第10章 计算机网络体系结构
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别的。首先协议的实现保证了该层能够向它相邻的上 一层提供服务，服务用户只能看见服务提供者提供的
服务而看不见它的协议，即协议对服务用户是透明的，
这就意味着，协议是服务存在的基础，而服务是协议 实现的最终体现；其次，协议是“水平”的，而服务 是“垂直”的。从图10―2中也可以看出它们间的联 系和区别。
第10章 计算机网络体系结构
第10章 计算机网络体系结构
第10章 计算机网络体系结构
10.1 网络体系结构概述 10.2 网络体系结构的几个重要概念
10.3 ISO/OSI的参考模型
10.4 TCP/IP网络体系结构
10.5 TCP/IP模型的特点及其与ISO/OSI模型的比较
第10章 计算机网络体系结构
10.1 网络体系结构概述
层之间的接口及服务，将这些分层模型、同等层进程
通信协议规范和相邻层接口服务规范等的集合统称为 计算网络体系结构。
第10章 计算机网络体系结构
需要强调的是，由于网络体系结构只是精确定义了
计算机网络中的逻辑构成及所应完成的功能，至于这些 功能究竟是用何种硬件或软件实现并未说明。这样做是
为了促进网络互连的发展，促进计算机网络技术的提高
第10章 计算机网络体系结构
第三层次：网络接入服务。由于通信服务的实现
是建立在通信网络的基础之上，因此，该层负责完成 与通信网络的接口功能。为此，在这一层次上必须约
定好与通信网络连接接口的机械特性、电气特性、功
能特性和规程特性等，我们称此规定的内容为连接接 口协议。
第10章 计算机网络体系结构
显然，采用协议分层结构的突出特点是：其一，
第10章 计算机网络体系结构
目前，常见的网络体系结构实例有IBM公司的
(SNA，Systems Network Architecture），DEC公司的 DNA（Digital Network Architecture），美国国防部的 TCP/IP网络体系结构等。由于不同的网络体系结构互 不兼容，使得各种体系结构的计算机网络不能互连， 这给计算机网络的发展带来了很多困难。这一问题受 到了国际标准化组织(ISO，International Standard Organization）的重视，
早在20世纪60年代，计算机系统设计者就提出了 计算机网络体系结构的概念，它是指从整个计算机网 络系统的角度研究网络的结构特征。具体来说，就是 研究计算机网络的逻辑结构和功能的分配。其目的是 为了使计算机网络系统能够在统一的原则下进行设计、 建造、互连、使用和发展。它提出的问题并不是针对 某个网络产品或部件，也不涉及某个具体的网络或系 统，以及具体技术上的实现细节，而仅仅从概念上和 功能上抽象和概括计算机网络的结构框架。由于它从 全局的观点研究、探讨计算机网络，因此对促进网络 的合理化、标准化、通用化、高性能化将产生重要的 影响和作用。
在同一系统中，相邻层间的实体进行信息交换的
地方通常称为服务访问点SAP（Service Access Point）。 SAP实际上就是一个逻辑接口，更具体地说，就是为
实现层间接口的通信所定义的数据结构，它有唯一地
址加以标识。
第10章 计算机网络体系结构
在网络分层体系结构中，同等层间或相邻层间的
数据交换是按数据单元进行的，即约定同等层间按协 议数据单元(PDU，Protocol Data Unit）进行通信；相
(n＋1 )协议控制信息 ( n＋1 ) SDU (n＋1 ) SDU 作为 (n＋1 ) PDU 的用户数据 (n＋1 ) PDU (n＋1 ) PDU 作为 (n) IDU的接口数据 (n) ICI (n) ID (n) IDU (n) SAP (n) SUD (n＋1 ) 层 (n) 层
(n＋1 ) PCI (n)接口控制信息
而又不带来副作用。所以，体系结构只是抽象的，而实 现则是具体的，是需要硬件和软件来完成的。
第10章 计算机网络体系结构
10.2 网络体系结构的几个重要概念
