计算机网络体系结构讲解

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第3章网络体系结构讲解

第3章网络体系结构讲解

无连接服务
特点(类似于邮政系统服务模式):
1、无连接服务中的数据传输过程不需要经过建立连接、连
接维护与终止连接三个过程;
计 算 机
2、无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址,各 分组在系统中是独立传送的;
网 3、数据分组传输过程中,目的结点接收的数据分组可能出
络 现乱序、重复与丢失的现象;
4、无连接服务的可靠性不好,但是协议相对简单,通信效
络 • 接口数据单元IDU:PDU、PCI与ICI共同构成了IDU,它
为经过层间接口的数据单元。
• 服务数据单元SDU:下层接收到IDU后,从中除掉ICI, 此时的数据包称为SDU。
面向连接的服务
特点(类似于电话系统服务模式): 1、数据传输过程必须经过建立连接、连接维护与终止连接
的三个过程;
计 2、面向连接服务的传输连接类似一个通信管道,发送者在 算 一端放入数据,接收者从另一端取出数据; 机 3、数据传输时,数据包不必携带目的结点的地址; 网 4、接收到的数据与发送方发出的数据在内容和顺序上保持 络 一致,传输可靠性好,但是协议复杂,通信效率不高。
数据链路层的功能
① 数据链路管理:通信的两个实体之间数据链路的建立、维 护与释放。
② 采用差错控制与流量控制方法,使有差错的物理线路变成 无差错的数据链路。
③ 数据链路层数据传送单位为帧。
思考:数据链路与物理线路有什么区别?
一、协议和体系结构
网络层 网络中通信的两个计算机之间要经过许多的节点和链路或几个 通信子网,由于网络层数据传送单位是分组,因此网络层的主
计 算 机 网 络
• 对等实体:不同计算机中同一层的实体叫做对等(Peer) 实体。
• 服务:网络中各层向上层提供的一组功能(操作)。 在网络中服务分为:面向连接的服务和无连接服务 服务定义了两层之间的接口,上层是服务的用户,下层是服 务的提供者。

计算机网络的体系结构

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。

计算机网络体系结构

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。

第2章 计算机网络体系结构

第2章  计算机网络体系结构






2.1.1.研究制定计算机网络体系结构的科学方法 在初期的自由竞争中,计算机网络体系结构在短时间内得 到了迅速发展,但是伴随着计算机网络形式的多样化、复杂 性,也出现了许多问题。 例如,用户的资源和数据存储在采用不同操作系统的主 机中,这些主机分布在网络的不同地方,需要在不同的传输 媒体上实现采用不同操作系统的主机之间的通信;如何解决 异种机和异种网络互连问题;特别是系统的互连成为一个大 问题。






4.美国电气电子工程师学会 美国电气电子工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)于1963年由美国电气工程师 学会(AIEE)和美国无线电工程师学会(IRE)合并而成,是美 国规模最大的制定标准的专业学会。 IEEE由大约17万名从事电气工程、电子和有关领域的专 业人员组成,分设1O个地区和206个地方分会,设有31个技 术委员会。 IEEE制定的标准内容有:电气与电子设备、试验方法、元 器件、符号、定义以及测试方法等。 IEEE最引人注目的成就之一是通过802方案对LAN和城域网 MAN进行的标准化。802方案含局域网和城域网各方面上百个 单独的规范,符合IEEE的LAN包括以太网(IEEE 802.3)和令 牌环网(802,5),802系列标准和所有规范限于物理层和/ 或数据链路层。



5.美国电子工业协会 美国电子工业协会(Electronic Industries Association, EIA)创建于1924年,当时名为无线电制造商协会(Radio Manufacturers Association,RMA),总部设在弗吉尼亚的 阿灵顿。

