第2章 计算机网络体系结构

©2000,CiscoSystems,Inc.2-1第2章计算机网络体系结构Chapter2ArchitecturesofComputerNetworks©2000,CiscoSystems,Inc.—2-2第2章计算机网络体系结构(Chapter2ArchitecturesofComputerNetworks)2.1层次模型的概念2.2ISO/OSI参考模型2.3TCP/IP参考模型2.4OSI模型与TCP/IP模型的比较©2000,CiscoSystems,Inc.—2-3本章学习要求教学目标(Objectives)：理解网络分层的作用；理解计算机网络体系结构的概念；理解服务、接口和协议的概念；掌握OSI模型的层次结构和各层的PDU；掌握TCP/IP模型的层次结构；了解OSI模型和TCP/IP模型的区别。教学难点(Specialdifficulties)：服务、接口和协议的概念©2000,CiscoSystems,Inc.—2-42.1层次模型的概念(Conceptsabouthierarchymodel)我们在处理一个比较复杂的工程实际问题时，常常需要把它分解为若干个容易处理的子问题，然后再分别加以解决(化整为零，各个突破)，这就是“分解(disintegrating)”或“分层(layering)”的概念。同样，对于一个比较复杂的系统比如计算机系统(ComputerSystem)，我们在进行设计时，也需要把这样一个复杂的系统分解为若干个容易处理的子系统，然后再分别设计实现，这也是“分解”或“分层”的概念。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-52.1层次模型的概念1.单台计算机的层次结构应用程序高级语言处理程序操作系统硬件裸机在设计一个计算机系统时，采用的是层次化(结构化)的设计思想，其特点是：每一层都直接使用下层向它提供的服务，并完成它自身应该实现的功能，然后再向上一层提供服务。hierarchical：structural：汇编语言处理程序©2000,CiscoSystems,Inc.—2-6课堂提问1.现在的局域网通常采用哪种拓扑结构？2.广域网通常采用哪种拓扑结构？[提示]网络拓扑结构主要有：总线型，环型，星型，树型，网状型，蜂窝型。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-7第2章计算机网络体系结构(Chapter2ArchitecturesofComputerNetworks)2.1层次模型的概念2.2ISO/OSI参考模型2.3TCP/IP参考模型2.4OSI模型与TCP/IP模型的比较©2000,CiscoSystems,Inc.—2-82.1层次模型的概念2.计算机网络的层次结构（举例说明）哲学家甲(中国)翻译甲秘书甲哲学家乙(法国)翻译乙秘书乙层次结构约定(协议)问题讨论层哲学语言翻译层英语实际操作层传真虚通信虚通信虚通信实通信(发传真)此例子源自AndrewS.Tanenbaum的教材。涉及的术语:对等层层间服务©2000,CiscoSystems,Inc.—2-9计算机网络的层次模型对等层(peerlayers)：彼此要进行通信的相同功能层。注意：对等层之间是虚通信(virtualcommunication)。真正的实通信是由电信号在传输线路上实现的。对等层之间的虚通信必须遵守某种约定（协议）。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-10计算机网络的层次模型协议（protocol）：是两个对等层(peerlayers)之间为了能够正确地传递信息而必须遵守的一组规则和约定。在通信协议中，规定了计算机之间交换信息时的消息(message)格式和相应的含义。网络中的应用程序(比如email)要靠网络通信协议(protocol)来实现其功能。网络协议可能比较简单(比如ASCII码)，也可能比较复杂(比如加密过程)。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-11计算机网络的层次模型协议的三大要素:(教材:P21)1)语义(semantic)：语义用来解释比特流(bits)的每一部分的含义。它规定了需要发出何种控制信息，完成何种动作，以及做出何种响应。即：要做什么。2)语法(syntax)：语法是指用户数据与控制信息的结构与格式。即：怎么做。3)时序(timing)：时序是对事件实现顺序的详细说明。即：在什么时候做。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-12协议的三大要素人们形象地把协议的三要素解释为：1)语义(semantic)—表示要做什么。2)语法(syntax)—表示要怎么做。3)时序(timing)—表示要在什么时候做？©2000,CiscoSystems,Inc.—2-13计算机网络的层次模型服务（service）：在网络分层结构模型中，每一层为相邻的上一层所提供的功能，称为服务。接口（interface）：是两个相邻层之间的一种约定，它包括下面一层要提供哪些服务，以及上面一层如何使用这些服务。层间服务是通过一组服务原语(serviceprimitive)来实现的。服务原语实际上是一些子程序。在提供层间服务时，就调用这些子程序。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-14对等层之间的通信对等层之间是虚通信，而且是透明传输(transparenttransmission)。