网络体系结构专项说明
网络体系结构及其安全性
网络体系结构及其安全性随着互联网的发展和普及，我们越来越依赖网络，网络也变得越来越复杂。
在这个复杂的网络世界中，网络体系结构是网络的基础，而网络安全则是网络的重要保障。
本文将探讨网络体系结构及其安全性，以便更好地理解网络的运作和安全保障。
一、网络体系结构网络体系结构是指网络中各个组成部分的关系和连接方式，它影响着网络的通信效率、安全性、可靠性等方面。
网络体系结构可以分为两种基本类型：分布式体系结构和集中式体系结构。
1. 分布式体系结构分布式体系结构是一种将网络服务和计算资源分散到多个节点上的体系结构。
在这种体系结构下，节点之间可以互相通信，共同完成任务。
分布式体系结构具有高可用性、可扩展性、性能优越等优点，是现代网络的主要体系结构之一。
常见的分布式体系结构有点对点（P2P）、客户端/服务器（Client/Server）等模式。
点对点体系结构是指没有中央服务器的网络，每个节点都是对等的。
在这种体系结构下，每个节点都可以提供信息和服务，并且能够直接与其他节点交互。
点对点体系结构广泛应用于文件共享、在线游戏等场景。
客户端/服务器体系结构是指客户端向服务器发送请求，服务器回应客户端请求并提供服务的网络。
该体系结构通常用于Web、电子邮件、文件传输等场景。
在该体系结构下，服务器扮演着重要的角色，负责管理和处理请求，客户端则扮演被服务的角色。
客户端/服务器体系结构具有良好的可扩展性和性能，适用于大型网络应用。
2. 集中式体系结构集中式体系结构是指所有的计算资源和服务都集中在一台或几台服务器上，客户端通过与服务器交换数据完成任务。
在这种体系结构下，服务器扮演着中心的角色，负责所有的计算和储存。
集中式体系结构通常用于数据库、Web服务器等场景。
集中式体系结构相对于分布式体系结构而言，扩展性和容错性较差，但在一些场景下可以提供更加可靠的服务。
二、网络安全性网络安全是保障网络系统、网络数据和网络用户的安全和隐私的学科。
网络体系结构及网络协议课件
目 录
• 网络体系结构概述 • OSI模型 • TCP/IP模型 • 网络协议详解 • 网络安全与协议 • 未来网络体系结构展望
01 网络体系结构概述
什么是网络体系结构
总结词
网络体系结构是计算机网络中各层功 能及其相互关系的集合，定义了网络 中数据传输和通信的规则。
DNS协议
总结词
域名系统，将域名转换为IP地址。
详细描述
DNS协议是互联网上用于将域名转换为IP地址的一种分布式数据库系统。通过DNS协议，用户可以在 浏览器中输入域名，而不是IP地址，来访问网站。DNS协议将域名解析为相应的IP地址，以便计算机 能够相互通信。
FTP协议
总结词
文件传输协议，用于在网络上传输文件。
远程办公 企业通过SSH协议建立安全的远程登 录通道，保证远程办公数据的安全性。
域名系统（DNS） DNS通过DNSSEC协议提供安全可靠 的域名解析服务，保护用户免受DNS 欺骗攻击。
06 未来网络体系结构展望
软件定义网络（SDN）
总结词
软件定义网络是一种新型网络体系结构，通过将网络控制与 转发分离，实现网络资源的灵活管理和调度。
DNSSEC协议
DNSSEC协议是一种DNS安全扩展协议，可以为DNS查询提供数据完 整性和源认证等安全保护。
网络安全协议的应用场景
电子商务 电子商务网站通过SSL/TLS协议对用户 提交的敏感信息进行加密传输，保证交
易数据的安全性。 虚拟专用网络（VPN） VPN通过IPsec协议建立安全的网络 连接，保护数据传输的安全性。
应用层
直接为用户提供服务，如文件传输、电子邮件和网页 浏览等。
表示层
网络体系结构专项介绍
网络各层的功能
虚电路方式的特点：
➢ 分组按序到达； ➢ 分组携带信息少； ➢ 主机的多个进程可以进行多次呼叫，形成多条虚电路，
如 VC1 和 VC2； ➢ 多条虚电路在某些段可以使用同一条链路，这种功能称
