计算机网络体系结构.ppt
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1、1,第3章 计算机网络体系结构,本章内容计算机的网络体系结构网络参考模型五层网络参考模型,计算机及网络应用基础 第2课,2,本章知识目标,1.掌握计算机网络体系结构的基本概念,理解源进程传送消息到目标进程的过程。2.掌握通信协议的概念、三要素,TCP/IP协议的封装过程。3.掌握OSI/RM参考模型各层的名称、任务、PDU的名称,理解链路层、网络层和传输层任务的差别。4.掌握TCP/IP参考模型的层次划分、各层的协议名称、PDU的名称。理解TCP/IP与OSI/RM的对应关系。5.掌握五层网络参考模型。,计算机及网络应用基础 第2课,3,3.1 计算机网络体系结构,发展历程分层原理基本概念,计
2、算机及网络应用基础 第2课,4,一、发展历程,网络体系结构提出的背景计算机网络的复杂性、异质性不同的通信介质有线、无线等不同种类的设备主机、路由器、交换机、复用设备等不同的操作系统UNIX、Windows等不同的软/硬件、接口和通信约定(协议)不同的应用环境固定、移动等不同种类业务分时、交互、实时等宝贵的投资和积累有形、无形等用户业务的延续性不允许出现大的跌宕起伏,计算机及网络应用基础 第2课,5,对于复杂的网络系统,用什么方法能合理地组织网络的结构,以达到:结构清晰简化设计与实现便于更新与维护较强的独立性和适应性解决:分而治之!一个生活中的例子:空中旅行,计算机及网络应用基础 第2课,6,空
3、中旅行的组织,一系列的步骤,机票(购买)行李(托运)旅客(出发)飞机(起飞)飞行航线,机票(投诉)行李(认领)旅客(到达)飞机(着陆)飞行航线,飞行航线,计算机及网络应用基础 第2课,7,空中旅行的组织:从另一种不同的角度观察,层次的观点:每层实现一种特定的服务通过自己内部的功能依赖自己的下层提供的服务,机票(购买)行李(托运)旅客(出发)飞机(起飞)飞行航线,机票(投诉)行李(认领)旅客(到达)飞机(着陆)飞行航线,飞行航线,计算机及网络应用基础 第2课,8,分层的空中旅行组织:服务,从出发地到目的地的航线:导航服务,柜台-to-柜台:“旅客+行李”票务服务,行李托运-to-行李认领:行李服
4、务,登机入口-to-到达出口:旅客乘务服务,跑道-to-跑道:飞机“航运”服务,计算机及网络应用基础 第2课,9,层次功能的分布式实现,飞机(起飞),飞机(着陆),飞行航线,起飞机场,到达机场,中间空中交通枢纽,飞行航线,飞行航线,机票(购买),机票(投诉),行李(托运),行李(认领),旅客(出发),旅客(到达),计算机及网络应用基础 第2课,10,层次化方法在其他领域的应用,程序设计把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实现,如操作系统。邮政系统邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输银行系统 物流系统,计算机及网络应用基础 第2课,11,二、分层原理,计算机网络中也采用了分层方法。把复杂的问
5、题划分为若干个较小的、单一的局部问题,在不同层上予以解决。网络的层次结构方法要解决的问题:1)网络应该具有哪些层次?每一层的功能是什么?(分层与功能)2)各层之间的关系是怎样的?它们如何进行交互?(服务与接口)3)通信双方的数据传输要遵循哪些规则?(协议),计算机及网络应用基础 第2课,12,计算机网络中,层、协议和层间接口的集合被称为计算机网络体系结构。换句话说:体系结构包括三个内容:分层结构与每层的功能、服务与层间接口、协议。最早的网络体系结构源于IBM的SNA其他的网络体系结构还有DEC的DNA等由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际标准是OSI/RM实际中应用最广泛的是TCP/I
6、P体系结构事实上的标准,计算机及网络应用基础 第2课,13,层次结构方法的优点,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。,计算机及网络应用基础 第2课,14,三、基本概念,(1)实体:任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。图例(2)协议:通信双方在通信中必须遵守的规则。(3)对等层:两个不同系统的同级层次。(4)对等实体:分别位于不同系统对等层中的两个
7、实体(5)接口:相邻两层之间交互的界面,定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。(6)服务:某一层及其以下各层的一种能力,通过接口提供给其相邻上层。,计算机及网络应用基础 第2课,15,返回,计算机及网络应用基础 第2课,16,1.网络分层体系结构,1)网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的2)同一网络中,任意两个端系统必须具有相同的层次3)每层使用其下层提供的服务,并向其上层提供服务4)通信只在对等层间进行(间接的、逻辑的、虚拟的),非对等层之间不能互相“通信”5)实际的物理通信只在最底层完成6)Pn:第n层协议,即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定,计算机及网络应用基础 第
8、2课,17,(1)对等层通信的实质,网络分层体系结构原理禁止不同主机的对等层之间进行直接通信。(想一想,为什么?)实际上,每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的对等层通信。上层使用下层提供的服务Service user;下层向上层提供服务Service provider。第n+1层是第n层的服务用户,第n-1层是第n层的服务提供者 第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务例:邮政通信,计算机及网络应用基础 第2课,18,对等通信例:两个人收发信件,想一想:收信人与发信人之间、邮局之间,是在直接通信吗?邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务?邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务?,信
