1、計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)第二章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)2.1 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 ARPANET1969年分組交換及分層結(jié)構(gòu)SNA1974年七層結(jié)構(gòu)模型及協(xié)議DNA1975年分布式層次結(jié)構(gòu)OSI/RM 1983年七層結(jié)構(gòu)模型及協(xié)議TCP/IP RM 四層結(jié)構(gòu)模型及協(xié)議19691計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu) 1、計(jì)算機(jī)單機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 作為軟件資源的應(yīng)用程序數(shù)學(xué)模型、算法用戶程序從硬、軟件角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型語(yǔ)言處理程序解釋、編譯操作系統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言指令系統(tǒng)微程序控制器硬件連接邏輯部件系統(tǒng)分析級(jí)硬核用戶程序級(jí)操作系統(tǒng)級(jí)傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)微程序級(jí)22、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層原理 (1)、分層原

2、則：- 參考性原則 各層有主從順序； 各層的功能應(yīng)是明確的; 經(jīng)過(guò)層間接口的控制信息量應(yīng)盡可能少; 有利于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的建立; 層次功能定義與層間接口相互獨(dú)立； 層數(shù)應(yīng)適中; 計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室3（2）、網(wǎng)絡(luò)分層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)： 給出了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。 分層使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。 有利于擴(kuò)展、升級(jí)和維護(hù)。 易于標(biāo)準(zhǔn)化。計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室4 OSI/RM、TCP/IP RM的體系結(jié)構(gòu)TCP/IP RMOSIRM應(yīng)用層 Application傳輸層 Transport網(wǎng)際層 Internet網(wǎng)絡(luò)接口層Network Access物理層 PH數(shù)據(jù)鏈路層 DL網(wǎng)絡(luò)層 N傳輸層

3、 T會(huì)話層 S表示層 P應(yīng)用層 A基于數(shù)據(jù)處理基于通信硬件軟件Nos用戶空間3、OSI/RM與TCP/IP RM的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室54、OSI/RM各層的功能及實(shí)現(xiàn)的核心 7應(yīng)用層 Application Layer（A）6表示層 Presentation Layer（P）5會(huì)話層 Session Layer（S）4傳輸層 Transport Layer（T）3網(wǎng)絡(luò)層 Network Layer（N）2數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer（DL）1物理層 Physical Layer（PH）OSI/RM的7層結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室6物理層（PH） 提

4、供傳輸介質(zhì)接口，如RJ45、BNC、ST等； 保證比特流在物理信道上的透明傳輸。接口特性主要包含：機(jī)械特性。電氣特性。 功能特性。 規(guī)程特性。 計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室7 數(shù)據(jù)鏈路層（DL） 在兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)間的線路上無(wú)差錯(cuò)地傳送以幀（Frame）為單位的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能 ： 流量控制（Flow Control） 差錯(cuò)控制 ：查錯(cuò)，糾錯(cuò) 鏈路管理 ：鏈路建立、維護(hù)、釋放 幀的封裝與同步： 透明傳輸（提法不準(zhǔn)確）： 尋址（物理地址）：計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室8比較著名的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議有： 停止等待協(xié)議（Stop-and-Wait Protocol）。 連續(xù)ARQ（Auto

5、matic Repeat reQuest）協(xié)議。 選擇重傳ARQ（Select Repeat reQuest）協(xié)議。 面向比特的鏈路控制規(guī)程HDLC（High_Level Data Link Control）協(xié)議。 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP（Point-to-Point Protocol）。計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室9網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer） 是通信子網(wǎng)的最高層，它在數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)的基礎(chǔ)上向資源子網(wǎng)提供服務(wù)。 主要功能： 邏輯地址尋址，如：IP、IPX地址；路由功能 ：存在多個(gè)子網(wǎng)的最佳路徑選擇；擁塞拉制（解決辦法：流量控制） ；記帳 ：根據(jù)時(shí)間或流量的記費(fèi)； 計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)

