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《深入理解计算机网络》教学PPT——开启你计算机网络之门的金钥匙图书作者：王达制作第3章计算机网络体系结构从本章起就开始正式介绍计算机网络体系结构（ComputerNetworkArchitecture）了，本章先从宏观角度介绍各种计算机网络体系结构。着重剖析了它们之间的联系，数据通信原理，各层的数据传输单元，各层数据封装原理，以及共同的各层主要功能，本书后面各章将具体这些体系结构中各层主要功能实现原理、主要通信协议，以及相关的计算机网络基础知识。2012年12月王达精品课程系列教学PPT23.1典型计算机网络体系结构2012年12月王达精品课程系列教学PPT33.1.1OSI/RM体系结构OSI/RM是第一个标准化的计算机网络体系结构。它是针对广域网通信（也就是不同网络之间的通信）进行设计的，将整个网络通信的功能划分为七个层次，由低到高分别是物理层（PhysicalLayer）、数据链路层（DataLinkLayer）、网络层（NetworkLayer）、传输层（TransportLayer）、会话层（SessionLayer）、表示层（PresentationLayer）、应用层（ApplicationLayer）。2012年12月王达精品课程系列教学PPT4OSI/RM中不仅包括了广域网中不同局域网间通信的功能层次（上面五层），也给出了局域网内部通信所必需的两个层次（最下面两层）。另外，OSI/RM低四层定义了如何进行端到端的数据传输，也就是定义了如何通过网卡、物理电缆、交换机和路由器进行数据传输；而高三层定义了终端系统的应用程序和用户如何彼此通信，也即定义了如何重建从发送方到目的方的应用程序数据流。3.1.2TCP/IP协议体系结构TCP/IP协议体系结构是专门针对使用TCP/IP协议簇的广域计算机网络而开发的，是OSI/RM的改进版本。它起源于20世纪60年代末，首先由美国国防部高级研究规划署（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，DARPA）作为研究的一部分，所以也称之为“DARPA参考模型”。TCP/IP协议体系结构共划分为四层，从高到低分别是：应用层（ApllicationLayer）、传输层（TransportLayer）、网际互连层（InternetLayer，也有称“互联网层”）和网络访问层（NetworkAccessLayer，也有称“网络接入层”，也有称“网络接口”层，或者“主机-网络层”的）。2012年12月王达精品课程系列教学PPT5TCP/IP协议体系结构主要对原来OSI/RM的七层结构进行了以下简化（1）把原来的“物理层”和“数据链路层”这两层结构合并为一层的“网络访问层”；（2）合并了原来OSI/RM中的最高的三层，成为新的“应用层”。广泛建议的参考模型：2012年12月王达精品课程系列教学PPT63.1.3局域网体系结构1.以太局域网体系结构有线以太局域网体系结构是在IEEE802.1A标准中定义，仅包括了OSI/RM的最低两层（“物理层”和“数据链路层”）。其中“数据链路层”又分为“LLC子层”和“MAC子层”。2012年12月王达精品课程系列教学PPT72.WLAN体系结构从整体层次划分上来讲，WLAN体系结构与IEEE802.1A以太局域网体系结构是完全一样，也是分为“物理层”和“数据链路层”两个大层，同样在“数据链路层”中分为“LLC子层”和“MAC子层”，但具体协议组成和实现原理不一样。2012年12月王达精品课程系列教学PPT83.1.4例说网络体系结构各层主要功能1.物理层为所有网络/数据通信提供物理的通信线路，相当于日常交通网络中的各种道路，如公路、铁路和航线。2.数据链路层为同一局域网内部的网络/数据通信提供点对点的数据传输通道可以理解为我们的市内公路+交通法规。3.网络层或网际互联层为不同网段之间的数据转发提供路径选择，可以理解为交通网络中的“车站”、“机场”、“码头”。2012年12月王达精品课程系列教学PPT94.传输层为通信双方构建端对端（不是点对点）的数据传输通道，类似于国际航线。5.会话层和表示层“会话层”是为具体的用户应用建立会话进程，相当于车站、机场或码头中总调度人员所从事的调度工作；“表示层”是对用户网络应用数据的具体解释，相当于车站、机场、码头中的具体班次执行文件。6.应用层接受用户的各种网络应用进程的调用，相当于车站、机场和码头的负责人负责接受乘客运输的调度。2012年12月王达精品课程系列教学PPT103.1.5OSI/RM和TCP/IP协议体系结构的比较1.相同之处•层次结构划分思想相同•总体层次结构相似•核心组成一样2.不同之处•适用范围不同•层次结构不同•支持的网络通信模式不同•所包括的通信协议不同2012年12月王达精品课程系列教学PPT113.2计算机网络体系结构通信原理3.2.1网络体系结构的数据通信原理发送端是把通信连接建立指令和用户应用数据从上层向下层传输的，直到最低的物理层；而接收端是把通信连接建立指令和用户应用数据从下层（从最低的物理层开始）向上层传输，直到与发送端发起通信的对等层。2012年12月王达精品课程系列教学PPT123.2.2网络体系结构的对等会话原理在网络体系结构中网络通信的建立必须是在通信双方的对等层进行，不能交错。发送端数据要自上向下逐层（物理层除外）封装对应层的协议头（或尾），接收端数据又将自下向上逐层解封装上层的协议头（或尾）。2012年12月王达精品课程系列教学PPT133.3网络体系结构的设计考虑3.3.1网络体系结构中的层次划分依据1.网络体系结构的设计考虑•层次之间的先后次序•层次之间的通信接口2.网络体系结构中的层次划分考虑•从通信原理上考虑•从通信功能上考虑•从通信效率上考虑2012年12月王达精品课程系列教学PPT143.主机中所包含的层次功能现在的主机操作系统都具有网络功能，可以提供OSI/RM体系结构中的各层功能。所以尽管局域网无需“网络层”的路由支持，但是主机操作系统仍然支持“网络层”中的IP地址标识。两个远程网络间的通信，中间提供网络连接的设备都只支持OSI/RM体系结构的下层三层，高四层功能基本都是由各主机系统提供。2012年12月王达精品课程系列教学PPT153.3.2网络体系结构分层的好处网络体系结构分层的好处如下：•促进标准化•各层相互独立，技术升级和扩展灵活性好•便于方案设计和维护2012年12月王达精品课程系列教学PPT163.4网络体系结构中的通信协议3.4.1理解计算机网络通信协议网络通信协议（也称“规程”）是网络通信的基础，是实现各种网络通信功能，是约束通信双方在利用某协议进行通信时必须遵从的通信规则和约定的“软件系统”。通信协议既可以是由一些国际标准组织（如ISO、IEEE、IEC之类的）颁布的通用标准类协议，如PPP、TCP、IP等协议；也可以是一些企业自己开发并在自己的产品使用的私有协议，如Cisco的CDP、VTP、IGRP等。2012年12月王达精品课程系列教学PPT173.4.2网络通信协议的三要素计算机网络通信协议的三个基本要素：语义、语法和同步。“语义”可以理解为“语意”，是用来解决“做什么”的问题，也就是描述该通信协议具体用来完成什么功能。“语法”是用来规定通信时的信息格式，包括数据及控制信息的格式、编码及信号电平等，是用来解决“如何做”的问题。“同步”是用来解决“做的次序”问题，也就是通信双方要完成某项网络服务，必须依据什么样的流程，匹配什么样的速率、什么样的电平来进行。2012年12月王达精品课程系列教学PPT18