計算機網(wǎng)絡體系結構

第二章計算機網(wǎng)絡體系結構

本章主要內容

□網(wǎng)絡體系結構的基本概念

□開放系統(tǒng)互連參考模型

□TCP/IP體系結構

□計算機局域網(wǎng)協(xié)議

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2」網(wǎng)絡體系結構的滲本概念

1網(wǎng)絡的層次結構

□計算機網(wǎng)絡是一個復雜的系統(tǒng)。為了降低系統(tǒng)設計

和實現(xiàn)的難度，把計算機網(wǎng)絡要實現(xiàn)的功能進行結

構化和模塊化的設計，將整體功能分為幾個相對獨

立的子功能層次，各個功能層次間進行有機的連接,

下層為其上一層提供必要的功能服務。這種層次結

構的設計稱為網(wǎng)絡層次結構模型。

□網(wǎng)絡層次結構模型的好處是：各層之間相互獨立，

各層實現(xiàn)技術的改變不影響其他層，易于實現(xiàn)和維

護，有利于促進標準化，為計算機網(wǎng)絡協(xié)議的設計

和實現(xiàn)提供了很大方便。

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2」網(wǎng)絡體系結構白峰本概念

3網(wǎng)絡體系結構

□計算機網(wǎng)絡的層次及各層協(xié)議的集合,

即是網(wǎng)絡體系結構(Architecture)。

具體地說，網(wǎng)絡體系結構是關于計算

機網(wǎng)絡應設置哪幾層，每個層次又應

提供哪些功能的精確定義。

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2」網(wǎng)絡體系結構白蜂本概念

2網(wǎng)絡協(xié)議

口網(wǎng)絡中的兩個實體要實現(xiàn)通信，它們必須具有

相同的語言，交流什么、怎樣交流及何時交流

等，必須遵守有關實體間某些相互都能接受的

一些規(guī)則，這些規(guī)則的集合稱為協(xié)議。

口為進行網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準

或約定即為網(wǎng)絡協(xié)議。

□網(wǎng)絡協(xié)議一般由語法、語義和時序三要素組

成。

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2.2開放系統(tǒng)互連號模型

1開放系統(tǒng)互連參考模型的形成

□為了使不同體系結構的計算機網(wǎng)絡都能互連,

國際標準化組織ISO于1977年提出了一個

試圖使各種計算機在世界范圍內互連成網(wǎng)的

標準框架，即著名的開放系統(tǒng)互連參考模型

(OSI/RM,OpenSystemInterconnection/ReferenceModel),

簡稱為OSI?！伴_放”是指：只要遵循OSI

標準，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地

方的、也遵循這同一標準的其他任何系統(tǒng)進

行通信。

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2.2開放系統(tǒng)互連號模型

2OSI參考模型層次劃分的原則

□網(wǎng)絡中所有節(jié)點都劃分為相同的層次結構，

每個相同的層次都有相同的功能

□同一節(jié)點內各相鄰層次之間通過接口協(xié)議進

行通信

□每一層使用下一層提供的服務，并向它的上

層提供服務

□不同節(jié)點的同等層按照協(xié)議實現(xiàn)同等層之間

的通信

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2.2開放系統(tǒng)互連參考模型

3OSI參考模型的七層結構

系統(tǒng)A系統(tǒng)B

圖2-1OSI參考模型

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2.2開放系統(tǒng)互連參考模型

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2.2開放系統(tǒng)互連號模型

5OSI參考模型各層功能

□物理層(PhysicalLayer)

物理層是OSI參考模型的最低層，它建立在

傳輸介質上，利用物理傳輸介質為數(shù)據(jù)鏈路

層提供物理連接。

物理層的主要功能是在物理介質上傳輸二進

制數(shù)據(jù)比特流；提供為建立、維護和拆除物

理連接所需的機械、電氣和規(guī)程方面的特性。

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2.2開放系統(tǒng)互連號模型

50sl參考模型各層功能

□數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)

在物理層傳送的比特流的基礎上，數(shù)據(jù)鏈路層負責建

立相鄰節(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈路，提供節(jié)點之間的可靠

的數(shù)據(jù)傳輸。這一層將接收到的二進制數(shù)據(jù)流封裝

成幀(包含目的地址、源地址、數(shù)據(jù)段以及其他控

制信息)，然后按順序傳輸幀，并負責處理接收端

發(fā)回的確認幀的信息。

另外，數(shù)據(jù)鏈路層還具有流量控制和檢錯功能。

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2.2開放系統(tǒng)互連參考模型

5OSI參考模型各層功能

□網(wǎng)絡層(NetworkLayer)

