第2章 计算机网络体系结构
合集下载
第二章计算机网络体系结构PPT学习教案
计算机网络已经成为计算机应用和软件编程的 基本环境；
计算机网络教学已经成为大学本专科学生学习 的一门基础性的课程。
掌握网络技术的基本知识与基本技能——— 一定要将课堂教学与实验相结合。
第2页/共59页
课程性质与学时
性质：专业必修课 学时数：64学时（其中16学时为实验）
第3页/共59页
课程要求
(Wide Area Network)
➢广域网WAN
特点： ▪ 广域网也称为远程网； ▪ 覆盖的地理范围从几十公里到几千公里； ▪ 覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络； 能够在很大的范围内实现资源共享和信息传递，如：Internet
(Access Network)
➢接入网 AN
第28页/共59页
首先把所有的主要概念提出来，从整体上 建立关于知识的体系结构，然后沿这个框架， 采用一种螺旋渐进的方法，对重要概念分多次 由浅入深进行阐述，直到最后形成完整的概念 为止。
第5页/共59页
学习方法
• 从整体上去把握知识的结构，先建立基本框架， 然后自上而下逐渐细化，逐步充实
• 对于那些尚未深入涉及的概念，要点是掌握它 在当前框架中的位置，着重掌握它和其它概念 的相互关系
HOST
T
T 终端 T 本地
将多台终端通过通信线路连接到一台中 心计算 机上， 共享中 心计算 机的资 源。
HOST
T 终端
通信接口
M
om
计算机与远程终端相连
M
T 终端
远程
第12页/共59页
(2) 以主机为中心的终端联机系统
通信线路
T
T
远程
HOST
终端
T
控制器
计算机网络教学已经成为大学本专科学生学习 的一门基础性的课程。
掌握网络技术的基本知识与基本技能——— 一定要将课堂教学与实验相结合。
第2页/共59页
课程性质与学时
性质：专业必修课 学时数：64学时（其中16学时为实验）
第3页/共59页
课程要求
(Wide Area Network)
➢广域网WAN
特点： ▪ 广域网也称为远程网； ▪ 覆盖的地理范围从几十公里到几千公里； ▪ 覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络； 能够在很大的范围内实现资源共享和信息传递，如：Internet
(Access Network)
➢接入网 AN
第28页/共59页
首先把所有的主要概念提出来，从整体上 建立关于知识的体系结构，然后沿这个框架， 采用一种螺旋渐进的方法，对重要概念分多次 由浅入深进行阐述，直到最后形成完整的概念 为止。
第5页/共59页
学习方法
• 从整体上去把握知识的结构，先建立基本框架， 然后自上而下逐渐细化，逐步充实
• 对于那些尚未深入涉及的概念，要点是掌握它 在当前框架中的位置，着重掌握它和其它概念 的相互关系
HOST
T
T 终端 T 本地
将多台终端通过通信线路连接到一台中 心计算 机上， 共享中 心计算 机的资 源。
HOST
T 终端
通信接口
M
om
计算机与远程终端相连
M
T 终端
远程
第12页/共59页
(2) 以主机为中心的终端联机系统
通信线路
T
T
远程
HOST
终端
T
控制器
第二章 计算机网络体系结构与协议
第二章
计算机网络体系结构与协议
2.1 网络体系结构中的几个概念
本节详细介绍协议和网络体系结构这 两个最基本的概念；同时，对网络实 体、接口和服务、服务和协议的关系 进行必要的描述。
计算机网络技术基础
第二章
计算机网络体系结构与协议
2.1.1
网络协议
协议 实现计算机网络资源共享、信息交换，各实体之 间经常要进行各种通信和对话。如果没有统一的 约定，就好比一个城市没有交通规则一样。 人们常把国际互连网络叫做信息高速公路，要想 在上面实现共享资源、交换信息，必须遵循一些 事先制定好的规则标准，这就是协议。 协议就是计算机网络中实体之间有关通信规则 约定的集合。
他们要退货
尊敬的John: 由于...方面 的原因 我们希望 退货
公司之间的 正规书信
尊敬的John: 由于...方面 的原因 我们希望 退货
