第三章_计算机网络体系结构

源进程传送消息到目 标进程的过程： 消息送到源系统的 最高层； 从最高层开始，自 上而下逐层封装； 经物理线路传输到 目标系统； 目标系统将收到的 信息自下而上逐层 处理并拆封； 由最高层将消息提 交给目标进程。
源进程 消息
逻辑通信
目标进程 消息
N+1 N N-1
Pn+1
Pn Pn-1


OSI参考模型的最高层为应用层，面向用户 提供网络应用服务；最低层为物理层，与通 信介质相连实现真正的数据通信，如图所示。 除物理层之外，其余各对等层之间均不存在 直接的通信关系，而是通过各对等层的协议 来进行通信。只有两个物理层之间通过通信 介质进行真正的数据通信。
图OSI参考模型的结构示意图
OSI参考模型定义了不同计算机互联标准的 框架结构，得到了国际上的承认。它通过分 层结构把复杂的通信过程分成了多个独立的、 比较容易解决的子问题。在OSI模型中，下 一层为上一层提供服务，而各层内部的工作 与相邻层是无关的。 开放： 表示能使任何两个遵守参考模型和 有关标准的系统进行互连。 互连：是指将不同的系统互相连接起来，以 达到相互交换信息，共享资源，分布应用和 分布处理的目的。
分层原则
⑴ 分层数应足够多，以免同一层中有不同 的功能混杂。但分层数也不能太多，层次太 多会导致体系结构过于庞杂，系统的描述和 集成都有困难。 ⑵ 每层应当定义一个定义明确的功能，且 功能相对独立，修改本层功能并不影响其他 层。各层边界的选择应尽量减少跨过层间接 口的通信量。 ⑶ 网络中各结点都有相同的层次。
2. 数据链路层（Data Link Layer）

数据链路层是OSI参考模型中的第二层,介乎 于物理层和网络层提供的服务的基础上向网 络层提供服务。数据链路层的作用是对物理 层传输原始比特流的功能的加强，将物理层 提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上 无差错的数据链路，即使之对网络层表现为 一条无差错的链路。数据链路层的基本功能 是向网络层提供透明的和可靠的数据传送服 务。透明性是指该层上传输的数据的内容、 格式及编码没有限制，也没有必要解释信息 结构的意义；可靠的传输使用户免去对丢失 信息、干扰信息及顺序不正确等的担心。

其主要功能使用什么类型的传输介质，使用什么样

的连接器件和连接设备。 使用什么拓扑结构。 使用什么样的物理信号表示二进制的0和1，以及 该物理信号与传输相关的特性如何。 在常用的网络设备中，集线器工作在OSI参考模型 的物理层。物理层中传送的数据为比特流。

说明：第一，物理层直接与物理信道相连接， 因此物理层是7层中惟一的“实连接层”；而 其他各层由于都间接地使用到物理层的功能， 因此为“虚连接层”。第二，“透明”是一 个很重要的术语。它表示的是某一个实际存 在的事物看起来却好像不存在一样。


2. 各层次间的关系 每一层都由一些实体（Entity）组成，这 些实体抽象地表示了通信时的软件元素 （如进程或子程序）或硬件元素（如智能 I/O芯片等）。不同机器上同一层的实体 叫做对等实体（Peer Entity）。计算机网 络中，正是对等实体利用该层的协议在互 相通信。
各相邻层之间要有一个接口，它定义了较低层向 较高层提供的原始操作和服务。相邻层通过它们 之间的接口交换信息，高层并不需要知道低层是 如何实现的，仅需要知道该层通过层间的接口所 提供的服务，这样使得两层之间保持了功能的独 立性。 对于网络结构化层次模型，其特点是每一层都建 立在它的下一层之上，每一层都是向它的上一层 提供一定的服务，而上一层根本不需要知道下一 层是如何实现服务的。这样每一层在实现自身功 能时，直接使用较低一层提供的服务，而间接地 使用了更低层提供的服务，并向较高一层提供更 完善的服务，同时屏蔽了具体实现这些功能的细 节。

