第2章-计算机网络的协议与体系结构课件.ppt

1、1信管信管 严峻严峻 2信管信管 严峻严峻2.1 计算机网络体系结构的形成 计算机网络是由多种计算机和各类终端通过通信线路连接起来的复合系统。在这个系统中，由于计算机型号不一，终端类型各异，加之线路类型、连接方式、同步方式、通信方式的不同，给网络中各结点的通信带来许多不便。由于在不同计算机系统之间，真正以协同方式进行通信的任务是十分复杂的。比如：连接在网络上的两台计算机为了完成一份文件的传送任务,需要完成以下工作:1)两台计算机之间必须有一条传送数据的物理连接线路;2)发起通信的计算机必须将进行数据通信的通路激活,即发出一 些信令,保证要传送的计算机能在该通路上正确的收发信息;3)要告诉网络如

2、何识别接收数据的计算机;4)发起通信的计算机必须查明对方计算机是否已经准备好接收 数据;3信管信管 严峻严峻5)发起通信的计算机要明确对方计算机的文件管理程序是否做好文 件接收和存储准备工作;6)若计算机文件格式不兼容,则至少其中一台计算机应完成格式转 换功能;7)对出现的各种差错和意外,如:数据传输错误、重复或丢等，应当 有可靠的措施保证对方计算机最终能收到正确的文件。由此可见，相互通信的两台计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”相当复杂，包括硬件、软件的协调，才能从物理上、逻辑上建立连接。为了设计这样复杂的计算机网络以完成上述任务，早在最初的ARPANET设计时即提出了分层的方法。

3、“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部就比较易于研究和处理。4信管信管 严峻严峻 实际邮政系统是一个复杂的系统，它从一定意义上与计算机网络的信息传递过程有很多的相似之处。实际运行的邮政系统结构，以及信件发送与接收过程如图：发信者收信者通信活动者通信活动者邮局服务业务邮局服务业务邮局转送业务邮局转送业务运输部门的邮件传输业务书写信件贴邮票送邮箱收集信件盖邮戳信件分拣信件打包送运输部门路由选择运输阅读信件信件投递信件分拣分发信件邮件拆包转送邮局接收邮包5信管信管 严峻严峻文件传送模块通信服务模块网络接入模块计算机计算机1文件传送模块通信服务模块网络接入模块文件及文

4、件传送命令与通信有关的报文命令网络接口网络接口通信网络计算机计算机26信管信管 严峻严峻划分层次的概念举例划分层次的概念举例计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件。可以将要做的工作进行如下的划分。第一类工作与传送文件直接有关。确信对方已做好接收和存储文件的准备。双方协调好一致的文件格式。两个计算机将文件传送模块作为最高的一层。剩下的工作由下面的模块负责。7信管信管 严峻严峻两个计算机交换文件两个计算机交换文件 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块8信管信管 严峻严

5、峻再设计一个通信服务模块再设计一个通信服务模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块9信管信管 严峻严峻再设计一个网络接入模块再设计一个网络接入模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。10信管信管 严峻严峻 划分层次的优点：（1）各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要

6、知道该层间的接口（即界面）所提供的服务。由于每一层只实现一种相对独立的功能，因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题。这样，整个问题的复杂程度就下降了。（2）灵活性好。当任何一层发生变化时（例如技术的变化），只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。（3）结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。（4）易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统。（5）能促进标准化工作。因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。11信管信管 严峻严峻层数多少要适当层数多少

7、要适当 若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。时遇到较多的困难。12信管信管 严峻严峻 分层结构的特点:一个结点的各层只能与相邻上下层通信,不能跨层通信；最底层是网络中各个结点的直接接口；结点中各层都有自己的协议,而且这些协议是相互独立的,各层的功能任务也是十分明确的。13信管信管 严峻严峻网络体系结构（network architecture）计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的是计算机网络的各层及其

8、协议的集合。各层及其协议的集合。体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的能的精确定义精确定义。实现实现(implementation)是遵循这种体系结构的前提下用是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。何种硬件或软件完成这些功能的问题。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。行的计算机硬件和软件。14信管信管 严峻严峻 1974年，美国的IBM公司宣布了它研制的系统网络体系结构SNA（System Network Architecture）。不

9、久后，其他公司也相继推出本公司的一套体系结构，并采用不同的名称。网络体系结构的出现使得一个公司所生产的各种设备都能够很容易的互连成网络。为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织（ISO）于1977年成立了一个专门的机构来研究该问题。不久，他们就提出一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架即著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model），简称为OSI。在OSI中,“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其它任何系统进行通信。15信管信管 严

