计算机网络体系结构资料
计算机网络体系结构
计算机网络体系结构计算机网络体系结构是指将计算机网络划分为不同的层级，并在每个层级中定义特定的功能和协议。
这种分层结构有助于网络的设计、维护和扩展。
在计算机网络体系结构中，常用的是OSI参考模型和TCP/IP参考模型。
下面是TCP/IP参考模型的五层结构：1. 物理层：该层负责物理传输介质的传输，例如光纤、电缆等。
它定义了连接计算机所需的硬件细节，以及数据的电压、信号速率等特性。
在此层上，数据以比特流的形式传输。
2. 数据链路层：该层负责将原始的比特流转换为有意义的数据帧，并提供传输信道的错误检测和纠正。
它通常有两个子层：逻辑链路控制子层和介质访问控制子层。
3. 网络层：该层负责在计算机网络中进行数据包的路由和转发。
它使用IP地址来标识不同的网络设备，并为数据包选择合适的路径。
在此层上，数据被划分为小块，并加上源和目的地的网络地址信息。
4. 传输层：该层负责在源和目的地之间提供可靠的数据传输。
它使用TCP和UDP协议来实现数据的分段和重新组装，以及连接的建立和终止。
在此层上，数据被划分为报文段，每个报文段都有序号和检验和。
5. 应用层：该层提供应用程序访问网络的接口，并为各种网络应用提供服务。
它包括HTTP、FTP、SMTP等协议，用于实现Web浏览、文件传输、电子邮件等常见的应用功能。
这种分层结构的优点在于，每个层级的功能和协议都相对独立，可以由不同的厂商和团队进行独立开发和测试。
同时，各层之间的接口规范也使得不同厂商的设备能够互相兼容和交互操作。
此外，通过将网络分解为多个层级，可以更好地进行网络故障诊断和故障隔离，提高网络的可靠性和可扩展性。
总之，计算机网络体系结构的分层设计为网络的建设、管理和维护提供了一种有效的方法。
它不仅可以提供高效的数据传输和服务提供，同时也为网络的安全性和可靠性提供了保障。
计算机网络体系结构的分层设计是网络通信的基础。
通过将网络的各个功能划分为不同的层级，可以使得不同的网络设备和应用程序可以按照规定的协议进行交互，实现信息的传输和交换。
计算机网络体系结构
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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
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。
计算机网络的体系结构概述
开放系统互连参考模型 OSI/RM
• OSI 只获得了一些理论研究的成果，在市 场化方面却失败了。原因包括：
– OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动 力；
– OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很 低；
计算机网络的体系结构
• 1.1 计算机网络体系结构的形成 • 1.2 协议与划分层次 • 1.3 具有五层协议的体系结构 • 1.4 实体、协议、服务和服务访问点 • 1.5 TCP/IP 的体系结构
1.1 计Leabharlann 机网络体系结构的形成• 计算机网络是个非常复杂的系统。 • 相互通信的两个计算机系统必须高度协调
– OSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标 准生产的设备无法及时进入市场；
– OSI 的层次划分也不太合理，有些功能在多个 层次中重复出现。
两种国际标准
• 法律上的 (de jure) 国际标准 OSI 并没有得 到市场的认可。
• 非国际标准 TCP/IP 却获得了最广泛的应用。 TCP/IP 常被称为事实上的 (de facto) 国际 标准。
• 不久后，其他一些公司也相继推出自己公 司的具有不同名称的体系结构。
• 由于网络体系结构的不同，不同公司的设 备很难互相连通。
开放系统互连参考模型 OSI/RM
• 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 年成立了专门机构研 究该问题。
• 他们提出了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。
ISOOSI网络体系结构计算机网络
ISO/OSI网络体系结构计算机网络1. ISO/OSI网络体系结构：即开放系统互联参考模型（Open System Interconnect Reference Model）。
是ISO（国际标准化组织）根据整个计算机网络功能将网络分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层七层。
也称"七层模型"。
每层之间相对独立，下层为上层提供服务。
物理层（Physics Layer） 1. 物理层是网络的最底层。