分层举例
对信件内容的共识
发信人 邮局 运输系统
信件内容 邮件地址
P3
对信件如何传递的共识
信件内容 收信人 邮件地址
邮局
P2
对货物如何运输的共识
货物地址
P1 公路，铁路，航空
货物地址 运输系统
对等层通信的实质
对等层实体之间实现的
是虚拟的逻辑通信； 下层向上层提供服务； 上层依赖下层提供的服 务来与其它主机上的对 等层通信； 实际通信在最底层完成。

1.分层的好处 ① 各层之间相互独立 某一层并不需要知道它的下一层是如何 实现的，而仅仅需要知道该层间的接口 （即界面）所提供的服务。由于每一层 只实现一种相对独立的功能，因而可将 一个难以处理的复杂问题分解为若干个 较容易处理的更小一些的问题。这样， 整个问题的复杂程度就下降了。
② 灵活性好 当任何一层发生变化时（例如技术的变 化），只要层间接口关系保持不变，则 在这层以上或以下各层均不受影响。各 层都可以采用最合适的技术来实现，各 层实现技术的改变不影响其他层 ③ 易于实现和维护 分层结构使得实现和调试一个庞大而复 杂的网络系统变得简单和容易。
数据链路层的基本功能和提供的服务
将bit信息加以组织封装成帧。 确定了数据帧的结构。 通过使用硬件地址及物理地址来寻址。 实现差错校验信息的组织。 对共享的介质实现访问控制。 在常用的网络设备中，网卡是工作在
物理层和数据链路层重要的网络设备。 交换机是工作在数据链路层的网络设 备。数据链路层中传送的数据为帧。

2.会话层的基本功能

3.2.2 OSI参考模型各层的功能 ISO已经为各层制定了标准，各个标准作 为独立的国际标准公布。下面我们以从低 层到高层的顺序，依次介绍OSI参考模型 的各层。
1. 物理层（Physical Layer）
物理层是OSI模型的最低层，它向下直接与传输介质相连接 ，是开放系统和物理传输介质的接口，向上相邻且服务于 数据链路层。是整个开放系统的基础，它是惟一直接提供 原始比特流传输的层。


Байду номын сангаас
④ 有利于促进标准化,容易解决通信的异 构性问题 不同的计算机网络具有不同的体系结构， 其层的数量、各层的名字和功能以及各 相邻层之间的接口都不一样。然而在任 何网络中，每一层都是为了向它邻接的 上层提供一定的服务而设置的，而且， 每一层都对上层屏蔽了如何实现协议的 具体细节。这样，网络体系结构就能做 到与具体的物理实现无关，哪怕连接到 网络中的主机和终端的型号与性能各不 相同，只要它们共同遵守相同的协议， 就可以实现相互通信和相互操作。

协议只确定计算机各种规定的外部特点，不 对内部的具体实现做任何规定，这同人们日 常生活中的一些规定是一样的，规定只说明 做什么，对怎样做一般不加以描述。
3.1.3 网络协议的分层

计算机网络是一个非常复杂的系统，因此网 络通信也比较复杂。为了减少计算机网络的 复杂程度，计算机网络将其功能划分为若干 个层次，这种方法就是结构化设计方法。实 践证明，它是解决复杂问题的一种有效手段， 其核心思想就是将系统模块化，并按层次组 织各模块。

3.2 OSI参考模型

网络体系结构的基本功能和特点： (1)保证存在一条有效的传输路径； (2)进行数据链路控制、误码检测、数据重发， 以保证实现数据无误码的传输； (3)实现有效寻址和路径选择，保证数据准确无 误的到达目的地； (4)进行同步控制，保证通信双方传输速率的匹 配； (5)对报文进行有效的分组和组合，适应缓冲容 量，保证数据传输质量； (6)进行网络用户对话管理和实现不同编码、不 同控制方式的协议转换，保证各终端用户进行 数据识别。
OSI所定义的运输层正好是七层的中间一层， 是通信子网（下面3层）和资源子网（上面3 层）的分界线，它屏蔽通信子网的不同，从 端到端经网络透明地传送报文，完成端到端 通信链路的建立、维护和释放。它解决了
建立连接。 保证数据无差错的传输。。它完成资源
子网中两结点的直接逻辑通信，实现通信子 网中端到端的透明传输
3.2.1 OSI参考模型的概念 为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以 及不同网络之间的数据通信，国际标准化组 织ISO对各类计算机网络体系结构进行了研 究，并于1981年正式公布了一个网络体系结 构模型作为国际标准，它定义了网络互连的 七层框架，即物理层、数据链路层、网络层、 传输层、会话层、表示层、应用层。这就是 开放系统互连参考模型（OSI/RM），也称 为ISO/OSI。

