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第 3 讲 网络体系结构

第 3 讲 网络体系结构. 学习目标 了解几个重要的标准化组织，掌握计算机网络体系结构的概念。 掌握计算机网络体系结构及分层的必要性，区别协议、服务、实体、接口等概念。 熟悉七层 OSI/RM 开放系统互联参考模型、网络各层的主要功能。 掌握 TCP/IP 的四层体系结构。 了解分层体系结构中的数据传输方式。 了解 TCP/IP 各层对应的主要协议。. 第 2 章 网络体系结构. 关键知识点 网络协议的三要素是语法、语义和语序，并采用分层实现的设计原则。 OSI/RM 开放系统互联参考模型。 TCP/IP 的四层体系结构。.

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第 3 讲 网络体系结构

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Presentation Transcript

  1. 第3讲 网络体系结构 学习目标 • 了解几个重要的标准化组织，掌握计算机网络体系结构的概念。 • 掌握计算机网络体系结构及分层的必要性，区别协议、服务、实体、接口等概念。 • 熟悉七层OSI/RM开放系统互联参考模型、网络各层的主要功能。 • 掌握TCP/IP的四层体系结构。 • 了解分层体系结构中的数据传输方式。 • 了解TCP/IP各层对应的主要协议。

  2. 第2章 网络体系结构 关键知识点 • 网络协议的三要素是语法、语义和语序，并采用分层实现的设计原则。 • OSI/RM开放系统互联参考模型。 • TCP/IP的四层体系结构。

  3. 第2章 网络体系结构 2 . 1 网络协议和标准化组织 2 . 2 网络体系结构 2 . 3 OSI/RM模型 2 . 4 OSI/RM各层功能 2 . 5 TCP/IP体系结构

  4. 2.1.1 －网络协议 • 协议本质上是一套行为规则，是一系列规则和约定的规范性描述。 • 为实现网络通信而建立的关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等方面的一组规则、标准或约定，统称为网络协议（Protocol）。

  5. 网络协议三要素 • 语法（Syntax)：规定通信双方“如何讲”，是将若干协议元素和数据组合起来表达一个更完整的内容时所应遵循的格式，即数据与控制信息的结构、编码及信号电平等。 • 语义（Semantics)：规定通信双方“讲什么”，即协议元素的含义，如控制信息、执行的动作和返回的应答等。 • 时序（Timing，又称时序或定时）：规定通信双方“讲的顺序”或“应答关系”，即对事件实现顺序的说明，解决何时进行通信的问题。

  6. 举例（寄包裹） 购物 发信人 收信人 协议５ 使用 协议４ 封装 拆封 协议３ 邮寄 取物 协议２ 捆扎 拆包 捆扎 拆包 运输 运输 运输 运输 运输 运输 协议１ 空运 陆运

  7. 常见网络协议 • NetBEUI • IPX/SPX • TCP/IP 时间 时间

  8. 2.1.2 若干有影响的标准化组织 一、标准化组织 • ISO • ANSI • IEEE • EIA • ITU 二、标准的分类 （1） 合法的标准： （2） 既成事实的标准：

  9. 2.2 网络体系结构 2.2.1 概念及特点 一、网络体系结构的概念 • 对构成计算机网络的各个组成部分之间的关系及其所要实现的功能的定义和描述，是针对计算机网络所执行的各种功能而设计的一种层次结构模型，同时也为不同的计算机系统之间的互联、互通和互操作提供相应的规范和标准。 • 网络体系结构是计算机网络的分层结构、各层协议和功能的集合， 网络体系结构＝{层，协议，功能}。

  10. 2.2.1 概念及特点 二、网络体系结构的特点 • 以功能作为划分层次的基础。 • 第n层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n－1层提供的服务，第n－1层提供的服务不仅包含本层的功能，还包含其下层服务提供的功能。 • 仅在相邻层间有接口，且提供服务的具体细节对上一层完全屏蔽。

  11. 2.2.2 网络体系结构主要概念 • 系统：网络中具有自治能力的计算机或交换设备。 • 分层结构：将一个复杂网络的设计问题分解成多个层次分明的局部问题，并规定每一层须完成的功能。 • 服务：相邻层之间，下一层向上一层提供的功能的总和。 • 层次间的关系：上层是下层的用户，下层是上层的服务提供者。 • 对等层：不同系统对应的相同层次。

