第二章 计算机网络体系结构与协议

第二章
计算机网络体系结构与协议
2.1 网络体系结构中的几个概念

本节详细介绍协议和网络体系结构这 两个最基本的概念；同时，对网络实 体、接口和服务、服务和协议的关系 进行必要的描述。
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2.1.1

网络协议
协议 实现计算机网络资源共享、信息交换，各实体之 间经常要进行各种通信和对话。如果没有统一的 约定，就好比一个城市没有交通规则一样。 人们常把国际互连网络叫做信息高速公路，要想 在上面实现共享资源、交换信息，必须遵循一些 事先制定好的规则标准，这就是协议。 协议就是计算机网络中实体之间有关通信规则 约定的集合。
他们要退货
尊敬的John: 由于...方面 的原因 我们希望 退货
公司之间的 正规书信
尊敬的John: 由于...方面 的原因 我们希望 退货
FAX#... 尊敬的John: 由于...方面 的原因 我们希望 退货 利用信函、 传真等传 递的公文
FAX#... 尊敬的John: 由于...方面 的原因 我们希望 退货
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协议有三个要素，即： 语义（Semantics）：“讲什么”；控制信息的 内容，需要做出的动作及响应； 语法（Syntax）： “怎么讲”；数据与控制 信息的格式、数据编码等；
时序（Timing）： 序和速度匹配。
“序速控”；事件先后顺
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2.1.3
其他相关概念
1、系统：网络中有自治能力的计 算机或交换设备，从拓扑学的角 度，我们往往也把它叫做网络结 点或简称结点。图中每一个垂直 列表示一个开放系统。 实体：开放系统中，能够发送和接 收信息的软件（如进程）和硬件 （如智能I/O芯片），称为实体。 每层由多个实体组成。实体是系统 中的活动元素。一个子系统可以 包含一个或多个实体。位于不同 系统中的同一层次的实体叫做对 等实体。 协议就是计算机网络中对等实体之 间有关通信规则约定的集合。
• 指示（Indication）：表示某实体被通知有事件发生；
• 响应（Response）：表示某实体对事件做出响应；
• 确认（Confirm）：表示对发回响应的确认。
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以打电话为例说明服务原语：
甲和乙位于高层，是服务的使用者；电话 机位于低层，是服务的提供者，为打电话的人 提供上述四个服务原语。首先，甲在自己的电 话机上拨乙的电话号码，发出“请求”；乙的 电话机响铃，“指示”给乙有电话打进来；乙 拿起电话，作为“响应”；甲的电话由振铃音 变为通话音，甲就收到了可以通话的“确认”。
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2.2.2
物理层
物理层的主要功能是实现通信结点之间的物理 连接，在物理传输介质上传输非结构化的“0”和 “1”二进制比特流。
物理层并不是指物理传输介质，它是介于数据链 路层和物理传输介质之间的一层，是OSI参考模型 的最底层，起着数据链路层到物理传输介质之间的 逻辑接口的作用。
计算机网络技术基础第ຫໍສະໝຸດ 章计算机网络体系结构与协议
7、访问点： 服务的使用者和提供者通过服务访问点直接联 系。所谓服务访问点SAP（Service Access Point) 是指相邻两层实体之间通过接口调用服务或提供 服务的联系点。 8、协议数据单元（PDU） 对等实体之间通过协议传送的数据单元。 9、 接口数据单元（IDU） 相邻层次间通过接口传递的数据单元，称为接 口数据单元；又称服务数据单元（SDU）
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4、接口和服务
接口：相邻两层之间的边界，N层通过接口为（N+1） 层提供服务；换句话说，上层通过接口使用低层提 供的服务（调用）；上层叫作服务的使用者，低层 叫作服务的提供者。服务的使用者和提供者通过服 务访问点（SAP）直接联系。
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“时序”的概念更好理解，因为甲拨了电话，乙的电话才会响，乙听到铃 声后才会考虑要不要接，这一系列事件的因果关系十分明确，不可能没有人拨乙 的电话而乙的电话会响，也不可能在电话铃没响的情况下，乙拿起电话却从话筒 里传出甲的声音。
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2.1.2