4.传输层(transport)
传输层以上各层：面向应用；以下各层：面向传 输。传输层位于资源子网和通信子网的交界处， 起着承上启下的作用。 与网络层的部分服务有重叠交叉。如何平衡取决 于两者的功能划分。 真正意义上的从源到目标实现“端到端”连接的层。 1-3层：链接,中继； 4-7层：端到端

N+1 N N-1
3 2 1
P3 P2
P1
3 2 1
物理通信线路
网络体系结构中：
每层可能会有若干个协议 一个协议只属于一个层次

协议可以由软件或硬件来实现：
网络通信协议软件、网络驱动程序 网络硬件

常用协议组：
TCP/IP（Windows、Unix、Linux、…） NetBEUI（Windows） IPX/SPX（NetWare、Windows）

3.1.2 什么是网络协议 从最根本的角度上讲，协议就是规则。 网络协议，就是为进行网络中的数据交 换而建立的规则、标准或约定。连网的 计算机以及网络设备之间要进行数据与 控制信息的成功传递就必须共同遵守网 络协议。

网络协议主要由以下三要素组成： 语法 语法是以二进制形式表示的命令和相应的结 构，确定协议元素的格式（规定数据与控制 信息的结构和格式）如何讲 语义 语义是由发出请求、完成的动作和返回的响 应组成的集合，确定协议元素的类型，即规 定通信双方要发出何种控制信息、完成何种 动作以及做出何种应答 。讲什么 交换规则 交换规则规定事件实现顺序的详细说明，即 确定通信状态的变化和过程， 。应答关系
5.会话层（session layer）



1.会话层的基本概念：会话层又称会晤层，其服务就如两 个人进行对话。会话层可以被看成是用户与网络之间的接 口，其基本任务是负责两主机之间的原始报文的传输。通 过会话层提供的一个面向用户的连接服务，为合作的会话 层用户之间的对话和活动提供组织和同步所必须的手段， 并对数据的传输进行控制和管理。 会话是提供建立连接并有序传输数据的一种方法，在OSI 体系结构中，会话可以使一个远程终端登录到远地计算机 上，并进行文件传输或进行其他的应用。 会话一般都是面向连接的，例如，当文件传输到中途时建 立的连接突然断了，是从文件的开始重传还是断点续传， 这个任务由会话层来完成。
3. 网络层（Network Layer)

网络层是OSI模型的第3层，该层传输以 “分组”为单位的数据单元，其主要任务用 一句话表示就是“为数据通过网络建立逻辑 链接，即该层通过路由选择算法，为报文、 或分组通过通信子网选择最适当的路径，并 提供网络互联及拥塞控制功能”。

2.网络层的功能
提供了网络层的地址（IP地址），并 进行不同网络系统间的路径选择。 数据包的分割和重新组合。 差错校验和恢复。 流量控制和拥塞控制。 路由器是工作在OSI参考模型的网络 层的重要设备。网络层中数据为数据 包
第三章 计算机网络体系结构
本章学习要点：
网络体系结构与协议的概念
OSI参考模型
TCP/IP参考模型 OSI与TCP/IP两种模型的比较
3.1 网络体系结构与协议的概念

3.1.1 什么是网络体系结构

计算机网络体系结构是指整个网络系统的 逻辑组成和功能分配，它定义和描述了一 组用于计算机及其通信设施之间互连的标 准和规范的集合。 也就是说：为了完成计算机间的通信合作， 把计算机互连的功能划分成有明确定义的 层次，规定了同层次实体通信的协议及相 邻层之间的接口服务。网络体系结构就是 这些同层次实体通信的协议及相邻层接口 的统称，即层和协议的集合。