1、第二講 協(xié)議與體系結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu) TCP/IP的體系結(jié)構(gòu) OSI的體系結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層,協(xié)議與分層的必要性 通信協(xié)議代表著標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)定了計(jì)算機(jī)信息交換中消息格式和意義的協(xié)定，是通信雙方都必須遵循的一系列規(guī)則。 為了為了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，通信協(xié)議采用分層的結(jié)構(gòu)，各層協(xié)議之間既相互獨(dú)立又相互高效地協(xié)調(diào)工作。,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念,1 體系結(jié)構(gòu)的概念 體系結(jié)構(gòu)包括三類相關(guān)的結(jié)構(gòu)，即物理結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu) 物理結(jié)構(gòu)：完成一定功能的物理部件。如IC、計(jì)算機(jī)部件、計(jì)算機(jī)或由計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng) 邏輯結(jié)構(gòu)：完成信息處理的基本操作。如計(jì)算機(jī)OS、終端模塊

2、、通信程序模塊等 軟件結(jié)構(gòu)：由數(shù)據(jù)處理、進(jìn)程訪問(wèn)、硬件故障診斷、數(shù)據(jù)發(fā)送、通道控制等相關(guān)的程序組成 體系結(jié)構(gòu)實(shí)例：IBM的SNA(Systems Network Architecture)，DEC的DNA(Digital Network Architecture)，美國(guó)國(guó)防部的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等 不同體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互不兼容，難以互連。因此，ISO于1977年系統(tǒng)互連標(biāo)準(zhǔn)的建議，即著名的“開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型”,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念,2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念 協(xié)議是用來(lái)描述進(jìn)程之間信息交換過(guò)程的術(shù)語(yǔ)，是通信雙方為了實(shí)現(xiàn)通信所進(jìn)行的約定或?qū)υ捯?guī)則 協(xié)議由語(yǔ)義、語(yǔ)法和定時(shí)三部分組成 語(yǔ)義：規(guī)定

3、通信雙方彼此“講什么”，即確定協(xié)議元素的類型，如規(guī)定通信雙方要發(fā)出什么控制信號(hào)，執(zhí)行的動(dòng)作和返回的應(yīng)答 語(yǔ)法： 規(guī)定通信雙方彼此“如何講”，即確定協(xié)議元素的格式，如數(shù)據(jù)和控制信息的格式 定時(shí)關(guān)系：規(guī)定事件執(zhí)行的順序，即確定通信過(guò)程中通信狀態(tài)的變化,圖1-4 多層通信示例：中德教師之間的討論,采用層次體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),各層之間是獨(dú)立的。不管下層如何實(shí)現(xiàn)，只關(guān)心接口提供的服務(wù)，各層功能相對(duì)獨(dú)立，復(fù)雜度降低 靈活性好。適應(yīng)技術(shù)變化 結(jié)構(gòu)上可分割開(kāi)。各層可采用最佳技術(shù)實(shí)現(xiàn) 易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。功能分解 能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。各層功能和服務(wù)進(jìn)行了精確的說(shuō)明,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層,本課堂采用的模型,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與

4、分層,分層軟件的工作原理 整套通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)稱為棧。數(shù)據(jù)從發(fā)送方向下通過(guò)協(xié)議棧的每一層，又從接收方向上通過(guò)協(xié)議棧的每一層。每一層在把數(shù)據(jù)傳送到低一層之前在數(shù)據(jù)前面附加一些控制信息，稱為協(xié)議頭部，接收方收到數(shù)據(jù)之后先分析相應(yīng)頭部的信息，然后卸掉頭部提交上一層。,圖示,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層,對(duì)等實(shí)體之間的通信都是遵守同層協(xié)議進(jìn)行的，只存在一層是物理通信，其余各層之間的通信都是虛擬通信。 層間通信即相鄰層實(shí)體之間進(jìn)行的通信是遵循層間協(xié)議（接口）進(jìn)行的。 分層原理：在目標(biāo)計(jì)算機(jī)上的第N層軟件必須恰好接收由在發(fā)送計(jì)算機(jī)上的第N層軟件所發(fā)送的數(shù)據(jù)。,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的幾個(gè)基本概念：,協(xié)議：為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交

