1-3计算机网络体系结构
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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：
第三章计算机网络的层次结构
第3章 计算机网络的层次结构
TCP/IP与OSI/RM的比较 除表现结构上的不同之外，还需要说明几点。 （1）层次性是否严格 OSI/RM最大的贡献在于它作为一种理论模型， 有清晰的层次结构，并且用服务、接口和协议 三个基本概念作为每一层的核心。 TCP/IP是实践中形成的，是经验的总结，虽然T CP/IP模型也分层次，但是层次间的依赖关系不 像OSI/RM那样强。
第3章 计算机网络的层次结构
1.物理层 物理层（Physical Layer）的功能是解决 “物理连接”的标准问题，而不是物理线路的 敷设问题，具体可以有以下3点： 以下3 （1）它建立在传输介质之上，并不考虑传输 介质的具体敷设问题，而只关心介质两端的连 接，或者说它只关心链路两端点的物理特性。
第3章 计算机网络的层次结构 3.3 TCP/IP体系结构
3.3.1 TCP/IP模型 TCP/IP协议是事实上的工业标准 ，其中以TCP、 IP协议为主。 TCP/IP模型共划分了四个层次： 网络接口层、网络层、传输层、应用层。 网络层、传输层是核心层次，向上支持各 种应用，向下要进行数据的传输，加入了网络 接口层。
第3章 计算机网络的层次结构
6. 表示层 表示层处理两个应用实体间数据交换的语法问题， 解决数据交换中存在的数据格式不一致和数据表 示方法不同等问题。
第3章 计算机网络的层次结构
7. 应用层 应用层主要进行应用管理和系统管理，直接 为用户服务，在信息网络用户之间形成一个交换 信息的界面━━用户应用程序，如电子邮件、文 件传输等。简单地说，就是接收用户数据。
第3章 计算机网络的层次结构
（2）可靠性第一还是效率第一 可靠性是指网络正确地传输数据的能力。 OSI/RM以可靠性第一作为其基本宗旨; TCP/IP模型则以效率第一作为其基本宗旨. （3）主机负担重还是通信子网负担重 OSI/RM系统中通信子网负担较重，主机负担较轻， 即OSI/RM对主机的要求不高。 在TCP/IP模型中主机的负担较重。
计算机网络的体系结构
主要采用点到点通道技术
2.2 计算机网络的体系结构（1）
❖ 计算机网络的体系结构：对计算机网络及其
部件所完成功能的比较精确的定义。即从功
能的角度描述计算机网络的结构。是层次和
协议的集合。
❖ 注意:计算机网络体系结构仅仅定义了网络及
其部件通过协议应完成的功能；不定义协议
的实现细节和各层协议之间的接口关系。
主要内容
❖ 1计算机网络的构成
1.1 资源子网 1.2 通信子网 ( 点到点通道；广播通道 )
❖ 2计算机网络的体系结构
2.1 计算机网络功能的分层 2.2 协议和协议的分层结构 2.3 计算机网络的体系结构
❖ 3典型计算机网络参考模型
3.1 计算机网络的标准化
2.1 计算机网络的构成（1）
❖ 计算机网络的构成
协议的分层原则 （layering principle）
❖ Layer N software on the destination computer must receive exactly the message sent by layer N software on the sending computer. Mathematically, if the sender applies a transformation T, the receiver must apply the inverse T-1.
每条线路两端的结点利用波形进行二进制通信； 无差错的信息传送 多个用户共享一条物理线路
2.2 计算机网络的体系结构（3）
信息缓冲和流量控制 会话控制 满足各种用户、各种应用的访问要求
❖ 上述功能有三个显著特点
上述功能必须同时满足一对用户 用户之间的通信功能是相互的 这些功能分散在各个网络设备和用户设备中。
2.2 计算机网络的体系结构（1）
❖ 计算机网络的体系结构：对计算机网络及其
部件所完成功能的比较精确的定义。即从功
能的角度描述计算机网络的结构。是层次和
协议的集合。
❖ 注意:计算机网络体系结构仅仅定义了网络及
其部件通过协议应完成的功能；不定义协议
的实现细节和各层协议之间的接口关系。
主要内容
❖ 1计算机网络的构成
1.1 资源子网 1.2 通信子网 ( 点到点通道；广播通道 )
❖ 2计算机网络的体系结构
2.1 计算机网络功能的分层 2.2 协议和协议的分层结构 2.3 计算机网络的体系结构
❖ 3典型计算机网络参考模型
3.1 计算机网络的标准化
2.1 计算机网络的构成（1）
❖ 计算机网络的构成
协议的分层原则 （layering principle）
❖ Layer N software on the destination computer must receive exactly the message sent by layer N software on the sending computer. Mathematically, if the sender applies a transformation T, the receiver must apply the inverse T-1.