10、峻严峻2.2 协议与划分层次 协议、层次、接口与体系结构的概念：协议（protocol）在计算机网络中要交换数据，必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换数据的格式以及有关的同步（时序）问题。这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议。网络协议三要素：（1）语法：即数据与控制信息的结构或格式,即规定“如何讲”；（2）语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何 种响应，即准备“讲什么”.例如：在何种条件下数据 必须重传或丢弃；（3）同步：即事件实现顺序的详细说明,即“什么时候讲”。16信管信管 严峻严峻层次（层次（layerlayer）层次是人们对复

11、杂问题处理的基本方法；层次是人们对复杂问题处理的基本方法；将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定；对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定；不同的系统分成相同的层次；不同的系统分成相同的层次；不同系统的最低层之间存在着不同系统的最低层之间存在着“物理物理”通信；通信；不同系统的对等层次之间存在着不同系统的对等层次之间存在着“虚拟虚拟”通信；通信；对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定；对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定；高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务高层使用低层提供的服务时

12、，并不需要知道低层服务的具体实现方法。的具体实现方法。17信管信管 严峻严峻接口（接口（interfaceinterface）接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点，通接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点，通 常称为服务访问点（常称为服务访问点（SAP service access pointSAP service access point）,它它 实际上是一个逻辑接口（象邮箱）实际上是一个逻辑接口（象邮箱）;同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低层向高层通过接口提供服务层向高层通过接口提供服务;只要接口条件不变、低层功能不变，低

13、层功能的具体只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。18信管信管 严峻严峻实体、协议、服务和服务访问点实体、协议、服务和服务访问点 实体实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。进程。协议是控制协议是控制两个对等实体两个对等实体进行通信的规则的集合。进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够够向上一层提供服务向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用要实现本层协议，还需要

14、使用下层下层所提供的服务。所提供的服务。19信管信管 严峻严峻实体、协议、服务和服务访问点实体、协议、服务和服务访问点本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是下面的协议对上面的服务用户是透明透明的。的。协议是协议是“水平的水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规，即协议是控制对等实体之间通信的规则。则。服务是服务是“垂直的垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。提供的。同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问服务访

15、问点点 SAP(Service Access Point)。20信管信管 严峻严峻实体、协议、服务和服务访问点实体、协议、服务和服务访问点协 议交换原语交换原语服 务 用 户提 供 服 务服 务 提 供 者第 n 层第 n+1 层服 务 用 户SAPSAP21信管信管 严峻严峻1）第n层实体在实现自身定义的功能时，只能使用（n-1）层提供的 服务，（n-1）层又使用了（n-2）层提供的服务；2）第n层向（n+1）层提供的服务不仅包括n层本身的功能，还包括 由下层服务提供的功能的总和；3）最低层只提供服务，是提供服务的基础；最高层只提供应用，是使用服务的最高层。中间层既是下层服务的对象，又是上层

16、 的服务提供者；4）仅在相邻层之间有接口，层通过接口联系，并将服务功能细节 对上层屏蔽。多层通信的实质多层通信的实质:对等实体之间虚拟通信;下层向上层提供服务;实际通信在最底层完成。22信管信管 严峻严峻2.3.3 面向连接服务与无连接服务 从通信角度各层所提供的服务可分为两类：1.面向连接服务n连接：两个数据实体为进行数据通信而进行的一种结合.n面向连接服务过程：连接建立、数据传输、连接释放。n面向连接的服务适应范围：一定时间内向同一个目的地发送许多报文。2.无连接服务n两实体间通信不需先建立好一个连接。n特点：灵活方便和比较迅速。不能防止报文丢失、重复或失序，属不可靠连接。n适用：传送少量

17、零星报文23信管信管 严峻严峻 OSI开放系统互连参考模型将整个网络的通信功能划分成七个层次，每个层次完成不同的功能。这七层由低层至高层分别是：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。24信管信管 严峻严峻OSI的参考模型应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层传输介质传输介质传输介质主机主机CCPCCP网 络 层数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层主机主机CCPCCP网 络 层数据链路层物 理 层25信管信管 严峻严峻OSIOSI环境中的数据传输过程环境中的数据传输过程 数据链路层物 理

