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11.3网络软件协议层次接口与服务各层的设计问题面向连接的服务和无连接的服务服务和协议的关系2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：1.

3.1协议层次3哲学家-翻译-秘书结构4哲学家-翻译-秘书结构消息选择语言选择传真5哲学家-翻译-秘书结构消息选择语言选择传真一系列的步骤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6哲学家-翻译-秘书结构消息选择语言选择传真每层都向上一

层提供特定的服务每层都把实现服务的细节对上一层屏蔽一方的第n层与另一方的第n层对话对应层的实体称为对等体对话中用到的规则和约定统称为第n层协议每层都通过接口享受下一层提供的服务7问题：两个哲学家之

间、两个翻译之间，他们是在直接通信吗？翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？一方的哲学家与翻译、翻译与秘书之间的接口改变对另一方有影响吗？一方换翻译/秘书对通信有影响吗？消息选择语言选择传真哲学家-翻译-秘书结构81.

3.1协议层次举例2：邮政特快专递模型通信者A邮局前台A转发部A运输部A包裹物品，书写接收方地址，送邮局接收包裹，打开包裹并收取资费分拣包裹，并将包裹发送到运输部门发送邮包通信者B邮局前台B转发部B

运输部B接收包裹，检查物品投递包裹给接收者对包裹进行分拣、分发接收包裹9层次化方法在其它领域的应用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，抽象数据类型、数据封装及面向对象程序设计。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101.3.1协议层次分层的好处每一层不需要知道下一层是如何实现的，只需要知道层间的接口和所提供的服务当某一层协议发生改变时不影响上下层协议结构上分开，各层可采用最适合的技术

易于实现和维护促进标准化11计算机网络体系结构的定义计算机网络中也采用了分层方法。——把复杂的问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：网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能）各层之间的关系是怎样的？它

们如何进行交互？（服务与接口）通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）12计算机网络中，层和协议的集合被称为计算机网络体系结构。换句话说：体系结构包括两个内容：分层结构与每层的协议。每层实现的细节和层间的接口规范并不属于网络体系结构的内容。最早的网络体系结构源于IBM的S

NA；其它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/IP体系结构事实上的标准计算机网络体系结构的定义13协议人

际交流的协议:人类之间“现在几点了?”“10点.”…说明发送的消息…说明接收到某消息后所应采取的行动…说明动作的次序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

接收消息时应采取的行动。（语义、语法和时序）14人相互交流的协议和通信协议之间的对比HiHiWhat’sthetime?2:00请求连接传送文件：xxxxx.xxx<文件>time连接确认15通信协议的三要素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语法协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如：时序通信过程中，通信双方操作的执行顺序

和规则FlagAddressCtrlDataFCSSFlagSOHHEADSTXTEXTETXBCCBSCHDLC16确认释放连接释放确认释放确认连接确认数据连接请求连接确认tt时序例释放连接数据传输建立连接171.3.1协议层次协议计算机网络的同等层次中，通信双

方进行信息交换时必须遵守的规则和约定第n层协议一台机器上的第n层与另一台机器上的第n层进行对话，对话中用到的规则和约定合起来称为第n层协议181.3.1协议层次对等体不同机器里包含对应层的实体，对等体用协议进行通信接口

定义了下层向上层提供哪些原语操作和服务网络体系结构层和协议的集合协议栈一个特定系统所使用的一组协议（每层一个协议）注物理介质上进行的是实通信对等体间进行的是虚拟通信第1层第2层第3层第4层第5层主机1第1层第2层第3层第4层第5层

