计算机网络协议与体系结构
计算机网络体系结构与网络协议
第三章计算机网络体系结构与网络协议3.1 网络体系结构3.1.1 概述使相互通信的两个可能不同厂家、不同结构的计算机系统高度协调地交换数据，通信双方必须在有关信息内容、格式和传输顺序等方面遵守一些事先约定好的规则，如通信过程的同步方式、数据格式、编码方式等。
这些为进行网络中数据交换而制定的规则、标准与约定，称为网络协议。
考察一个实际社会中的邮政系统的结构、运行过程。
以下是邮政系统结构以及信件发送与接收过程的示意图。
3.1.2 网络体系结构的基本概念1. 协议（protocol）协议是一种通信规约。
不遵循双方事先约定好的规则与规定，就要出错。
计算机网络也是如此，网络中大量计算机之间要有条不紊地交换数据，就必须制定一系列的通信协议。
一个网络协议主要由三个要素组成：（1）语义：构成协议的协议元素的含义。
协议元素是指需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应。
（2）语法：数据或控制信息的数据结构形式或格式（3）时序：对事件实现顺序的详细说明3. 接口（interface）接口是同一节点内相邻层之间交换信息的连接点。
低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。
4. 体系结构（architecture）对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构模型。
计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的。
将网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构（Network Architecture）。
即关于计算机网络应该设置哪几层，每层应提供哪些功能。
3.1.3 网络体系结构的特点1. 各层之间互相独立2. 灵活性好3. 结构上可以分割开，各层都可以采用最适合的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其它层4. 易于实现和维护5. 有利于促进标准化3.2 开放系统互连参考模型3.2.1 OSI参考模型的制定开放系统互连参考模型OSI（Open system interconnection/Reference Model）是由国际标准化组织ISO制定的网络层次结构模型。
计算机协议及体系结构网络协议与层次结构
计算机协议及体系结构网络协议与层次结构计算机协议及体系结构：网络协议与层次结构计算机网络已经成为当今社会中不可或缺的一部分。
网络的正常运行需要依靠一种特定的规则和约定，这就是计算机协议。
本文将介绍计算机协议的概念、分类以及体系结构，并重点讨论网络协议与层次结构的关系。
一、计算机协议的概念与分类计算机协议是进行网络通信时必需的一种规范或约定。
它定义了数据在传输过程中的格式、顺序及错误处理等细节，使得不同设备和系统能够实现互联互通。
根据协议的不同特点和功能，我们可以将计算机协议分类为以下几种：1. 传输层协议：传输层协议负责提供可靠的数据传输服务，如TCP （传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。
2. 网络层协议：网络层协议负责对数据包进行路由和转发，实现不同网络之间的通信，如IP（互联网协议）。
3. 数据链路层协议：数据链路层协议负责进行数据的分帧、差错校验和流量控制等，如以太网协议。
4. 物理层协议：物理层协议负责将数字信号转换为物理信号进行传输，如以太网物理层规范。
二、网络协议与层次结构网络协议的实现通常采用分层的结构，这就是网络协议的层次结构。
层次结构将网络通信过程划分为不同的层次，每一层都负责一部分功能，通过协议的定义和规定来实现通信的目标。
1. OSI参考模型OSI参考模型是一种广为接受的网络协议层次结构，它将通信系统划分为七个不同层次：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
每一层都承担特定的功能，在数据传输过程中相互协同工作，从物理层到应用层逐层处理数据。
2. TCP/IP协议族TCP/IP协议族是互联网最常用的协议体系结构。
它包含四个层次：网络接口层、网络层、传输层和应用层。
其中，网络接口层与数据链路层对应，网络层相当于OSI参考模型中的网络层，传输层则对应传输层，应用层包含了会话层、表示层和应用层的功能。
三、网络协议与层次结构的关系网络协议通过层次结构的方式，使得不同层次的协议可以独立设计、实现与扩展。
网络体系结构及网络协议课件
目 录
• 网络体系结构概述 • OSI模型 • TCP/IP模型 • 网络协议详解 • 网络安全与协议 • 未来网络体系结构展望
01 网络体系结构概述
什么是网络体系结构
总结词
网络体系结构是计算机网络中各层功 能及其相互关系的集合，定义了网络 中数据传输和通信的规则。
DNS协议
总结词
域名系统，将域名转换为IP地址。
详细描述
DNS协议是互联网上用于将域名转换为IP地址的一种分布式数据库系统。通过DNS协议，用户可以在 浏览器中输入域名，而不是IP地址，来访问网站。DNS协议将域名解析为相应的IP地址，以便计算机 能够相互通信。
FTP协议
总结词