10.2.1 网络协议 在计算机网络中要完成计算机之间的信息传输， 就必须遵循它们事先约定好的信息交换规则,这是因为 相同的数字信号可携带不同的信息。我们把在计算机 网络中为进行信息（数据）交换而建立的一系列规则、
第10章 计算机网络体系结构
邮件收发模块 通信模块 DDN、ISDN、X.2 5 网络接入模块
邮件收发模块 通信模块 网络接入模块
图10―1 协议分层实例示意图
第10章 计算机网络体系结构
第一层次：提供邮件发送服务。为了保证该服务
的实现，在这一层次上必须首先约定好通信双方邮件 的格式、邮件内容所采用的语言文字（即字符）等，
(n＋1 ) UD
(n) PCI
(n) UD
(n) PDU
(n－1 ) ICI
(n－1 ) ID
(n) IDU
(n) 层 (n－1 ) 层 (n－1 ) SAP
(n－1 ) SUD
图10―3 数据单元间的联系
第10章 计算机网络体系结构
从图中可以看到，（n）层实体为了将服务用户的 （n+1）SDU传递到对等层——（n）层实体的服务用户 中，首先给（n+1）SDU外加一些协议控制信息，使之 变换成（n+1）PDU，这是因为对等层实体是按协议数 据单元通信的。由于实际数据的流向是穿过发送端系 统的各层，并通过对接的传输介质传递到接收端系统 中的底层（即物理层），然后再由底层逐层传递，直 到与发送端对接的同等层为止。
层的独立性和封装性。由于每一层都是相对独立的功 能模块，只要彼此相邻间的接口所提供的服务不变， 那么至于各层的模块如何实现以及如何发生变化或修 改，都不会影响其它各层。它不仅将整个系统设计的 复杂程度降低了，而且对系统的维护和管理提供了方 便，同时也为在硬件和软件方面适应新技术的发展和 更新提供了灵活性。其二，利于促进标准化。因为每 一层的功能都有精确的定义和说明。
在第9章中，为了更好地了解和研究通信网，我们 根据通信网的功能对它的体系结构进行了分层处理，在 纵向上将其分为了应用层、传输网和业务网3个层次。 而计算机网络虽然以通信网为基础和核心，但它的任务 决定了其体系结构比通信网更为细致和复杂。这一章我 们就对计算机网络的体系结构给予一个系统的介绍。
第10章 计算机网络体系结构
第10章 计算机网络体系结构
其中请求原语类型（Request）用以使服务用户能从服 务提供者那里请求一定的服务，比如，建立连接、发 送数据、释放连接、报告状态等；指示原语类型 （Indication）用以使服务提供者能向服务用户提示某 种状态，如连接指示、输入数据、释放连接指示等； 响应原语类型（Response）用以使服务用户能响应先 前的指示原语，如接受连接或释放等；证实原语类型 （Confirmation）用以使服务提供者能报告先前请求原
第10章 计算机网络体系结构
第二层次：提供通信服务，即在两个计算机之间
为邮件的传递提供可靠的通信服务，我们用通信模块 来完成。这表明，邮件发送服务的实现是完全建立在 通信服务的基础上。为了保证双方间邮件的可靠传递， 在这一层次上必须约定好收发邮件所需的控制、应答 信号以及差错控制等信息，我们称此规定的内容为通 信协议。
第10章 计算机网络体系结构
为了便于理解协议分层的概念，我们以两个计算
机之间通过通信网络传递邮件的过程为例，具体地说 明协议的分层过程和方法。从宏观上看，甲乙双方只 要将信息通过计算机外设输入计算机，然后启动计算 机应用程序的邮件发送或接收功能即可完成邮件的传 送和交流。如果对整个通信过程细分的话，根据完成 任务的不同，可以将该通信过程划分为以下三个层次 （如图10―1所示）：
第10章 计算机网络体系结构
因此，还必须在（n+1）PDU上外加一些接口控制
信息，使之变换成（n）IDU，以便通过相邻层间的接 口SAP传递至（n）层。当数据传递到（n）层后，接 口控制信息的作用已经完成。此时，（n）层最终接收 的数据又作为（n-1）层的服务用户数据，即（n） SDU，并借助（n-1）层的网络服务将数据继续向下层 传递（这一传递过程常常称为打包过程），即按各同 等层间的协议组装数据，直到网络的底层——物理层 后，通过传输介质传送到接收端。
第10章 计算机网络体系结构