实现的物理实体主要是通信媒体（线路）和通信接口，其主要指实现传输原始比特流的物理连接的各种特性（手段）。
物理层的概念：（1）OSI:在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需物理连接的激活、保持和去活提供的机械的、电气的、功能特性和规程特性的手段。
(2) CCITT(国际电话与电报顾问委员会):利用物理的、电气的、功能和规程特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。
信道实体的特性：物理特性（特性），电气特性，功能特性，规程特性。
2．物理的功能：（1）实现各节点之间的位传输。
保证位传输的正确性，并向数据链路层提供一个透明的位流传输。
（2）在DTE,DCE之间完成对数据链路的建立、保持和拆除操作。
3. 解决的主要问题：物理层负责一个节点（主机、工作站）与下一节点之间的比特流（位）传输。
包括传输介质的接口，数据信号的编码，电压或电压放大，接头尺寸，形状及输出针，以及与位流的物理传输相关的其它任何东西。
4.物理层的四个特性：物理特性（机械特性），电气特性，功能特性，规程特性。
(1) 机械特性（物理特性）：指通信实体间硬件连接接口的机械特点。
如：接口的形状、大小；接口引脚的个数、功能、规格、引脚的分布；相应通信媒体的参数和特性。
（2）电气特性：线路连接方式、信号电平、传输速率、电缆长度和阻抗。
（3）功能特性：接口电路的功能，物理接口各条信号线的用途（用法）。
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。
计算机网络的组成与结构(共10张PPT)
二、计算机网络的拓扑结构
2、 广播式传输结构 (2) 无线通信
采用微波、卫星通信等无线电波传输数据的网路，其构型也是任意的。
(1)、星型结构
X
1、 点对点传输结构
树型结构是星形的扩展，是一种分层结构，具有根节点和各分支节点。
二二、、计 计算算机机网网络络的的拓拓Y扑扑结结构构
W
优点：费用比星形结构低，网络软件也不复杂，维护方便。
优点：不会发生冲突情况。
1、 点对点传输结构
Z
基本拓扑结构有总线形、树形、环形和无线a)通信等。
二、计算机网络的拓扑结构
2、 广播式传输结构 (1)总线型
以一条共用的通道来连接所有节点，所有节点地位平等。
l介质访问控制方式。
为了避免“冲突”产生，就有一个解决“争用”总线问题的方式，以使 各节点充分利用总线的信道空间和时间来传送数据并不会发生相互冲突。
l优点：成本低廉和布线简单。
l缺点：故障查找困难。
计算机网络的组成与 结构
一、计算机网络的基本组成
1、资源子网
资源子网一般由主计算机系统、终端和终端控制器、联网外围设备等与通 信子网的接口设备以及各种软件资源、数据资源等组成。负责全网的数据 处理和向网络用户提供网络资源及网络服务等。
(1)主计算机：在计算机网络中，主机负责数据处理和网络控制，它与其他模块
拓扑结构有总线形、树形、环形 和无线通信等。
二、计算机网络的拓扑结构
1、 点对点传输结构
(1)、星型结构
以中央节点为中心向外成放射状。一般是由集线器（HUB）或交换机来承 担中央节点功能，传输介质一般为双绞线。
Hub(集线器)
l优点：故障容易检查；新增或减少计算机时，不会造成网络中断。 l缺点：当中心节点设备出现故障时，会引起整个网络瘫痪，所以可靠性较差。
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• Network layer来自 packet• Data-link layer: Frame
• Physical layer: bit
封装与解封装
封装 （ encapsulate/encapsulation）：数据要通过网 络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一 个主机要传送数据到别的主机，先把数据装到一个特 殊协议报头中，这个过程叫-----封装
表示层协议 会话层协议 传输层协议
网络层
数据连路层
物理层
质
通
端系统B
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据连路层 物理层 信介质
在20世纪70年代，各大计算机生产商的产品都拥有自己的 网络通信协议。但是不同的厂家生产的计算机系统就难以 连接，为了实现不同厂商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（开放系统互 连参考模型）即OSI/RM也称为ISO/OSI，该系统称为开放 系统。
2.2标准化组织ISO
网络分层的优点
层 layer：描述了所有需求的有效的通讯过程，并 把这些过程逻辑上的组叫做层。
分层的优点： 1.促进标准化工作,允许各个供应商进行开发. 2.各层间相互独立,把网络操作分成低复杂性单元. 3.灵活性好,某一层变化不会影响到别层，设计者
