第3章计算机网络体系结构与OSI参考模型
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第三章 计算机网络体系结构ppt课件
图1 OSI参考模型
最顶层
最底层
.
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
（A）
（P） （S） （T） （N）
（DL） （PH）
通信子网
.
OSI中数据流动过程
用户看到的据流向
向实 际 数 据 流
向实 际 数 据 流
实际数据流向
.
2.3 OSI-RM 各层主要功能概述
1、物理层
2.1 网络体系结构及协议概念
2.1.1 网络体系结构的概念
计算机网络体系结构与网络协议是计算机网络技术 中的关键。
计算机网络的实现需要解决很多复杂的技术问题。 例如：①支持多种通信介质；②支持多厂商和异种机互 联，其中包括软件的通信规定及硬件接口的规范；③支 持多种业务，如远程登录、数据库、分布式计算等；④ 支持高级人机接口。
服务数据单元是指（N）实体为完成（N） 服务用户请求的功能所设置的数据单元
.
2.4.3 、服务原语： 在OSI-RM中，上层使用下层的服务，必须通过下
层交换一些命令，这些命令称为服务原语。
请求：用户要求服务做某项工作
服务原语
指示：用户被告知某事件发生了 响应：用户表示对某事件的响应
确认：用户实体收到关于它的请求答复
● 数据链路层协议分为两类：
● 面向字符型的主要特点是利用已定义好的一组 控制字符完成数据链路控制功能。
● 面向比特型的数据链路层，其规程传送信息的单 位称为帧。帧分为控制帧和信息帧。
.
1、数据链路层的功能
传输链路 传输链路是用于传输数据的通信信道，由双绞线、
光纤、 同轴电缆、微波、卫星通信等构成。 信道分为链路与通路两种：
第3章OSI参考模型
（3）服务与协议的关系
服务是各层向它上层提供的一组原语。服务定义了两 层之间的接口，上层是服务用户，下层是服务提供者。 协议是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文 格式及意义的一组规则。实体利用协议来实现它们的服务 定义。 只要不改变提供给用户的服务，实体可以任意地改变它 们的协议。 n层实体利用n－1层实体提供的服务并执行n 层协议来完成对n＋1层提供服务。
OSI参考模型
OSI体系结构是七层模型，用于进程间通信和协调各 层标准的制定； 服务定义描述了各层所提供的服务，以及层与层之间 的抽象接口和交互的服务原语； 各层的协议规范精确定义了发送的控制信息及解释该 控制信息的过程。 7层的体系结构：物理层、数据链路层、网络层、传输 层、会话层、表示层和应用层
连接映射特性
一对一映射： 一条（N）连接被映射成唯一的（N-1）连接。
多对一映射： 多个（N）连接被映射成一个（N-1）连接。这时，在发送 方，一个（N-1）连接支持多个（N）连接，称为（N）实体的 多个（N）连接复用一个（N-1）连接（Multiplexing）。在接收 方必须要有一个解复用（de-multiplexing）的过程。复用可以 更有效和经济地使用连接。
协议分层原则
在进行计算机网络层次结构的划分时，应遵循一定 的分层原则，包括 ①必须使每层的功能明确、相互独立，各层具体实 现的方法和更新不对相邻层产生影响； ②层间接口必须清晰，跨过接口的信息量应尽可能 少； ③层数应当适中。
接口和服务
接口和服务是层次结构中的两个基本概念。所谓接口，是 指相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的原语操作及 下层对上层的服务；而服务是指某一层及其以下各层的一种能 力，通过接口提供给其相邻上层。
数据链路层 物 理 层
第3章 计算机网络体系结构与OSI参考模型
3
章 网 络 协 议 与 体 系 结 构
教
程
第 计 算 机 网 络
3
4 、从OSI体系结构到原理体系结构
OSI的七层协议体系结构既复杂又不实用，但其概念清
章
教
程
网 络 楚，体系价格低廉，理论较完整。TCP/IP的协议现在得到 协 议 了全世界的承认，但它实际上并没有一个完整的体系结构。 与 TCP/IP是一个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、 体 系 网际层和网络接口层。 结 构
第 计 算 机 网 络
3
章 网 络 协 议 与 体 系 结 构
教
程