为多路复用 ； ➢ 虚电路方式的缺点是虚呼叫需要连接的建立与断连的时
间。
网络各层的功能
虚电路和数据报的比计算机对数据信息有不同的描述方法 。 表示层试图用一种抽象语法描述信息，以实现不同系统之间 信息表示的统一 。
网络各层的功能
（3）应用层
应用层直接为各种应用服务。应用层是应用进程中与通信有关的 那部分环境空间。在这个空间内，对等的应用实体使用OSI各层提供 的服务交换有意义的信息。应用层的功能是向应用进程提供访问OSI 的手段。OSI在应用层中定义了几个重要的应用层标准，包括虚拟终 端标准VTP，用于不同类型的终端访问网络上不同的主机应用进程； 文件传输、访问和管理标准FTAM，用于不同等系统间能够在网络上 传输文件； 报文处理系统MHS用于对网络上使用非常普遍的电子邮件系统进行标 准化。
网络各层的功能
2）虚电路服务
• 在传输前，发送端先进行虚呼叫 (VC)，与接收端进行虚电路的建立 。 • 虚电路建好后，把报文的所有分组按照分组序号顺序发往目的端，由
中间结点进行存储转发 。 • 到达目的结点后，重新组装报文送给主机 。
这里有两条虚电路 VC1和VC2。当然 还可以有多条，每 一条都可以单独传 输一路信息。从图 可见，在H2和H3 之间进行了多路复 用。
第二讲 网络体系结构 (2)
网络各层的功能
三、网络层
（1）基本概念
网络层对整个通信子网进行管理和控制 。 网络层考虑如何把端结点的信息通过若干个中间结点正确 传送到另一个端结点。 一般要采用分组交换的方法 。 分组信息究竟通过哪些结点才能较快地传输，这就是路由 选择问题 网络层对网络上传输的信息进行整体的控制，也就是全网 的流量控制。 当某处发生拥塞时要及时加以解决。
计算机网络 网络体系结构的基本概念
计算机网络网络体系结构的基本概念计算机网络体系结构是指整个网络系统的逻辑结构和功能分配，定义和描述了计算机与通信设备之间互连的标准和规范集合。
遵循这些标准和规范能够方便地实现计算机与通信设备之间的通信，下面我们介绍下网络体系结构中的一些基本概念。
1．实体实体是指具有发送和接收信息功能的通信设备、计算机和应用程序。
例如，应用程序、数据库管理系统、电子邮件服务器和计算机都属于实体。
计算机网络中不同系统的实体之间能够相互通信，并且每个系统可以包含一个或者多个实体。
2．协议协议是为网络中通信双方进行数据交换，而建立的一种双方都能够识别和理解的规则或标准。
协议主要有以下三部分组成：●语法是指数据和控制信息的结构或格式，即对通信双采用的数据格式、编码方法等进行定义。
例如，报文内容的顺序、格式等。
●语义是对通信双方发出请求、执行动作，以及对方应答所做出的解释。
例如，解释报文有几部分组成，哪些部分是用于控制数据，哪些部分是真正的数据内容。
●时序是对事件实现顺序的详细说明。
例如，传输数据时采用同步传输，还是采用异步传输，都要靠时序来实现。
3．网络体系结构网络体系结构是层和协议的集合。
它描述了实现不同计算机系统之间互连和通信的方法和机构。
由于计算机网络是一个涉及通信系统和计算机系统的综合系统，为降低其设计和实现的难度，通常采用结构化设计方法，将计算机网络需要实现的功能划分成若干功能模块，形成层次分明的网络体系结构。
网络体系结构采用分层体系结构的优点主要体现在以下几个方面：●各层之间相互独立●灵活性好●易于实现和维护●有利于促进标准化在每一对相邻层之间都有一个预先定义明确的界面，即接口。
接口定义了下层向上层提供的原语操作和服务。
如果网络中每一层都能完成一组有定义明确的功能，相邻层之间有一个定义清晰的接口，不仅能够减少层与层之间必须要传送的信息数量，还能够很方便的更改某一层功能的实现方法，有利于新通信技术和通信材料的使用。
网络体系结构和基本概念
网络体系结构和基本概念网络体系结构是指网络中各个组成部分之间的关系与组织方式。