  12. 2.2.2 网络体系结构主要概念 • 实体：开放系统中，能够发送和接收信息的软件和硬件。实体是系统中的活动元素，每一层可以包含一个或多个实体。对等层实体能够进行通信。 • 对等层通信：不同系统的同等层实体进行的通信。 • 同等层协议：同等层实体之间通信所遵从的规则。 • 接口：相邻层之间调用功能和传输数据的方法。 • 接口协议：相邻层实体间交换信息所遵守的规则。 • 服务访问点（SAP）：接口上相邻层实体交换信息的地方。是相邻层实体的逻辑接口。

  13. 不同机器中对应的层称为对等实体（peer entity) 2.2.2 网络体系结构主要概念 • 层(layer) • 协议(protocol) • 服务(service或业务) • 接口（interface) • 原语(primitive)

  14. 2.2.2 网络体系结构主要概念 • 层(layer) • 协议(protocol) • 服务(service或业务) • 接口（interface) • 原语(primitive) 第n层的通信规则和功能由该层的协议描述

  15. 2.2.2 网络体系结构主要概念 • 层(layer) • 协议(protocol) • 服务(service或业务) • 接口（interface) • 原语(primitive) 相邻上下层之间都有接口，接口定义下层向上层提供的服务。

  16. 2.2.2 网络体系结构主要概念 • 层(layer) • 协议(protocol) • 服务(service或业务) • 接口（interface) • 原语(primitive) 服务由一组原语描述。如果协议位于操作系统中，则这些服务原语通常是一些系统调用。

  17. 服务 • 面向连接的服务 • 首先要在信源与信宿之间建立连接，然后在此连接上通信，最后拆除连接。 • 特点：占用一定的资源，可靠，按序传送 • 非连接服务 • 传送数据不需要建立连接，即有即送。 • 将每个数据单元打包，在包头添加地址信息。 • 特点：每个数据包独自寻路（重复劳动），同一数据流的包可能经由不同的路径到达目的地，到达的顺序也可能颠倒。

  18. N+1层 协议实体 N+1层 协议实体 请求 确认 响应 指示 提供的服务 N层 协议实体 N层 协议实体 使用的服务 N-1层 协议实体 N-1层 协议实体 服务原语 • 服务原语分为4种类型： • 请求(request):一个实体请求做某项服务 • 指示(indication)：一个实体被告知做某项服务 • 响应(response)：一个实体发出响应 • 确认(confirm)：请求得到响应

  19. 2.3 OSI/RM模型 • 为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO对各类计算机网络体系结构进行了研究，并公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型(OSI/RM) （Open System Interconnection / Reference Model），即ISO 7498国际标准。该模型是为了解决异种机互连而制定的开放式计算机网络层次结构模型。 • “开放”表示任何两个遵守OSI/RM的系统都可以进行互连，当一个系统能按OSI/RM与另一个系统进行通信时，就称该系统为开放系统。 • 参照OSI／RM进行网络标准化的结果，就能使得各个系统之间都是“开放”的，而不是封闭的。凡是遵守这一标准化的系统之间都可以互相连接，并能解决不同系统之间信息交换和互相访问问题，使不同系统之间也能交互工作

  20. 2.3 OSI/RM模型 • OSI参考模型是由ISO（国际标准化组织）定义的 网络世界的法律!

  21. 7.应用层 6.表示层 5.会话层 4.传输层 3.网络层 2.数据链路层 1.物理层 2.3.1 OSI分层模型 面向用户应用 面向数据传输 • OSI模型每层都有自己的功能集 • 层与层之间相互独立又相互依靠 • 上层依赖于下层，下层为上层提供服务

  22. 2.3.1 OSI/RM的分层模型

  23. 2.3.2 基于OSI的通信模型结构 • 网络系统的数据传输

  24. 基于OSI的通信模型

  25. 基于OSI的通信模型

  26. 2.3.3 OSI/RM的信息流动

  27. 数据的封装及拆封 • 数据封装：将协议数据单元(PDU)封装在一组协议头和尾中的过程。在 OSI 的7层参考模型中，每层主要负责与其它机器上的对等层进行通信。该过程是在“协议数据单元”（PDU）中实现的，其中每层的 PDU 一般由本层的协议头、协议尾和数据封装构成。 • 数据拆封：每层去掉发送端的相应层加上的控制信息，最终将数据还原并交给应用程序的过程称为拆封。与数据封装互为逆过程。