每条线路两端的结点利用波形进行二进制通信； 无差错的信息传送 多个用户共享一条物理线路
2.2 计算机网络的体系结构（3）
信息缓冲和流量控制 会话控制 满足各种用户、各种应用的访问要求
❖ 上述功能有三个显著特点
上述功能必须同时满足一对用户 用户之间的通信功能是相互的 这些功能分散在各个网络设备和用户设备中。
计算机网络体系结构
计算机网络体系结构清点人数，组织教学。
复习：计算机网络的定义及系统的组成和功能授新：一、计算机网络体系结构的基本概念1.网络协议在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则、标准或约定称为网络协议，简称协议。
协议组成的三个要素是语法、语义和时序。
语法规定了进行网络通信时，数据的传输和存储格式，以及通信中需要哪些控制信息，它解决了怎么讲的问题。
语义规定了控制信息的具体内容，以及发送主机或接收主机所要完成的工作，它主要解决“讲什么”的问题。
时序规定计算机操作的执行顺序，以及通信过程中的速度匹配，主要解决“顺序和速度”问题。
2．数据封装一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据必须要先打包，打包的过程称为封装，如图10-10所示，封装就是在用户数据前面加上网络协议规定的头部和尾部，这些头信息包括数据包发送主机的源地址、数据接收主机的目的地址、数据包采用的协议类型、数据包大小、数据包的序号、数据包的纠错信息等内容。
而且，在网络通信中，数据往往是多层次的封装的。
3．网络协议的分层为了减少网络协议的复杂性，技术专家们把网络通信问题划分为许多小问题，然后为每一个问题设计一个通信协议。
这样使得每一个协议的设计、分析、编码和测试都比较容易。
协议分层就是按照信息的流动过程，将网络的整体功能划分为多个不同的功能层。
每一层都建立在它的下层之上，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务。
4．分层原则层次结构虽然有它的优点，但是如果划分的不合理，反而会带来许多负面影响。
通常要遵循如下一些原则：网络协议层次的数量不能过多，真正需要的时候才能划分一个层次。
网络协议层次的数量也不能过少，层次的数量应该保证能从逻辑上将功能分开，不同的功能不要放在同一层。
功能类似的服务应当放在同一层。
在技术经常变化的地方可以适当增加层次。
层次边界的选择要合理，用于信号控制的额外信息流量要尽量少。
5．网络体系结构计算机网络协议的分层方法及其协议层与层之间接口的集合称为网络体系结构。
计算机网络体系结构
（3）协议按连接方式分类：面向连接的协议和无连接的
协议
面向连接的协议:在使用时用户首先要建立连接，连接建立 再传输数据，数据传送完后，拆分连接。连接的建立和拆分都
是通过控制报文完成的。 无连接的协议：每个报文带有完整的目标地址,并且每个报文 都是单独发送的,经由系统选定的线路传递. 无连接服务只有传输数据阶段,无连接的建立和拆分阶段
区分“面向连接服务”和“无连接服务”的概念：
打电话和寄信：两个人如果要通电话，必须先建立连接 ——拨号，等待应答后才能相互传递信息，最后还要释 放连接——挂电话。 寄信就没有那么复杂了，地址姓名填好以后直接往邮筒 一扔，收信人就能收到。
（4）分组: 在网络通信中,每一层都要对上一层传来的数据报文进行 处理,由于硬件、操作系统、协议规定等原因规定了本层 每一次能处理的数据报文的最大长度限制，必然要对上 层传来的大的数据报文进行拆分，再将每一段封装成新 的数据报文发送给下一层。 运输层有拆分和拼装数据的功能，拆分得到的段称为分 组（或称为：包）
一、计算机网络通信协议
计算机网络通信协议是用来定义并实现网络通信的一组规则
和参数。
由于计算机之间的通信涉及的因素多而复杂，包括：通信线 路、传输技术、计算机硬件、软件、应用业务、安全等，所 以对计算机网络中的协议采用分层划分和管理。
分层的优点：将复杂的网络通信问题分解为多个可在不同层 次上处理的部分；提供了模块化的设计，对部分层的修改、 增加不影响其他层。
协议是通信双方达成的一致约定。简单地 说，协议是系统之间横向的约定。 两个实体 要想成功的通信，它们之间交流什么、怎样交 流及何时交流，都必须遵从彼此约定的一些规 则，这些规则的集合称为协议.
