3第三章计算机网络的层次化体系结构
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。
《计算机网络技术》第三章网络体系结构练习题
《计算机网络技术》第三章网络体系结构练习题一、填空题1.网络协议是指________________________，它由______、______、______3部分组成。
2计算机网络采用____________的体系结构，网络中两个结点对等功能层之间遵循相应的____________进行通信，相邻两层之间的交接处称为__________________。
3.OSI/RM的中文全称为__________________，它分为______层，由低到高分别是: ____________、____________、____________、____________、____________、____________、____________。
4.TCP/IP协议也采用分层体系结构，对应开放系统互连（OSI）参考模型的层次结构，可分为______层，依次为: ____________、____________、____________和____________。
5.为了保证比特流在物理通道上传输，物理层协议规定____________、____________、____________和____________4个方面的接口特性。
6.以太网是一种常用的____________结构局域网，它基于____________协议标准，采用介质访问控制方法__________________。
7.CSMA的中文意思是________________________，CSMA技术的特点为____________。
8.传输层的主要任务是保证传输的__________________。
9.面向连接的服务分为____________、____________、____________3个过程。
1O.TCP/IP的传输层有两个协议，分别是TCP和UDP，UDP协议用来提供____________服务，TCP协议提供__________________服务。
第三章 体系结构
它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。
各种体系结构
如：IBM公司SNA Digital公司DNA ARPANET参考模型ARM 都采用层次结构
网络体系结构
为了解决不同媒介连接起来的不同设备和网络系 统在不同的应用环境下实现互操作的问题，采用 分层的方法，将网络互联的庞大而复杂的问题， 划分为若干个较小而容易解决的问题，计算机网 络的各层和层间协议的集合称为“网络体系结 构”。
对等层之间的通信是目的，
相邻层之间的通信是手段。
协议是水平的 服务是垂直的
（N）层、（N-1）、（N+1）之间协议和服务的关系是： （N）层实体利用（N-1）层提供的服务和执行（N）层 协议来对（N+1）提供服务。
服务和协议的关系
服务
是由一系列服务原语组成的，它位于层次接口的位置， 表示底层为上层提供哪些操作功能，如何实现这些功 能，服务不考虑。 是同一层次对等实体之间的，有关协议数据单元的格 式、意义以及控制规则的集合，实体使用协议的最终 目的是为了实现它所要提供的服务。
3、网络通信协议
1.网络协议 为进行网络中的数据（信息）交换而建立的 规则、标准或约定称为网络协议
计算机网络中实体之间有关通信规则的集合
实体
任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。 实体既可以是软件实体（如一个进程），也 可以是软件实体（如智能输入/输出芯片） 层功能实现的真正承担者
分流
复用 普通
一个（N+1）实体可以通过一个或多个（N）SAP 与一个或多个（N）实体相连
四、数据单元
计算机网络体系结构和网络功能的分层
计算机网络体系结构和网络功能的分层介绍计算机网络是由一组相互连接的计算机和网络设备组成，通过通信线路和交换设备相互连接，共享资源和信息。
为了有效管理和提供灵活的功能，计算机网络通常被组织成分层的体系结构。
本文将介绍计算机网络体系结构的分层以及每个层次的网络功能。
OSI模型最常用的计算机网络体系结构模型是国际标准化组织（ISO）制定的“开放式系统互连”（Open Systems Interconnection，简称OSI）模型。
该模型将计算机网络分为七个不同的层次，每个层次都有特定的功能和任务。
下面是OSI模型的七个层次：1.物理层：负责传输比特流，处理硬件的物理接口以及基本的电信号传输。
2.数据链路层：负责可靠传输数据帧，增加了流控制和差错检测等功能。
3.网络层：负责将数据分组（通常称为数据包或数据报）从源主机传输到目标主机，进行路径选择和数据包转发。
4.传输层：负责建立端到端的连接，提供数据传输的可靠性和流量控制。
5.会话层：负责建立、管理和终止不同计算机之间的会话。
6.表示层：负责数据的格式转换、加密和压缩等安全性和可读性相关的功能。
7.应用层：为用户提供各种网络应用程序，例如电子邮件、远程登录和文件传输等。
每个层次在进行通信时只与相邻的上下层进行交互，通过协议进行数据的传递和控制。
TCP/IP模型除了OSI模型外，另一个常用的计算机网络体系结构是TCP/IP模型。
TCP/IP模型是实际应用中最常见的网络体系结构，它是互联网的基础。
TCP/IP模型将计算机网络分为四个层次：1.网络接口层：负责通过物理媒介（例如以太网）传输数据，处理硬件寻址和数据包的物理传输。