主机2物理介质4/5层接口3/4层接口2/3层接口1/2层接口第5层协议第4层协议第3层协议第2层协议第1层协议层、协议和接口19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——Serviceuser；下层向上层提供服务——Serviceprovider。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201.3.2各层的设计问题编址机制数据传输规则差错控制流量控制报文的分割与重组顺序控制多路复用路由选择21数据传输规则单工通信（simplexcommunication）数据仅在一个方向上传输（例：无线电广播）半双工通信（half-du

plexcommunication）数据能在任意一个方向上传输，但不能同时双向传输（例：对讲机）全双工通信（full-duplexcommunication）数据能同时双向传输（例：电话）22发送器接收器单工方式：发送器/接收器发送器/接

收器全双工方式：A站B站可同时发送器/接收器发送器/接收器半双工方式：不可同时231.3.3面向连接服务和无连接服务面向连接的服务（connection-orientedservice）在使用时要先建立连接使用该连接传输数据释放连接无连接服务（connectionlessserv

ice）不需要建立和释放连接，直接传输数据每个报文都带有完整的地址，并且每个报文都独立于其它报文，由系统选定的路线传递241.3.3面向连接服务和无连接服务可靠的服务让接收方向发送方确认收到了一条消息不可靠的服务接收方不必向发送方确认收到了一条消息25面向连接服务的类型可靠

的面向连接服务报文序列：要保持报文的边界字节流：只是一个字节流，没有任何报文边界例：发送方发送两个1024字节的报文，当2048字节到达接收方时候；对于报文流，收到的是两个独立的报文，每个报文大小是1024字节

，而对于字节流，没有报文的边界，接收到的是一个2048字节的数据单元不可靠的面向连接服务如：视频会议1.3.3面向连接服务和无连接服务261.3.3面向连接服务和无连接服务无连接服务的类型数据报服务特点是不

需接收端作任何响应是一种不可靠的服务有确认的数据报服务对每一个报文产生一个确认给发送方是一种可靠的服务请求-应答服务数据报是接收方每收到一个报文，就向发送方发送一个应答报文通常被用于实现客户/服务器模式下的通信27C

onnectionOrientedConnectionless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.可靠报文流-文件传输2.可靠字节流-远程登录3.不可靠连接-视频会议1.不可靠的数据报-垃圾邮件2.可靠的数据报-挂号邮件3.请求应答-数据库

查询1.3.3面向连接服务和无连接服务281.3.4服务原语一个服务在形式上是由一组原语来描述的，用户进程通过这些原语可以访问该服务原语告诉该服务执行某个动作，或将某个对等体所执行的动作报告给客户291

.3.4服务原语举例：用于实现一个简单的面向连接服务的5个服务原语原语含义LISTEN阻塞操作，等待一个进入的连接CONNECT与一个正在等待的对等体建立连接RECEIVE阻塞操作，等待一个进入的报文SEND给对等体发送一个报文DISCONNECT终止一个连接301.3.4服务原语

在一个面向连接的网络中，简单的客户-服务器交互过程中发送的分组311.3.5服务和协议的关系服务是某层向它上一层提供的一组原语，但不涉及该操作是如何完成的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；

协议是一组规则，用来规定同一层上的对等体之间所交换的消息或分组的格式和含义32思考题：计算机网络的体系结构分为几层比较好？怎么分(即每一层完成什么功能或提供什么服务)？主机和通信子网间的关系331.4参考模型OSI参考模型TCP/IP参考模型341.4.1OSI参考

模型OSI参考模型（OpenSystemInterconnectionReferenceModel）国际标准化组织（ISO）正式发布的标准，由七层构成两节点间可靠的数据传输Ethernet,X.25,ATM,…1.传输0/12.36两端点间可靠的透明数据传输（应用进程间

的逻辑通信）通信子网…………沿两主机间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）Ethernet,X.25,ATM,…4.3.37OSI参考模型高三层协议5.会话层允许不同机器上的用户之间建立会话会话：指各种服务，包括对话控

制、令牌管理、同步功能6.表示层解决用户信息的语义、语法表示问题实现不同信息格式和编码之间的转换7.应用层包含了直接针对用户需要的协议如：HTTP、文件传输、电子邮件、远程登录等38OSI/RMOSI/RM的体系结构分为7层应

