计算机网络教学资料-第3章_网络结构与协议.ppt
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第3章 网络体系结构与协议
问题 原由
计算机网络经过40年的发展, 使得计算机网络已经 成为一个海量、多样化的复杂系统。相互通信的两 个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协 调”是相当复杂的。
教学 本章重点讨论计算机网络体系结构的概念、OSI与 重点 TCP/IP模型等。
能力 要求
掌握：计算机网络体系结构的基本概念、掌握协议 、服务、接口概念等。 熟悉：OSI/RM参考模型、TCP/IP模型。 了解：OSI/RM与TCP/IP的相同点和不同点。
12
❖ 面向字符型BSC协议的数据报文格式： SYN SYN SOH 报头 STX 正文 ETB/ETX BCC
同步字符
用户定义
正文字段
校验字段
报文开始
报报头头开结始束
分组结束 报文结束
2/1/2021
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§3.1 网络体系结构的形成
网络体系结构是为了完成计算机间的协同工作，把计算机间 互连的功能划分成具有明确定义的层次，规定了同层次进程通 信的协议及相邻层之间的接口服务。网络体系结构是网络各层 及其协议的集合,所研究的是层次结构及其通信规则的约定。
11
3.1.3 网络系统的体系结构
协议:为进行网络中的数据交换而建立的标准。 网络协议主要由以下三个要素组成：
① 语法:确定通信双方“如何讲”,即对通信双方采用的数据格 式、编码等进行定义。
② 语义:确定通信双方"讲什么",定义了用于协调同步和差错 处理等控制信息。
③ 同步:确定通信双方"讲话的次序",定义了速度匹配和排序 等，即确定通信状态的变化和过程,例如通信双方的应答关系 、是采用同步传输还是异步传输等。
网络 接口
通信网络
网络 接口
通信服务模块 网络接入模块
网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。
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6
6
2、网络体系结构的优点 计算机网络系统采用层次化网络体系结构具有以下优点。
易于实现 和维护
各层之间 相互独立
有利于促 进标准化
灵活性好
7
各层设计的共性问题
❖ 差错控制 ❖ 流量控制 ❖ 分段和重装 ❖ 复用和分用 ❖ 路径选择 ❖ 建立（拆除）连接和寻址
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3.1.3 网络系统的体系结构
❖ 层次（layer） ❖ 协议（protocol） ❖ 接口（interface） ❖ 体系结构（architecture）
9
3.1.3 网络系统的体系结构 层次（layer）
计算机 2 文件传送模块
把文件交给下层模块 进行发送
把收到的文件交给 上层模块
❖ 第一类工作与传送文件直接有关。 ▪ 确信对方已做好接收和存储文件的准备。 ▪ 双方协调好一致的文件格式。
❖ 两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 。剩下的工作由 下面的模块负责。
2/1/2021
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再设计一个通信服务模块
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§3.2 开放系统互联/参考模型
3.2.1 OSI/RM的基本概念
1、问题的提出 OSI是Open System Interconnection 的缩写，意为开 放式系统互联参考模型。在OSI出现之前，计算机网络中存在 众多的体系结构，其中以IBM公司的SNA和DEC公司的数字 网络体系结构最为著名。 为了解决不同体系结构的网络的互联问题,国际标准化组织 ISO(注意不要与OSI搞混）于1981年制定了开放系统互连参 考模型。 “开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标 准的系统都具备互联的能力。
计算机 1 文件传送模块
通信服务模块
只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方
计算机 2 文件传送模块
通信服务模块
把文件交给下层模块 进行发送
把收到的文件交给 上层模块
2/1/2021
5
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再设计一个网络接入模块
计算机 1 文件传送模块
计算机 2 文件传送模块
通信服务模块 网络接入模块
的具体实现方法。
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3.1.3 网络系统的体系结构 接口（interface）
❖ 接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点; ❖ 同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口
，低层向高层通过接口提供服务; ❖ 只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的
具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的 工作。
网络通信主要问题 硬件故障 网络拥塞 包延迟 包丢失 数据损坏 数据重复 数据乱序
协议软件首先必须能检 测其次能纠正这些问题
