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)

本章主要內(nèi)容

□網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念

□開放系統(tǒng)互連參考模型

□TCP/IP體系結(jié)構(gòu)

□計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)協(xié)議

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2」網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的滲本概念

1網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)

□計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。為了降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)

和實(shí)現(xiàn)的難度，把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行結(jié)

構(gòu)化和模塊化的設(shè)計(jì)，將整體功能分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)

立的子功能層次，各個(gè)功能層次間進(jìn)行有機(jī)的連接,

下層為其上一層提供必要的功能服務(wù)。這種層次結(jié)

構(gòu)的設(shè)計(jì)稱為網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型。

□網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型的好處是：各層之間相互獨(dú)立，

各層實(shí)現(xiàn)技術(shù)的改變不影響其他層，易于實(shí)現(xiàn)和維

護(hù)，有利于促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)

和實(shí)現(xiàn)提供了很大方便。

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2」網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)白峰本概念

3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

□計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次及各層協(xié)議的集合,

即是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(Architecture)。

具體地說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是關(guān)于計(jì)算

機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)設(shè)置哪幾層，每個(gè)層次又應(yīng)

提供哪些功能的精確定義。

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2」網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)白蜂本概念

2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

口網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)實(shí)體要實(shí)現(xiàn)通信，它們必須具有

相同的語(yǔ)言，交流什么、怎樣交流及何時(shí)交流

等，必須遵守有關(guān)實(shí)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)

或約定即為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

□網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一般由語(yǔ)法、語(yǔ)義和時(shí)序三要素組

成。

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2.2開放系統(tǒng)互連號(hào)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(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都能互連,

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO于1977年提出了一個(gè)

試圖使各種計(jì)算機(jī)在世界范圍內(nèi)互連成網(wǎng)的

標(biāo)準(zhǔn)框架，即著名的開放系統(tǒng)互連參考模型

(OSI/RM,OpenSystemInterconnection/ReferenceModel),

簡(jiǎn)稱為OSI?！伴_放”是指：只要遵循OSI

標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地

方的、也遵循這同一標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)

行通信。

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2.2開放系統(tǒng)互連號(hào)模型

2OSI參考模型層次劃分的原則

□網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都劃分為相同的層次結(jié)構(gòu)，

每個(gè)相同的層次都有相同的功能

□同一節(jié)點(diǎn)內(nèi)各相鄰層次之間通過(guò)接口協(xié)議進(jìn)

行通信

□每一層使用下一層提供的服務(wù)，并向它的上

層提供服務(wù)

□不同節(jié)點(diǎn)的同等層按照協(xié)議實(shí)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(jié)構(gòu)

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(hào)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(zhì)上，利用物理傳輸介質(zhì)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(zhì)上傳輸二進(jìn)

制數(shù)據(jù)比特流；提供為建立、維護(hù)和拆除物

理連接所需的機(jī)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(hào)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(chǔ)上，數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)建

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

的數(shù)據(jù)傳輸。這一層將接收到的二進(jìn)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(fù)責(zé)處理接收端

發(fā)回的確認(rèn)幀的信息。

另外，數(shù)據(jù)鏈路層還具有流量控制和檢錯(cuò)功能。

2011-7-11計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用10

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(luò)層(NetworkLayer)

數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)層被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)分組，然后通過(guò)

路徑選擇、流量、差錯(cuò)、順序、進(jìn)/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(fù)責(zé)點(diǎn)到點(diǎn)之間通信聯(lián)系的建立、

維護(hù)和結(jié)束。它通過(guò)執(zhí)行路由算法，為分組

通過(guò)通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂?，還要執(zhí)行

擁塞控制與網(wǎng)絡(luò)互連等功能，是OSI參考模

型中最復(fù)雜的一層。

2011-7-11計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用11

2.2開放系統(tǒng)互連號(hào)模型

5OSI參考模型各層功能

□傳輸層(TransportLayer)