接口是一个系统内部两个相邻层间的一组 约定，反映了相邻层之间的关系。用于相邻层 之间按照一定规则交换信息 .简单地说，接口 是系统内部纵向的约定，包括下一层向上一层 提供哪些服务，而上一层如何使用这些服务。
协议
面向连接的协议:在使用时用户首先要建立连接，连接建立 再传输数据，数据传送完后，拆分连接。连接的建立和拆分都
是通过控制报文完成的。 无连接的协议：每个报文带有完整的目标地址,并且每个报文 都是单独发送的,经由系统选定的线路传递. 无连接服务只有传输数据阶段,无连接的建立和拆分阶段
区分“面向连接服务”和“无连接服务”的概念：
打电话和寄信：两个人如果要通电话，必须先建立连接 ——拨号，等待应答后才能相互传递信息，最后还要释 放连接——挂电话。 寄信就没有那么复杂了，地址姓名填好以后直接往邮筒 一扔，收信人就能收到。
（4）分组: 在网络通信中,每一层都要对上一层传来的数据报文进行 处理,由于硬件、操作系统、协议规定等原因规定了本层 每一次能处理的数据报文的最大长度限制，必然要对上 层传来的大的数据报文进行拆分，再将每一段封装成新 的数据报文发送给下一层。 运输层有拆分和拼装数据的功能，拆分得到的段称为分 组（或称为：包）
一、计算机网络通信协议
计算机网络通信协议是用来定义并实现网络通信的一组规则
和参数。
由于计算机之间的通信涉及的因素多而复杂，包括：通信线 路、传输技术、计算机硬件、软件、应用业务、安全等，所 以对计算机网络中的协议采用分层划分和管理。
分层的优点：将复杂的网络通信问题分解为多个可在不同层 次上处理的部分；提供了模块化的设计，对部分层的修改、 增加不影响其他层。
协议是通信双方达成的一致约定。简单地 说，协议是系统之间横向的约定。 两个实体 要想成功的通信，它们之间交流什么、怎样交 流及何时交流，都必须遵从彼此约定的一些规 则，这些规则的集合称为协议.
接口是一个系统内部两个相邻层间的一组 约定，反映了相邻层之间的关系。用于相邻层 之间按照一定规则交换信息 .简单地说，接口 是系统内部纵向的约定，包括下一层向上一层 提供哪些服务，而上一层如何使用这些服务。
第3章 计算机网络体系结构(习题答案)
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。
服务下一层能被上一层看见的功能称为服务。
协议数据单元、服务数据单元对等层上传送的数据单位称为协议数据单元，而直接相邻的两个层次之间交换的数据单位称为服务数据单元。
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
计算机网络体系结构
Chap2 计算机网络体系结构
计算机通信与网络
OSI 模型的意义
Chap2 计算机网络体系结构
计算机通信与网络
通信子网
Application protocol Representation protocol Session protocol Transport protocol
APDU
PPDU
SPDU
Chap2 计算机网络体系结构
计算机通信与网络
专用技术与开放技术的对比
专用（Proprietary）
– 个别厂商开发、拥有并控制 – 一个公司或一个公司集团掌握了整个技术
开放（Open）
– 技术的免费使用是对公众开放的 – 不同厂商的网络产品可以互相兼容，进行 互操作.