“分而治之”
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§3.1 网络体系结构的形成
1.划分层次的概念举例
计算机 1 文件传送模块
只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命令 是按照水平方向的虚线传送的
❖ 层次是人们对复杂问题的一种处理方法。通常将系统 中能提供某种或某类型服务功能的逻辑构造称为层。
❖ 对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定； ❖ 不同的系统分成相同的层次； ❖ 不同系统的最低层之间存在着“物理”通信； ❖ 不同系统的对等层次之间存在着“虚拟”通信； ❖ 对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定； ❖ 高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务服务器Lຫໍສະໝຸດ N防火墙LAN用 户
主交换机
路由器
部门交换机
公用电话网
Internet
远程移动用户
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实体、服务和服务访问点
❖ 实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
在协议的控制下，两 个对等实体间的通信 使得本层能够向上一 层提供服务。要实现 本层协议，还需要使 用下层所提供的服务
1
本章内容
§3.1 体系结构的形成 §3.2 开放系统互连/参考模型 §3.3 TCP/IP参考模型
§3.4 TCP/IP与OSI/RM的比较
2
§3.1 网络体系结构的形成
❖ 相互通信的两个计算机 系统必须高度协调工作 才行，而这种“协调” 是相当复杂的。
❖ “分层”可将庞大而复 杂的问题，转化为若干 较小的局部问题，而这 些较小的局部问题就比 较易于研究和处理。
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3.2 实体、协议、服务和服务访问点
❖ 本层的服务用户只能看见服务而无法 看见下面的协议。下面的协议对上面 的服务用户是透明的。
❖ 协议是“水平的”，即协议是控制对 等实体之间通信的规则。
❖ 服务是“垂直的”，即服务是由下层 向上层通过层间接口提供的。
❖ 同一系统相邻两层的实体进行交互的 地方，称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。 ▪ 接口处提供服务的地方,逻辑接口
问题 原由
计算机网络经过40年的发展, 使得计算机网络已经 成为一个海量、多样化的复杂系统。相互通信的两 个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协 调”是相当复杂的。
教学 本章重点讨论计算机网络体系结构的概念、OSI与 重点 TCP/IP模型等。
能力 要求
掌握：计算机网络体系结构的基本概念、掌握协议 、服务、接口概念等。 熟悉：OSI/RM参考模型、TCP/IP模型。 了解：OSI/RM与TCP/IP的相同点和不同点。
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❖ 面向字符型BSC协议的数据报文格式： SYN SYN SOH 报头 STX 正文 ETB/ETX BCC
同步字符
用户定义
正文字段
校验字段
报文开始
报报头头开结始束
分组结束 报文结束
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§3.1 网络体系结构的形成
网络体系结构是为了完成计算机间的协同工作，把计算机间 互连的功能划分成具有明确定义的层次，规定了同层次进程通 信的协议及相邻层之间的接口服务。网络体系结构是网络各层 及其协议的集合,所研究的是层次结构及其通信规则的约定。
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3.1.3 网络系统的体系结构
协议:为进行网络中的数据交换而建立的标准。 网络协议主要由以下三个要素组成：
① 语法:确定通信双方“如何讲”,即对通信双方采用的数据格 式、编码等进行定义。
② 语义:确定通信双方"讲什么",定义了用于协调同步和差错 处理等控制信息。
③ 同步:确定通信双方"讲话的次序",定义了速度匹配和排序 等，即确定通信状态的变化和过程,例如通信双方的应答关系 、是采用同步传输还是异步传输等。
网络 接口
通信网络
网络 接口
通信服务模块 网络接入模块
网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。
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2、网络体系结构的优点 计算机网络系统采用层次化网络体系结构具有以下优点。
易于实现 和维护
各层之间 相互独立
有利于促 进标准化
灵活性好
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各层设计的共性问题
❖ 差错控制 ❖ 流量控制 ❖ 分段和重装 ❖ 复用和分用 ❖ 路径选择 ❖ 建立（拆除）连接和寻址
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3.1.3 网络系统的体系结构
❖ 层次（layer） ❖ 协议（protocol） ❖ 接口（interface） ❖ 体系结构（architecture）
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3.1.3 网络系统的体系结构 层次（layer）