數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡層被轉換為數(shù)據(jù)分組，然后通過

路徑選擇、流量、差錯、順序、進/出路由

等控制，將數(shù)據(jù)從物理連接的一端傳送到另

一端，并負責點到點之間通信聯(lián)系的建立、

維護和結束。它通過執(zhí)行路由算法，為分組

通過通信子網(wǎng)選擇最適當?shù)穆窂?，還要執(zhí)行

擁塞控制與網(wǎng)絡互連等功能，是OSI參考模

型中最復雜的一層。

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2.2開放系統(tǒng)互連號模型

5OSI參考模型各層功能

□傳輸層(TransportLayer)

傳輸層是面向應用的高層和與網(wǎng)絡有關的低

層協(xié)議之間的接口，其下三層與數(shù)據(jù)傳輸有

關，其上三層與應用有關。傳輸層提供在不

同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸服務，在網(wǎng)內兩實體間建

立端到端通信信道，提供兩端點之間的可靠、

透明數(shù)據(jù)傳輸；執(zhí)行端到端差錯檢測和恢復,

順序控制和流量控制功能，并管理多路復用。

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2.2開放系統(tǒng)互連號模型

5OSI參考模型各層功能

□會話層(SessionLayer)

會話層負責控制每一網(wǎng)絡節(jié)點究竟什么時間

可以傳送與接收數(shù)據(jù)，為不同用戶提供建立

會話關系，并對會話進行有效管理。例如，

當許多用戶同時收發(fā)信息時，該層主要控制、

決定何時發(fā)送或接收信息，才不會有“碰撞”

發(fā)生。

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2.2開放系統(tǒng)互連號模型

5OSI參考模型各層功能

□表示層(PresentationLayer)

表示層是為了在不同系統(tǒng)之間的不同信息表

示能夠相互理解對方數(shù)據(jù)的含義以便進行通

信而設置的，它負責將數(shù)據(jù)轉換為發(fā)送方和

接收方都能識別的格式。

另外，表示層還負責諸如數(shù)據(jù)壓縮和恢復、

加密和解密等服務。

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2.2開放系統(tǒng)互連號模型

5OSI參考模型各層功能

□應用層(ApplicationLayer)

應用層是OSI參考模型的最高層，它與用戶直

接聯(lián)系，負責網(wǎng)絡中應用程序與網(wǎng)絡操作系

統(tǒng)之間的聯(lián)系。監(jiān)督并且管理相互連接起來

的應用系統(tǒng)以及所使用的應用資源。例如為

用戶提供各種服務，包括文件傳輸、遠程登

錄、電子郵件及網(wǎng)絡管理等。

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2.3TCP/IP體系結構

□osi參考模型試圖達到一種理想境界，即全

世界的計算機網(wǎng)絡都遵循這統(tǒng)一的標準，所

有的計算機都能方便的互連和交換數(shù)據(jù)，然

而由于OSI標準制定周期長、協(xié)議實現(xiàn)過分

復雜及OSI的層次劃分不太合理等原因。當

到了20世紀90年代初期，雖然整套的0SI

標準都已制定出來，但當時的Internet在全

世界的范圍形成規(guī)模，因此網(wǎng)絡體系結構得

到廣泛應用的并不是國際標準的0SI,而是

應用在Internet上的非國際標準的TCP/IP

體系結構。

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2.3TCP/IP體系結構

1TCP/IP與OSI體系結構的對照關系

OS1的參考模型

應用層

表不層

會話層

傳輸層

網(wǎng)絡層

數(shù)據(jù)鏈路層

物理層

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2.3TCP/IP體系結構

2TCP/IP參考模型各層功能

□主機至網(wǎng)絡層

主機至網(wǎng)絡層（網(wǎng)絡接口層）是TCP/IP模型

的最低層。它負責網(wǎng)際層與硬件設備間的聯(lián)

系，指出主機必須使用某種協(xié)議與網(wǎng)絡相連。

口網(wǎng)際層

它是整個體系結構的關鍵部分，網(wǎng)際層的功

能就是把IP分組發(fā)送到它應該去的地方，分

組路由和避免擁塞是網(wǎng)際層主要解決的問題。

網(wǎng)際層使用的主要協(xié)議是IP協(xié)議。

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2.3TCP/IP體系結構

2TCP/IP參考模型各層功能

□傳輸層

傳輸層解決的是“端到端”的通信問題。它的功能

是使源端和目的端主機上的對等實體可以進行會話,

和OSI的傳輸層一樣，傳輸層定義了兩個端到端的

協(xié)議。第一個是傳輸控制協(xié)議TCP,它是一個面向

連接的協(xié)議，允許從一臺機器發(fā)出的字節(jié)流無差錯

地發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其他機器。第二個協(xié)議是用戶數(shù)