Chap2 计算机网络体系结构
Chap2 计算机网络体系结构
计算机通信与网络
4、协议（Protocols）和N层协议
定义: 为网络通信所制定的一组规则、约定和 标准。协议可以使通信更有效地进行。协议是 控制两个对等实体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 本层能够向上一层提供服务。 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服 务。 网络通信是一种层到层的对等通信，第N层上 的通信规则或约定称为N层协议
Chap2 计算机网络体系结构
计算机通信与网络
第二章 计算机网络体 系结构
Chap2 计算机网络体系结构
计算机通信与网络
主要内容
• • • • 2.1 2.2 2.3 2.4 计算机网络体系结构概述 ISO/OSI网络参考模型 TCP/IP模型 OSI 模型和TCP/IP模型的比较
Chap2 计算机网络体系结构
Chap2 计算机网络体系结构
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网络体系结构中，对等层之间交换的信息报文统称为协议数 据单元（Protocol Data Unit，PDU）。 传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：
传输层——段（Segment） 网络层——分组/包（Packet） 数据链路层——帧（Frame） 物理层——比特（Bit）
段头
数据
帧尾
帧
31
实例：TCP/IP协议的封装过程
应用层 传输层 网络层
应用层数据
TCP头 IP头 TCP头
应用层数据
应用层数据
链路层
帧头
IP头
TCP头
应用层数据
帧尾
32
在目的站，某一层只能识别由源站对等层封 装的“信封”，而对于被封装在“信封”内 部的“数据”仅仅是拆封后将其提交给上层， 本层不作任何处理。
OSI/RM和TCP/IP相结合的5层结构——原理体系结构：
应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层
37
3.2.1物理层
第三章
计算机网络体系结构
3.1 计算机网络体系结构概述 3.2 开放系统互联参考模型（OSI/RM）与 TCP/IP体系结构 3.3 OSI和TCP/IP的主要层次功能
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
1
3.1计算机网络体系结构概述
1. 计算机网络体系结构的定义 2. 网络体系结构的分层原理 3. 网络协议
每一层只处理本层的协议头部！
33
第三章
计算机网络体系结构
3.1 计算机网络体系结构概述 3.2 开放系统互联参考模型（OSI/RM）与 TCP/IP体系结构 3.3 OSI和TCP/IP的主要层次功能
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
34
3.2 OSI/RM与TCP/IP体系结构
10
计算机网络中，层、协议和层间接口的集合 被称为计算机网络体系结构。
换句话说：体系结构包括三个内容：分层结构与
每层的功能，服务与层间接口，协议。
最早的网络体系结构源于IBM的SNA；
其它的网络体系结构还有DEC的DNA等
由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构 国际标准是OSI/RM； 实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构
起飞机场
行李 (托运) 旅客 (出发) 飞机 (起飞)
中间空中交通枢纽
飞行航线 飞行航线
飞行航线
8
到达机场
层次化方法在其它领域的应用
程序设计
把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实 现，如操作系统。
邮政系统
邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输
银行系统 物流系统 。。。
9
1. 计算机网络体系结构的定义
3
2
1
P3 P2 P1
3
（间接的、逻辑的、虚拟 的），非对等层之间不能 互相“通信”
实际的物理通信只在最底
2
1
层完成
Pn：第n层协议，循的规则或约定
16
对等层通信的实质
网络分层体系结构原理禁止不同主机的对等 层之间进行直接通信。(想一想，为什么?) 实际上，每一层必须依靠下层提供的服务来 与另一台主机的对等层通信。
据链路层和物理层代替网络接口层。
36
TCP/IP与OSI/RM的对应关系
OSI/RM 7 6 5 4 3 2 应用层 表示层 应用层
TCP/IP支持 所有标准的物 理层和数据链 路层协议