第 计 算 机 网 络
分层可以带来如下好处： 3
章 网 络 协 议 与 体 系 结 构
（1）各层之间是独立的。
（2）灵活性好。 （3）结构上可分割开。 （4）易于实现和维护。 （5）能促进标准化工作。
教
程
第 计 算 机 网 络
3
H4
H3 H4
章
4
3 2
H5
H5
应用程序数据
应用程序数据
教
程
网 计算机 2 络 AP2 协 议 5 与 体 4 系 3 结 构 2
1
1
第 计 算 机 网 络
计算机 1
AP1 5
3
计算机 1 向计算机 2 发送数据
运输层剥去报文首部后 把报文的数据部分交给应用层
H5
章
应用程序数据
4
3 2
H4
H5
应用程序数据
1
第 计 算 机 网 络
3
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
章 网 计算机 2 络 AP2 协 议 5 与 体 4 系 3 结 构 2
计算机网络体系结构
图3-2 协议数据单元PDU、接口数据单元IDU和服务数据单元SDU
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第3章 计算机网络体系结构
3.2.4 服务原语
服务原语（Service Primitive）是指服务用户与服务提 供者之间进行交互时所要交换的一些必要信息。 OSI/RM规定了四种服务原语类型，如表3-2所示。
第3章 计算机网络体系结构
本章学习目标
l 了解开放系统互连参考模型中的若干重要概 念 l 熟悉OSI/RM各层协议的功能及基本原理并掌 握传输控制协议TCP
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第3章 计算机网络体系结构
3.1 网络体系结构概述
1974年，美国IBM公司首先公布了世界上第一个计算机 网络体系结构（SNA，System Network Architecture）， 凡是遵循SNA的网络设备都可以很方便地进行互连。 1977年3月，国际标准化组织ISO的技术委员会TC97成 立了一个新的技术分委会SC16专门研究“开放系统互 连”，并于1983年提出了开放系统互连参考模型，即著 名的ISO 7498国际标准（我国相应的国家标准是GB 9387），记为OSI/RM。
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第3章 计算机网络体系结构
3.4.2 具有最简单流量控制的数据链路层协议
为了使收方的接收缓冲区在任何情况下都不会溢出，最 简单的方法是发方从主机每取一个数据块，就将其送到 数据链路层的发送缓冲区中发送出去，然后等待；收方 收到数据帧后，将其放入数据链路层的接收缓冲区并交 付给主机，同时回应一信息给发送节点表示数据帧已经 上交给主机，接收任务已经完成；发方收到由接收站点 发过来的双方事先商定好的信息，则从主机取下一个新 的数据帧再发送。在这种情况下，收方的接收缓冲区的 大小只要能够装得下一个数据帧即可，这就是最简单最 基本的停止-等待（Stop-and-Wait）协议。
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第3章 计算机网络体系结构
3.2.4 服务原语
服务原语（Service Primitive）是指服务用户与服务提 供者之间进行交互时所要交换的一些必要信息。 OSI/RM规定了四种服务原语类型，如表3-2所示。
第3章 计算机网络体系结构
本章学习目标
l 了解开放系统互连参考模型中的若干重要概 念 l 熟悉OSI/RM各层协议的功能及基本原理并掌 握传输控制协议TCP
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第3章 计算机网络体系结构
3.1 网络体系结构概述
1974年，美国IBM公司首先公布了世界上第一个计算机 网络体系结构（SNA，System Network Architecture）， 凡是遵循SNA的网络设备都可以很方便地进行互连。 1977年3月，国际标准化组织ISO的技术委员会TC97成 立了一个新的技术分委会SC16专门研究“开放系统互 连”，并于1983年提出了开放系统互连参考模型，即著 名的ISO 7498国际标准（我国相应的国家标准是GB 9387），记为OSI/RM。
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第3章 计算机网络体系结构
