/IP參考模型每層的功能（領(lǐng)會(huì)）主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層是TCP/IP的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，包括各通信網(wǎng)與TCP/IP之間的接口和物理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議?；ヂ?lián)層提供端到端的分組分發(fā)功能和數(shù)據(jù)分塊和重組功能，建立互連網(wǎng)絡(luò)。傳輸層負(fù)責(zé)應(yīng)用進(jìn)程之間的端到端通信。應(yīng)用層應(yīng)用程序間溝通的層。TCP/IP協(xié)議層次2.4OSI/RM和TCP/IP參考模型的比較課程內(nèi)容與考核知識(shí)點(diǎn)（1）兩者相似之處：基于協(xié)議棧的概念，分層體系結(jié)構(gòu)。（2）兩者不同之處：層的數(shù)目不同，面向連接的和無連接的通信?？己艘螅?）識(shí)記：兩者相似之處：基于協(xié)議棧的概念，分層體系結(jié)構(gòu)；兩者不同之處：層的數(shù)目不同，面向連接的和無連接的通信。（2）領(lǐng)會(huì)：面向連接的和無連接的服務(wù)機(jī)制。兩者相同點(diǎn)和不同點(diǎn)（識(shí)記）OSI和TCP/IP的相同點(diǎn)：OSI和TCP/IP都是協(xié)議棧的概念為基礎(chǔ)，并且協(xié)議棧中的協(xié)議彼此相互獨(dú)立兩個(gè)模型中都采用了層次結(jié)構(gòu)的概念，各個(gè)層的功能也大體相似。OSI和TCP/IP的不同點(diǎn)：OSI分七層，而TCP/IP分四層，它們都有網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，但其他層并不相同。無連接和面向連接的通信范圍有所不同。OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層同時(shí)支持無連接和面向連接的通信，但傳輸層上只支持面向連接的通信。TCP/IP模型的網(wǎng)絡(luò)層只有一種模式即無連接通信，但在傳輸層上同時(shí)支持兩種通信模式。

2.4.1OSI模型和協(xié)議的缺點(diǎn)模型和協(xié)議自身的缺陷會(huì)話層和表示層幾乎是空的數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層包含內(nèi)容太多OSI模型以及相應(yīng)的服務(wù)定義和協(xié)議都極其復(fù)雜協(xié)議的出現(xiàn)時(shí)機(jī)晚于TCP/IP協(xié)議2.4.2TCP/IP模型和協(xié)議的缺點(diǎn)該模型并沒有清楚的區(qū)分哪些是規(guī)范、哪些是實(shí)現(xiàn)。TCP/IP模型的主機(jī)—網(wǎng)絡(luò)層并不是常規(guī)意義上的一層，它是定義了網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)鏈路層的接口。對(duì)于接口和層次的區(qū)分不明確小結(jié)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中兩個(gè)最基本的概念；網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)之間要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù)就必須遵守一些事先約定好的規(guī)則。這些為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標(biāo)準(zhǔn)被稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。功能完備的網(wǎng)絡(luò)需要制定一系列的協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是按照層次結(jié)構(gòu)模型來組織的，網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型與各層協(xié)議的集合定義為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；

ISO定義的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型對(duì)推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究起到了重要的作用；

Internet的廣泛應(yīng)用使TCP/IP協(xié)議成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。已考試題2008年4月15．下列關(guān)于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的描述中正確的是（）A．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的語法涉及的是用于協(xié)調(diào)與差錯(cuò)處理有關(guān)的控制信息 B．在網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)中,n層是n+1層的用戶,又是n-1層的服務(wù)提供者C．O