基于虚拟化的方法，提出了逻辑通道、虚拟电路、
虚拟终端等高度概括与理想的产物，而并未具体到某 一器件、装置、程序和组件，这为研究网络体系结构 找到了目标和对象；用分层化的方法定义了OSI的七层 模型，为进一步开发OSI标准提供了共同的框架。
第10章 计算机网络体系结构
狭义地讲，网络体系结构就是计算机网络的各层 及其协议的集合，网络上的每一层功能都是由该层的 协议和服务来实现的。具体地说，就是为完成计算机 之间的通信合作，把每个计算机互连的功能划分成定 义明确的层次，规定出同等层进程间通信协议和相邻
语请求成功与否。它们相互作用的关系如图10―2所示。
第10章 计算机网络体系结构
主机1 服务用户
证 实 原 语
请 求 原 语
指 示 原 语
响 应 原 语
主机2 服务用户
服务提供者
Req uest命令 ACK命令
服务提供者
图10―2 服务原语间的关系
第10章 计算机网络体系结构
值得注意的是，协议和服务在概念上是有很大区
以便通信双方能够知道是谁写的信、信中的内容是什
么等，我们称此规定的内容为邮件协议。如果两个计 算机所采用的邮件格式或语言文字不同，则邮件发送 服务程序必须提供完成邮件格式及文字转换的功能模 块。这一层上只保证邮件的发送和接收，以及彼此双 方邮件的识别，我们用邮件收发模块来实现。至于邮 件能否可靠地传递到对方不是这一层所关心的问题而 是由下一层来保证的。
第10章 计算机网络体系结构
所以，网络服务是指彼此相邻的下层向上层提供
通能力或操作而屏蔽其细节的过程。其中下层是服务 提供者，上层是服务用户。由于网络分层结构中的单
向依赖关系，使得网络的底层总是向它的上层提供服
务，且每一层的服务又都是借助于它的下层以及以下 各层的服务能力。服务的表现形式是服务原语（比如 库函数或系统调用等），即上层是利用下层提供的服 务原语通过层间接口的信息交换来使用下层的服务， 共有请求、指示、响应、证实四种类型服务原语。
第10章 计算机网络体系结构
10.2.2 网络服务
由上述分析可知，网络的协议是作用在不同系统 中的同等层间。为了使同等层间具有通信的能力，在 网络的每一层中至少有一个实体。所谓实体泛指能够 发和接收信息的任何东西，它既可以是软件实体（如 进程），也可以是硬件实体（如某一接口芯片）。不 同系统上的同一层实体叫对等实体（或同等实体）。 在网络协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本 层能够为它相邻的上一层提供服务。
邻层间按接口数据单元(IDU，Interface Data Unit）实
施通信；服务数据单元SDU（Serve Data Unit）是服务 用户交给服务提供者所传递的数据单位，它只需在同 等层的服务用户之间保持一致，而不管在传输过程中 经过什么变化。它们间的联系和区别如图10―3所示。
第10章 计算机网络体系结构
第10章 计算机网络体系结构
于是，在1977年3月召开的第九次全会上决定成立
一个新的技术委员分会(ISO/TC97/SC16)专门研究此课 题。经过几年的努力，1983年ISO/TC97/SC16提出了开
放系统互连参考模型OSI―RM（OSI，Open System
Interconnect―Reference Mode）,即著名的ISO7498国际 标准。它采用了抽象化、虚拟化和分层化的方法研究 计算机网络的各层功能、接口及协议。其中，采用抽 象化的方法，给出了OSI的参考模型、服务定义和协议 规范；
标准或约定称为网络协议。具体地讲，网络协议包括
语法、语义和同步三要素，其中，语法约定了数据和 控制信息的格式或结构、编码及信号电平等；
第10章 计算机网络体系结构
语义是为协调完成某种动作或操作而规定的控制
和应答信息；同步是对事件实现顺序的详细说明，指 出事件的顺序以及速度匹配。为了减少网络协议的复 杂性，网络设计者并不是为所有形式的通信设计一个 单一、巨大的协议，而是采用对Leabharlann Baidu议分层的方法设计 网络协议。所谓协议分层就是按照信息的流动过程将 网络通信的整体功能分解为一个个的子功能层，位于 不同系统上的同等功能层之间按相同的协议进行通信， 而同一系统中上下相邻的功能层之间通过接口进行信 息传递。