FAX#... 尊敬的John: 由于...方面 的原因 我们希望 退货 利用信函、 传真等传 递的公文
FAX#... 尊敬的John: 由于...方面 的原因 我们希望 退货
计算机网络技术基础
第二章
计算机网络体系结构与协议
协议有三个要素，即： 语义（Semantics）：“讲什么”；控制信息的 内容，需要做出的动作及响应； 语法（Syntax）： “怎么讲”；数据与控制 信息的格式、数据编码等；
时序（Timing）： 序和速度匹配。
“序速控”；事件先后顺
计算机网络技术基础
计算机网络技术基础
第二章
计算机网络体系结构与协议
2.1.3
其他相关概念
1、系统：网络中有自治能力的计 算机或交换设备，从拓扑学的角 度，我们往往也把它叫做网络结 点或简称结点。图中每一个垂直 列表示一个开放系统。 实体：开放系统中，能够发送和接 收信息的软件（如进程）和硬件 （如智能I/O芯片），称为实体。 每层由多个实体组成。实体是系统 中的活动元素。一个子系统可以 包含一个或多个实体。位于不同 系统中的同一层次的实体叫做对 等实体。 协议就是计算机网络中对等实体之 间有关通信规则约定的集合。
计算机网络原理与实践 第二章 Internet体系结构
传输层 网际层 网络接口层
物理层
Computer network technology
谢谢
网络与通信技术系
模型的应用层。
OSI模型的应用、表示、会话层的功能被合并到TCP/IP
网络的大部分功能存在于传输层和网络层，因而它们在
OSI模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数/IP还被保留在独立的层。
OSI中的数据链路层和物理层被合并到了TCP/IP中的网 络接口层。
+ Data + + + + + AH Data PH SH TH NH AH Data PH SH TH AH Data PH SH 比特 AH Data PH AH Data
应用层 表示层 会话层 SH PH PH PH PH PH
AH Data AH Data AH Data AH Data AH Data AH Data
部加上一些相关控制信息后，即组成了数据包。在
接收方，数据从低层到达网络层时，要将各数据包 原来加上的包头和包尾等控制信息去掉（拆包），
然后组合成报文，送给传输层。
流量控制：流量控制的作用是控制阻塞，避免死锁。
2 OSI参考模型-传输层
为端到端连接提供可靠的传输服务。 为端到端连接提供差错控制、重传等管理服务。 还负责执行流量控制。
第二章 Internet体系结 构
Computer network technology
目录
1 2 3
网络的分层模型 OSI模型
TCP/IP模型 OSI模型与TCP/IP模型的比较
4
1 网络的分层模型
计算机网络系统是一个非常复杂的系统，将一 个复杂的系统划分为若干个容易理解和处理的子 系统，然后分而治之，逐个加以解决，分层就是 进行系统分解的最好方法之一。 在IT行业使用分层模型来描述网络通信的复杂过 程。
《计算机网络技术基础》 第2章 计算机网络体系结构与协议 单元测试 附答案
《计算机网络技术基础》第2章计算机网络体系结构与协议单元测试一、判断1、TCP/IP是目前使用较为普遍的网络通信协议。
（）2、在OSI模型中，每一层真正的功能是向下一层提供服务。
（）3、数据链路层传输的数据单位是报文。
（）4、TCP/IP完全符合OSI标准。
（）5、分层是每一层的功能应非常明确，层数越多越好。
（）6、OSI的最高层是应用层，面向用户提供服务。
（）7、物理层直接与传输介质相链接。
（）8、应用层是计算机网络与最终用户的接口。
（）9、TCP/IP只包含TCP和IP两个协议。
10、国际标准化组织OSI提出了开放系统互联参考模型ISO。
（）11、CRC码主要用于数据链路层控制协议中。
（）二、单选1、HDLC是（）。
