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主讲：林元乖第2章计算机网络体系结构本章内容提要计算机网络体系结构概述ISO~OSI参考模型TCP/IP体系结构教科书式的五层协议模型几个重要的概念主讲：林元乖2.1计算机网络体系结构概述2.1.1网络体系结构的概念所谓

网络体系结构就是为了完成计算机之间的通信合作，把每个计算机互连的功能划分成定义明确的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口和服务。将这样的层次结构模型和通信协议统称为网络体系结构。主讲：林元乖2.1.2网络体系结构的分层原理计算机网络通信问题很复杂，很难一揽子解决

。按功能将计算机网络通信问题划分成功能相对简单的、按层次处理的问题。分层后，分层制订协议，比较容易。层与层之间通过接口和服务联系。易于实现标准化。主讲：林元乖划分多少层才合适？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。

主讲：林元乖2.2ISO~OSI参考模型国际标准化组织ISO于1978年提出了开放式系统互连参考模型(OpenSystemInterconnectionReferenceModel)，该模型是设计和描述网络通信的基本框架（体系结构）。简称为：ISO~OSIRM主讲：

林元乖ISO~OSI的分层结构物理层数据链路层网络层运输层会话层表示层应用层物理层数据链路层网络层运输层会话层表示层应用层主讲：林元乖ISO/OSIRM中各层的主要功能(1)物理层在两个实体之间建立、维持和释放物理连接规定在物理层传送0、1数据的电参数（波形、频

率、电平）规定所用的连接器传送二进制位流主讲：林元乖数据链路层数据链路的建立、维持和释放帧的分界和同步差错检测与控制顺序控制及层内管理流量控制传送帧ISO/OSIRM中各层的主要功能(2)主讲：林元乖网络层路

径选择网络中拥塞控制传送分组ISO/OSIRM中各层的主要功能(3)主讲：林元乖传输层提供两个端系统之间可靠、透明的数据传送差错控制顺序控制流量控制传送报文ISO/OSIRM中各层的主要功能(4)主讲

：林元乖会话层传送报文为通信的两个进程建立会话连接，进行交换会话管理令牌管理同步管理ISO/OSIRM中各层的主要功能(5)主讲：林元乖表示层信息格式的转换数据的加密和解密OSI内部语法ISO/OSIRM中各层的主要功能(6)主讲：林元乖应用层为用户使用网络提供接口(界面)ISO/OSI

RM中各层的主要功能(7)主讲：林元乖小结:OSI参考模型中各层的功能层次数据单位功能物理层比特主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送比特流。数据链路层帧在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数

据链路连接，传送以帧为单位的数据，采用差错控制、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。网络层分组（包）网络层主要任务是通过路由算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层要实现路由选择、拥塞控制与网络互连等功能。传输层（运输层）报文传输层的

主要任务是负责主机中两个进程之间的通信。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最关键的一层。会话层报文会话层的主要任务是组织两个远程系统建立通信会话，并管理数据的交换。表示层报文表示层主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。它包括数据格式变

换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。应用层报文应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要（反映在用户的服务请求上）。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为应用进程的用户代理来完成一些为进行信息交换

所必需的功能。主讲：林元乖2.3TCP/IP体系结构应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI的体系结构应用层网络接口层网际层IP(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP等)运输层(TCP或UDP)TCP/IP的体系结构无连接分组交付服务运输服务(可靠或不可靠)各

种应用服务TCP/IP的三种服务主讲：林元乖网络接口层又称为主机至网络层（Host-to-NetworkLayer），由数据链路层和物理层合并而成。TCP/IP体系结构中各层的主要功能(1)其实，TCP/IP体系中并没有对网络接口层做出新的定义和标准，而是利用原有的数据链路层

和物理层标准，如以太网、令牌环、FDDI和ATM等。具体实现时包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡，它们一起处理与传输媒介的物理接口细节。主讲：林元乖网际层又称互联网层，主要协议是网络互联协议（也称网际协议，InternetP

rotocol，简称IP）。TCP/IP体系结构中各层的主要功能(2)所有网际层以下或以上的各层通信在跨越协议栈时，都必须通过IP协议来完成。此外，网际层还有一些支持性的协议，如ICMP。主讲：林元乖传输层TCP/IP体系的传输层中有两种传输协议TCP和UDP。TCP/IP体