文件传输协议，用于在网络上传输文件。
远程办公 企业通过SSH协议建立安全的远程登 录通道，保证远程办公数据的安全性。
域名系统（DNS） DNS通过DNSSEC协议提供安全可靠 的域名解析服务，保护用户免受DNS 欺骗攻击。
06 未来网络体系结构展望
软件定义网络（SDN）
总结词
软件定义网络是一种新型网络体系结构，通过将网络控制与 转发分离，实现网络资源的灵活管理和调度。
DNSSEC协议
DNSSEC协议是一种DNS安全扩展协议，可以为DNS查询提供数据完 整性和源认证等安全保护。
网络安全协议的应用场景
电子商务 电子商务网站通过SSL/TLS协议对用户 提交的敏感信息进行加密传输，保证交
易数据的安全性。 虚拟专用网络（VPN） VPN通过IPsec协议建立安全的网络 连接，保护数据传输的安全性。
应用层
直接为用户提供服务，如文件传输、电子邮件和网页 浏览等。
表示层
第3章 计算机网络体系结构与协议
第3章
计算机网络体系结构与协议
16
OSI环境中的数据传输过程OSI环境 环境中的数据传输过程OSI 3.2.4 OSI环境中的数据传输过程OSI环境 environment） （OSI environment）
主机A 主机 A 应用进程A 主机 B 应用进程B
应 表 会 传 网
用 层 示 层 话 层 输 层 络 层 网 CCP A
第3章
计算机网络体系结构与协议
11
OSI参考模型的结构 OSI参考模型的结构
主机 应 用 层 表 示 层 会 话 层 传 输 层 网 络 层 数据链路层 物 理 层 CCP 网 络 层 数据链路层 物 理 层 CCP 网 络 层 数据链路层 物 理 层 主机 应 用 层 表 示 层 会 话 层 传 输 层 网 络 层 数据链路层 物 理 层
第3章
计算机网络体系 结构与协议
第3章
计算机网络体系结构与协议
1
3.1 3.2
网络体系结构的基本概念 OSI参考模型 OSI参考模型
3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 OSI参考模型的基本概念 OSI参考模型的基本概念 OSI参考模型的结构 OSI参考模型的结构 OSI参考模型各层的功能 OSI参考模型各层的功能 OSI环境中的数据传输过程 OSI环境中的数据传输过程
OSI参考模型的评价 3.4.1 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； • 严格按照层次模型编程的软件效率很低。
第2章网络协议的体系结构
层名称 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层
主要层功能 与用户应用进程的接口
通俗含义 做什么
数据格式的转换
对方看起来像什么
会话管理与数据传输的同步
轮到谁讲话、从何处 讲
端-端经网络透明的传送报文 对方在何处
分组交换、寻址、路由选择 和流量控制
走哪条路可达到该处
数据单元格式
原始数据+ 本层协议控制信息
的通信。因此，更具体地说所谓实体，是指能发 送和接收信息的任何对象，包括终端、应用软件 和通信进程等。
2.2.2 通用的协议分层思想（2）
网络中的两个系统中实体间的通信是一个十分复 杂的过程，为了减少协议设计和调试过程的复杂 性，大多数网络的实现都按层次的方式来组织。
通用的协议分层思想表述： 每一层只完成一定的功能，每一层又都建立
整个计算机网络的功能实现体现为协议的实现。 为了保证网络的各个功能的相对独立性，以及便
于实现和维护，通常将协议划分为多个子协议， 并且让这些协议保持一种层次结构，子协议的集 合通常称为协议簇。
2.2.1 网络协议及相关概念（2）
网络协议的分层：以因特网为例，TCP/IP协议族 中包含多个协议，它们之间并不孤立，那么设计们 又是按照什么样的思路来构建整个协议族的体系结 构呢？这就涉及网络协议的分层问题。
所谓“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的、也遵循这同一标准的其 他任何系统进行通信。所以开放系统互连参考模型 OSI-RM是个抽象的概念。 开放系统互连的目的：将不同的网络互连成一个更大 的网络，解决异种网络互连的兼容性。
1.开放系统互连参考模型OSI/RM（2）
因此， IP 网络不保证分组的可靠地交付。 IP 网络提供的服务被称为：
计算机网络协议与体系结构
3
T2
应用程序数据
2 1
1
10100110100101 比 特 流 110101110101
第3章 计算机网络协议与体系结构
第13页
数据传输过程 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
3 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
第16页
数据传输过程 计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
H5
计算机 2
应用程序数据 应用程序数据 AP2 5 4 3 2 1
4
3 2
应用层剥去应用层 PDU 首部后 把应用程序数据交给应用进程
1
第3章 计算机网络协议与体系结构
第17页
数据传输过程 计算机 1 向计算机 2 发送数据
第3章 计算机网络协议与体系结构
第11页
数据传输过程 计算机 1 向计算机 2 发送数据