A.面向字符型的同步协议B.异步协议C.面向字节的技术同步协议D.面向比特型的同步协议2、Internet采用的信息协议是（）A.FTP B.SPX/IPX C.TCP/IP D.WWW3、以下协议中不属于TCP/IP的网络层的协议是（） A.ICMP B.ARP C.PPP D.RARP4、在TCP/IP协议簇中，负责将计算机的互联网地址变换为物理地址的协议是（）。
A.ICMPB.ARPC.PPPD.RARP5、在OSI的模型中，能实现路由选择、拥塞控制与网络互联功能的是（）A.物理层B.网络层C.数据连接层D.传输层6、在开放系统互联参考模型中，把传输的比特流划分为帧的层次是（）。
A.网络层B.数据连接层C.传输层D.分组层7、在OSI模型中，提供建立、维护和拆除物理链路所需的机械、电气、功能和规程的特性层次是（）。
A.网络层B.数据链路层C.物理层D.传输层8、TCP通信建立在面向连接的基础上，TCP连接的建立采用（）次握手的过程。
A.1B.2C.3D.49、OSI参考模型中，（）负责为用户提供可靠的端—端服务。
A.网络层B.传输层C.会话层D.表示层10、下列层次中，属于资源子网的有（） A．网络层 B．数据链路层 C．表示层 D．IP层11、关于OSI参考模型，下列说法不正确的是（）。
计算机网络技术与应用第2章 计算机网络体系结构
2
2.2 ISO/OSI网络体系结构 2.2.1 计算机网络的双子网结构
随着计算机网络的不断完善和发展，在逻辑上逐步形成了双子网结 构。虚线内为通信子网，由信息接口处理机IMP（Interface Message Processing），也可以是路由器等网络设备组成；虚线外的主机H（Host） 组成资源子网。
通信子网是将入网主机连接起来的实体，它是网络中的纯通信部 分。通信子网的物理组成包括传输介质、通信设备（亦称网络交换设 备，如集线器、路由器和交换机等）和网卡NIC。
通信子网的任务是负责网络数据的传输和交换。
4
2.2.2 计算机网络的层次结构
1.层次结构的含义
层次结构就是按一定层次组合起来的某种结 构。层次结构包含两方面的含义：第一是指 结构的层次性；第二是指层次的结构性。典 型的层次结构——单台计算机体系结构如图22所示。
20世纪70年代到80年代，世界出现了大量的计算机网络，它们大多数 都由研究部门、大学或公司各自研制开发，没有统一的体系结构，难以实现 互连。这种封闭性使它们变成一个个孤岛，不能适应于世界范围内的信息交 流与资源共享。于是，开放（Open）就成了计算机网络发展的主题。
在DARPA的资助下，20世纪70年代末期研究者们又推出了TCP/IP协议规范。 1983年，DARPA将ARPANET上的所有计算机转向TCP/IP协议，并以ARPANET为主 干建立和发展了Internet，形成了TCP/IP体系结构。
层次结构具有以下特点：结构是严格单向依 赖的，由外向里；外层的结构便于理解操作， 但抽象，脱离细节；里层的结构原始，不易
操作，但比较具体。
用户应用程序 高级语言处理程序 操作系统 裸机
图2-2 单台计算机体系结构
2.2 ISO/OSI网络体系结构 2.2.1 计算机网络的双子网结构
随着计算机网络的不断完善和发展，在逻辑上逐步形成了双子网结 构。虚线内为通信子网，由信息接口处理机IMP（Interface Message Processing），也可以是路由器等网络设备组成；虚线外的主机H（Host） 组成资源子网。
通信子网是将入网主机连接起来的实体，它是网络中的纯通信部 分。通信子网的物理组成包括传输介质、通信设备（亦称网络交换设 备，如集线器、路由器和交换机等）和网卡NIC。
通信子网的任务是负责网络数据的传输和交换。
4
2.2.2 计算机网络的层次结构
1.层次结构的含义
层次结构就是按一定层次组合起来的某种结 构。层次结构包含两方面的含义：第一是指 结构的层次性；第二是指层次的结构性。典 型的层次结构——单台计算机体系结构如图22所示。
20世纪70年代到80年代，世界出现了大量的计算机网络，它们大多数 都由研究部门、大学或公司各自研制开发，没有统一的体系结构，难以实现 互连。这种封闭性使它们变成一个个孤岛，不能适应于世界范围内的信息交 流与资源共享。于是，开放（Open）就成了计算机网络发展的主题。