3.4.2 具有最简单流量控制的数据链路层协议
为了使收方的接收缓冲区在任何情况下都不会溢出，最 简单的方法是发方从主机每取一个数据块，就将其送到 数据链路层的发送缓冲区中发送出去，然后等待；收方 收到数据帧后，将其放入数据链路层的接收缓冲区并交 付给主机，同时回应一信息给发送节点表示数据帧已经 上交给主机，接收任务已经完成；发方收到由接收站点 发过来的双方事先商定好的信息，则从主机取下一个新 的数据帧再发送。在这种情况下，收方的接收缓冲区的 大小只要能够装得下一个数据帧即可，这就是最简单最 基本的停止-等待（Stop-and-Wait）协议。
计算机网络体系结构与参考模型
计算机网络体系结构与参考模型计算机网络层次结构模型和各层协议的集合被定义为计算机网络体系结构，网络体系结构的提出不仅方便了大家对网络的认识和学习，同时也加强了人们对网络设计和实现的指导。
在这一节中我们主要讨论网络的分层结构、一些基本概念及ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型等。
1.2.1计算机网络分层结构网络分层结构的出现其实是将复杂的网络任务分解为多个可处理的部分，使问题简单化。
而这些可处理的部分模块之间形成单向依赖关系，即模块之间是单向的服务与被服务的关系，从而构成层次关系，这就是分层。
分层网络体系结构的基本思想是每一层都在它的下层提供的服务基础上提供更高级的增值服务，且通过服务访问点（SAP）来向其上一层提供服务。
在OSI分层结构中，其目标是保持层次之间的独立性，也就是第（N）层实体只能够使用（N-1）层实体通过SAP提供的服务；也只能够向（N+1）层提供服务；实体间不能够跨层使用，也不能够同层调用。
网络是一个非常复杂的整体，为便于研究和实现，才将其进行分层，其中分层的基本原则是。
（1）各层之间界面清晰自然，易于理解，相互交流尽可能少。
（2）各层功能的定义独立于具体实现的方法。
（3）网中各节点都有相同的层次，不同节点的同等层具有相同的功能。
（4）保持下层对上层的独立性，单向使用下层提供的服务。
计算机网络层次结构模型和各层协议的集合被定义为计算机网络体系结构，网络体系结构的提出不仅方便了大家对网络的认识和学习，同时也加强了人们对网络设计和实现的指导。
在这一节中我们主要讨论网络的分层结构、一些基本概念及ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型等。
1.2.1计算机网络分层结构网络分层结构的出现其实是将复杂的网络任务分解为多个可处理的部分，使问题简单化。
而这些可处理的部分模块之间形成单向依赖关系，即模块之间是单向的服务与被服务的关系，从而构成层次关系，这就是分层。
分层网络体系结构的基本思想是每一层都在它的下层提供的服务基础上提供更高级的增值服务，且通过服务访问点（SAP）来向其上一层提供服务。
第三章 计算机网络体系结构-基本概念
6.网络体系结构 6.网络体系结构 1 2 3 4 网络体系结构的概念 网络体系结构的功能 网络体系结构的特点 网络体系结构的种类
网络体系结构的概念
计算机网络各层,对等进程通信的协议的集合称 计算机网络的体系结构(architecture) 为计算机网络的体系结构 (architecture) 计算机网络的体系结构 (architecture),它是 计算机网络及其部件所应完成功能的比较精确的 定义.从功能的角度描述计算机网络的结构. 体系结构只定义网络及其部件通过协议应当完成 的功能,不定义协议的实现细节和各层协议之间 的接口关系.
语法(Syntax):规定通信双方"如何讲",
3. 1
基本概念
2. 协议的分层结构
(1)协议分层结构 协议分层结构的思想是用一个模块的集合来完成 协议分层结构的思想是用一个模块的集合来完成 不同的通信功能,以简化设计的复杂性. 不同的通信功能,以简化设计的复杂性.大多数的 网络都按照层或级的方式来组织, 网络都按照层或级的方式来组织,每一层完成特定 的功能,每一层都建立在它的下层之上. 的功能,每一层都建立在它的下层之上.
网络协议的重要性: 网络协议的重要性:
没有协议就没有网络,每一种计算机网络都有 一套协议支持着.由于计算机网络的种类多,所以 协议的种类也很多. 所有协议的目的和功能是一样的,都是保证网 络上的信息能畅通无阻,准确无误地传输到目的地.
3. 1
基本概念
什么是网络协议? 什么是网络协议?