它将网络分为不同的层次及模块，使得网络的设计和管理更加有序、灵活、高效。
同时，网络体系结构也为不同类型的应用提供了相应的技术支持和服务保障。
本文将详细介绍网络体系结构的基本概念和具体组成部分。
首先，网络体系结构通常包括以下几个层次：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。
物理层负责将数字信号转换成物理信号，并进行传输；数据链路层负责建立逻辑连接、进行差错校验、流量控制和数据帧的封装；网络层负责进行数据包的路由选择和分组传输；传输层负责实现端到端的数据传输和流量控制；应用层负责提供不同的应用服务，并与网络的其他层进行交互。
其次，网络体系结构还有一些基本概念，如协议、接口、引线等。
协议是网络通信中约定的一组规则和标准，使得不同设备之间能够相互通信和协作。
接口是连接不同设备或不同网络之间的通道，通过它们可以进行信号传输和数据交换。
引线是将不同的电气信号引出到网络外部，如连接器、电缆、网线等。
在网络体系结构中，还有一些重要的组成部分，如路由器、交换机、集线器等。
路由器是将不同网络之间的数据包进行转发和交换的设备，可以实现不同网络之间的互通。
交换机是在局域网中传输数据包的设备，它能够根据数据包的MAC地址进行转发。
集线器是将多个设备连接在一个局域网中的设备，它可以实现设备之间的共享资源和通信。
此外，网络体系结构还涉及一些重要的技术和协议，如TCP/IP协议、以太网、无线网络等。
TCP/IP协议是互联网通信的基础协议，它通过将数据分成多个数据包进行传输，并在目的地重新组装，实现可靠的数据传输。
以太网是一种常用的局域网技术，它使用双绞线进行通信，并通过载波侦听、冲突检测等机制实现数据的高效传输。
无线网络则是利用无线通信技术实现设备之间的数据传输，如Wi-Fi、蓝牙等。
总之，网络体系结构是网络中各个组成部分之间的关系与组织方式。
它通过不同的层次和模块，实现了网络的有序、灵活、高效的设计和管理。
网络体系结构知识详解
第3章 网络体系结构
3.1 网络体系结构思想
3.1.2 计算机网络的分层模型
— 10 —
第3章 网络体系结构
3.1 网络体系结构思想
— 11 —
3.1.2 计算机网络的分层模型
1．实体与对等层实体 每层中，实现该层功能的活动元素称为实体。包括本层的所有硬件元素（智能I/O芯 片等）和软件元素（如进程等）的抽象，如终端、电子邮件系统、应用程序、进程等。 能完成特定功能的进程的抽象称为逻辑实体，能完成发送和接收信息的物理实体称为通 信实体。不管是逻辑实体还是通信实体，描述的都是功能特性。 不同机器上位于同一层次、完成相同功能的实体被称为对等(peer to peer)实体。
面向连接服务 （Connection Oriented Service） 无连接服务 （Connectionless Service）
第3章 网络体系结构
3.1 网络体系结构思想
3.1.2 计算机网络的分层模型
— 15 —
5．服务、接口、协议的说明
服务定义该层做些什么，而不管上面的层如何访问它或该层如何工作；协议定义同 等层对等实体之间交换的帧，分组和报文的格式及意义的规则；某一层的接口告诉上面 的进程如何访问它，定义的是需要的参数以及预期的结果样。
第3章 网络体系结构
3.2 OSI参考模型
3.2.1 OSI分层结构
— 21 —
第3章 网络体系结构
3.2 OSI参考模型
3.2.2 OSI数据传送单元
— 22 —
1．协议数据单元PDU（Protocol Data Unit）
所谓协议数据单元就是在不同站点的各层对等实体之间，为实现该层协议所交换的 信息单元。通常将第N层的协议数据单元记为NPDU。它由两部分组成，即本层的用户数 据(UDI)和本层的协议控制信息也称协议头部(PCI，Protocol Control Information)。 同教材中3-5所示。从服务用户的角度来看，它并不关心下面的PDU，实际上它也看不见 PDU的大小。