18、层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层 数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层传输介质传输介质传输介质CCPCCP网 络 层应用进程AOSI环境OSI环境应用进程B主机A主机A主机B主机BA A数据链路层物 理 层CCPCCP网 络 层A A26信管信管 严峻严峻OSI环境中的数据流环境中的数据流 应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层 数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层应用进程A应用进程B比特序列帧分组报文数据单元数据单元数据数据传输介质主机A主机A主机B主机

19、B27信管信管 严峻严峻TCP/IP参考模型 TCP/IP参考模型的发展:1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型；80年代Leiner、Clark等人对TCP/IP参考模型进一步的研究；TCP/IP协议一共出现了6个版本，目前我们使用的是版本4，一般被称为IPv4；IPv6被称为下一代的IP协议。28信管信管 严峻严峻 TCP/IP体系共分成四个层次。它们分别是：网络接口层、网络层、传输层和应用层。应用层应用层传输层传输层互联层互联层主机-网络 层主机-网络 层 EthernetToken Ring其他协议ARPRARPIPTCPUDPTelnetFTP SMTPDNS其他协议29

20、信管信管 严峻严峻TCP/IP协议的特点:开放的协议标准；独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。30信管信管 严峻严峻TCP/IP 参考模型与 OSI 参考模型的对应关系 应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层应 用 层OSI参考模型OSI参考模型TCP/IP参考模型TCP/IP参考模型传 输 层互 联 层主机-网络 层31信管信管 严峻严峻TCP/IP参考模型各层的功能：应用层（ap

21、plication layer）传输层（transport layer）互连层（internet layer）主机-网络层（host-to-network layer）32信管信管 严峻严峻 1.主机-网络层TCP/IP参考模型的最低层，负责通过网络发送和接收IP数据报;允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，例如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议等;充分体现出TCP/IP协议的兼容性与适应性，它也为TCP/IP的成功奠定了基础。33信管信管 严峻严峻 2.互连层（OSI参考模型网络层）网络层有四个主要的协议：网际协议IP、Internet控制报文

22、协议ICMP、地址解析协议APR和逆地址解析协议RARP。网络层的主要功能是使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标（可能经由不同的网络）。这些分组到达的顺序和发送的顺序可能不同，因此如果需要按顺序发送及接收时，高层必须对分组排序。网络层的网际协议IP的基本功能是：无连接的数据报传送和数据报的路由选择，即IP协议提供主机间不可靠的、无连接数据报传送。互连网控制报文协议ICMP提供的服务有：测试目的地的可达性和状态、报文不可达的目的地、数据报的流量控制、路由器路由改变请求等。地址转换协议ARP的任务是查找与给定IP地址相对应主机的网络物理地址。反向地址转换协议RARP主要解决物理网络地

23、址到IP地址的转换。34信管信管 严峻严峻3运输层 TCP/IP的运输层提供了两个主要的协议，即传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP，它的功能是使源主机和目的主机的对等实体之间可以进行会话。TCP是面向连接的协议。面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。在传送数据时是按序传送的。UDP是无连接的服务。在无连接服务的情况下，两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留。这些资源将在数据传输时动态地进行分配。无连接服务的另一特征就是它不需要通信的两个实体同时是活跃的（即处于激活态）。当发送端的实体正在进行发送时，它才必须是活跃的。无连接服

24、务的优点是灵活方便和比较迅速。但无连接服务不能防止报文的丢失、重复或失序。无连接服务特别适合于传送少量零星的报文。35信管信管 严峻严峻4应用层 在TCP/IP体系结构中并没有OSI的会话层和表示层，TCP/IP把它都归结到应用层。所以，应用层包含所有的高层协议，如虚拟终端协议（TELNET）、文件传输协议（FTP）、简单邮件传送协议（SMTP）和域名服务（DNS）等等。36信管信管 严峻严峻2.4 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较 对OSI参考模型的评价层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表示层几乎是空的，数据链路层与网络层有很多的子层插入；OSI 参考模型将“服务”与“协

25、议”的定义结合起来，使得参考模型变得格外复杂，实现困难；寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降低系统效率；数据安全性、加密与网络管理在参考模型的设计初期被忽略了；参考模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适合于计算机与软件的工作方式；37信管信管 严峻严峻对TCP/IP参考模型评价：TCP/IP一开始就考虑到多种异构网的互连问题，并将IP(网际协议)作为TCP/IP的重要组成部分；TCP/IP一开始就对面向连接服务和无连接服务并重，而ISO在开始时只强调面向连接服务，直到很晚才开始制定无连接服务的有关标准；TCP/IP有良好的网络管理功能。TCP/IP模型没有区分服务、协议和接口概念；T