系结构中各层的主要功能(3)传输控制协议（TransmissionControlProtocol，TCP），是面向连接的、可靠的传输协议。用户数据报协议（UserDatagramProtocol，UDP），是无连接的传输协议，它的可靠性要由应用层来提供。

主讲：林元乖应用层TCP/IP体系的传输层中有两种传输协议TCP和UDP。TCP/IP体系结构中各层的主要功能(4)应用层综合了OSI应用层、表示层以及会话层的功能。因此，应用层的协议很多，如支持WWW应用的HTTP协议，支持发送电子邮件

的SMTP协议，支持文件传送的FTP协议等。主讲：林元乖2.4五层协议的体系结构（教科书式）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。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。主讲：林元乖五层协议的体系结构数据链路层5应用层4运输层3网络层2数据链路层1物理层应用层(applicationlayer)运输层(transportlayer)网络层(networklayer)数据链路层(datalinkla

yer)物理层(physicallayer)主讲：林元乖计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机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主讲：林元乖计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层

PDU再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文主讲：林元乖计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机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）主讲：林元乖计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计

算机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讲：林元乖计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机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讲：林元乖

计算机1向计算机2发送数据5432154321物理传输媒体计算机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计算机2主讲：林元乖计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1A

P2AP1计算机2物理层接收到比特流，上交给数据链路层主讲：林元乖计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层主讲：林元乖计算机1向计算机2

发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层主讲：林元乖计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层主讲：林元乖计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程主讲：林元乖计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！主讲：林元乖计算机1向计

算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用程序数据应用层首部H510100110100101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链路层尾部主讲：林元乖计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机210100110100101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H2T2H3H4H

5应用程序数据主讲：林元乖H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机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应用程序数据主讲

：林元乖H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层主讲：林元乖H5应用程序数据H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1

计算机2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层主讲：林元乖应用程序数据H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机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讲：林元乖计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP

1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！主讲：林元乖实体(Entity)：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。是每一层中的活动元素，在许多情况下，实体就是一个特定的软件模块。对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实体。协议在对等实体之间起作用。接口（Interface）：相邻

两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的服务原语操作及上层对下层的服务。2.5几个重要的概念主讲：林元乖协议（Protocol）：为进行网络数据交换(通信)而建立的规则、标准或约定的总和。计算机网络协议主要由语义、语法和时

序三部分组成。协议栈：某一系统内的各层协议集。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。时序事件实现顺序的详细说明（又称同步）。协议控制两个或多个对等实体间的通信，在协议的控制下，对等实体间的通信使得本层能够向上

一层提供服务，要实现本层协议，还需要使用下面所提供的服务。主讲：林元乖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的服务。服务访问点SAP(ServiceAccessPoint):在同层实体按协议通信时，同一系统中相邻两层实体交换信息的地点。在任何相邻两层之间的

关系可概括为如下图所示：主讲：林元乖服务原语：是在定义（N）层向（N+1）层提供服务时，使用的形式服务规范语言。一个完整的服务原语包括三部分：原语名字、原语类型、原语参数。原语类型分成四种：请求：Request指示：Indica

tion响应：Response证实：Confirmation主讲：林元乖对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU(ProtocolDataUnit)。层与层之间交换的数据单位称为服务数据单元SDU(ServiceDataUnit)。可以是多个SDU合成为一个P

DU，也可以是一个SDU划分为几个PDU。问题：服务和协议的区别？主讲：林元乖面向连接服务与无连接服务面向连接服务(connection-oriented)面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。无连接服务(connectionless)两个实体之间的通信不需要先

建立好连接。是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”(besteffortdelivery)或“尽力而为”。主讲：林元乖应用层的客户~服务器方式在TCP/IP的应用层协议使用的是客户-服务器方式计算机的进程(process)是指运行着的计算机程序。为解决

具体应用问题而彼此通信的进程称为“应用进程”。应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。主讲：林元乖客户和服务器注意与平时所说的硬件上的服务器区别开来！客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户-

服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。主讲：林元乖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客户发起连接请求②服务器接受连接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）主讲：林元乖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因特网主讲：林元乖沙漏计时器形状的T

CP/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IPoverEveryth

ingIP可应用到各式各样的网络上主讲：林元乖EverythingoverIPeverythingoverIP：即IP为王，未来网络将由IP一统天下；everything均以IP为基础，以后的网络中的设备都用IP（现在的电话网络就不是）。TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务。