第三章 计算机网络体系结构-基本概念

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

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

计算机网络的体系结构

计算机网络的体系结构

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
主机 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 上层模块
再设计一个通信服务模块
主机 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
主机 2 文件传送模块
通信服务模块
实体、协议、服务 和服务访问点(续)
●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透明的。
●协议是“水平的”,即协议是控制对等实体之间 通信的规则。
●服务是“垂直的”,即服务是由下层向上层通过 层间接口提供的。
●同一系统相邻两层的实体进行交互的地方,称为 服务访问点 SAP (Service Access Point)。
● 但最下面的网络接口层并没有具体内容。 ● 因此往往采取折中的办法,即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点,采用一
种只有五层协议的体系结构 。
五层协议的体系结构
5 应用层 4 运输层 3 网络层 2 数数据据链链路路层层 1 物理层
● 应用层(application layer) ● 运输层(transport layer) ● 网络层(network layer) ● 数据链路层(data link layer) ● 物理层(physical layer)
著名的协议举例
【例1-1】
占据东、西两个山顶的蓝军1和蓝军2与驻扎在 山谷的白军作战。其力量对比是:单独的蓝军1 或蓝军2打不过白军,但蓝军1和蓝军2协同作战 则可战胜白军。现蓝军1拟于次日正午向白军发 起攻击。于是用计算机发送电文给蓝军2。但通 信线路很不好,电文出错或丢失的可能性较大 (没有电话可使用)。因此要求收到电文的友 军必须送回一个确认电文。但此确认电文也可 能出错或丢失。试问能否设计出一种协议使得 蓝军1和蓝军2能够实现协同作战因而一定(即 100 %而不是99.999…%)取得胜利?

《计算机网络》第1章:计算机网络体系结构

《计算机网络》第1章:计算机网络体系结构

《计算机⽹络》第1章:计算机⽹络体系结构第1章计算机⽹络体系结构1.1计算机⽹络概述计算机⽹络是⼀个将分散的、具有独⽴功能的计算机系统,通过通信设备与线路连接起来,由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

计算机⽹络是互连的、⾃洽的计算机系统的集合。

⼀个完整的计算机⽹络主要由硬件、软件、协议三⼤成分组成,缺⼀不可。

硬件由主机(端系统)、通信链路(双绞线、光纤)、交换设备(路由器、交换机)、通信处理机(⽹卡)等组成。

计算机⽹络由通信⼦⽹和资源⼦⽹组成。

计算机⽹络的功能:数据通信、资源共享、分布式处理、提⾼可靠性、负载均衡计算机⽹络的分类按分布范围分:⼴域⽹(WAN)、城域⽹(MAN)、局域⽹(LAN)、个⼈区域⽹(PAN)。

按交换技术分:电路交换⽹络、分组交换⽹络、报⽂交换⽹络。

按拓扑结构分:星形⽹络、总线型⽹络、环形⽹络、⽹状形⽹络按传播技术分:⼴播式⽹络、点对点⽹络按使⽤者分:公⽤⽹、专⽤⽹按传输介质分:有线⽹、⽆线⽹RFC(Request For Comments)上升为因特⽹正式标准需经过以下四个阶段:因特⽹草案、建议标准(这个阶段开始成为RFC⽂档)、草案标准、因特⽹标准。

计算机⽹络的性能指标:带宽:⽹络的通信线路所能传送数据的能⼒,单位是『⽐特每秒(b/s)』时延:指数据(⼀个报⽂或分组)从⽹络(或链路)的⼀段传送到另⼀端所需要的总的时间。

n 发送时延:节点将分组的所有⽐特推向(传输)链路所需的时间。

也称传输时延。

发送时延=分组长度/信道宽度n 传播时延:电磁波在信道中传播⼀定的距离需要花费的时间。

传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速度n 处理时延:数据在交换节点为存储转发⽽进⾏的⼀些必要的处理所花费的时间。

n 排队时延:等待输⼊队列和输出队列处理所需时间。

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延 //排队时延和处理时延⼀般忽略不计⾼速链路提⾼的仅是数据发送速率⽽不是⽐特在链路上的传播速度。

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第2层:数据链路层(Data Link Layer)