注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次
计算机 1 AP1 5 应用层首部 运输层首部 网络层首部
H4 H4 H4 H5 H5 H5 H5
计算机 2 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 AP2 5
第3章 计算机网络协议 与体系结构
第3章 计算机网络协议与体系结构
第1 页
本章学习目标：
① 了解：计算机网络协议 ② 了解：网络系统的分层体系结构 ③ 掌握：ISO的OSI七层参考模型 ④ 了解：网络的3个著名标准化组织 ⑤ 掌握：ARPA的TCP/IP四层模型
第3章 计算机网络协议与体系结构
第2 页
计算机网络的协议与体系结构
计算机网络的协议与体系结构（理论结构）教学目的：主要学习计算机网络体系结构；通信协议。
教学重点：重点是计算机网络体系结构。
教学难点与关键：计算机网络体系结构的组成、功能。
教学内容及板书纲要：1．计算机网络体系结构基本概念；2. 协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念；3．计算机网络的标准化组织和通信标准。
教学过程一、掌握什么是计算机网络的体系结构？为什么要定义网络体系结构？1、计算机网络体系结构就是指计算机网络各层次功能和相应协议的集合，其重要的框架文件是OSI标准。
2、OSI的核心内容由高、中、低三层组成：高层面向网络应用，低层面向网络通信的各种物理设备，中层则集中了大量的协议，起作信息交换、路径选择等作用。
二、为什么要对计算机网络进行分层？分层的原则是什么？1、因为计算机网络是一个复杂的、分布的、开放性的网络系统，采用结构化的方法来描述它，可以把复杂的网络问题分解为许多比较小的、界面比较清晰的、结构简单的部分来处理。
2、分层的原则是：将一组相近功能放在一起，有明确的定义，并有助于制定网络协议的标准化，形成一个网络的层次结构。
分层不能太粗，粗了不同功能容易混杂在一起；分层也不能太细，细了会造成体系统结构过于庞大。
各层边界选择尽量减少跨接口的通信量。
依据这一原则，每一层都向上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。
三、什么是网络协议？(Network Protocol)它在网络中起什么作用？网络协议也是网络通信协议，是通信双方共同遵守的规则或约定。
这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序，因此可以根据服务需要，制定不同的“协议”分别用来协调和管理计算机网络的各个方面的运作。
任何一种通信协议包括三个组成部分协议的语法：定义了怎样进行通信，它关系到字的排列与报文的形式有关协议的语义：定义了什么是通信，它研究字的含义，或者说研究报文的每一部分的含义协议的定时：关系到何时进行通信1、同等层协议（Peer-to-peer）：只有在同等层次上的协议实体之间才可以互相访问。
计算机网络技术计算机网络体系结构与协议
计算机网络技术计算机网络体系结构与协议计算机网络技术: 计算机网络体系结构与协议计算机网络技术是现代社会不可或缺的一部分，它推动着信息交流和全球化。
计算机网络体系结构和协议是构建计算机网络的基础。
本文将介绍计算机网络体系结构的三层模型和常见的网络协议。
一、计算机网络体系结构计算机网络体系结构是指计算机网络中不同层次的组织和协调关系。
最常见的计算机网络体系结构是OSI（开放式系统互联）参考模型和TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）模型。
1. OSI参考模型OSI参考模型是计算机网络体系结构的一种标准化框架，它将计算机网络划分为七个层次：（1）物理层：负责传输物理位，控制硬件设备之间的电信号传输。
（2）数据链路层：将物理传输的数据分组组装成帧，并提供错误检测和纠正。
（3）网络层：负责在网络中寻找最佳路径，并进行路由和转发。
（4）传输层：提供端到端的可靠数据传输，并进行流量控制和拥塞控制。
（5）会话层：负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。
（6）表示层：处理数据的格式，进行数据压缩和加密。
（7）应用层：提供应用程序之间的通信，并实现特定协议的功能。
2. TCP/IP模型TCP/IP模型是互联网通信协议族的基础，它将计算机网络划分为四个层次：（1）网络接口层：与物理网络硬件交互，提供数据链路和物理地址。
（2）网络层：进行源到目的地的传输，提供IP地址和路由功能。
（3）传输层：提供端到端的数据传输，包括TCP和UDP。
（4）应用层：实现特定的网络应用，包括HTTP、FTP、SMTP等。
二、常见的网络协议网络协议是计算机网络中进行通信和数据交换的规则和标准。
下面介绍几个常见的网络协议。
1. HTTP（超文本传输协议）HTTP是一种用于传输超文本的协议，它是Web应用的基础。
通过HTTP，客户端（浏览器）可以向服务器发送请求，并获取服务器返回的数据。
2. FTP（文件传输协议）FTP是一种用于在计算机之间传输文件的协议。
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章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-12