26、CP/IP通用性较差。TCP/IP网络接口层并不是一个层次而仅是一个接口。38信管信管 严峻严峻39信管信管 严峻严峻最高应用层有多种协议可以为各类应用提供服务，最底层提供多种网络接口可连接各种网络。40信管信管 严峻严峻沙漏计时器形状的沙漏计时器形状的TCP/IP协议族协议族 HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层网络接口 1网络接口 2网络接口 3Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上41信管信管 严峻严峻一种建议的参考模型：原理体系结构应 用 层传 输

27、 层网 络 层数据链路层物 理 层应用层应用层(application layer)运输层运输层(transport layer)网络层网络层(network layer)数据链路层数据链路层(data link layer)物理层物理层(physical layer)42信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU43信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层

28、 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文44信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）45信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧46信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层帧再

29、传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体47信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 应用层应用层(application layer)5432154321物理传输媒体计算机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机 248信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层49信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计

30、算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层50信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层51信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层52信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程53信管信管 严

31、峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！54信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 计算机 25432154321计算机 1AP2AP1应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部55信管

32、信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 210100110100101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据56信管信管 严峻严峻H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据57信管信管 严峻严峻H4H5应 用 程 序 数 据H3H4

33、H5应 用 程 序 数 据计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层58信管信管 严峻严峻H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层59信管信管 严峻严峻应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用

34、层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程60信管信管 严峻严峻计算机计算机 1 向计算机向计算机 2 发送数据发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！61信管信管 严峻严峻OSI参考模型各层的功能 1.物理层 物理层传输数据的单位是比特(bit)。物理层的作用是尽可能的屏蔽连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体这些差异，对它的高层即数据链路层提供统一的服务。所以物理层主要关心的是在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流。因此，物理层的主要功能在于：(1)用多大的电压代表“1”或“0”，以及当发送端发出比特“1”时

35、，在 接收端如何识别出这是比特“1”而不是比特“0”；(2)确定连接电缆材质、引线的数目及定义、电缆接头的几何尺寸 等；(3)采用什么样的传输方式；(4)初始连接如何建立；(5)当双方结束通信如何拆除连接。综上所述，物理层在数据链路实体之间合理的通过中间系统,为传输所需要的物理连接的建立、维护和拆除提供机械的、电气的、功能的和规程的特性。62信管信管 严峻严峻物理层物理层在数据链路层的在数据链路层的两个实体之间建两个实体之间建立、维持和释放立、维持和释放物理连接物理连接规定在物理层传规定在物理层传送送0、1数据的电数据的电参数（波形、频参数（波形、频率、电平）率、电平）规定所用的连接器机规定所

36、用的连接器机械、电气、功能特性械、电气、功能特性和规程特性和规程特性传送二进传送二进制位制位(bit)流流63信管信管 严峻严峻2数据链路层 数据链路层传输数据的单位是帧（Frame）。数据帧的帧格式中包括的信息有：地址信息部分、控制信息部分、数据部分、校验信息部分。数据链路层的主要功能包括以下几点：1）数据链路的建立、维持与释放。当网络中的设备要进行通信时，通信双方必须先建立一条数据链路，同时，在传输过程中要维持数据链路，而在通信结束后要释放数据链路。目标地址源地址数据错误校验信息控制信息一个简化的数据祯64信管信管 严峻严峻2）信息流量控制。为了保证正常的收发数据，防止发送方数据过快，流量

37、太大，导致接收方的缓存空间溢出，网络出现拥塞，就必须及时控制发送方发送数据的速率。3）进行有效的差错控制。综上所述，数据链路层的主要作用是通过数据链路层协议（即链路控制规程），提供对物理层的控制,检测并纠正可能出现的错误,并且进行流量控制，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。因此，数据链路层与物理地址、网络拓扑、错误校验、流量控制有关。65信管信管 严峻严峻数据链路层数据链路层数据链路的数据链路的建立、维持建立、维持和释放和释放帧的分界帧的分界和同步和同步差错检测差错检测与控制与控制流量控制流量控制传送帧传送帧66信管信管 严峻严峻3网络层 网络层传送的数据单位是报文分组或包(Packe