2.网际层：负责将数据包从源主机传输到目标主机，进行路由选择和数据包转发。
3.运输层：负责建立端到端的连接，提供数据传输的可靠性和流量控制。
4.应用层：为用户提供各种网络应用程序，例如HTTP、FTP和DNS等。
与OSI模型相比，TCP/IP模型将会话层、表示层和应用层合并到了单一的应用层中。
计算机网络技术 第三章 计算机网络体系结构及协议
第三章 计算机网络体系结构及协议
3）常见的流量控制方案有：XON/XOFF方案和窗口机制。 ①XON/XOFF方案使用一对控制字符来实现流量控制，当接收方过载时， 可向发送方发送字符XOFF（DC3）暂停，待接收方处理完数据后，再向发送方发送 字符XON（DC1），使之恢复发送数据； ②窗口机制：其本质是在收到一个确定帧之前，对发送方可发送帧的数目加 以限制，这是由发送方调整保留在重发表中的待确认帧来实现的，如接收方来不及 处理，则接收方停止发送确认信息，发送表的重发表就增长，当达到重发表的限度 时，发送方就不再发送新帧直到收到确认信息为止。 发送窗口和接收窗口的大小可以不同，但接收窗口的尺寸不能大于发送窗口， 发送方和接收方的窗口尺寸不得大于信号范围的一半。发送窗口指发送方已发送但 尚未确认的帧序号队列的界，上下界分别称上下沿，上沿、下沿的间距称为窗口尺 寸。发送方每发一帧，待确认帧的数目加1，收到一个确认帧时，待确认帧的数目减 1.当重发表的计数值（待确认帧的数目）等于发送窗口尺寸时，停止发送新帧。 以滑动窗口的观点来统一看待空闲的RQ、Go-Back-N和选择重发，则①空闲 RQ：发送窗口=1，接收窗口=1；②Go-Back-N：发送窗口>1，接收窗口=1；③选择 重发：发送窗口>1，接收窗口>1.
第三章 计算机网络体系结构及协议
七、发送进程发送给接收进程中的数据， 实际上是经过发送方各层从上到下传送 到物理媒体，通过物理媒体传输到接收 方后，再经过从下到上各层的传递，最 后到达接收进程。
第三章 计算机网络体系结构及协议
八、物理层的传输单位是比特，它是指 在物理媒体之上为数据链路层提供一个 原始比特流的物理连接，它不是指具体 的物理设备，也不是指信号传输的物理 媒体，物理层的1建议是于1976年制定的DTE 如何与数字化的DCE交换信号的数字接 口标准。机械特性：采用15芯标准连接 器，定义了八条接口线；电气特性：类 似于RS-422的平衡接口；功能特性：按 同步传输的全双工或半双工方式运行。
数据通信网课后题答案 第一章-第五章
第一章引论1. 计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段各有何特点？答：计算机网络的发展主要分为一下四个阶段：1)以单计算机为中心的联机系统-缺点，主机负荷重，通信线路利用率低，结构属集中控制方式，可靠性低2)计算机－计算机网络-是网络概念最全，设备最多的一种形式3)体系结构标准化网络4)Internet时代-是人类有工业社会向信息社会发展的重要标志，简单实用，高效传输，有满足不同服务的网络传输要求3. 计算机网络由哪些部分组成，什么是通信子网和资源子网？试述这种层次结构观的特点以及各层的作用是什么？答：通信控制处理机构成的通信子网是网络的内层，或骨架层，是网络的重要组成部分。
网上主机负责数据处理，是计算机网络资源的拥有者，它们组成了网络的资源子网，是网络的外层，通信子网为资源子网提供信息传输服务，资源子网上用户间的通信是建立在通信子网的基础上。
没有通信子网，网络不能工作，而没有资源子网，通信子网的传输也失去了意义，两者合起来组成了统一的资源共享的两层网络。
将通信子络的规模进一步扩大，使之变成社会公有的数据通信网，5. 一个完整的计算机网络的定义应包含哪些内容？答：1.物理结构：通过通信线路、通信设备将地理上分散的计算机连成一个整体2.逻辑结构：在网络协议控制下进行信息传输3.主要目的：资源共享9. 局域网、城域网与广域网的主要特征是什么?答：这三种网络主要是按照网络覆盖的地理范围来划分的：1)广域网（远程网）WAN （Wide Area Network）：广域网的作用范围一般为几十到几千公里。
2)局域网LAN（Local Area Network）:局域网的作用范围通常为几米到几十公里。
3)城域网MAN（Metropolitan Area Network）：城域网的作用范围在WAN与LAN之间，其运行方式为LAN相似。
13. 计算机网络与分布式计算机系统之间的区别与联系是什么?答：两者在物理结构上是非常类似的，但是软件上有很大的差异。
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
cn3
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
2 1
应用层(application layer) 物理传输媒体
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5 4 3 2 1 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 2 AP2 5
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 链路层 尾部
T2
4 3 2 1
10100110100101 比 特 流 110101110101
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5 4 3 2 1