在DARPA的资助下，20世纪70年代末期研究者们又推出了TCP/IP协议规范。 1983年，DARPA将ARPANET上的所有计算机转向TCP/IP协议，并以ARPANET为主 干建立和发展了Internet，形成了TCP/IP体系结构。
层次结构具有以下特点：结构是严格单向依 赖的，由外向里；外层的结构便于理解操作， 但抽象，脱离细节；里层的结构原始，不易
操作，但比较具体。
用户应用程序 高级语言处理程序 操作系统 裸机
图2-2 单台计算机体系结构
第2章计算机网络的协议与体系结构
体 系 结
构
第
计
2.2 协议与划分层次
2
章
算
计
机
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或 算 约定即称为网络协议。一个网络协议主要由以下三个 机
网 络
要素组成：
网
（1）语法，即数据与控制信息的结构或格式；
络 的
（2）语义，即需要发出何种控制信息，完成何种 协
动作以及做出何种响应；
教
（3）同步，即事件实现顺序的详细说明。
机
算 机
网
网 络
络
的 协
教
议 与
程
体 系
结
构
机
网
应用层协议并不是解决用户各种具体应用的协议，
网 络
络
而是为最终用户提供服务。为了解决具体的应用问题 的 而彼此通信的进程就称为“应用进程”。而应用层的 协
教 程
具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。 议
客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及
与 体
的两个应用进程。
系
计
机
数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上 算 无差错地传送以帧(frame)为单位的数据。每一帧包括 机
网
数据和必要的控制信息。数据链路层有时也常简称为
网 络
络
链路层。
的
数据链路层就把一条有可能出差错的实际链路， 协
教
转变成为让网络层向下看去好像是一条不出差错的链 议 与
路。
程
体 系
结
构
第
计
教
客户与服务器的通信关系一旦建立，通信就可是 议 双向的，客户和服务器都可发送和接收信息。大多数 与
第二章 计算机网络体系结构与协议
现中，从那时起，TCP/IP就与UNIX操作系统关
系密切了，最近几年，用户促使供应商也把
TCP/IP加入其他操作系统中，现在，已有的每
个计算机平台上都有TCP/IP。
Internet协议族中重要的协议族是传 送控制协议(TCP)和网际协议(IP)。 TCP／IP的核心思想是把干差万别的 低层协议(网络层和数据链路层)硬件连结
称为网络控制协议(NCP)的协议。随着Interent的发
展，需要更复杂的协议。1973年，引进了传输控制 协议(TCP),接着，在1981年，引进了网际协议(IP)。 1982年，TCP和IP被标准化成为TCP/IP协议组，并 在1983年，取代了ARPANET上的NCP。
1983年，自由的电子通信和信息共享与其 他一些内容被加入了广为接受的TCP/IP,使其成 为大学和政府部门的标准。TCP/IP作为一个标 准组件被包含到柏克利标准发行中心UNIX的实
协调两个对等实体间通信的控制信息
（2）OSI将层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU (Service Data Unit)。
在任何相邻两层之间的关系可概括为下图所示的那样。在服务提
供者的上一层的实体，也就是“服务用户”，它使用服务提供者所提供 的服务。
服务用户
交换原语
协议
服务用户
交换原语
物理连接 物理服务数据单元(PSDU) (串行传 输方式1位，并行传输方式8位) 顺序化
引线数目和排列、固定和锁定 装置等等。
例如对各种规格的电源插头的尺寸都有 严格的规定。
（2）电气特性
说明在接口电缆的哪条线上出
现的电压应为什么范围，即什么样 的电压表示1或0
（3）功能特性
说明某条线上出现的某一电平
第2章 计算机网络体系结构-参考教材《计算机网络技术(第2版)》施晓秋.