就是说，在对等层之间，就好像同样的信息通过虚通信直接传送给了对方。透明(transparent)的含义：在计算机技术中，所谓“透明”，是指一种实际存在的事物或属性，从某种角度看来似乎不存在。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-152.1层次模型的概念3.结论(conclusions)1)除了在传输介质上进行实通信外，在其余各对等层之间都是虚通信。2)对等层之间的虚通信必须遵守各自的协议。3)上一层的虚通信是通过下一层所提供的服务，以及下一层的通信来实现的。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-162.1层次模型的概念4.分层(layering)的原则1)功能独立。每一层的功能应当非常明确，而且相互独立。2)易于实现。层数应适中，在进行层次划分时要考虑易于实现。3)层间接口清晰。层间接口应简单，跨越层间接口的信息应尽量少。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-172.1层次模型的概念5.分层(layering)的好处1)各层之间相对独立，可独立进行各层的设计。2)灵活性好。3)易于实现和维护，各层都可以采用最合适的技术来实现，有利于促进标准化。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-182.1层次模型的概念6.计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构(architecture)是指计算机网络系统(networksystems)中的各层、各层中的协议以及各层之间接口的统称。在不同的网络体系结构中,分层的数量、各层的名称、内容和功能等，都会有所不同。教材:P22©2000,CiscoSystems,Inc.—2-19计算机网络的体系结构网络体系结构的例子：IBM的SNA（系统网络体系结构）：1974年DEC的DNA（数字网络体系结构）：1975年ISO/OSI模型：(1977-1983年)TCP/IP模型：(1974-1979年)IBM的SNA是世界上第一个商品化的、有体系结构的网络。国际标准化组织所提出的OSI模型，在很大程度上参考了IBM的SNA网络体系结构。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-20网络体系结构的标准化在20世纪80年代早、中期，计算机网络的发展面临以下多方面的问题：•计算机网络规模与数量的急剧增长；•不同公司的网络产品之间，难以进行互操作；•各个公司的专用系统相互不兼容。这些问题严重地阻碍了计算机网络的发展。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-212.2开放系统互联(OSI)参考模型(OSIReferenceModel)2.2.1OSI模型的结构2.2.2各层的主要功能2.2.3数据传输的过程©2000,CiscoSystems,Inc.—2-222.2开放系统互联(OSI)参考模型20世纪80年代初，CCITT和ISO着手进行网络体系结构标准化的工作，所制定的网络体系结构标准称为开放系统互联（OpenSystemInterconnection，OSI）参考模型。所谓“开放(open)”，指它是对公众公开的，而不是由某个公司或团体私有的(有专利)(proprietary)。这样一来，只要遵循OSI标准,一个系统就可以与位于世界上其他任何地方、遵循同一标准的其他任何系统进行通信。©2000,CiscoSystems,Inc.—2-23对比：专用技术与开放技术(Proprietaryvs.OpenTechnologies)专用的(Proprietary)技术：•由个别厂商进行开发、拥有并控制；•某个公司或公司集团掌握了整个技术。开放的(Open)技术：•技术的使用是对公众免费开放的；•不同厂商的网络产品之间可以互相兼容(Compatible)，实现互操作(interoperability).©2000,CiscoSystems,Inc.—2-24开放系统互联参考模型(OSI/RM)从1977年开始，ISO通过对当时已有计算机网络的体系结构进行研究，借鉴其精华之处,于1983年公布了一个标准(ISO7048)，称为开放系统互联参考模型。OSI/RM：OpenSystemInterconnectingReferenceModel教材：P23图2.3©2000,CiscoSystems,Inc.—2-252.2.1OSI模型的结构(StructureoftheOSI/RM)OSI模型共分为7层。它们分别是：应用层（Applicationlayer，A）表示层（Presentationlayer，P）会话层（Sessionlayer，S）传输层（Transportlayer，T）网络层（Networklayer，N）数据链路层（DataLinklayer，DL）物理层（Physicallayer，PH）©2000,CiscoSystems,Inc.—2-262.2.1OSI模型的结构TransportDataLinkNetworkPhysicalSessionPresentationApplication(高层:面向信息处理)(低层:面向数据通信)应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层©2000,CiscoSystems,Inc.—2-272.2.1OSI模型的结构必须理解并掌握下列概念：对等层、虚通信、透明传输