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计算机网络教程（第2版）第2章计算机网络的体系结构第2章计算机网络的体系结构2.1计算机网络体系结构的形成2.2协议与划分层次2.3具有五层协议的计算机网络体系结构2.4TCP/IP的体系结构2.1计算机网络体系结构的形成相互

通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。关于开放系统互连参考模型OSI/RM只要遵循OSI标准

，一个系统就可以和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。在市场化方面OSI却失败了。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；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的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。两种国际标准法律上的国际标准OSI并没有得到市场的认可。是非国际标准T

CP/IP现在获得了最广泛的应用。TCP/IP常被称为事实上的国际标准。2.2协议与划分层次计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时

序的意思）。为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(networkprotocol)，简称为协议。网络协议的组成要素语法数据与控制信息的结构或格式。语义需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。同步事件实现顺序的详细说明。划分层次的概念举例主机1

向主机2通过网络发送文件。可以将要做的工作进行如下的划分。第一类工作与传送文件直接有关。确信对方已做好接收和存储文件的准备。双方协调好一致的文件格式。两个主机将文件传送模块作为最高的一层。剩下的工作由下面的模块负责。两个主机交换文件文件传送模块主机1主机2文件传送模块只看这两

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文件传送模块主机1主机2文件传送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通信服务模

块通信服务模块再设计一个网络接入模块文件传送模块主机1主机2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口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。分层的好处各层之间是独立的。灵活性好。结构

上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。层数多少要适当若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。计算机网络的体系结构计算机网络

的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。实现(implementation)是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和

软件。2.3具有五层协议的体系结构TCP/IP是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。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

应用层(applicationlayer)运输层(transportlayer)网络层(networklayer)数据链路层(datalinklayer)物理层(physicallayer)数据链路层5应用层4运输层3网络层2数据链路层1物理层主机1向主机

2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层PDU主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2应用层PDU再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文主机1向主机2发送数据543215432

1主机1AP2AP1主机2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP

1主机2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体主机1向主机2发送数据应用层(applicationlayer)5432154321物理传输媒体主机1AP2AP1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主机2

主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2物理层接收到比特流，上交给数据链路层主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层主机1向主机2发送数据54321

54321主机1AP2AP1主机2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层主机1向主机2发送数据5

432154321主机1AP2AP1主机2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2我收到了AP1发来的应用程序数据！主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2应用程序数据应用层首部H510100

110100101比特流110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应用程序数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2101001

10100101比特流110101110101计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机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H2T2H3H4H5应

用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层H5应用程序数据H4H5应用程序数据主机1

向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应用程序数据H5应用程序数据主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机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主机1向主机2发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2我收到了AP1发来的应用程序数据！协议很复杂协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。看一个计算机网络协议是否正确，不能光看在正常情况下是否正确，而且

还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。著名的协议举例占据东、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？明日正午进攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”………………这样的协议无法实现！结论这样无限循环下去，两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到。没有一种协议能够

蓝军能100%获胜。2.4TCP/IP的体系结构应用层运输层网际层网络接口层主机A主机B路由器网络2网络1应用层运输层网际层网络接口层网际层网络接口层4321路由器在转发分组时最高只用到网络层而没有使用运输层和应用

层。沙漏计时器形状的TCP/IP协议族HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层………网络接口1网络接口2网络接口3EverythingoverIPIP可为各式各样的应用程序提供

服务IPoverEverythingIP可应用到各式各样的网络上【例1】客户进程和服务器进程使用TCP/IP协议进行通信数据链路层物理层运输层网络层数据链路层物理层运输层网络层①客户发起连接建立请求②服务器接受连接建立请求应用层应用层因特网客户服务器以后就逐级使用

下层提供的服务(使用TCP和IP）功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机3服务器1服务器2数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机1客户1数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机2客户2

因特网发送时：每一层都把上层来的数据加上本层控制信息组成报文发传递到下一层，直到物理传输媒体(比特流)。接收时：每一层从下一层接收分组，去掉本层有关的控制信息，交给上一层，最后到应用层(用户数据)。清晰的接口和含义明确的功能集合

使得设计变得容易，而且使得用一种协议实现代替另一种成为可能。层次划分的原则：太多使开销增加，降低效率；太少则每层太复杂，功能不明确，可靠性降低。4.4ISO/OSI网络体系结构1978年，ISO提出开放系统互

连(OSI)参考模型（并非协议）Internet体系结构(ARPANET，UNIX，TCP/IP协议族)OSI(Opensystemsinterconnectionreferencemodel)背景：

70年代各公司分别提出自己的体系结构，无法互相通信和互操作。目标：更大范围共享资源和通信，一个供参照的共同的标准。OSI/RM的分层：7层物理层(physicallayer)物理层的位置是在物理媒体之上，在数据链路层之下物理层的主要任务是确定与传输媒体接口的一些特性，以便无差别地

利用不同物理媒体来进行数据传输，这些特性为：机械特性，电气特性，功能特性，规程特性物理层的作用控制物理媒体屏蔽掉计算机网络中种类繁多的具体物理设备和传输媒体的差异，向上层（数据链路层）提供一致的服务。物理层的协议数据单元(PDU