• 信封里面是数据 • 信封外面是数据 传输所需的控制 信息 例如：信封的格式由 语法定义，而格式的 含义由语义来规定
关于协议的进一步理解
协议通常仅说明特定通信规则所需要的功能是什 么，不会说明如何实现特定的功能 -> 它不规定 这些规则应该如何实现 -> 特定协议的实现可以 与技术无关。 网络协议是按层次结构来组织的。 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； 每种协议都是针对一个特定的目标或需求； 网络协议需要不断的发展和完善，当一种新的网 络服务出现时，就需要制定新的协议。 协议的载体是其所定义或对应的协议数据单元。
相邻层之间的关系—服务与接口
什么是计算机网络体系结构？
计算机网络的分层模型
分层是处理复杂问题的基本方法之一 -> 将整体要实现的诸多功能从物理或逻辑上划 分为不同层次，利用不同层次上的实体去实 现。
分层模型的优越性
降低了复杂性 ->“分而治之，各个击 破”。 促进了模块化开发 -> 有助于功能设计 与实现的模块化，对于特定层的功能而 言，它们的内容及其与上下层之间的接 口都已经确定。 提高了灵活性与可扩展性 -> 避免一个 层的技术或功能变化影响相邻的其它层。
（重点）重要概念/术语：协议 (protocol)
协议 对等实体之间为实现有效的数据交换 或通信，所必须遵守的规则或标准的集合。
协议 (protocol)的作用示例
对协议三要素的理解
为在分布式节点之间来实现有效的数据通信或交 换，协议须具备三大要素： 语法 定义数据和控制信息的格式。 语义 规定语法成分的含义。 语序 时序控制和速度匹配关系。
关于协议的进一步理解
协议通常仅说明特定通信规则所需要的功能是什 么，不会说明如何实现特定的功能 -> 它不规定 这些规则应该如何实现 -> 特定协议的实现可以 与技术无关。 网络协议是按层次结构来组织的。 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； 每种协议都是针对一个特定的目标或需求； 网络协议需要不断的发展和完善，当一种新的网 络服务出现时，就需要制定新的协议。 协议的载体是其所定义或对应的协议数据单元。
相邻层之间的关系—服务与接口
什么是计算机网络体系结构？
计算机网络的分层模型
分层是处理复杂问题的基本方法之一 -> 将整体要实现的诸多功能从物理或逻辑上划 分为不同层次，利用不同层次上的实体去实 现。
分层模型的优越性
降低了复杂性 ->“分而治之，各个击 破”。 促进了模块化开发 -> 有助于功能设计 与实现的模块化，对于特定层的功能而 言，它们的内容及其与上下层之间的接 口都已经确定。 提高了灵活性与可扩展性 -> 避免一个 层的技术或功能变化影响相邻的其它层。
（重点）重要概念/术语：协议 (protocol)
协议 对等实体之间为实现有效的数据交换 或通信，所必须遵守的规则或标准的集合。
协议 (protocol)的作用示例
对协议三要素的理解
为在分布式节点之间来实现有效的数据通信或交 换，协议须具备三大要素： 语法 定义数据和控制信息的格式。 语义 规定语法成分的含义。 语序 时序控制和速度匹配关系。