6、算機(jī)專業(yè)教研室10傳輸層（Transport Layer） 承上啟下的一層，主要功能如下： Port1Host 1Port2Host 2(IP源、IP目、PORT源、PORT目、協(xié)議)端到端的透明傳輸：差錯(cuò)控制 流量控制計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室11會(huì)話層（Session Layer） 會(huì)話層允許不同主機(jī)上各種進(jìn)程之間進(jìn)行會(huì)話，并組織、協(xié)調(diào)和同步進(jìn)程間的對(duì)話。 表示層(Presentation Layer) 表示層主要解決用戶信息的語(yǔ)法表示問(wèn)題，完成數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)的加密、解密等。 應(yīng)用層(Application Layer) 提供用戶訪問(wèn)OSI/RM環(huán)境的接口，如：、DNS、Te

7、lnet等。計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室125、TCP/IP各層的功能及實(shí)現(xiàn)的核心 4應(yīng)用層 Application Layer3傳輸層 Transport Layer2網(wǎng)際層 Internet Layer1網(wǎng)絡(luò)接口層 Network Access Layer問(wèn)題：層次結(jié)構(gòu)中沒(méi)有物理層？-四層結(jié)構(gòu)模型如何實(shí)現(xiàn)異種機(jī)型、異種網(wǎng)絡(luò)的互連？計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室13網(wǎng)際網(wǎng)層（Internet）-網(wǎng)間網(wǎng)層、互連層實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議（即：Internet Protocol），提供路由選擇、擁塞控制，提供無(wú)連接服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)接口層（Network Access）-主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層向下提供不同物理層接入

8、的協(xié)議規(guī)范，向上提供統(tǒng)一的協(xié)議接口。這兩層功能的實(shí)現(xiàn)，完成了“異種機(jī)型、異種網(wǎng)絡(luò)”的互連IPNA1 NA1計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室14傳輸層(Transport)提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸。TCP：面向連接，有差控、流控，提供可靠的連接服務(wù)；UDP：無(wú)連接，無(wú)差控、流控，提供不可靠的連接服務(wù)；應(yīng)用層(Application) 提供用戶訪問(wèn)OSI/RM環(huán)境的接口，如：、DNS、Telnet等。同時(shí)提供數(shù)據(jù)加密、認(rèn)證等功能。計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室152.3、協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 1、協(xié)議協(xié)議：不同系統(tǒng)中兩個(gè)對(duì)等實(shí)體交換數(shù)據(jù)信息的規(guī)則。協(xié)議三要素： 語(yǔ)法：數(shù)據(jù)格式的表示； 語(yǔ)義：對(duì)特

9、定格式數(shù)據(jù)的解釋、操作或執(zhí)行； 同步：解釋、操作或執(zhí)行的順序和速率。 計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室162、網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)指的是網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)、各層協(xié)議及相鄰層接口的集合。 例如：TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如下：TCP UDPFTP SMTP TELNET DNS IPEthernet FDDI X.25 計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室17計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室2.4、OSI/RM的通信環(huán)境1、協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit,PDU)APSTNDLPHAPDUPPDUSPDUTPDUNPDUDLPDUPHDataAHData

10、發(fā)DataPHData收Data18APSTNDLPHAPSTNDLPHNDLPHNDLPHDATA2、OSI通信環(huán)境DATA對(duì)等協(xié)議鏈路協(xié)議鏈路協(xié)議子網(wǎng)協(xié)議計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室19計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室3、OSI的三個(gè)核心概念：協(xié)議、服務(wù)、SAP（1）、子系統(tǒng)與實(shí)體(N+1) (N) (N-1) (N+1) (N) (N-1) 對(duì)等實(shí)體(N)子系統(tǒng)：(N)實(shí)體：(N)對(duì)等實(shí)體：對(duì)等通信：對(duì)等網(wǎng)絡(luò)：實(shí)體：是具有獨(dú)立數(shù)據(jù)收發(fā)能力的硬、軟件模 塊或程序進(jìn)程。20(N+1)實(shí)體(N+1)實(shí)體(N)實(shí)體(N)實(shí)體協(xié)議(N1)協(xié)議(N)(N)協(xié)議：“水平的”；(N)服務(wù)：“垂直的”