2013年7月
计算机网络基础 杜煜
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OSI各层的功能概述(二)

第3层:网络层(Network Layer)

为传输层的数据传输提供建立、维护和终止网络连接 的手段,把上层来的数据组织成数据包(Packet)在节点 之间进行交换传送,并且负责路由控制和拥塞控制。 为上层提供端到端(最终用户到最终用户)的透明的、可 靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过程 中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
20
网络层
计算机网络分为资源子网和通信子网。网络层就是通信子 网的最高层,它在数据链路层提供服务的基础上,向资源 子网提供服务。 网络层与数据链路层的关系如下图所示:

发送端传输层的数据 L4 DATA 数据包 NH 网络层 接收端传输层的数据 L4 DATA
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
6
接口(Interface)


分层结构中各相邻层之间要有一个接口,它定义了较低 层向较高层提供的原始操作和服务。相邻层通过它们之 间的接口交换信息,高层并不需要知道低层是如何实现 的,仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务,这 样使得两层之间保持了功能的独立性。 对于网络结构化层次模型,其特点是每一层都建立在前 一层的基础上,较低层只是为较高一层提供服务。这样 每一层在实现自身功能时,直接使用较低一层提供的服 务,而间接地使用了更低层提供的服务,并向较高一层 提供更完善的服务,同时屏蔽了具体实现这些功能的细 节。
01010110101001011010110110101010
传输媒体
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
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物理层

物理层是OSI/RM的最低层。它直接与物理信道相连,起 到数据链路层和传输媒体之间的逻辑接口作用,提供建立、 维护和释放物理连接的方法,实现在物理信道上进行比特 流传输的功能。
发送端数据链路层的数据 L2 DATA 接收端数据链路层的数据 L2 DATA
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
25
传输层提供的服务

传输层为高层提供两种基本的服务:

面向连接的服务

面向连接提供的是可靠的服务。

和面向无连接的服务

面向无连接是一种不太可靠的服务。
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
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会话层
会话层是利用传输层提供的端到端的服务,向表 示层或会话用户提供会话服务。 在ISO/OSI环境中,所谓一次会话,就是两个用 户进程之间为完成一次完整的通信而进行的过程, 包括建立、维护和结束会话连接。会话协议的主 要目的就是提供一个面向用户的连接服务,并对 会话活动提供有效的组织和同步所必须的手段, 对数据传送提供控制和管理。
应用层
7-6接口 应用层协议
系统B
应用层
7-6接口
表示层协议
表示层
6-5接口 会话层协议
表示层
6-5接口
会话层
5-4接口 传输层协议
会话层
5-4接口
传输层
4-3接口 网络层协议
传输层 网络层
数据链路层协议 3-2接口 网络层协议 数据链路层协议 4-3接口
网络层
3-2接口
网络层
3-2接口
数据链路层
2-1接口 物理层协议
成帧 物理地址寻址 流量控制 差错控制 接入控制
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
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数据链路层的物理地址寻址
节点 1 2 3 4
物理地址
A
B DT DATA 尾部控制信息 源地址
C A D 数据帧 目的地址
D

节点1的物理地址为A,若节点1要给节点4发送数据,那 么在数据帧的头部要包含节点1和节点4的物理地址,在 帧的尾部还有差错控制信息(DT)。

发送端网络层的数据 L 3DATA 数据链路层 DT 数据帧 DH 数据帧 DH
接收端网络层的数据 L3 DATA 数据链路层 DT
11010111„„0101011 发送端物理层
11010111„„0101011 接收端物理层
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
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数据链路层涉及的具体内容

L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1 L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1
AH PH SH PH NH DH
数据
L7 DATA L6 DATA
L7 DATA L6 DATA
L5 DATA L4 DATA L3 DATA
L5 DATA L4 DATA L3 DATA DT
01010110101001011010110110101010

2013年7月 计算机网络基础 杜煜
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网络层涉及的概念
逻辑地址寻址 路由功能 流量控制 拥塞控制