38、t)。在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能要经过许多个结点和链路，也可能还要经过好几个路由器所连接的通信子网。网络层的任务就是要选择最佳的路由，使发送站的运输层所传下来的报文能够正确无误地按照目的地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。这就是网络层的路由选择功能。网络层的主要功能有：1）为数据在结点之间传输创建逻辑链路；2）通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径；3）实现拥塞控制；4）负责将网络地址翻译成对应的物理地址；5）协调发送、传输及接受设备能力的不平衡性，如对数据进行分 段和重组，以使数据长度满足下层所支持的最大数据帧长度。67信管信管 严峻严峻网络层网络层路径选择路

39、径选择网络中拥网络中拥塞控制塞控制传送分组传送分组IPIP数据报数据报68信管信管 严峻严峻4运输层 运输层传送的数据单位是段(Segment)。OSI（开放式系统互连）所定义的运输层正好是七层的中间一层，是通信子网（下面3层）和资源子网（上面3层）的分界线，它屏蔽通信子网的不同，使高层用户感觉不到通信子网的存在。运输层的主要功能有：1）它完成资源子网中两结点的直接逻辑通信，实现通信子网中端 到端的透明传输。2）数据的分段/重组。运输层的基本功能是从会话层接收数据报 文，并且在当所发送的报文较长时，在运输层先要把它分割成 若干个报文分组，然后再交给它的下一层（即网络层）进行传 输。3）负责报文

40、错误的确认和恢复，将乱序收到的数据包重新排序以 确保信息的可靠传递。4）运输层也可以同时建立多条网络连接来维持一条传输连接请 求，这种技术叫“分流技术”。有时为了节省费用，对速度要求不 是高的高层用户请求，运输层也可以将多个传输通信合用一条69信管信管 严峻严峻 通信子网的网络连接。这种技术叫“复用技术”。5）运输层除了有以上功能和作用外，它还要处理端到端的差错控 制和流量控制的问题。综上所述，传输层基本功能是从会话层接受数据，并且在必要的时候将它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误，传输层建立、维护虚电路，进行差错校验和流量控制。70信管信管 严峻严峻传输层传输层提

41、供两个端系统提供两个端系统之间可靠、透明之间可靠、透明的数据传送的数据传送具有复用具有复用和分用和分用顺序控制顺序控制流量控制流量控制传送报文传送报文TCPUDP71信管信管 严峻严峻5会话层 如果不看表示层，在OSI开放式系统互连的会话层就是用户和网络的接口，这是进程到进程之间的层次。会话层的主要功能有：1）建立通信链接；2）保持会话过程通信链接的通畅；3）同步两个结点之间的对话；4）决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。5）处理差错恢复。综上所述，会话层的主要功能归结为：允许在不同主机上的用户建立、管理和终止应用程序间的会话关系，使每个应用程序知道其它应用程序的状态，同时，会

42、话层提供双工协商、会话同步。72信管信管 严峻严峻会话层会话层传送报文传送报文为通信的两个进为通信的两个进程建立会话连接，程建立会话连接，进行交换进行交换会话管理会话管理同步管理同步管理73信管信管 严峻严峻6表示层 表示层的主要功能是用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方法，主要包括：1）数据格式交换。并非是随机的交换数据比特流，而是交换一些有具体意义的数据信息，这些数据信息有一定的表示格式，例如表示人名用字符型数据，表示货币数量用浮点数数据等等。那么不同的计算机可能采用不同的编码方法来表示这些数据类型和数据结构，为让采用不同编码方法的计算机能够进行交互通信，能相互理解所交换数据的值，可以

43、采用抽象的标准法来定义数据结构，并采用标准的编码形式。表示层管理这些抽象数据结构，并且在计算机内部表示和网络的标准表示法之间进行转换，2）数据的加密和解密。为了防止数据在通信子网中传输时敌意的窃听和篡改，发送方的表示层将要传送的报文进行加密后再传输，接收方的表示层在收到密文后，对其进行解密，把解密后还原成的原始报文传送给应用层。74信管信管 严峻严峻3）数据压缩与恢复功能。数据压缩的目的是为了把非常大的数据量利用压缩技术使其数据量尽可能的减小，以满足一般通信带宽的要求，提高线路利用率，从而节省经费。综上所述，表示层关注所传输的信息的语法和意义，它把来自应用层与计算机相关的数据格式处理成与计算机