计算机 2 文件传送模块
把文件交给下层模块 进行发送
把收到的文件交给 上层模块
❖ 第一类工作与传送文件直接有关。 ▪ 确信对方已做好接收和存储文件的准备。 ▪ 双方协调好一致的文件格式。
❖ 两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 。剩下的工作由 下面的模块负责。
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再设计一个通信服务模块
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§3.2 开放系统互联/参考模型
3.2.1 OSI/RM的基本概念
1、问题的提出 OSI是Open System Interconnection 的缩写，意为开 放式系统互联参考模型。在OSI出现之前，计算机网络中存在 众多的体系结构，其中以IBM公司的SNA和DEC公司的数字 网络体系结构最为著名。 为了解决不同体系结构的网络的互联问题,国际标准化组织 ISO(注意不要与OSI搞混）于1981年制定了开放系统互连参 考模型。 “开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标 准的系统都具备互联的能力。
计算机 1 文件传送模块
通信服务模块
只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方
计算机 2 文件传送模块
通信服务模块
把文件交给下层模块 进行发送
把收到的文件交给 上层模块
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再设计一个网络接入模块
计算机 1 文件传送模块
计算机 2 文件传送模块
通信服务模块 网络接入模块
的具体实现方法。
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3.1.3 网络系统的体系结构 接口（interface）
❖ 接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点; ❖ 同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口
，低层向高层通过接口提供服务; ❖ 只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的
具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的 工作。
网络通信主要问题 硬件故障 网络拥塞 包延迟 包丢失 数据损坏 数据重复 数据乱序
协议软件首先必须能检 测其次能纠正这些问题
“分而治之”
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§3.1 网络体系结构的形成
1.划分层次的概念举例
计算机 1 文件传送模块
只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命令 是按照水平方向的虚线传送的
❖ 层次是人们对复杂问题的一种处理方法。通常将系统 中能提供某种或某类型服务功能的逻辑构造称为层。
❖ 对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定； ❖ 不同的系统分成相同的层次； ❖ 不同系统的最低层之间存在着“物理”通信； ❖ 不同系统的对等层次之间存在着“虚拟”通信； ❖ 对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定； ❖ 高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务服务器Lຫໍສະໝຸດ N防火墙LAN用 户
主交换机
路由器
部门交换机
公用电话网
Internet
远程移动用户
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实体、服务和服务访问点
❖ 实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
在协议的控制下，两 个对等实体间的通信 使得本层能够向上一 层提供服务。要实现 本层协议，还需要使 用下层所提供的服务
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本章内容
§3.1 体系结构的形成 §3.2 开放系统互连/参考模型 §3.3 TCP/IP参考模型
§3.4 TCP/IP与OSI/RM的比较
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§3.1 网络体系结构的形成
❖ 相互通信的两个计算机 系统必须高度协调工作 才行，而这种“协调” 是相当复杂的。
❖ “分层”可将庞大而复 杂的问题，转化为若干 较小的局部问题，而这 些较小的局部问题就比 较易于研究和处理。
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3.2 实体、协议、服务和服务访问点
❖ 本层的服务用户只能看见服务而无法 看见下面的协议。下面的协议对上面 的服务用户是透明的。
❖ 协议是“水平的”，即协议是控制对 等实体之间通信的规则。
❖ 服务是“垂直的”，即服务是由下层 向上层通过层间接口提供的。
❖ 同一系统相邻两层的实体进行交互的 地方，称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。 ▪ 接口处提供服务的地方,逻辑接口