3.2
ISO/OSI参考模型（1974年发布）
OSI 参考模型的提出 OSI 参考模型各层的功能 OSI 环境中的数据传输过程
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-13
OSI参考模型的提出
OSI 参考模型的提出背景（IBM 74年—SNA； DEC– DNA；美 国国防部的TCP/IP ） OSI （Open System Interconnection ）--开放系统互连 开放系统互联参考模型（OSI/RM）中定义：一个系统只要 能够遵循OSI标准，就可以与位于世界任何地方同样遵循这 个标准的其他任何系统进行通信。这里提到的系统可以是计 算机，也可以是这些计算机相关的软件以及其他外部设备等 集合。 在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织 是： 国际电报与电话咨询委员会（CCITT）--主要是考虑通信 标准的制定； 国际标准化组织（ISO）--主要是考虑信息处理与网络体 系结构。
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-2
3.1 通信协议与网络体系结构基本概念
1) 网络协议 2) 网络协议的层次结构 3) 网络体系结构
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-3
1 ) 网络协议的基本概念
？
网络组成
网络体系结构提出的背景—网络的复杂性、异质性
不同的通信介质—光纤、同轴电缆、双绞线、无线通信设 备… 不同类型的设备—主机、路由器、交换机、各种外设… 不同的操作系统—Unix、Windows 不同的软/硬件、接口和通信约定 不同种类业务—分时、交互、实时… 复杂环境中，任意两结点间要通信每一个结点都必须遵守一 些事先约定好的规则。
N+1层 PDU N层PDU 协议头 数 据
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”。
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-18
传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称： 应用层——应用层PDU 表示层——表示层PDU 会话层——会话层PDU 传输层——段（Segment） 或报文 网络层——分组/包（Packet） 数据链路层——帧（Frame） 物理层——比特（Bit）
协议控制信息 数据
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、…
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-17
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。
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-7
数据传输的格式---语法
SOH
HEAD
STX
TEXT
ETX
BCC
SOH的语义是报头的开始； ETX的语义表示正文的结束； BCC的语义是校验；
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-8
层次（layer）
层次是人们对复杂问题处理的基本方法。 网络系统是个非常复杂的系统，为减少设计上的复杂性，亦釆用分层的设 计思想，将相似的功能放在同一层，每层有相应的协议，相邻层通过接口 通信，下层向上层提供服务，上层是下层的用户。 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，灵活性好 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。 有利促进标准
路由选择 运输
运输部门的邮件运输业务
体系 结构
协议：文字、语言、书写规范； 层次：复杂问题分解处理； 接口：邮箱、信箱、邮局规则。
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-5
几个重要的概念
协议（protocol） 层次（layer） 接口（interface） 对等实体（Peer Entity） 体系结构（architecture）
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-14
OSI参考模型结构
主机A
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
主机B
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
通信控制 处理机
通信控制 处理机
网络层 数据链路层 物理层
传输介质
网络层 数据链路层 物理层
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-1
第3 章 计算机网络协议与体系结构