第3章网络体系结构
➢国际性的电子技术与信息科学工程师的协会。
美国国家标准协会（ANSI）
➢负责制定电子工业的标准。
国际电信联盟（ITU）
➢联合国专门机构，电信界最权威的标准制订机构。
3.3 OSI参考模型
11 OSI参考模型概述 OSI参考模型的结构及功能 OSI参考模型的数据传输过程
物理层(The Physical Layer)
13
网络应用基础
3.3.2 OSI参考模型的结构及功能
不同计算机之间的同等层通过协议进行交流：
网络应用基础
物理层(The Physical Layer)
14 物理层是OSI模型的最底层，它起到数据链路 层和传输介质之间的逻辑接口作用，其接收数据 链路层的数据，在两个通信设备间建立连接，并 按顺序传输比特流，保证正确地利用传输介质进 行数据传输。
网络应用基础
表示层(The Present Layer)
24表示层是OSI模型的第六层，主要是解决用户信息 的语法表示问题。
在两个节点间发生信息传递时，表示层负责将信息 发送方的抽象语法转换成适合于OSI系统内部使用 的传送语法，并在信息接收方实现相反的转换。
数据压缩与解压缩、数据加密与解密等工作由表示 层完成。
31 网络接口层 网络互连层
➢网络互连层也称网络层或IP层，其作用与OSI模型中的网络 层相类似。 ➢该层主要解决主机到主机的通信问题，负责管理不同设备之 间的数据交换。 ➢该层有四个主要协议：网际协议(IP)、地址解析协议(ARP)、 反向地址解析协议(RARP)和网际控制报文协议(ICMP)。 ➢IP协议是网络互连层最重要的协议，它提供不可靠的、无连 接的数据报传递服务。
网络体系结构
设计时，为了标识每个层次，应该提供以下内容:
概述建立该层的目的； 描述该层的功能和要用到的下层服务； 描述该层给上层提供的服务。
分层原则对发展开放系统互联标准起着指导、决策的作用 。
2.3 OSI/RM的各层内容简介
面向应用
面向 服务
面向通信
通信 子网
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
说明：
每层向上层提供它所需要的服务，在完成本层协议时使用下层提供 的服务。
各层的功能是独立的，层间的相互作用通过层接口来实现，只要保 证层接口不变，任何一层实现技术的改变均不影响其余层次
注意：
参考模型OSI/RM的目标是使各层的功能和协议标准化，而不考虑 用何种技术(软件、硬件或固件)，怎样去实现这些功能和协议。
格式化数据 数据压缩 数据加密
2
数据链路层
1
物理 层
表示层：为上层提供共同需要的数据表示和转换数据服务。 不同的机器需要不同的信息编码服务，表示层向应用层提 供信息的语法表示，对不同的语法进行转换管理，使采用 不同语法表示的系统之间能够进行通信。
数据格式处理：协商和建立数据交换格式，解决各应用程序之间 在数据格式表示上的差异。
的实现用具体的协议来说明
应用层
7
应用层
提供应用程序间通信
6
表 示层
5
会 话层
对软件提供接口和网络服
务（例如，E-mail,文件传
4
传输层
输）
3
网络 层
2
数据链路层
1
物理 层
应用层是OSI的最高层，是网络与用户应用软件之间的接 口。它直接通过给用户和管理者提供各类信息来为用户终 端服务，如虚拟终端、文件传送、远程用户登录和电子数 据交换及电子邮件等。
网络体系结构