傳輸層是面向應(yīng)用的高層和與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的低

層協(xié)議之間的接口，其下三層與數(shù)據(jù)傳輸有

關(guān)，其上三層與應(yīng)用有關(guān)。傳輸層提供在不

同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，在網(wǎng)內(nèi)兩實(shí)體間建

立端到端通信信道，提供兩端點(diǎn)之間的可靠、

透明數(shù)據(jù)傳輸；執(zhí)行端到端差錯(cuò)檢測(cè)和恢復(fù),

順序控制和流量控制功能，并管理多路復(fù)用。

2011-7-11計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用12

2.2開放系統(tǒng)互連號(hào)模型

5OSI參考模型各層功能

□會(huì)話層(SessionLayer)

會(huì)話層負(fù)責(zé)控制每一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)究竟什么時(shí)間

可以傳送與接收數(shù)據(jù)，為不同用戶提供建立

會(huì)話關(guān)系，并對(duì)會(huì)話進(jìn)行有效管理。例如，

當(dāng)許多用戶同時(shí)收發(fā)信息時(shí)，該層主要控制、

決定何時(shí)發(fā)送或接收信息，才不會(huì)有“碰撞”

發(fā)生。

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2.2開放系統(tǒng)互連號(hào)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(duì)方數(shù)據(jù)的含義以便進(jìn)行通

信而設(shè)置的，它負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為發(fā)送方和

接收方都能識(shí)別的格式。

另外，表示層還負(fù)責(zé)諸如數(shù)據(jù)壓縮和恢復(fù)、

加密和解密等服務(wù)。

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2.2開放系統(tǒng)互連號(hào)模型

5OSI參考模型各層功能

□應(yīng)用層(ApplicationLayer)

應(yīng)用層是OSI參考模型的最高層，它與用戶直

接聯(lián)系，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)操作系

統(tǒng)之間的聯(lián)系。監(jiān)督并且管理相互連接起來(lái)

的應(yīng)用系統(tǒng)以及所使用的應(yīng)用資源。例如為

用戶提供各種服務(wù)，包括文件傳輸、遠(yuǎn)程登

錄、電子郵件及網(wǎng)絡(luò)管理等。

2011-7-11計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用15

2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)

□osi參考模型試圖達(dá)到一種理想境界，即全

世界的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都遵循這統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所

有的計(jì)算機(jī)都能方便的互連和交換數(shù)據(jù)，然

而由于OSI標(biāo)準(zhǔn)制定周期長(zhǎng)、協(xié)議實(shí)現(xiàn)過(guò)分

復(fù)雜及OSI的層次劃分不太合理等原因。當(dāng)

到了20世紀(jì)90年代初期，雖然整套的0SI

標(biāo)準(zhǔn)都已制定出來(lái)，但當(dāng)時(shí)的Internet在全

世界的范圍形成規(guī)模，因此網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)得

到廣泛應(yīng)用的并不是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的0SI,而是

應(yīng)用在Internet上的非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP

體系結(jié)構(gòu)。

2011-7-11計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用16

2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)

1TCP/IP與OSI體系結(jié)構(gòu)的對(duì)照關(guān)系

OS1的參考模型

應(yīng)用層

表不層

會(huì)話層

傳輸層

網(wǎng)絡(luò)層

數(shù)據(jù)鏈路層

物理層

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2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)

2TCP/IP參考模型各層功能

□主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層

主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層（網(wǎng)絡(luò)接口層）是TCP/IP模型

的最低層。它負(fù)責(zé)網(wǎng)際層與硬件設(shè)備間的聯(lián)

系，指出主機(jī)必須使用某種協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)相連。

口網(wǎng)際層

它是整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，網(wǎng)際層的功

能就是把IP分組發(fā)送到它應(yīng)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(wèn)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(jié)構(gòu)

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(wèn)題。它的功能

是使源端和目的端主機(jī)上的對(duì)等實(shí)體可以進(jìn)行會(huì)話,

和OSI的傳輸層一樣，傳輸層定義了兩個(gè)端到端的

協(xié)議。第一個(gè)是傳輸控制協(xié)議TCP,它是一個(gè)面向

連接的協(xié)議，允許從一臺(tái)機(jī)器發(fā)出的字節(jié)流無(wú)差錯(cuò)