本节主要内容： 1. 通信协议与网络体系结构基本概念 2. ISO/OSI参考模型及数据传输过程 3. TCP/IP参考模型 4. 一种建议的参考模型 5. 各层协议及其功能
中国政法大学计算机教研室（2017）
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-19
数据多层封装 段头 包头 段头
数据
封装
数据
数据
数据
段
拆封
数据包
帧头
包头
段头
数据
帧尾
帧
011101000011000010100101111010110
比特 电脉冲
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-20
OSI环境中的数据传输过程
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-9
接口（interface）
接口是同一结点内相邻层之间交换信息的规则。 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; 只要接口条件不变、各层功能不变，各层功能的 具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的 工作。
章：
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-4
实例：邮政系统信件收发示意图
发信者 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 通信者活动 收信者 通信者活动 阅读信件
邮局服务业务
邮局服务业务
信件投递 信件分拣
邮局转送业务
邮局转送业务
分发邮件 邮件拆包 转送邮局 接收邮包
主要功能是分组、为分组选择最适当的路径。
数据链路层 建立数据链路链接、采用差错控制、流量控制 为网络层提供无差错的数据帧传输服务。 物理层 提供物理连接，通过传输介质传送比特流。
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-16
OSI模型的术语--协议数据单元（PDU）
协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）网 络体系结构中，对等层之间交换的信息报文统 称。 PDU由协议控制信息（协议头）和数据组成:
传输介质
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-22
3.3 TCP/IP参考模型
特点： 开放性--协议标准开放，免费使用； 独立性—独立于特定硬件、OS； 统一的网络地址分配方案； 可靠性--标准化的高层协议提供多种 可靠的用户服务。
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-23
主机A
应用进程A 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
主机B
应用进程B 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
OSI环境
通信控制 处理机 通信控制 处理机
网络层 数据链路层 物理层
传输介质
网络层 数据链路层 物理层
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-10
对等实体
在分层结构中，如果每一层次中包括两个实体， 称为对等实体（Peer Entity）。
章：
网络体系结构
节：
网络的体系结构及协议 网络体系结构
Slide： 2-11
网络体系结构（network architecture）
一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协 议集; 网络协议是按层次结构来组织的； 网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结 构。 网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行 了精确的定义； 体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些 硬件和软件。
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-15
OSI参考模型各层功能
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层
为开放系统与用户应用程序的接口。 实现不同语法表示的数据格式转换、数据的加密
解密、压缩与恢复等功能—被传输数据的表示问题。 实现两个会话进程之间的数据传输同步，并管 理数据交换。 提供端到端的可靠、透明的数据传输服务。
章：
网络体系结构
节：
网络体系结构
Slide： 2-6
协议（protocol）
协议：为网络数据交换而制定的规则、约定与标准。 协议具有三要素：语法、语义与时序； 语法：规定用户数据与控制信息的结构与格式； 语义：语义是指对构成的协议元素含义的解释，即 需要发出何种控制信息，以及完成的动作与作出的 响应。 时序：对事件实现顺序的详细说明。 简言之：语义表示要做什么，语法定义了怎么做， 而时序则表示做的顺序。