编辑本段计算机网络定义计算机网络由多个互连的结点组成,结点之间要不断地交换数据和控制信息,要做到有条不紊地交换数据,每个结点就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理体系.计算机网络就是按照高度结构化设计方法采用功能分层原理来实现的,即计算机网络体系结构的内容.编辑本段网络体系结构及协议的概念网络体系(Network Architecture):是为了完成计算机间的通信合作,把每台计算机互连的功能划分成有明确定义的层次,并规定了同层次进程通信的协议及相邻之间的接口及服务.网络体系结构:是指用分层研究方法定义的网络各层的功能,各层协议和接口的集合.网络体系结构最早是由IBM公司在1974年提出的,名为SNA计算机网络体系结构:是指计算机网络层次结构模型和各层协议的集合结构化是指将一个复杂的系统设计问题分解成一个个容易处理的子问题,然后加以解决.层次结构是指将一个复杂的系统设计问题分成层次分明的一组组容易处理的子问题,各层执行自己所承担的任务.计算机网络结构采用结构化层次模型的优点:各层之间相互独立,即不需要知道低层的结构,只要知道是通过层间接口所提供的服务灵活性好,是指只要接口不变就不会因层的变化(甚至是取消该层)而变化各层采用最合适的技术实现而不影响其他层有利于促进标准化,是因为每层的功能和提供的服务都已经有了精确的说明网络协议协议(Protocol)网络中计算机的硬件和软件存在各种差异,为了保证相互通信及双方能够正确地接收信息,必须事先形成一种约定,即网络协议.协议:是为实现网络中的数据交换而建立的规则标准或约定.网络协议三要素:语法,语义,交换规则(或称时序/定时关系)注:通信协议的特点是:层次性,可靠性和有效性.实体(Entity)基本概述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,就必须遵循相同的网络体系结构模型,否则异种计算机就无法连接成网络,这种共同遵循的网络体系结构模型就是国际标准——开放系统互连参考模型,即OSI/RM.ISO 发布的最著名的ISO标准是ISO/IEC 7498,又称为X.200建议,将OSI/RM依据网络的整个功能划分成7个层次,以实现开放系统环境中的互连性(interconnection), 互操作性(interoperation)和应用的可移植性(portability).分层原则ISO将整个通信功能划分为7个层次,分层原则如下:网络中各结点都有相同的层次不同结点的同等层具有相同的功能同一结点内相邻层之间通过接口通信每一层使用下层提供的服务,并向其上层提供服务不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信第七层应用层第六层表示层第五层会话层第四层传输层第三层网络层第二层数据链路层第一层物理层各层原理和作用OSI/RM的配置管理主要目标就是网络适应系统的要求.低三层可看作是传输控制层,负责有关通信子网的工作,解决网络中的通信问题;高三层为应用控制层,负责有关资源子网的工作,解决应用进程的通信问题;传输层为通信子网和资源子网的接口,起到连接传输和应用的作用.ISO/RM的最高层为应用层,面向用户提供应用的服务;最低层为物理层,连接通信媒体实现数据传输.层与层之间的联系是通过各层之间的接口来进行的,上层通过接口向下层提供服务请求,而下层通过接口向上层提供服务.两个计算机通过网络进行通信时,除了物理层之外(说明了只有物理层才有直接连接),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,如两个对等的网络层使用网络层协议通信.只有两个物理层之间才通过媒体进行真正的数据通信.当通信实体通过一个通信子网进行通信时,必然会经过一些中间节点,通信子网中的节点只涉及到低三层的结构.OSI/RM中系统间的通信信息流动过程在OSI/RM中系统间的通信信息流动过程如下:发送端的各层从上到下逐步加上各层的控制信息构成的比特流传递到物理信道,然后再传输到接收端的物理层,经过从下到上逐层去掉相应层的控制住信息得到的数据流最终传送到应用层的进程.由于通信信道的双向性,因此数据的流向也是双向的.