TCP/IP
会话层 传输层
网络层 数据链路层 物理层 传输层 网际层 网络接口层
1
PPP, HDLC, FDDI, Ethernet, 802.3, 802.5等等
上层使用下层提供的服务——Service user； 下层向上层提供服务——Service provider。
第n+1层是第n层的服务用户，第n-1层是第n层的服务 提供者 第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务
例：邮政通信
17
对等通信例：两个人收发信件
发信人 邮局 运输系统
25
通信协议的三要素
语义
对协议中各协议元素的含义的解释，例如：
在HDLC协议中，标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束 在BSC协议中，SOH(01H)表示报文的开始，STX(02H)表示报文 正文的开始，ETX(03H)表示报文正文的结束
语法
协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如：
OSI/RM的体系结构分为7层
7 应用层Application 表示层Presentation 会话层Session
为网络应用提供服务 数据表示 在用户间建立会话关系 不同主机进程间的通信 在主机间传输分组 在节点间可靠地传输帧 位流的透明传输
35
6
5 4 3 2 1
传输层Transport 网络层Network
PDU由协议控制信息（协议头）和数据（SDU）组成:
协议控制信息 数据（SDU）
协议头部中含有完成数据传输所需的控制信息:
地址、序号、长度、分段标志、差错控制信息、…
29
下层把上层的PDU作为本层的数据加以封装，然后 加入本层的协议头部（和尾部）形成本层的PDU。
封装：就是在数据前面加上特定的协议头部。
3
对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组 织网络的结构，以达到：
结构清晰
简化设计与实现
便于更新与维护 较强的独立性和适应性
解决：分而治之！
一个生活中的例子：空中旅行的组织
4
空中旅行的组织
机票 (购买) 行李 (托运) 旅客 (出发) 飞机 (起飞) 飞行航线 机票 (投诉) 行李 (认领) 旅客 (到达) 飞机 (着陆) 飞行航线
N+1层PDU
数 协议头
据
N层PDU
数
据
因此，数据在源站自上而下递交的过程实际上就是 不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过 程就是不断拆封的过程。——类比：发送信件
数据在传输时，其外面实际上要被包封多层“信封”。
30
数据多层封装
封装 拆封
数据 段头
数据
段 分组
分组头
段头
数据
帧头
分组头
信件内容 邮件地址
对信件内容的共识
P3
对信件如何传递的共识
信件内容 收信人 邮件地址
邮局
P2
对货物如何运输的共识
货物地址
P1 公路，铁路，航空
货物地址 运输系统
问题：
收信人与发信人之间、邮局之间，他们是在直接通信吗？ 邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？ 邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？
2
?计算机网络体系结构
网络体系结构提出的背景——计算机网络的复杂性、 异质性
不同的通信介质——有线、无线、… … 不同种类的设备——主机、路由器、交换机、复用设 备、… … 不同的操作系统——Unix、Windows、… … 不同的软/硬件、接口和通信约定（协议） 不同的应用环境——固定、移动、… … 不同种类业务——分时、交互、实时、… … 宝贵的投资和积累——有形、无形、… … 用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏
事实上的标准
11
层次结构方法的优点
独立性强——耦合程度低
上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方 法。
适应性强
只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。
易于实现和维护
把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子 单元：
使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。 使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。
Hi
Hi What’s the time?