11、計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室（2）、協(xié)議與服務(wù)(N)SAP(N1)層(N)層(N)SAP(N)服務(wù)(N)服務(wù)21計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室（3）、服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)SAP(Service Access Point)SAP: 相鄰層間交換數(shù)據(jù)的邏輯接口-層間接口。應(yīng)用中，有以下三種情況： 一個(gè)（N）SAP只能被一個(gè)（N）實(shí)體使用，也 只能為一個(gè)（N1）實(shí)體提供服務(wù)； 一個(gè)（N）實(shí)體可以向多個(gè)（N）SAP提供服務(wù)； 一個(gè)（N1）實(shí)體可以使用多個(gè)（N）SAP；22計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室（3）、服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)SAP(Service Access Point)(N+1)(N)(N)SAP(N+1

12、)實(shí)體(N+1)實(shí)體(N)實(shí)體(N+1)實(shí)體(N+1)實(shí)體(N)實(shí)體(N)實(shí)體(N)實(shí)體SAP: 相鄰層間交換數(shù)據(jù)的邏輯接口-層間接口。應(yīng)用中，有以下三種情況：234、數(shù)據(jù)單元信息總是封裝在各種數(shù)據(jù)單元內(nèi)傳送的。信息的傳送包括兩種情況：在已建立連接的對(duì)等N實(shí)體之間的數(shù)據(jù)傳送；在相鄰層間接口之間的數(shù)據(jù)傳送；在OSI/RM中定義了三種數(shù)據(jù)單元：協(xié)議數(shù)據(jù)單元：PDU(Protocol Data Unit)接口數(shù)據(jù)單元：IDU(Interface Data Unit)服務(wù)數(shù)據(jù)單元：SDU(Service Data Unit)計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室24(1)、(N)PDU (N)PCI：(N)

13、協(xié)議控制信息，是第(N)層協(xié)議封裝處理數(shù) 據(jù)單元的控制信息。 (N)UD：(N)用戶數(shù)據(jù)； (N)PDU:(N)協(xié)議數(shù)據(jù)單元，由（N）PCI和（N）UD組成；(N)PCI(N+1)UD(N)PDU(N)(N-1)(N+1)計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室25PHDPDUDLNPDUNTPDUTSPDUSPPDUPAPDUADATADATADATADATAAPCIAPCIPPCIAPCIPPCISPCI由此可知，分層越多，數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)的效率也越低；User Data計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室26(2)、(N)IDU: 通過(guò)層間接口的數(shù)據(jù)單元。（N）ICI： (N）接口控制信息；（N）ID：

14、 （N）接口數(shù)據(jù)；（N）IDU：（N）接口數(shù)據(jù)單元；(N)PCI(N+1)UD(N)PDU(N)(N-1)(N+1)(N-1)IDU(N-1)ICI(N-1)SAP計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室27(3)、(N)SDU (N)服務(wù)數(shù)據(jù)單元: 發(fā)送端從(N)實(shí)體到(N-1)實(shí)體的信息，或者接收端從(N-1)實(shí)體到(N)實(shí)體的邏輯數(shù)據(jù)單元。 NOTE：對(duì)等實(shí)體間的SDU必須大小、內(nèi)容完全相同，才能保證收發(fā)雙方數(shù)據(jù)的一致性；計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室28(4)、PDU、SDU、IDU三者的關(guān)系(N+1)SDU(N+1)PCI(N+1)PDU(N)ICI(N)IDU(N)SDU(N)PCI(N

15、)ICI(N)PDU(N)層(N+1)層(N)SAP計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室29注意： (N)IDU的大小取決于(N)SAP協(xié)議； (N+1)PDU與(N)SDU的大小沒(méi)必然聯(lián)系； (N+1)PDU與(N+1)SDU的大小無(wú)關(guān)系； （N+1）SDU （N+1）PDU 分段封裝 （N+1）SDU （N+1）PDU 可封裝多個(gè)SUD計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室305、服務(wù)原語(yǔ)原語(yǔ)是服務(wù)用戶和服務(wù)的提供者之間的一種抽象且與實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)的交互，是一種不可中斷的原子操作；(1)、OSI/RM定義的四種原語(yǔ)：服務(wù)原語(yǔ)的四種類型原語(yǔ)類型英文對(duì)照含義請(qǐng)求Request一個(gè)實(shí)體希望得到完成某些操作的服務(wù)