比特流的构成:数据DATA应用层(DATA+报文头AH,用L7表示)表示层(L7+控制信息PH)会话层(L6+控制信息SH)传输层(L5+控制信息TH)网络层(L4+控制信息NH)数据链路层(差错检测控制信息DT+L3+控制信息DH)物理层(比特流)OSI/RM各层概述物理层(Physical Layer)直接与物理信道直接相连,起到数据链路层和传输媒体之间的逻辑接口作用.功能:提供建立,维护和释放物理连接的方法,实现在物理信道上进行比特流的传输.传送的基本单位:比特(bit)物理层的内容:1)通信接口与传输媒体的物理特性物理层协议主要规定了计算机或终端DTE与通信设备DCE之间的接口标准,包括接口的机械特性,电气特性,功能特性,规程特性2)物理层的数据交换单元为二进制比特:对数据链路层的数据进行调制或编码,成为传输信号(模拟,数字或光信号)3)比特的同步:时钟的同步,如异步/同步传输4)线路的连接:点—点(专用链路),多点(共享一条链路)5)物理拓扑结构:星型,环型,网状6)传输方式:单工,半双工,全双工典型的物理层协议有RS-232系列,RS449,V.24,V.28,X.20,X.21数据链路层(Data Link Layer)通过物理层提供的比特流服务,在相邻节点之间建立链路,对传输中可能出现的差错进行检错和纠错,向网络层提供无差错的透明传输.主要负责数据链路的建立,维持和拆除,并在两个相邻机电队线路上,将网络层送下来的信息(包)组成帧传送,每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息.为了保证数据帧的可靠传输应具有差错控制功能.功能:是在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输传送的基本单位:帧(Frame)数据链路层内容:1)成帧:是因要将网络层的数据分为管理和控制的数据单元2)物理地址寻址:标识发送和接收数据帧的节点位置,因此常在数据头部加上控制信息DH(源,目的节点的地址),尾部加上差错控制信息DT3)流量控制:即对发送数据帧的速率进行控制,保证传输正确.4)差错控制:在数据帧的尾部所加上的尾部控制信息DT5)接入控制:当多个节点共享通信链路时,确定在某一时间内由哪个节点发送数据常见的数据链路层协议有两类:一是面向字符型传输控制规程BSC;一是面向比特的传输控制规程HDLC流量控制技术(1)停-等流量控制:发送节点在发送一帧数据后必须等待对方回送确认应答信息到来后再发下一帧.接收节点检查帧的校验序列,无错则发确认帧,否则发送否认帧,要求重发.存在问题:双方无休止等待(数据帧或确认帧丢失),解决办法发送后使用超时定时器;重帧现象(收到同样的两帧),解决办法是对帧进行编号适用:半双工通信(2)滑动窗口流量控制:是指对于任意时刻,都允许发送端/接收端一次发送/接收多个帧,帧的序号个数称为发送/接收窗口大小适用:全双工工作原理:以帧控制段长为8位,则发送帧序号用3bit表示,发送窗口大小为WT=5,接收窗口大小为WR=2为例来说明发送窗口0123412345重发13456756701接收窗口01(0对1错)12(1等2对)12(正确)34(正确)……滑动窗口的大小与协议的关系:WT >1,WR=1,协议为退回N步的ARQ(自动反馈请求)WT >1,WR>1,协议为选择重传的ARQWT =1,WR=1,协议为停-等式的ARQ网络层(Network Layer)又称为通信子网层,是计算机网络中的通信子网的最高层(由于通信子网不存在路由选择问题),在数据链路层提供服务的基础上向资源子网提供服务.网络层将从高层传送下来的数据打包,再进行必要的路由选择,差错控制,流量控制及顺序检测等处理,使发送站传输层所传下来的数据能够正确无误地按照地址传送到目的站,并交付给目的站传输层.功能:实现分别位于不同网络的源节点与目的节点之间的数据包传输(数据链路层只是负责同一个网络中的相邻两节点之间链路管理及帧的传输),即完成对通信子网正常运行的控制.