地發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其他機(jī)器。第二個(gè)協(xié)議是用戶數(shù)

據(jù)報(bào)協(xié)議UDP,它是一個(gè)不可靠的、無(wú)連接協(xié)議。

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2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)

2TCP/IP參考模型各層功能

□應(yīng)用層

應(yīng)用層提供一組常用的應(yīng)用程序給用戶，應(yīng)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(gè)

應(yīng)用程序都有自己的數(shù)據(jù)格式，它可以是一系列報(bào)

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(yīng)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(jì)算機(jī)局域網(wǎng)嶺

□從總體上看，局域網(wǎng)協(xié)議較為簡(jiǎn)單，一般僅有二層

或三層。物理層與osi定義的類似，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組

織已經(jīng)對(duì)物理介質(zhì)、附屬設(shè)備和層間接口做了定義

說(shuō)明。由于局域網(wǎng)多采用廣播通信技術(shù)，需要很好

地解決信道爭(zhēng)用問(wèn)題，故數(shù)據(jù)鏈路層的一些細(xì)節(jié)問(wèn)

題與OSI定義的不同。OSI的網(wǎng)絡(luò)層主要解決路徑選

擇問(wèn)題，而局域網(wǎng)沒(méi)有路由問(wèn)題，一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的

信息其他節(jié)點(diǎn)都可以收到，所以局域網(wǎng)一般不設(shè)該

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

于第四到第七層，局域網(wǎng)系統(tǒng)沒(méi)有明確的定義，故

高層仍用OSI的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，多把其他高層作為一層

來(lái)處理。

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2.4計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)協(xié)議

1IEEE802標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

□在ISO/OSI參考模型中，其低三層協(xié)議是依賴具體網(wǎng)絡(luò)的，計(jì)算機(jī)局

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

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

對(duì)應(yīng)的LAN/RM如下圖所示。

網(wǎng)際層

LLC子層

MAC子層

物理層

2011-7-11計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用22

2.4計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)嶺

1IEEE802標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

□在ISO/OSI參考模型中，數(shù)據(jù)鏈路層的功能簡(jiǎn)單，它只負(fù)責(zé)

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

多個(gè)站點(diǎn)共享傳輸介質(zhì)，在節(jié)點(diǎn)間傳輸數(shù)據(jù)之前必須首先解

決由哪個(gè)設(shè)備使用傳輸介質(zhì)，因此數(shù)據(jù)鏈路層要有介質(zhì)訪問(wèn)

控制功能。由于介質(zhì)的多樣性，所以必須提供多種介質(zhì)訪問(wèn)

控制方法。為此IEEE802標(biāo)準(zhǔn)把數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個(gè)子層：

邏輯鏈路控制（LLC）子層和介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）子層。

LLC子層負(fù)責(zé)向網(wǎng)際層提供服務(wù)，它提供的主要功能是尋址、

差錯(cuò)控制和流量控制等；MAC子層的主要功能是控制對(duì)傳輸

介質(zhì)的訪問(wèn)，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(shí)負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)組裝成帶有地址和差錯(cuò)校驗(yàn)段的

幀，在接收數(shù)據(jù)時(shí)負(fù)責(zé)把幀拆封，執(zhí)行地址識(shí)別和差錯(cuò)校驗(yàn)。

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2.4計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)嶺

2IEEE802標(biāo)準(zhǔn)系列

□對(duì)于使用不同傳輸介質(zhì)的不同局域網(wǎng)，IEEE局域網(wǎng)標(biāo)

準(zhǔn)委員會(huì)分別制定了不同的標(biāo)準(zhǔn)，適用于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)

境，這些標(biāo)準(zhǔn)如下表所示。

標(biāo)準(zhǔn)職責(zé)標(biāo)準(zhǔn)職責(zé)

IEEE802.1網(wǎng)絡(luò)互操作與網(wǎng)絡(luò)互連IEEE802.7寬帶局域網(wǎng)絡(luò)雕

IEEE802.2邏輯捱路控制子層協(xié)議IEEE802.8光纖融網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)

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(shù)

IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)IEEE802.11無(wú)線網(wǎng)絡(luò)雕

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

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