协议分层


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10、服务和协议 （Service and Protocol) 服务是同一开放系 统中相邻层之间的 操作,是由一系列服 务原语组成的，位 于层次接口的位置； 协议是不同开放系 统的对等实体间虚 拟通信所必须遵守 的规定。
图2-2 层次、协议、接口与服务等概念
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OSI参考模型本身并不是网络体系结构。按照定义，网络体系 结构是网络层次结构和相关协议的集合，通过下面对OSI参考 模型各层的介绍，我们不难发现，它并没有精确定义各层的 协议，没有讨论编程语言、操作系统、应用程序和用户界面， 只是描述了每一层的功能。但这并不妨碍ISO组织制定各层的 标准，只不过这些标准不属于OSI参考模型本身。
图2-1 协议层次实例
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分层协议
普京 俄译法翻译 秘书
通讯线路
希拉克
法译俄翻译
秘书
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通信系统采用层次化的结构，有许多优点：
•各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现 细节，可以真正做到各司其职。
•灵活性好，当任何一层发生变化时，其上层和 下层均不受影响。 •利于实现和维护，某个层次实现细节的变化不 会对其他层次产生影响。 •易于标准化。
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5、面向连接的服务和无连接的服务
服务分为面向连接的服务和无连接的服务
面向连接的服务就像打电话，有一个拨号、通话、 挂断的过程，即面向连接的服务提供者要建立连 接、维护连接和拆除连接，其优点为：可靠性高， 而且保证数据顺序传输。无连接的服务就像发电 报，发出后不能马上确认对方已收到，无连接的 服务不需要维持连接的额外开销，效率高但是可 靠性较低，也不能保证数据的传输顺序。
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2.2 OSI参考模型

网络参考模型是为了规范和设计网络体系 结构提出的抽象模型，具有代表性的参考 模型有两个：OSI参考模型与TCP/IP参考模 型
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2.2.1
OSI/RM参考模型简介
OSI/RM（Open Systems Interconnection/Reference Module）的全称是开放系统互连参考模型，是由国际 标准化组织ISO在80年代初提出来的。 当时，网络界出现了以IBM的SNA为代表的若干个 网络体系结构，这些体系结构的着眼点往往是各公司 内部的网络连接，没有统一的标准，因而它们之间很 难互联起来。在这种情况下，ISO提出了OSI参考模型， 它最大的特点是开放性。不同厂家的网络产品，只要 遵照这个参考模型，就可以实现互连、互操作和可移 植性，也就是说，任何遵循OSI标准的系统，只要物理 上连接起来，它们之间都可以互相通信。
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2、协议栈（Protocol Stack）
协议是关于同一层次的对等实体之间的概念， 而协议栈是指特定系统中所有层次的协议的列表 3、网络体系结构（Network Architecture） 网络体系结构（Network Architecture）是 指层次结构与协议的集合。 前面，我们已经介绍了协议和层次的概念，网络 体系结构就是把他们组织在一起的有机的整体。 由于有了网络体系结构的规范，网络开发人员就 可以根据协议设计每一层的软件程序或是硬件设 备。需要指出的是网络体系结构并不包括实现细 节和接口规范，这些都是各个计算机系统设计者 需要解决的问题。
接收进程 应用层 表示层 会话层 传输层
网络层 数据链 路层 物理层
网络层 数据链 路层 物理层 物理介质
路由器 主机B
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图中的的点划线框部分是通信子网，它和网络硬件 的关系密切，而且通信手段是一个传一个的连接方 式；而从传输层开始向上，不再设计通信子网的细 节，只考虑最终通信者之间的端到端的通信问题， 这一点在介绍传输层的时候还要另加叙述。 该模型有下面几个特点： • 每个层次的对应实体之间都通过各自的协议通信 • 各个计算机系统都有相同的层次结构 • 不同系统的相应层次有相同的功能 • 同一系统的各层次之间通过接口联系 • 相邻的两层之间，下层为上层提供服务，同时上 层使用下层提供的服务
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发送进程 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链 路层 物理层 物理介质 路由器 主机A 通信子网 图2-3 OSI参考模型示意图 路由器 网络层 数据链 路层 物理层 应用层协议 表示层协议 会话层协议 会话层协议 网络层 数据链 路层 物理层
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OSI参考模型具有七个层次框架，自底向上:
•物理层(physical layer) •数据链路层(data link layer) •网络层(network layer) •传输层(transport layer) •会话层(session layer) •表示层(presentation layer) •应用层(application layer)