據(jù)報協(xié)議UDP,它是一個不可靠的、無連接協(xié)議。

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2.3TCP/IP體系結構

2TCP/IP參考模型各層功能

□應用層

應用層提供一組常用的應用程序給用戶，應用程序

和傳輸層協(xié)議相配合，完成發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。每個

應用程序都有自己的數(shù)據(jù)格式，它可以是一系列報

文或字節(jié)流，但不管采用哪種格式，都要將數(shù)據(jù)傳

送給傳輸層以便交換。

應用層包含所有的高層協(xié)議，如文件傳輸協(xié)議FTP、

電子郵件協(xié)議SMTP、超文本傳輸協(xié)議HTTP等。

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2.4計算機局域網(wǎng)嶺

□從總體上看，局域網(wǎng)協(xié)議較為簡單，一般僅有二層

或三層。物理層與osi定義的類似，國際標準化組

織已經(jīng)對物理介質、附屬設備和層間接口做了定義

說明。由于局域網(wǎng)多采用廣播通信技術，需要很好

地解決信道爭用問題，故數(shù)據(jù)鏈路層的一些細節(jié)問

題與OSI定義的不同。OSI的網(wǎng)絡層主要解決路徑選

擇問題，而局域網(wǎng)沒有路由問題，一個節(jié)點發(fā)出的

信息其他節(jié)點都可以收到，所以局域網(wǎng)一般不設該

層，OSI網(wǎng)絡層的其他功能合并到數(shù)據(jù)鏈路層。對

于第四到第七層，局域網(wǎng)系統(tǒng)沒有明確的定義，故

高層仍用OSI的協(xié)議標準，多把其他高層作為一層

來處理。

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2.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議

1IEEE802標準簡介

□在ISO/OSI參考模型中，其低三層協(xié)議是依賴具體網(wǎng)絡的，計算機局

域網(wǎng)是一種具體的網(wǎng)絡，共享信道是它的特性。遵循ISO/OSI參考模

型的原則，IEEE802系列標準協(xié)議主要解決局域網(wǎng)低三層的功能，其

對應的LAN/RM如下圖所示。

網(wǎng)際層

LLC子層

MAC子層

物理層

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2.4計算機局域網(wǎng)嶺

1IEEE802標準簡介

□在ISO/OSI參考模型中，數(shù)據(jù)鏈路層的功能簡單，它只負責

把數(shù)據(jù)從一個節(jié)點可靠地傳輸?shù)较噜彽墓?jié)點。但在局域網(wǎng)中,

多個站點共享傳輸介質，在節(jié)點間傳輸數(shù)據(jù)之前必須首先解

決由哪個設備使用傳輸介質，因此數(shù)據(jù)鏈路層要有介質訪問

控制功能。由于介質的多樣性，所以必須提供多種介質訪問

控制方法。為此IEEE802標準把數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個子層：

邏輯鏈路控制（LLC）子層和介質訪問控制（MAC）子層。

LLC子層負責向網(wǎng)際層提供服務，它提供的主要功能是尋址、

差錯控制和流量控制等；MAC子層的主要功能是控制對傳輸

介質的訪問，不同類型的LAN,需要采用不同的控制法。并

且在發(fā)送數(shù)據(jù)時負責把數(shù)據(jù)組裝成帶有地址和差錯校驗段的

幀，在接收數(shù)據(jù)時負責把幀拆封，執(zhí)行地址識別和差錯校驗。

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2.4計算機局域網(wǎng)嶺

2IEEE802標準系列

□對于使用不同傳輸介質的不同局域網(wǎng)，IEEE局域網(wǎng)標

準委員會分別制定了不同的標準，適用于不同的網(wǎng)絡環(huán)

境，這些標準如下表所示。

標準職責標準職責

IEEE802.1網(wǎng)絡互操作與網(wǎng)絡互連IEEE802.7寬帶局域網(wǎng)絡雕

IEEE802.2邏輯捱路控制子層協(xié)議IEEE802.8光纖融網(wǎng)絡標準

IEEE802.3CSBIVCDR100BASE-XIEEE802.9筮合話音數(shù)據(jù)局域網(wǎng)

IEEE802.4令牌總線網(wǎng)IEEE802.10UN的安全性技術

IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)IEEE802.11無線網(wǎng)絡雕

IEEE802.6城域網(wǎng)（MAN）林淮IEEE802.12100VLAi1yLAN

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