H2
计算机 2 AP2 5 4
计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路层
计算机 1 AP1 5 4 3 2 1 计算机 2 AP2 5 4 3
数据链路层剥去帧首部和帧尾部 2 取出数据部分，上交给网络层
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5 4 3 2 1 计算机 2 AP2 5 4
网络层剥去首部，取出数据部分 3 上交给运输层
2 1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
第三章 计算机网络体系结构
主要内容
3.1计算机网络的体系结构的形成 计算机网络的体系结构的形成 3.2计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构
3.2.1 计算机网络功能的分层 3.2.2 协议和协议的分层结构 3.2.3 计算机网络的体系结构
3.3典型计算机网络参考模型 典型计算机网络参考模型
3.3.1 计算机网络的标准化 3.3.2 OSI参考模型 参考模型 3.3.3 TCP/IP参考模型 参考模型
计算机网络技术第三章知识点
3.1 网络体系结构的基本概念1.网络体系结构是指能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；也即指用分层研究方法定义的网络各层的功能，各层协议和接口的集合。
2.ISO制定OSI开放系统互联参考模型，但并没有形成实际的产品。
TCP/IP协议是Internet上采用的协议，是一个广泛使用的工业产品，是一个工业标准，是事实上的标准。
3.协议是一组规则的集合，是进行交互的双方必须遵守的约定。
4.通信协议三要素：语法、语义和交换规则。
5.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）。
6.语义是有发出请求、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各种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答。
7.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，如通信双方的应答关系。
8.通信协议的特点：1）层次性。
网络系统体系结构是有层次的。
通信协议被分为多个层次，在每个层次内又可以被分为若干子层，协议各层次有高低之分。
2）可靠性和有效性。
如果通信协议不可靠就会造成通信混乱和终端，只有通信协议有效，才能实现系统内的各种资源共享。
9.在网络层次结构模型中，N层是N-1层的用户，同时是N+1层的服务提供者。
10.一台计算机上的第N层与另一台计算机上对应的第N层进行对话，通话的规则就是第N层协议。
11.网络体系结构中采用层次化结构的优点：1）各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细节，只要知道低层所提供的服务以及本层向上层所提供的服务即可，能真正做到各司其职。
2）有利于实现和维护，某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响。
3）易于实现标准化。
3.2 OSI参考模型1.1983年国际标准化组织ISO正式颁布了网络体系结构标准——开放系统互联参考模型OSI/RM，简称OSI，形成了所谓七层协议的体系结构。
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计算机网络体系结构
丁 勇
合肥工业大学管理学院 信息技术与工程管理研究所
2012年11月3日9时33分
计算机网络
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本章主要内容
3.1 计算机网络体系结构
3.2 OSI/RM的基本概念 3.3 数据链路控制协议
3.4 TCP/IP分层体系结构简介
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计算机网络
2
3.1 计算机网络体系结构
文件传送模块
把文件交给下层模块 进行发送
文件传送模块
把收到的文件交给 上层模块
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计算机网络
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划分层次的概念举例
再设计一个通信服务模块
计算机 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
邮政通信：最高层是通信人层，双方必须对信的格式、内容达成共识； 中间层为邮局层，提供不同的传递速率、保密级别的通信服务，对信 件进行分拣、包装、发送、投递和差错处理；下层为运输层，负责运 输管理，完成运输任务。将邮包准确、及时地交付对方邮局。
分层结构的优点： 各层之间相对独立 灵活性好 结构上可以分割开，各层可以选择最合适的实现技术。 易于实现和维护 能促进标准化工作
语法：数据或控制信息的数据结构形式或格式。 时序：事件的执行顺序。
网络协议实质上是计算机间通信时所使用的一种语言，它是 计算机网络不可缺少的组成部分。