用层Application表示层Presentation会话层Session传输层Transport物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321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间的通信在主机间传输分组在节点间可靠地传

输帧位流的透明传输39物理层(physicallayer)传输原始比特流，处理机械的、电气的和时序的接口及物理传输介质等问题如：用多少伏电压表示“1”，多少伏电压表示“0”一个比特持续多少纳秒单工、双工还是半双工最初物理连接如何建立、完成通信后，连接如何终止网络

接插件有多少针，各个针的用途40数据链路层的任务两节点间可靠的数据传输Ethernet,X.25,ATM,…41任务：在两个相邻节点间可靠地传输数据，使之对网络层呈现为一条无错的链路。功能与服务：组

帧：帧封装，按顺序传送；定界与同步：产生/识别帧边界；差错检测/恢复：如果是可靠的服务，则接收方必须确认每个已正确接收的帧；流量控制：防止高速的发送方“淹没”低速接收方。在广播式网络中，控制对共享信道的访问。数据链路层

（datalinklayer）42共享信道问题(LANorWireless)：如何控制对共享信道的访问？将数据链路层划分为逻辑链路控制(LogicalLinkControl,LLC)介质访问控制(MediaAccessControl,MAC)由MAC子层解决共享介质访问控制问题

。数据链路层（datalinklayer）43数据链路层的任务两节点间可靠的数据传输Ethernet,X.25,ATM,…网络层的任务沿两主机间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）Ethernet,X.25,

ATM,…44网络层（networklayer/internetlayer）任务：选择合适的路由，把分组从源主机传送到目的主机。功能与服务：异构网络互连路由选择网络流量控制服务质量等45网络层的任务沿两主机间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）Ether

net,X.25,ATM,…传输层的任务两端点间可靠的透明数据传输（应用进程间的逻辑通信）通信子网…………46传输层（transportlayer）任务：在源端与目的端之间提供可靠的透明数据传输，使上层服务用户不必关心通信子网的实现细节。接收来自上

层的数据，并在必要时把这些数据分割成小的单元，然后把数据单元传递给网络层，并确保这些数据片段都能到达另一端传输层的特点以上各层：面向应用，本层及以下各层：面向传输；只存在于端主机中；实现源主机到目的主机“端到端”的连接；在这一点上与网络层的区别是

什么？网络层：为主机之间提供逻辑传输传输层：为应用进程之间提供逻辑传输47OSI参考模型如何传输数据----封装和解封装48OSIModelDataFlow----Encapsulating&De-encap

sulatingData49OSIModelDataFlow----Encapsulating&De-encapsulatingData50OSIModelDataFlow----Encapsulating&De-encapsulatingData地址？51OSIModelData

Flow----Encapsulating&De-encapsulatingData在目的站，某一层只能识别由源站对等层封装的“信封”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！52OSIModelDataFlow----Encapsulating&De-encapsulatingData协议：对等体用协议进行通信接口：定义了下层向上层提供哪些原语操作和服务协议栈：一个特定系统所使用的一组协议

（每层一个协议，协议和层的关系？）53OSIModelDataFlow----Encapsulating&De-encapsulatingData集线器交换机/网桥路由器网关Gateway54广域网（回顾）通信子网（简称子网）的功能把消息从主机传到另一台主机广

域网中子网由两个独立部分组成传输线和交换单元主机和通信子网间的关系55应用层会话层表示层传输层网络层数据链路层物理层应用层会话层表示层传输层网络层数据链路层物理层物理层数据链路层网络层系统A系统B通信子网边界物理层

数据链路层网络层传输层？传输层只存在于端主机中56应用层会话层表示层传输层网络层数据链路层物理层应用层会话层表示层传输层网络层数据链路层物理层系统A系统B比特帧包/分组报文报文报文报文信息交换单位通信子网边界物理层数据链路层网络层物理层数据链路层网络层