可专心设计和开发模块功能. 4.各层间通过一个接口在相邻层上下通信
EIA/TIA-232 V.35
数据流层的作用
应用层 表示层 会话层
传输层
• 可靠或不可靠的数据传输 • 数据重传前的错误纠正
网络层
提供路由器用来决定路径的逻辑寻址
• 将比特组合成字节进而组合成帧
数据链路层
• 用MAC地址访问介质 • 错误发现但不能纠正
物理层
• 设备间接收或发送比特流 • 说明电压、线速和线缆等
解封装过程
应用层 表示层 会话层
传输层 网络层
数据链路层
物理层
上层数据 上层数据
TCP+上层数据 IP + TCP +上层数据 LLC 头 + IP + TCP + 上层数据
0101110101001000010
数据传输过程
端系统A
应用层 表示层 会话层 传输层
网络层 数据连路层
物理层 通信介
应用层协议
数据流层的作用
例子
网络层
提供路由器用来决定路径的逻辑寻址
• 将比特组合成字节进而组合成帧
数据链路层
• 用MAC地址访问介质 • 错误发现但不能纠正
物理层
• 设备间接收或发送比特流 • 说明电压、线速和线缆等
IP IPX
802.3 / 802.2 HDLC
EIA/TIA-232 V.35
数据流层的作用
ISO:国际标准化组织 ( International Organization for Standardization )
OSI:开放系统互联 ( open system interconnection ) 20世纪70年代后期，ISO创建OSI参考模型，希望不同
供应商的网络能够相互协同工作，但迄今为止，这仍 然是一个伟大的目标！
封装分为：切片和加控制信息 解封装：上述的逆向过程
封装过程
应用层 表示层 会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
TCP 头 IP 头 LLLLCC 头头 MAC 头
上层数据 上层数据
TCP+上层数据
IP + TCP +上层数据
FCS
LLC 头 + IP + TCP + 上层数据
FCS
0101110101001000010
OSI 模式 概述
应用层 (高)
应用层 表示层 会话层
OSI 模式
应用层 (高)
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
数据流层
应用层作用
应用层
用户接口
例子
Telnet SMTP HTTP FTP
应用层作用
应用层 表示层
用户接口
• 数据表示 • 加密等特殊处理过程
例子
Telnet SMTP HTTP FTP
例子
TCP UDP SPX
IP IPX
802.3 / 802.2 HDLC
EIA/TIA-232 V.35
PDU
• PDU（protocol data unit):每一层使用自己层的协 议和别的系统的对应层相互通信，协议层的协议 在对等层之间交换的信息叫协议数据单元。
• 上层
: message
• transport layer : segment
应用层
表示层
会话层
传输层 网络层 数据链路层 物理层
用户接口
• 数据表示 • 加密等特殊处理过程
保证不同应用间的数据区 分
例子
Telnet HTTP
ASCII EBCDIC JPEG
Operating System/ Application Access Scheduling
数据流层的作用
例子
物理层
ASCII EBCDIC JPEG
应用层作用
应用层 表示层 会话层
用户接口
• 数据表示 • 加密等特殊处理过程
保证不同应用间的数据区 分
例子
Telnet HTTP
ASCII EBCDIC JPEG
Operating System/ Application Access Scheduling
应用层作用
本章内容
2.1网络体系结构的概念 2.2OSI参考模型 2.3TCP/IP工业模型 2.4局域网体系结构
2.1网络体系结构
所谓网络体系就是为了完成计算机之间的通信合作，把每 台计算机的功能划分成有明确定义的层次，并固定了同层 次的进程通信的协议及相邻之间的接口及服务，将对应层 次进程通讯的协议及相邻层的接口统称为网络体系结构。
• 设备间接收或发送比特流 • 说明电压、线速和线缆等
EIA/TIA-232 V.35
数据流层的作用
例子
• 将比特组合成字节进而组合成帧
数据链路层
• 用MAC地址访问介质 • 错误发现但不能纠正
物理层
• 设备间接收或发送比特流 • 说明电压、线速和线缆等
802.3 / 802.2 HDLC
EIA/TIA-232 V.35
传输层
• 可靠或不可靠的数据传输 • 数据重传前的错误纠正
网络层
提供路由器用来决定路径的逻辑寻址
• 将比特组合成字节进而组合成帧
数据链路层
• 用MAC地址访问介质 • 错误发现但不能纠正
物理层
• 设备间接收或发送比特流 • 说明电压、线速和线缆等
例子
TCP UDP SPX IP IPX
802.3 / 802.2 HDLC