网络协议就是使计算机网络能协同工作实现信息 就是使计算机网络能协同工作实现信息
计算机网络应用技术
第3章 计算机网络体系结构
本章要点
了解网络体系结构分类,功能特点. 了解网络体系结构分类,功能特点. 掌握OSI参考模型的结构和各层功能. 掌握OSI参考模型的结构和各层功能. OSI参考模型的结构和各层功能 掌握TCP/IP体系结构的层次和功能. 掌握TCP/IP体系结构的层次和功能. TCP/IP体系结构的层次和功能 掌握IP地址管理和子网划分的方法. 掌握IP地址管理和子网划分的方法. IP地址管理和子网划分的方法
第三章_计算机网络体系结构要点
源进程传送消息到目 标进程的过程： 消息送到源系统的 最高层； 从最高层开始，自 上而下逐层封装； 经物理线路传输到 目标系统； 目标系统将收到的 信息自下而上逐层 处理并拆封； 由最高层将消息提 交给目标进程。
源进程 消息
逻辑通信
目标进程 消息
N+1 N N-1
Pn+1
Pn Pn-1
第三章 计算机网络体系结构
本章学习要点：
网络体系结构与协议的概念
OSI参考模型
TCP/IP参考模型 OSI与TCP/IP两种模型的比较
3.1 网络体系结构与协议的概念
3.1.1 什么是网络体系结构
计算机网络体系结构是指整个网络系统的 逻辑组成和功能分配，它定义和描述了一 组用于计算机及其通信设施之间互连的标 准和规范的集合。 也就是说：为了完成计算机间的通信合作， 把计算机互连的功能划分成有明确定义的 层次，规定了同层次实体通信的协议及相 邻层之间的接口服务。网络体系结构就是 这些同层次实体通信的协议及相邻层接口 的统称，即层和协议的集合。
3.1.2 什么是网络协议 从最根本的角度上讲，协议就是规则。 网络协议，就是为进行网络中的数据交 换而建立的规则、标准或约定。连网的 计算机以及网络设备之间要进行数据与 控制信息的成功传递就必须共同遵守网 络协议。
网络协议主要由以下三要素组成： 语法 语法是以二进制形式表示的命令和相应的结 构，确定协议元素的格式（规定数据与控制 信息的结构和格式）如何讲 语义 语义是由发出请求、完成的动作和返回的响 应组成的集合，确定协议元素的类型，即规 定通信双方要发出何种控制信息、完成何种 动作以及做出何种应答 。讲什么 交换规则 交换规则规定事件实现顺序的详细说明，即 确定通信状态的变化和过程， 。应答关系
第3章 计算机网络体系结构(习题标准答案)
第3章计算机网络体系结构(习题答案)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2第3章计算机网络体系结构一、填空题1.协议主要由（语法）、（语义）和（同步）三个要素组成。
2.OSI模型分为（物理层）、（数据链路层）、（网络层）、（传输层）、（会话层）、（表示层）和（应用层）七个层次。
3.OSI模型分为（资源子网）和（通信子网）两个部分。
4.物理层定义了（机械特性）、（电气特性）、（功能特性）和（规程特性）四个方面的内容。
5.数据链路层处理的数据单位称为（帧）。
6.数据链路层的主要功能有（链路管理）、（成帧）、（信道共享）、（帧同步）、（流量控制）、（差错控制）、（透明传输）和（寻址）。
7.在数据链路层中定义的地址通常称为（硬件地址）或（物理地址）。
8.网络层所提供的服务可以分为两类：（面向连接的）服务和（无连接的）服务。
9.传输层的功能包括（服务选择）、（连接管理）、（流量控制）、（拥塞控制）和（差错控制）等。
二、名词解释同步协议实体对等层对等层通信服务 CIDR 协议数据单元服务数据单元同步同步指的是广义的、在一定条件下发生什么事情的特性，而且条件和时间有关，具有时序的含义。
协议计算机网络中意图进行通信的结点必须要遵守一些事先约定好的规则。
这些为进行数据交换而建立的规则、标准或约定即称为协议，也称为网络协议。
实体任何接收或者发送数据的硬件单元或者软件进程模块都可以称为通信实体，简称实体。
对等层不同的网络结点，若它们遵循的是同一种网络体系结构的话，那么在不同结点上完成同样功能的层次称为对等层。
对等层通信在分层的网络体系结构中，每个层次只知道自己从上层接收来数据并处理后再传递给下一层，结果通信目的方该层次的对等层就收到与己方处理的一模一样的数据。
就好像在两个对等层之间有一条“通道”直接把数据传送过去一样，这种情况就称为对等层通信。
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层数多少要适当
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时遇到较多 的困难。
3、网络体系结构
计算机网络的各层及 其协议的集合称为网络体系结构 (architecture)，也就是说，计算机网 络的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精确定义。 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。
在任何网络中，每一层协议都向它的相邻 的上层协议提供一定的服务。相邻的高层通过 使用低层提供的服务完成本层的功能，再向上 层提供服务。
网络体系结构的分层需要最基本的三层： 最高层的用户服务层，中间层的网络服务层和 低层的通信服务层
但从实质上讲，TCP/IP只有三层，即应用层、运 输层和网际层，因为最下面的网络接口层并没有什么 具体内容。
计算机 1 文件传送模块
计算机 2 文件传送模块
通信服务模块 网络接入模块
网络 接口
通信网络
网络 接口
通信服务模块 网络接入模块
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。
分层可以带来如下好处： （1）各层之间是独立的。 （2）灵活性好。 （3）结构上可分割开。 （4）易于实现和维护。 （5）能促进标准化工作。