服务而看不见它的协议，即协议对服务用户是透明的，
这就意味着，协议是服务存在的基础，而服务是协议 实现的最终体现；其次，协议是“水平”的，而服务 是“垂直”的。从图10―2中也可以看出它们间的联 系和区别。
第10章 计算机网络体系结构
第10章 计算机网络体系结构
第10章 计算机网络体系结构
10.1 网络体系结构概述 10.2 网络体系结构的几个重要概念
10.3 ISO/OSI的参考模型
10.4 TCP/IP网络体系结构
10.5 TCP/IP模型的特点及其与ISO/OSI模型的比较
第10章 计算机网络体系结构
10.1 网络体系结构概述
层之间的接口及服务，将这些分层模型、同等层进程
通信协议规范和相邻层接口服务规范等的集合统称为 计算网络体系结构。
第10章 计算机网络体系结构
需要强调的是，由于网络体系结构只是精确定义了
计算机网络中的逻辑构成及所应完成的功能，至于这些 功能究竟是用何种硬件或软件实现并未说明。这样做是
为了促进网络互连的发展，促进计算机网络技术的提高
第10章 计算机网络体系结构
第三层次：网络接入服务。由于通信服务的实现
是建立在通信网络的基础之上，因此，该层负责完成 与通信网络的接口功能。为此，在这一层次上必须约
定好与通信网络连接接口的机械特性、电气特性、功
能特性和规程特性等，我们称此规定的内容为连接接 口协议。
第10章 计算机网络体系结构
显然，采用协议分层结构的突出特点是：其一，
第10章 计算机网络体系结构
目前，常见的网络体系结构实例有IBM公司的
(SNA，Systems Network Architecture），DEC公司的 DNA（Digital Network Architecture），美国国防部的 TCP/IP网络体系结构等。由于不同的网络体系结构互 不兼容，使得各种体系结构的计算机网络不能互连， 这给计算机网络的发展带来了很多困难。这一问题受 到了国际标准化组织(ISO，International Standard Organization）的重视，
早在20世纪60年代，计算机系统设计者就提出了 计算机网络体系结构的概念，它是指从整个计算机网 络系统的角度研究网络的结构特征。具体来说，就是 研究计算机网络的逻辑结构和功能的分配。其目的是 为了使计算机网络系统能够在统一的原则下进行设计、 建造、互连、使用和发展。它提出的问题并不是针对 某个网络产品或部件，也不涉及某个具体的网络或系 统，以及具体技术上的实现细节，而仅仅从概念上和 功能上抽象和概括计算机网络的结构框架。由于它从 全局的观点研究、探讨计算机网络，因此对促进网络 的合理化、标准化、通用化、高性能化将产生重要的 影响和作用。
在同一系统中，相邻层间的实体进行信息交换的
地方通常称为服务访问点SAP（Service Access Point）。 SAP实际上就是一个逻辑接口，更具体地说，就是为
实现层间接口的通信所定义的数据结构，它有唯一地
址加以标识。
第10章 计算机网络体系结构
在网络分层体系结构中，同等层间或相邻层间的
数据交换是按数据单元进行的，即约定同等层间按协 议数据单元(PDU，Protocol Data Unit）进行通信；相
(n＋1 )协议控制信息 ( n＋1 ) SDU (n＋1 ) SDU 作为 (n＋1 ) PDU 的用户数据 (n＋1 ) PDU (n＋1 ) PDU 作为 (n) IDU的接口数据 (n) ICI (n) ID (n) IDU (n) SAP (n) SUD (n＋1 ) 层 (n) 层
(n＋1 ) PCI (n)接口控制信息
而又不带来副作用。所以，体系结构只是抽象的，而实 现则是具体的，是需要硬件和软件来完成的。
第10章 计算机网络体系结构
10.2 网络体系结构的几个重要概念
10.2.1 网络协议 在计算机网络中要完成计算机之间的信息传输， 就必须遵循它们事先约定好的信息交换规则,这是因为 相同的数字信号可携带不同的信息。我们把在计算机 网络中为进行信息（数据）交换而建立的一系列规则、