44、无关的格式，以保障对端设备能够准确无误地理解发送端数据；同时，也负责数据的加密与压缩等。75信管信管 严峻严峻表示层表示层信息格式的信息格式的转换（数据转换（数据编码）编码）数据的加数据的加密和解密密和解密OSI内部语法内部语法数据的压数据的压缩和解压缩和解压76信管信管 严峻严峻7应用层 应用层是OSI网络协议体系结构的最高层，它直接与用户和应用进程打交道，负责为应用进程提供接口，以使进程能使用网络服务。这里的网络服务包括文件传输、文件管理、电子邮件、数据库服务与其他网络软件服务。必须强调，应用层并不等同于一个应用程序。应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议，确定进程之间的通信

45、性质以满足用户的需要。应用层应用层为用户使用网为用户使用网络提供接口络提供接口77信管信管 严峻严峻应应用用层层与与用用户户应应用用进进程程的的接接口口“做什么”表表示示层层数数据据格格式式的的转转换换“对方看起来象什么”会会话话层层会会话话管管理理与与数数据据传传输输同同步步“该谁讲话”“从哪儿讲起”传传输输层层端端到到端端可可靠靠的的数数据据传传输输“对方在哪儿”网网络络层层分分组组传传送送，路路由由选选择择，流流量量控控制制“走哪条路可以到达对方”数数据据链链路路层层相相邻邻结结点点间间无无差差错错地地传传送送帧帧“每一步该怎么走”物物理理层层在在物物理理媒媒体体上上透透明明传传输输位位

46、流流“怎样利用物理媒体”78信管信管 严峻严峻2.5 客户客户服务器方式服务器方式在TCP/IP的进程之间的通信经常使用客户服务器方式。应用层协议并不是解决用户各种具体应用的协议，而是为最终用户提供服务。每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题，而问题的解决是通过位于不同主机中的多个进程之间的通信和协作来完成的。这些为了解决具体的应用问题而彼此通信的进程就称为“应用进程”。而应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户是主叫方，服务器是被叫方。79信管信管 严峻严峻客户与服务器客户与服务器客户是服务请求

47、方，服务器是服务提供方。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。客户客户(client)服务器服务器(server)80信管信管 严峻严峻 客户软件和服务器软件具有以下主要特点。1客户软件1）在进行通信时临时成为客户，但它也可在本地进行其他的 计算。2）被用户调用，在用户的计算机上运行，在打算通信时主动 向远地服务器发起通信。3）可与多个服务器进行通信。4）不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。81信管信管 严峻严峻2服务器软件（1）是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个 远地客户的请求。（2）在共享计算机上运行。当系统启动时即自动调用，且不 断地运行着。（3）被动地等待并接受来自多个客

48、户的通信请求。（4）一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。客户与服务器的通信关系一旦建立，通信就可是双向的，客户和服务器都可发送和接收信息。当前计算机网络大多数的应用进程都是使用TCP/IP协议进行通信，图2-8画出了这种情况。82信管信管 严峻严峻客户进程和服务器进程客户进程和服务器进程使用使用 TCP/IP 协议进行通信协议进行通信数据链路层物理层运输层网络层数据链路层物理层运输层网络层 客户发起连接建立请求 服务器接受连接建立请求应用层应用层因特网客户服务器以后就逐级使用下层提供的服务(使用 TCP 和 IP）83信管信管 严峻严峻功能较强的计算机功能较强的计算机可同时运行多个服务器进

49、程可同时运行多个服务器进程 数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 3服务器1服务器2数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 1客户 1数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 2客户 2因特网84信管信管 严峻严峻 服务器(SERVER)发展到今天，适应各种不同功能、不同环境的服务器不断地出现，分类标准也多种多样。1.按应用层次划分为:入门级服务器、工作组级服务器、部门级服务器和企业级服务器四类。2.按服务器的处理器架构（也就是服务器CPU所采用的指令系统）划分把服务器分为:CISC架构服务器、RISC架构服务器和VLIW架构服务器三种。3.按服务器按用途划分为通用型服务器和专用型服务器两类。4.按服务器的机箱结构来划分，可以把服务器划分为:“塔(台)式服务器”、“机架式服务器”、“刀片式服务器”。85信管信管 严峻严峻86信管信管 严峻严峻87信管信管 严峻严峻88信管信管 严峻严峻本章重点：1.网络体系结构的概念 2.OSI的体系结构3.TCP/IP的体系结构4.采用层次式结构的好处5.协议、服务、接口、面向连接和无连接概念