将复杂的计算机网络进行分层设计的方法。
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)。
国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机 构研究该问题。
1980年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。
OSI的七层协议体系结构既复杂又不实用，但其概念清 楚，体系价格低廉，理论较完整。TCP/IP的协议现在得到 了全世界的承认，但它实际上并没有一个完整的体系结构。 TCP/IP是一个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、 网际层和网络接口层。
不同的计算机网络具有不同的网络体系结 构。其层次的数量和名字、内容、功能以及相 邻层间的接口都是不一样的。
划分层次的必要性
计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定 好的规则。
这些规则明确规定了所交换的数据的格式以 及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。
为进行网络中的数据交换而建立的规则、 标准或约定即网络协议(network protocol)，简 称为协议.
2、协议与划分层次
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。一个网络协议主要由以下三个 要素组成：
采用一种原理体系结构，综合OSI和TCP/IP的优 点，它只有五层(如图2-2所示)，这样既简洁又能将概 念阐述清楚。
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5
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 PDU
4 3 2 1
计算机 2 AP2 5
4 3 2 1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
1
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5
计算机 2 AP2 5
4
4
3 IP 数据报再传送到数据链路层
3
2 加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧 2
1
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5
4 3
2 数据链路层帧再传送到物理层 1 最下面的物理层把比特流传送到物理媒体
第3章 网络体系结构与OSI参考模 型
3.1网络协议与网络体系结构 3.2层次划分及其协议
退出
3.1网络协议与网络体系结构
1、 计算机网络体系结构的形成
相互通信的两个计算机系统必须高 度协调工作才行，而这种“协调”是相当 复杂的。
“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 的局部问题就比较易于研究和处理。
（1）语法，即数据与控制信息的结构或格式； （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； （3）同步，即事件实现顺序的详细说明。 两个计算机可将文件传送模块作为最高的一层(如 图2-1所示)。
两个计算机交换文件
计算机 1 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
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 2 AP2 5 4 3 2
物理层接收到比特流，上交给数据链路层 1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5 4 3 2 1
网络体系结构＝【层，协议，接口】
层：提供某一种或一类服务功能集合的逻辑构造。 协议：为完成该层对等实体间通信所必须遵循的
规则或标准。 接口：两个相邻协议层之间交换信息的连接点。
分层原则：
（1）功能明确，界限分明 （2）各层独立稳定 （3）接口清晰简洁 （4）层次数量适中 （5）着眼于标准化
4 、从OSI体系结构到原理体系结构
计算机 2 文件传送模块
把文件交给下层模块 进行发送
把收到的文件交给 算机 1 文件传送模块
通信服务模块
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
计算机 2 文件传送模块
通信服务模块
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
再设计一个网络接入模块
计算机 1 AP1
5 应用层 PDU 再传送到运输层 4 加上运输层首部，成为运输层报文
3 2 1
计算机 2 AP2 5
4 3 2 1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5
计算机 2 AP2 5
4 运输层报文再传送到网络层
4
3 加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组） 3
2
2
计算机 2 AP2 5
4 3 2 1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5 4 3 2 1
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
应用物层理(a传p输pl媒ica体tion layer)
计算机 2 AP2 5
4 3 2 1
计算机 1 AP1 5 4 3 2 1