9、件内容,邮件地址,货物地址,发信人,邮局,运输系统,信件内容,邮件地址,货物地址,收信人,对信件内容的共识,对信件如何传递的共识,对货物如何运输的共识,P3,P2,P1,公路,铁路,航空,邮局,运输系统,计算机及网络应用基础 第2课,19,对等层通信的实质,1)对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信;2)下层向上层提供服务;3)上层依赖下层提供的服务来与其他主机上的对等层通信;4)实际通信在最底层完成。,计算机及网络应用基础 第2课,20,(2)源进程传送消息到目标进程的过程,1)消息送到源系统的最高层;2)从最高层开始,自上而下逐层封装;3)经物理线路传输到目标系统;4)目标系统将收到的信息自
10、下而上逐层处理并拆封;5)由最高层将消息提交给目标进程。,目标进程,源进程,P3,P2,P1,物理通信线路,Pn-1,Pn,Pn+1,逻辑通信,计算机及网络应用基础 第2课,21,(3)体系结构各层中实现的主要功能,差错控制使对等层的通信更加可靠流量控制控制发送端的速率,使接收端能来得及接收分段和重装发送端将数据块分成更小的单位,并在接收端重新组合复用和分用多个高层的对等层通信会话复用一条低层连接建立连接和释放连接,计算机及网络应用基础 第2课,22,2、通信协议,通信协议:计算机之间网络中所有的通信活动都是由协议所控制,协议:定义网络实体间发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采
11、取的行动。(语法、语义和同步),计算机及网络应用基础 第2课,23,人相互交流的协议和通信协议之间的对比,计算机及网络应用基础 第2课,24,通信协议的三要素,1)语法协议元素与数据的组合格式,即报文格式。例如:2)语义对协议中各协议元素的含义的解释,例如:在HDLC协议中,标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束在BSC协议中,SOH(01H)表示报文的开始,STX(02H)表示报文正文的开始,ETX(03H)表示报文正文的结束3)同步规定实体之间通信的操作执行顺序,协调通信双方的操作,使两个实体之间有序的合作,共同完成数据传输任务。,HDLC,BSC,BACK,计算机及网络应用基础 第2
12、课,25,t,t,同步(时序)例,计算机及网络应用基础 第2课,26,网络体系结构中:每层可能会有若干个协议一个协议只属于一个层次协议可以由软件或硬件来实现:网络通信协议软件、网络驱动程序网络硬件常用协议组:TCP/IP(Windows、UNIX、Linux、)NetBEUI(Windows)IPX/SPX(NetWare、Windows),计算机及网络应用基础 第2课,27,3、协议数据单元(PDU),网络体系结构中,对等层之间交换的信息报文统称为协议数据单元(Protocol Data Unit,PDU)。传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称:传输层段(Segment)网络层分组
13、/包(Packet)数据链路层帧(Frame)物理层比特(Bit)PDU由协议控制信息(协议头)和数据(SDU)组成: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,计算机及网络应用基础 第2课,28,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。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”。,N+1层PDU,N层PDU,计算机及网络应用基础 第2课
14、,29,数据多层封装,数据,帧头,段头,数据,分组头,帧尾,段分组帧,计算机及网络应用基础 第2课,30,TCP头,应用层数据,应用层数据,TCP头,应用层数据,IP头,帧头,TCP头,应用层数据,IP头,帧尾,例:TCP/IP协议的封装过程,应用层,传输层,网络层,链路层,计算机及网络应用基础 第2课,31,在目的站,某一层只能识别由源站对等层封装的“信封”,而对于被封装在“信封”内部的“数据”仅仅是拆封后将其提交给上层,本层不作任何处理。每一层只处理本层的协议头部!,计算机及网络应用基础 第2课,32,4、两种服务,面向连接服务在数据交换之前,必须先建立连接,当数据交换结束后,则应终止这个
15、连接。具有连接建立、数据传输和连接释放三个阶段。无连接服务是指两个实体在数据传输时动态地进行分配通信时所需的资源。,计算机及网络应用基础 第2课,33,两种服务的比较,Connection Oriented,Connectionless,参考模式,电话系统,邮政系统,特点,静态分配资源;传输前需要建立连接,动态分配资源,可靠性,提供可靠的传输服务:无错、按序、无丢失/无重复,不能防止报文的损坏、失序、丢失和重复,对目的地址 的要求,仅在连接阶段需要完整的目的地址,需要为每一个报文提供完整的目的地址,适用场合,在一段时间内向同一目的地发送大量报文;实时性要求,少量零星报文,分类及示例,1.可靠消
16、息流-文件传输2.可靠字节流-远程登录,1.数据报-广播/组播2.可靠的数据报-挂号邮件3.请求应答-数据库查询,计算机及网络应用基础 第2课,34,无连接服务的类型,数据报(datagram)它的特点不需要接收端做出任何响应,因而是一种不可靠的服务。确认交付(confirmed delivery)这种服务要求接收端对收到的每一个报文都要产生一个证实发送给发送端,该证实只能保证报文已经发送到远端的目的地了,但不能保证目的地的用户已收到这个报文。请求应答(request-reply)这种类型的数据报要求接收端用户每收到一个报文,就要向发送端用户发送一个应答报文。,计算机及网络应用基础 第2课,3
17、5,服务原语,服务原语(Service Primitive)专供用户和其他实体访问服务。服务原语只是对服务进行概念性的功能描述,至于如何实现并不作明确规定。,BACK,计算机及网络应用基础 第2课,36,3.2 网络参考模型,OSI/RM参考模型TCP/IP参考模型,计算机及网络应用基础 第2课,37,一、OSI/RM参考模型,应用层Application,表示层Presentation,会话层Session,传输层Transportation,物理层Physical,数据链路层Data Link,网络层Network,7654321,为网络应用提供服务数据表示在用户间建立会话关系不同主机进程
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- 关 键 词:
- 计算机网络 体系结构
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