第10章 计算机网络体系结构
邮件收发模块 通信模块 DDN、ISDN、X.2 5 网络接入模块
邮件收发模块 通信模块 网络接入模块
图10―1 协议分层实例示意图
第10章 计算机网络体系结构
第一层次：提供邮件发送服务。为了保证该服务
的实现，在这一层次上必须首先约定好通信双方邮件 的格式、邮件内容所采用的语言文字（即字符）等，
(n＋1 ) UD
(n) PCI
(n) UD
(n) PDU
(n－1 ) ICI
(n－1 ) ID
(n) IDU
(n) 层 (n－1 ) 层 (n－1 ) SAP
(n－1 ) SUD
图10―3 数据单元间的联系
第10章 计算机网络体系结构
从图中可以看到，（n）层实体为了将服务用户的 （n+1）SDU传递到对等层——（n）层实体的服务用户 中，首先给（n+1）SDU外加一些协议控制信息，使之 变换成（n+1）PDU，这是因为对等层实体是按协议数 据单元通信的。由于实际数据的流向是穿过发送端系 统的各层，并通过对接的传输介质传递到接收端系统 中的底层（即物理层），然后再由底层逐层传递，直 到与发送端对接的同等层为止。
层的独立性和封装性。由于每一层都是相对独立的功 能模块，只要彼此相邻间的接口所提供的服务不变， 那么至于各层的模块如何实现以及如何发生变化或修 改，都不会影响其它各层。它不仅将整个系统设计的 复杂程度降低了，而且对系统的维护和管理提供了方 便，同时也为在硬件和软件方面适应新技术的发展和 更新提供了灵活性。其二，利于促进标准化。因为每 一层的功能都有精确的定义和说明。
在第9章中，为了更好地了解和研究通信网，我们 根据通信网的功能对它的体系结构进行了分层处理，在 纵向上将其分为了应用层、传输网和业务网3个层次。 而计算机网络虽然以通信网为基础和核心，但它的任务 决定了其体系结构比通信网更为细致和复杂。这一章我 们就对计算机网络的体系结构给予一个系统的介绍。
第10章 计算机网络体系结构
第10章 计算机网络体系结构
其中请求原语类型（Request）用以使服务用户能从服 务提供者那里请求一定的服务，比如，建立连接、发 送数据、释放连接、报告状态等；指示原语类型 （Indication）用以使服务提供者能向服务用户提示某 种状态，如连接指示、输入数据、释放连接指示等； 响应原语类型（Response）用以使服务用户能响应先 前的指示原语，如接受连接或释放等；证实原语类型 （Confirmation）用以使服务提供者能报告先前请求原
第10章 计算机网络体系结构
第二层次：提供通信服务，即在两个计算机之间
为邮件的传递提供可靠的通信服务，我们用通信模块 来完成。这表明，邮件发送服务的实现是完全建立在 通信服务的基础上。为了保证双方间邮件的可靠传递， 在这一层次上必须约定好收发邮件所需的控制、应答 信号以及差错控制等信息，我们称此规定的内容为通 信协议。
第10章 计算机网络体系结构
为了便于理解协议分层的概念，我们以两个计算
机之间通过通信网络传递邮件的过程为例，具体地说 明协议的分层过程和方法。从宏观上看，甲乙双方只 要将信息通过计算机外设输入计算机，然后启动计算 机应用程序的邮件发送或接收功能即可完成邮件的传 送和交流。如果对整个通信过程细分的话，根据完成 任务的不同，可以将该通信过程划分为以下三个层次 （如图10―1所示）：
第10章 计算机网络体系结构
因此，还必须在（n+1）PDU上外加一些接口控制
信息，使之变换成（n）IDU，以便通过相邻层间的接 口SAP传递至（n）层。当数据传递到（n）层后，接 口控制信息的作用已经完成。此时，（n）层最终接收 的数据又作为（n-1）层的服务用户数据，即（n） SDU，并借助（n-1）层的网络服务将数据继续向下层 传递（这一传递过程常常称为打包过程），即按各同 等层间的协议组装数据，直到网络的底层——物理层 后，通过传输介质传送到接收端。
第10章 计算机网络体系结构
基于虚拟化的方法，提出了逻辑通道、虚拟电路、