2013年7月
计算机网络基础 杜煜
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传输层
传输层是资源子网与通信子网的接口和桥梁, 它完成资源子网中两节点间的直接逻辑通信, 实现通信子网端到端的可靠传输。传输层在七 层网络模型的中间起到承上启下的作用,是整 个网络体系结构中的关键部分。
会话层
5-4接口
传输层
4-3接口
传输层
4-3接口
网络层
3-2接口 数据链路层协议
网络层
3-2接口
数据链路层
2-1接口 物理层协议
数据链路层
2-1接口
OSI/RM
物理层
物理传输信道
物理层
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
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基于OSI的通信模型结构
中间节点 系统A 第7层 第6层 第5层 第4层 第3层 第2层 第1层


完成计算机间的通信合作,把每个计算机互联的功能 划分成有明确定义的层次,并规定同层次进程通信的 协议及相邻层之间的接口服务;
3
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
网络体系结构的相关概念

协议(Protocol)

协议就是为实现网络中的数据交换建立的规则标准或 约定。
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
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协议的组成

协议由语法、语义和交换规则三部分组成,即协 议的三要素:

语义 语法 交换规则
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
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实体(Entity)

实体(Entity)


在网络分层体系结构中,每一层都由一些实体组成, 这些实体抽象地表示了通信时的软件元素(如进程或 子程序)或硬件元素(如智能I/O芯片等)。 实体是通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施。

2013年7月
计算机网络基础 杜煜
27
表示层

表示层处理的是OSI系统之间用户信息的表示问 题。表示层不像OSI/RM的低五层只关心将信息 可靠地从一端传输到另外一端,它主要涉及被传 输信息的内容和表示形式,如文字、图形、声音 的表示。另外,数据压缩、数据加密等工作都是 由表示层负责处理。
2013年7月

机械特性 电气特性 功能特性 规程特性
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
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物理层涉及的内容二



数据交换单元为二进制比特 比特的同步 线路的连接 物理拓扑结构 传输方式
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
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数据链路层
数据链路层是OSI/RM的第二层,它通过物理层提供的比特流服务,在相邻 节点之间建立链路,传送以帧(Frame)为单位的数据信息,并且对传输中 可能出现的差错进行检错和纠错,向网络层提供无差错的透明传输。 数据链路层的有关协议和软件是计算机网络中基本的部分,在任何网络中数 据链路层是必不可少的层次,相对高层而言,它所有的服务协议都比较成熟。

第6层:表示层(Presentation Layer)


第7层:应用层(Application Layer)

2013年7月
计算机网络基础 杜煜
13
OSI/RM的信息流动
系统A
应用进程
பைடு நூலகம்系统B
应用进程
数据
数据
交换数据 单元的名称 报文 报文 报文 报文 数据包 数据帧 DT 比特
数据 AH PH SH PH NH DH
2013年7月
计算机网络基础 杜煜
7
开放系统互连参考模型(OSI/RM)
为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不 同网络之间的数据通信,国际标准化组织ISO对 各类计算机网络体系结构进行了研究,并于1981 年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标 准,称为开放系统互连参考模型(OSI/RM),也称 为ISO/OSI。 “开放”表示任何两个遵守OSI/RM的系统都可 以进行互连,当一个系统能按OSI/RM与另一个 系统进行通信时,就称该系统为开放系统。
计算机网络基础 杜煜
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应用层
应用层是OSI/RM的最高层,它是计算机网络与 最终用户间的接口,它包含系统管理员管理网络 服务所涉及的所有问题和基本功能。它在 OSI/RM下面六层提供的数据传输和数据表示等 各种服务的基础上,为网络用户或应用程序提供 完成特定网络服务功能所需的各种应用协议。 常用的网络服务包括文件服务、电子邮件(Email)服务、打印服务、集成通信服务、目录服 务、网络管理服务、安全服务、多协议路由与路 由互连服务、分布式数据库服务、虚拟终端服务 等。
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