5、換（通信）而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。 實(shí)體：任何可以發(fā)送或接收信息的硬件/軟件進(jìn)程，每一層中的活躍元素。 對(duì)等實(shí)體：位于不同系統(tǒng)內(nèi)同一層次的兩個(gè)實(shí)體。 協(xié)議作用在對(duì)等實(shí)體之間。 接口：相鄰兩層之間交互的界面，定義相鄰兩層之間的原語(yǔ)操作及上層對(duì)下層的服務(wù)。 服務(wù)：某一層及其以下各層的一種能力，通過(guò)接口提供給其相鄰上層。 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次及其協(xié)議的集合，是對(duì)網(wǎng)絡(luò)及其組成部分的功能的精確定義。 協(xié)議棧：某一系統(tǒng)內(nèi)的各層協(xié)議集。,多層通信的實(shí)質(zhì)： 對(duì)等層實(shí)體之間虛擬通信 下層向上層提供服務(wù) 實(shí)際通信在最底層完成,圖1-5 多層通信的實(shí)質(zhì),圖1-6 通信過(guò)程中的數(shù)據(jù)流變化示例,與接口和服務(wù)

6、相關(guān)的名詞：,服務(wù)提供者和服務(wù)用戶：N層向N+1層提供服務(wù)，N層實(shí)體稱為服務(wù)提供者；N+1層實(shí)體為服務(wù)用戶 服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（SAP）：接口上相鄰兩層實(shí)體交換信息之處 接口數(shù)據(jù)單元（IDU）：相鄰兩層實(shí)體之間交換的信息單元 接口控制信息（ICI）：相鄰兩層實(shí)體之間交換信息時(shí)的 控制信息 服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）：來(lái)自上一層，需要在本層與對(duì)等實(shí)體交換的信息 協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）：對(duì)等實(shí)體之間交換的信息單元 協(xié)議控制信息（PCI）：對(duì)等實(shí)體之間交換信息時(shí)的控制信息,圖1-7 相鄰兩層接口上的數(shù)據(jù)交換,面向連接服務(wù)與無(wú)連接服務(wù),服務(wù)原語(yǔ)：服務(wù)用戶（N+1實(shí)體）與服務(wù)提供者（N實(shí)體）之間進(jìn)行交互時(shí)，所交換的

7、必要信息，用以通知服務(wù)用戶采取某種行動(dòng)，或向服務(wù)用戶報(bào)告其服務(wù)提供者的對(duì)等實(shí)體以 采取的行動(dòng)。,Request 請(qǐng)求 源（N+1）實(shí)體 源（N）實(shí)體 Indication 指示目的（N）實(shí)體 目的（N+1）實(shí)體 Response 響應(yīng)目的（N+1）實(shí)體 目的（N）實(shí)體 Confirm 證實(shí)源（N）實(shí)體 源（N+1）實(shí)體,四種服務(wù)原語(yǔ)：,圖1-8 服務(wù)原語(yǔ)之間的關(guān)系,一個(gè)簡(jiǎn)單的面向連接服務(wù)示例,電話系統(tǒng)工作示例,圖1-11 三個(gè)參考模型,圖1-12 B-ISDN參考模型,（1）立體參考模型 （2）三個(gè)平面： 用戶面：傳送用戶信息 控制面：連接管理（傳送信令信息） 管理面：資源管理、層間協(xié)調(diào) （3

8、）三個(gè)層次 物理層：分兩個(gè)子層 物理媒體子層（PMD）：在物理媒體上發(fā)送/接收位流 傳輸會(huì)聚子層（TC）：信元流與位流的轉(zhuǎn)換 ATM層： 信元的復(fù)用與交換功能 ATM適配層（AAL）：分兩個(gè)子層 分段重裝子層（SAR）：用戶數(shù)據(jù)信元中的凈荷 會(huì)聚子層（CS）：為高層提供標(biāo)準(zhǔn)接口，屏蔽ATM層 高層：未作定義,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層,TCP/IP的四層模型,ISO/OSI參考模型,ISO/OSI七層協(xié)議,接收信息的進(jìn)程,發(fā)送信息的進(jìn)程,圖2-1 七層參考模型,數(shù)據(jù)流的物理傳輸,ISO/OSI參考模型,ISO/OSI七層協(xié)議,表2-1 OSI 各層功能,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層,OSI七層參考模型,圖1-9 OSI參考模型,各層功能,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層,OSI七層模型與TCP/IP四層模型的比較 OS