)为比特数据链路层(datalinklayer)数据链路层的主要任务是在链路上为上层提供出错检测和流量控制。数据链路层的作用是使得在两个相邻结点间能无差错地传送数据，使之对网络呈现为一条无差错链路。数据链路层的协议数据单元是帧网络层(networ

klayer)网络层的主要任务路由选择和存储转发通过网络连接在主机之间提供分组交换功能差错控制和流量控制等等网络层的作用：网络层是通信子网的最高层，它完成对通信子网的控制。对上层用户屏蔽了子网通信的全部细节，如拓扑结构和子网数目等

，以向上层提供一致的服务，统一的寻址。网络层的协议数据单元是分组(packet)提供两种服务：面向连接，无连接运输层(transportlayer)运输层的主要任务根据通信子网的特征最佳地利用网络资源，并以可靠和经济的方式，在源系统和目的系统的会话层之间，建

立一条运输连接，以透明地传送报文。完成寻找接收端地址，建立、拆除连接及流量控制和多路复用等工作。运输层的作用把通信子网与高层应用分开，为上一层（会话层）提供一个可靠的端到端的数据传输服务运输层的协议数据单元是报文(message)会话层(sessi

onlayer)会话层以上不再参与数据传输，而是管理数据传输。会话层在不同计算机上的两个应用进程之间建立、使用和终止连接，该连接就是所谓的会话。提供会话管理功能。比如确定该连接是全双工还是半双工，中断的会话从何处重新开始等会话层以

及以上层数据传送的单位都可称为报文。表示层(presentationlayer)表示层主要解决用户信息的语法表示问题，完成被传输数据的解释工作。表示层将欲交换的数据从适合某一用户的语法变换为适合于网络系统内部使

用的传送语法。这样就屏蔽了不同应用进程的不同数据表示。数据转换，数据加密，数据压缩等应用层(applicationlayer)应用层是OSI参考模型中的最高层，是用户访问OSI环境的接口应用层包含用户需要

的服务，常见应用如远程登录，文件传输，email等作为互相作用的应用进程的用户代理，负责用户信息的语义表示，并在两个通信者之间进行语义匹配。4.5Internet网络体系结构OSI的七层网络体系结构已经过时TCP/IP的网络体系结构已成主流核心：TC

P/IP协议族IP：InternetProtocol网际协议TCP：TransmissionControlProtocol传输控制协议TCP/IP协议的分层：4层RFC：RequestForComments(IETF,ietf.org)54321数据链路层应用层运输层网际层物理层

ApplicationlayerTransportlayerInternetlayerDatalinklayerPhysicallayerTCP/IP的体系结构通信子网层IP，ICMP各种应用层协议HTTP,FTP,SMTP,DNS等TCP网际层运输层UDP应用层TCP:传输控制协议(Transm

issionControlProtocol)IP:网际协议UDP:用户数据报协议(UserDatagramProtocol)5432154321H3物理传输媒体数据部分数据部分数据部分数据部分10100110100101比特流11010111010T2计算机1H5H

4H2首部尾部……AP2AP1应用程序数据计算机2比特帧IP数据报IP分组TCP报文段UDP报文段报文的发送接收流程TCP/IP与OSI/RM通信子网层(subnetworklayer)通信子网层是最底层，它包括那些能使TC

P/IP与物理网络进行通信的协议，如以太网802.3，分组交换网X.25等。与OSI的物理层，链路层和网络层(部分)相对应。TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口协议，而是旨在提供灵活性，以适应各种网络类型。在RFC中描述了使TCP/IP能够

与特定网络相互操作的一些协议，但是网络本身，如以太网和令牌环网，它们是被标准组织标准化的。网络接口层(networkinterfacelayer)网际层(internetlayer)网际层是在TCP/IP标准中有正

式定义的第一层。网际层所执行的主要功能是消息寻址以及把逻辑地址和名称转换成物理地址。通过判定从源计算机到目标计算机的路由，该层还控制子网的操作……网际层常用的协议是网际协议(IP)，然而在此操作中也

有许多其他协议协助IP的操作。包括:网际控制报文协议(ICMP),pingInternet组管理协议(IGMP)……IP协议IP协议把运输层送来的消息组装成IP数据包，传给子网层。提供统一的IP包格式，消除各种通信子网的差异，提供透明通道。主要功能：IP地址的

识别与管理IP包的路由IP包与通信子网匹配，分解处理运输层(transportlayer)运输层负责主机到主机之间的端对端通信该层有两种协议可用来支持两种数据传送方法。这两个传输层协议是:传输控制协议(TCP):它使用面向连接的通信提供

可靠的数据传送(大量数据的传输)。有连接建立断开，消息分段，顺序控制，差错检测及恢复，检验及重发控制等功能。用户数据报协议(UDP):提供高效的离散数据报传送，但是不能保证传送被完成。运用UDP的应用程序必须执行自己的错误检验和恢复。应用层(applicationlaye

r)用户需要的服务常见应用：telnet：远程登录ftp：文件传输Email：smtp,pop3WWW：http域名服务：DNS简单网络管理协议：SNMP