请求连接 连接确认
传送文件：xxxxx.xxx
2:00
time
<文件>
24
通信协议的三要素
语法：“如何讲”，数据的格式、编码和信号等级 （电平的高低）。 语义：“讲什么”，数据内容、含义以及控制信息。
定时规则（时序）：明确通信的顺序、速率匹配和 排序。
计算机网络中也采用了分层方法。——把复 杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部 问题，在不同层上予以解决。 网络的层次结构方法要解决的问题：
网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？ （分层与功能） 各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？ （服务与接口） 通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）
数据链路层Data Link 物理层Physical
TCP/IP体系结构分为4层：
应用层 传输层
application
transport internet network interface data link physical
网际层
网络接口层
＝数据链路层＋物理层
注： TCP/IP体系结构有时也采用5层表示方法，即用数
飞行航线
一系列的步骤
5
空中旅行的组织: 从另一种不同的角度观察
机票 (购买) 行李 (托运) 机票 (投诉) 行李 (认领) 旅客 (到达) 飞机 (着陆) 飞行航线 飞行航线 层次的观点： 每层实现一种特定的服务 – 通过自己内部的功能 – 依赖自己的下层提供的服务
旅客 (出发)
飞机 (起飞) 飞行航线
12
计算机网络体系结构概述
1. 计算机网络体系结构的定义 2. 网络体系结构的分层原理 3. 网络协议
13
2. 网络体系结构的分层原理
基本概念：
实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。 对等层：两个不同系统的同级层次。 对等实体：分别位于不同系统对等层中的两个实体 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之 间的操作及下层对上层的服务。 服务：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。 协议：通信双方在通信中必须遵守的规则。
传输层——段（Segment） 网络层——分组/包（Packet） 数据链路层——帧（Frame） 物理层——比特（Bit）
段头
数据
帧尾
帧
31
实例：TCP/IP协议的封装过程
应用层 传输层 网络层
应用层数据
TCP头 IP头 TCP头
应用层数据
应用层数据
链路层
帧头
IP头
TCP头
应用层数据
帧尾
32
在目的站，某一层只能识别由源站对等层封 装的“信封”，而对于被封装在“信封”内 部的“数据”仅仅是拆封后将其提交给上层， 本层不作任何处理。
OSI/RM和TCP/IP相结合的5层结构——原理体系结构：
应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层
37
3.2.1物理层
第三章
计算机网络体系结构
3.1 计算机网络体系结构概述 3.2 开放系统互联参考模型（OSI/RM）与 TCP/IP体系结构 3.3 OSI和TCP/IP的主要层次功能
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
1
3.1计算机网络体系结构概述
1. 计算机网络体系结构的定义 2. 网络体系结构的分层原理 3. 网络协议
每一层只处理本层的协议头部！
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第三章
计算机网络体系结构
3.1 计算机网络体系结构概述 3.2 开放系统互联参考模型（OSI/RM）与 TCP/IP体系结构 3.3 OSI和TCP/IP的主要层次功能
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
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3.2 OSI/RM与TCP/IP体系结构
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计算机网络中，层、协议和层间接口的集合 被称为计算机网络体系结构。
换句话说：体系结构包括三个内容：分层结构与
每层的功能，服务与层间接口，协议。
最早的网络体系结构源于IBM的SNA；
其它的网络体系结构还有DEC的DNA等
由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构 国际标准是OSI/RM； 实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构
起飞机场
行李 (托运) 旅客 (出发) 飞机 (起飞)
中间空中交通枢纽
飞行航线 飞行航线
飞行航线
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到达机场
层次化方法在其它领域的应用
程序设计
把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实 现，如操作系统。
邮政系统
邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输
银行系统 物流系统 。。。
9
1. 计算机网络体系结构的定义
3
2
1
P3 P2 P1
3
（间接的、逻辑的、虚拟 的），非对等层之间不能 互相“通信”
实际的物理通信只在最底
2
1
层完成
Pn：第n层协议，循的规则或约定
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对等层通信的实质
网络分层体系结构原理禁止不同主机的对等 层之间进行直接通信。(想一想，为什么?) 实际上，每一层必须依靠下层提供的服务来 与另一台主机的对等层通信。
据链路层和物理层代替网络接口层。
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TCP/IP与OSI/RM的对应关系
OSI/RM 7 6 5 4 3 2 应用层 表示层 应用层
TCP/IP支持 所有标准的物 理层和数据链 路层协议
TCP/IP
会话层 传输层
网络层 数据链路层 物理层 传输层 网际层 网络接口层
1
PPP, HDLC, FDDI, Ethernet, 802.3, 802.5等等
上层使用下层提供的服务——Service user； 下层向上层提供服务——Service provider。
第n+1层是第n层的服务用户，第n-1层是第n层的服务 提供者 第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务
例：邮政通信
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对等通信例：两个人收发信件
发信人 邮局 运输系统
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通信协议的三要素
语义
对协议中各协议元素的含义的解释，例如：