  28. A应用层 A应用层 P表示层 P表示层 S会话层 S会话层 T传输层 T传输层 N网络层 N网络层 DL数链层 DL数链层 Ph物理层 Ph物理层 A应用程序 应用程序 B应用程序 过程封装 过程拆封 OSI模型中数据的封装及拆封过程 报文 报文 报文 报文 P头 报文 P头 报文 S头 P头 报文 报文 S头 P头 报文 T头 S头 P头 报文 T头 S头 P头 报文 段 N头 T头 S头 P头 报文 段 N头 T头 S头 P头 报文 段 分组 帧头 N头 T头 S头 P头 报文 段 帧尾 帧头 N头 T头 S头 P头 报文 段 帧尾 帧 0111010000110… 0111010000110… 比特流

  29. 数据封装 发送数据的过程， 就是一个数据封装的过程 协议数据单元 应用层 表示层 端口号 会话层 数据 源IP+目的IP＋上层协议 数据段 Segment 传输层 传输层报头 数据 数据包 Packet 网络层 网络层报头 数据 源MAC+目的MAC 数据链路层报头 数据 数据链路层 数据帧 Frame 将数据帧转换成高低电平，即“0”或“1”代码 物理层 比特 Bit 0101110101001000010

  30. 数据拆封 应用层 表示层 会话层 数据 传输层 数据 传输层报头 网络层 传输层报头+ 数据 网络层报头 网络层报头 + 传输层报头 + 数据 数据链路层 数据链路层报头 物理层 0101110101001000010 接收数据的过程， 就是一个数据拆封的过程

  31. 2.4 OSI各层功能 应用层 • 应用层的作用主要是为应用程序提供接口，从而使得应用程序能够使用网络服务。 • 常见的应用层协议http、ftp、smtp、pop3、telnet、dns等

  32. 表示层 • 表示层的功能 • 数据的解码和编码 • 数据的加密和解密 • 数据的压缩和解压缩 • 表示层是各节点应用程序、文件传输的翻译官。

  33. 会话层 • 会话层的作用主要是建立、维护、管理应用程序之间的会话。 • 会话层的任务主要有： • 对话控制：允许两个系统间进行对话。 • 同步：允许进程将同步点插入到数据流中。

  34. 传输层 • 传输层负责建立端到端的连接，负责数据在端到端之间的可靠传输 • 传输层通过端口号区分上层服务

  35. 传输层的主要功能 • 服务点编址 • 分段与重组 • 连接控制 • 流量控制 • 差错控制

  36. 网络层 • 为网络设备提供逻辑地址 • 负责数据从源端发送到目的端 • 负责数据传输的寻径和转发

  37. 网络层的主要任务 • 逻辑地址 • 路由选择

  38. 数据链路层 • 数据链路层的作用是把从网络层接收的数据分割成可以被物理层传输的帧。 • 任何网络中数据链路层都是必不可少的层次

  39. 数据链路层主要负责的任务 • 组帧（成帧） • 物理编址 • 流量控制 • 差错控制 • 接入控制

  40. 物理层 • 物理层的主要作用是负责二进制信号在物理线路上的传输。 • 物理层是不提供数据的纠错服务的，但是在物理层上能对数据的传输速度作一定的控制，并能监测数据的出错率。 • 在物理层传输电气信号的载体我们称之为位流或比特流。

  41. 物理层所涉及的内容 • 物理层关心的是以下的一些内容： • 接口和媒体的物理特性的表示 • 传输速率 • 位的表示 • 位的同步 • 线路配置：设备与媒体的连接。 • 物理拓扑：星状拓扑、环状拓扑、总线拓扑等等。 • 传输模式：单工、半双工或全双工。

  42. 各层间的联系 允许接入网络资源 应用层 对数据进行转换、 加密和压缩 表示层 建立、管理和终止会话 会话层 提供可靠的进程到进程的 报文传输和差错恢复 传输层 将分组从源端传送到目的端； 提供网络互联 网络层 将比特组装成帧； 提供节点到节点方式的传输 数据链路层 在媒体上传输比特； 提供机械的和电气的规约 物理层

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