16、指示Indication通知一個(gè)實(shí)體，有某個(gè)事件發(fā)生響應(yīng)Response一個(gè)實(shí)體對(duì)某個(gè)事件做出響應(yīng)證實(shí)Confirm返回對(duì)先前請(qǐng)求的響應(yīng)計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室31（2）、原語(yǔ)的表示方法空間表示法：Request ConfirmResponse Indication計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室32時(shí)間表示法：計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室服務(wù)層APP1APP2RequestIndicationResponseConfirm33完整表示法：原語(yǔ)名字;原語(yǔ)類型；原語(yǔ)參數(shù)；T_Connect.Request(參數(shù))如：全相關(guān)地址： （IP源、IP目、PORT源、PORT目、PROTOC

17、OL）半相關(guān)地址： （IP源、PORT源、PROTOCOL）T_Connect.Request （IP源、IP目、PORT源、PORT目、PROTOCOL）計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室346 面向連接的服務(wù)與無(wú)連接服務(wù) 在網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)中，下層向上層提供兩種類型的服務(wù)，即：面向連接（Connection-Oriented）服務(wù) 無(wú)連接（Connectionless）服務(wù)。面向連接的服務(wù)在數(shù)據(jù)交換前，必須先建立連接；當(dāng)數(shù)據(jù)交換結(jié)束時(shí)后，則應(yīng)終止這個(gè)連接。 計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室351234H1H22135建立連接：利用網(wǎng)絡(luò)全相關(guān)地址，建立一個(gè)邏輯的專用鏈路；(各鏈路有鏈路標(biāo)識(shí)符)H

18、1124H22135計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室36數(shù)據(jù)傳輸：沿建立的專用鏈路傳輸數(shù)據(jù)； 僅需使用鏈路標(biāo)識(shí)符就能夠完成數(shù)據(jù)傳輸； 管道操作先發(fā)先到，按序到達(dá)，提供差錯(cuò)控制； 故面向連接的服務(wù)是一種可靠服務(wù)；釋放連接：使用網(wǎng)絡(luò)全相關(guān)地址，逐段釋放； 面向連接服務(wù)比較適合于在一段時(shí)間間隔內(nèi)要向同一目的地發(fā)送許多報(bào)文的情況。對(duì)于發(fā)送很短的零星報(bào)文，連接建立和釋放所帶來(lái)的開(kāi)銷就顯得過(guò)大了。計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室37無(wú)連接服務(wù)： “盡力”傳輸方式；每個(gè)數(shù)據(jù)包攜帶網(wǎng)絡(luò)全相關(guān)地址信息；每個(gè)數(shù)據(jù)包獨(dú)立尋址不能保證各數(shù)據(jù)包按序到達(dá)，故需要在H2設(shè)立足夠Buffer來(lái)為數(shù)據(jù)包重新排序；不提供差錯(cuò)控制不可靠服務(wù)；H2H112111222計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室38無(wú)連接服務(wù)常見(jiàn)類型： 數(shù)據(jù)報(bào)（Datagram）：UDP不可靠服務(wù)；盡力傳輸（Best Effort Delivery ），發(fā)完就行，不需要確認(rèn)； 證實(shí)交付（Confirmed Delivery）半可靠服務(wù)；發(fā)送方每發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)包，均需本機(jī)底層給予確認(rèn)（證實(shí)）；該證實(shí)只能保證報(bào)文已經(jīng)發(fā)送給遠(yuǎn)端的目的站了，但并不能保證目的站用戶已收到這個(gè)報(bào)文 計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室39 請(qǐng)求應(yīng)答（Request-Reply ）可靠服務(wù)；接收端用戶每收到一個(gè)報(bào)文，就向發(fā)送端用戶發(fā)送一個(gè)應(yīng)答報(bào)文 計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)專業(yè)教研室4