在HDLC协议中，标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束 在BSC协议中，SOH(01H)表示报文的开始，STX(02H)表示报文 正文的开始，ETX(03H)表示报文正文的结束
语法
协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如：
OSI/RM的体系结构分为7层
7 应用层Application 表示层Presentation 会话层Session
为网络应用提供服务 数据表示 在用户间建立会话关系 不同主机进程间的通信 在主机间传输分组 在节点间可靠地传输帧 位流的透明传输
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6
5 4 3 2 1
传输层Transport 网络层Network
PDU由协议控制信息（协议头）和数据（SDU）组成:
协议控制信息 数据（SDU）
协议头部中含有完成数据传输所需的控制信息:
地址、序号、长度、分段标志、差错控制信息、…
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下层把上层的PDU作为本层的数据加以封装，然后 加入本层的协议头部（和尾部）形成本层的PDU。
封装：就是在数据前面加上特定的协议头部。
3
对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组 织网络的结构，以达到：
结构清晰
简化设计与实现
便于更新与维护 较强的独立性和适应性
解决：分而治之！
一个生活中的例子：空中旅行的组织
4
空中旅行的组织
机票 (购买) 行李 (托运) 旅客 (出发) 飞机 (起飞) 飞行航线 机票 (投诉) 行李 (认领) 旅客 (到达) 飞机 (着陆) 飞行航线
N+1层PDU
数 协议头
据
N层PDU
数
据
因此，数据在源站自上而下递交的过程实际上就是 不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过 程就是不断拆封的过程。——类比：发送信件
数据在传输时，其外面实际上要被包封多层“信封”。
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数据多层封装
封装 拆封
数据 段头
数据
段 分组
分组头
段头
数据
帧头
分组头
信件内容 邮件地址
对信件内容的共识
P3
对信件如何传递的共识
信件内容 收信人 邮件地址
邮局
P2
对货物如何运输的共识
货物地址
P1 公路，铁路，航空
货物地址 运输系统
问题：
收信人与发信人之间、邮局之间，他们是在直接通信吗？ 邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？ 邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？
2
?计算机网络体系结构
网络体系结构提出的背景——计算机网络的复杂性、 异质性
不同的通信介质——有线、无线、… … 不同种类的设备——主机、路由器、交换机、复用设 备、… … 不同的操作系统——Unix、Windows、… … 不同的软/硬件、接口和通信约定（协议） 不同的应用环境——固定、移动、… … 不同种类业务——分时、交互、实时、… … 宝贵的投资和积累——有形、无形、… … 用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏
事实上的标准
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层次结构方法的优点
独立性强——耦合程度低
上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方 法。
适应性强
只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。
易于实现和维护
把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子 单元：
使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。 使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。
Hi
Hi What’s the time?
请求连接 连接确认
传送文件：xxxxx.xxx
2:00
time
<文件>
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通信协议的三要素
语法：“如何讲”，数据的格式、编码和信号等级 （电平的高低）。 语义：“讲什么”，数据内容、含义以及控制信息。
定时规则（时序）：明确通信的顺序、速率匹配和 排序。
计算机网络中也采用了分层方法。——把复 杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部 问题，在不同层上予以解决。 网络的层次结构方法要解决的问题：
网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？ （分层与功能） 各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？ （服务与接口） 通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）
数据链路层Data Link 物理层Physical
TCP/IP体系结构分为4层：
应用层 传输层
application
transport internet network interface data link physical
网际层
网络接口层
＝数据链路层＋物理层
注： TCP/IP体系结构有时也采用5层表示方法，即用数
飞行航线
一系列的步骤
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空中旅行的组织: 从另一种不同的角度观察
机票 (购买) 行李 (托运) 机票 (投诉) 行李 (认领) 旅客 (到达) 飞机 (着陆) 飞行航线 飞行航线 层次的观点： 每层实现一种特定的服务 – 通过自己内部的功能 – 依赖自己的下层提供的服务
旅客 (出发)
飞机 (起飞) 飞行航线
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计算机网络体系结构概述
1. 计算机网络体系结构的定义 2. 网络体系结构的分层原理 3. 网络协议
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2. 网络体系结构的分层原理
基本概念：
实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。 对等层：两个不同系统的同级层次。 对等实体：分别位于不同系统对等层中的两个实体 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之 间的操作及下层对上层的服务。 服务：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。 协议：通信双方在通信中必须遵守的规则。