虚拟终端等高度概括与理想的产物，而并未具体到某 一器件、装置、程序和组件，这为研究网络体系结构 找到了目标和对象；用分层化的方法定义了OSI的七层 模型，为进一步开发OSI标准提供了共同的框架。
第10章 计算机网络体系结构
狭义地讲，网络体系结构就是计算机网络的各层 及其协议的集合，网络上的每一层功能都是由该层的 协议和服务来实现的。具体地说，就是为完成计算机 之间的通信合作，把每个计算机互连的功能划分成定 义明确的层次，规定出同等层进程间通信协议和相邻
语请求成功与否。它们相互作用的关系如图10―2所示。
第10章 计算机网络体系结构
主机1 服务用户
证 实 原 语
请 求 原 语
指 示 原 语
响 应 原 语
主机2 服务用户
服务提供者
Req uest命令 ACK命令
服务提供者
图10―2 服务原语间的关系
第10章 计算机网络体系结构
值得注意的是，协议和服务在概念上是有很大区
以便通信双方能够知道是谁写的信、信中的内容是什
么等，我们称此规定的内容为邮件协议。如果两个计 算机所采用的邮件格式或语言文字不同，则邮件发送 服务程序必须提供完成邮件格式及文字转换的功能模 块。这一层上只保证邮件的发送和接收，以及彼此双 方邮件的识别，我们用邮件收发模块来实现。至于邮 件能否可靠地传递到对方不是这一层所关心的问题而 是由下一层来保证的。
第10章 计算机网络体系结构
所以，网络服务是指彼此相邻的下层向上层提供
通能力或操作而屏蔽其细节的过程。其中下层是服务 提供者，上层是服务用户。由于网络分层结构中的单
向依赖关系，使得网络的底层总是向它的上层提供服
务，且每一层的服务又都是借助于它的下层以及以下 各层的服务能力。服务的表现形式是服务原语（比如 库函数或系统调用等），即上层是利用下层提供的服 务原语通过层间接口的信息交换来使用下层的服务， 共有请求、指示、响应、证实四种类型服务原语。
第10章 计算机网络体系结构
10.2.2 网络服务
由上述分析可知，网络的协议是作用在不同系统 中的同等层间。为了使同等层间具有通信的能力，在 网络的每一层中至少有一个实体。所谓实体泛指能够 发和接收信息的任何东西，它既可以是软件实体（如 进程），也可以是硬件实体（如某一接口芯片）。不 同系统上的同一层实体叫对等实体（或同等实体）。 在网络协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本 层能够为它相邻的上一层提供服务。
邻层间按接口数据单元(IDU，Interface Data Unit）实
施通信；服务数据单元SDU（Serve Data Unit）是服务 用户交给服务提供者所传递的数据单位，它只需在同 等层的服务用户之间保持一致，而不管在传输过程中 经过什么变化。它们间的联系和区别如图10―3所示。
第10章 计算机网络体系结构
第10章 计算机网络体系结构
于是，在1977年3月召开的第九次全会上决定成立
一个新的技术委员分会(ISO/TC97/SC16)专门研究此课 题。经过几年的努力，1983年ISO/TC97/SC16提出了开
放系统互连参考模型OSI―RM（OSI，Open System
Interconnect―Reference Mode）,即著名的ISO7498国际 标准。它采用了抽象化、虚拟化和分层化的方法研究 计算机网络的各层功能、接口及协议。其中，采用抽 象化的方法，给出了OSI的参考模型、服务定义和协议 规范；
标准或约定称为网络协议。具体地讲，网络协议包括
语法、语义和同步三要素，其中，语法约定了数据和 控制信息的格式或结构、编码及信号电平等；
第10章 计算机网络体系结构
语义是为协调完成某种动作或操作而规定的控制
和应答信息；同步是对事件实现顺序的详细说明，指 出事件的顺序以及速度匹配。为了减少网络协议的复 杂性，网络设计者并不是为所有形式的通信设计一个 单一、巨大的协议，而是采用对Leabharlann Baidu议分层的方法设计 网络协议。所谓协议分层就是按照信息的流动过程将 网络通信的整体功能分解为一个个的子功能层，位于 不同系统上的同等功能层之间按相同的协议进行通信， 而同一系统中上下相邻的功能层之间通过接口进行信 息传递。