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计算机网络
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划分层次的概念举例
两个计算机交换文件
计算机 1 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 2
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3.1 计算机网络体系结构
OSI参考模型的层次结构表
层
７ ６ ５ ４ ３ ２
号
层的名称
应用称
Application Layer Presentation Layer Session Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer
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
2012年11月3日9时33分
计算机网络
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划分层次的概念举例
再设计一个网络接入模块
计算机 1 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 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。
英文缩写
A P S T N DL
１
物理层
Physical Layer
PH
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3.1 计算机网络体系结构
图3.1 开放系统互联参考模型分层示意图
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计算机网络
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3.1 计算机网络体系结构
4. OSI参考模型的各层的主要功能
物理层
物理层的作用：是在一条物理传输媒体上，实现数
据链路实体间透明地传送比特流，尽量屏蔽不同媒
体和设备的差异。
物理层协议产生并检测电压以便发送和接收携带数
据的信号。
物理层上所传数据的单位是比特，一般都是串行传
输。
介质 ？
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4. OSI参考模型的各层的主要功能—— 物理层
物理层的特性 先介绍计算机网络中的两类设备 （1）DTE设备(data terminal equipment) 具有一定数据处理能力以及接收和发送数据能力的设 备， DTE设备是网络数据的源和宿。但其所发出的信号 不能直接送到网络的传输介质上。 （2）DCE设备(data circuit-terminating equipment ) DCE设备在DTE与传输网络之间提供信号变换和编码 功能，并负责建立、保持和释放数据链路。如调制解调 器、通信处理机等。
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计算机网络
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3.1 计算机网络体系结构—1.计算机网络体系结构的定义
网络协议
协议元素是指控制信 息或命令及应答。
在网络中，为了进行数据通信而建立的规则、标准或约 定称为网络协议。网络协议含有三个要素。
语义：构成协议的协议元素的含义，不同类型的协 议元素规定了通信双方所要表达的不同内容。
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3.1 计算机网络体系结构
2. 开放系统互连参考模型的制定
各种体系结构的诞生 1974年，IBM制定了自己的系统网络体系结 构—SNA DNA—Digital公司 BNA—宝来机器公司 DSA—Honeywell公司 1979年，TCP/IP协议形成(网际协议组) 1983年，ISO 7498国际标准的诞生—形成开放 系统互连参考模型的正式文件，即OSI参考模型， 记为OSI/RM，简称OSI。
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计算机网络
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3.1 计算机网络体系结构
3. OSI参考模型的层次结构
OSI将网络结构划分为七层，每一层均有自己的 一套功能集，并与紧邻的上层和下层交互作用。 在顶层，应用层与用户使用的软件（如字处理程 序或电子表格程序）进行交互。 底层（物理层）与传输媒体相连接。 总的说来，在顶端与底端之间的每一层均能确保 数据以一种可读、无错、排序正确的格式被发送。
1. 计算机网络体系结构的定义
2. 开放系统互连参考模型的制定
3. OSI参考模型的层次结构 4. OSI参考模型的各层的主要功能
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计算机网络
3
3.1 计算机网络体系结构
1.计算机网络体系结构的定义
分层思想：将一个难
以处理的复杂问题分 解为若干较容易处理 的小问题。
计算机网络体系结构是指网络的层次结构和协议集合。 分层次的体系结构