关键技术:路由选择传送信息的基本单位:包(Packer)网络层采用的协议是X.25分组级协议网络层的服务:面向连接服务:指数据传输过程为连接的建立,数传的维持与拆除连接三个阶段.如电路交换面向无连接服务:指传输数据前后没有连接的建立,拆除,分组依据目的地址选择路由.如存储转发网络层的内容:逻辑地址寻址:是指从一个网络传输到另一个网络的源节点和目的节点的逻辑地址NH(数据链路层中的物理地址是指在同一网络中) 路由功能:路由选择是指根据一定的原则和算法在传输通路中选出一条通向目的节点的最佳路由.有非适应型(有随机式,扩散式,固定式路选法)和自适应型(有孤立的,分布的,集中的路选法)两种选择算法流量控制:拥塞控制:是指在通信子网中由于出现过量的数据包而引起网络性能下降的现象.传输层(Transport Layer)是计算机网络中的资源子网和通信子网的接口和桥梁,完成资源子网中两节点间的直接逻辑通信.传输层下面的三层属于通信子网,完成有关的通信处理,向传输层提供网络服务;传输层上面的三层完成面向数据处理的功能,为用户提供与网络之间的接口.由此可见,传输层在OSI/RM中起到承上启下的作用,是整个网络体系结构的关键.功能:实现通信子网端到端的可靠传输(保证通信的质量)信息传送的基本单位:报文传输层采用的协议是ISO8072/3会话层(Session Layer)又称为会晤层,是利用传输层提供的端到端的服务向表示层或会话层用户提供会话服务.功能:提供一个面向用户的连接服务,并为会话活动提供有效的组织和同步所必须的手段,为数据传送提供控制和管理.信息传送的基本单位:报文会话层采用的协议是ISO8326/7表示层(Presentation Layer)表示层处理的是OSI系统之间用户信息的表示问题,通过抽象的方法来定义一种数据类型或数据结构,并通过使用这种抽象的数据结构在各端系统之间实现数据类型和编码的转换.功能:数据编码,数据压缩,数据加密等工作信息传送的基本单位:报文表示层采用的协议是ISO8822/3/4/5应用层(Application Layer)应用层是计算机网络与最终用户间的接口,是利用网络资源唯一向应用程序直接提供服务的层.功能:包括系统管理员管理网络服务所涉及的所有问题和基本功能.信息传送的基本单位:用户数据报文应用层采用的协议有:用于文件传送,存取和管理FTAM的ISO8571/1～4;用于虚终端VP的ISO9040/1;用于作业传送与操作协议JTM的ISO8831/2;用于公共应用服务元素CASE的ISO8649/50Internet的体系结构Internet是由无数不同类型的服务器,用户终端以及路由器,网关,通信线路等连接组成,不同网络之间,不同类型设备之间要完成信息的交换,资源的共享需要有功能强大的网络软件的支持,TCP/IP就是能够完成互联网这些功能的协议集.际标准。
网络体系结构和基本概念
2021/11/14
13
4.4 ISO/ OSI网络体系结构
国际标准化组织（International Standards Organization，ISO）于1981年颁布了开放系 统互连OSI参考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM） 的格式，通常简称为“七层模型”，参见下图
① 各层之间相互独立。这样，某一高层只需知道如何通过接口（界面）向 下一层提出服务请求，并使用下层提供的服务，并不需要了解下层执行 时的细节。
② 结构上独立分割。由于各层独立划分，因此，每层都可以选择最合适的 实现技术。
③ 灵活性好。如果某一层发生变化，只要接口的条件不变、则以上各层和 以下各层的工作均不受影响，这样，有利于技术进步和模型的修改。
发信者
通信者活动 界面
收信者
通信者活动 界面
信箱取信 阅读邮件
收集信件 加盖邮戳 邮件分检
邮局服务业务
邮局服务业务
邮件投递 邮件分检
邮件打包 转送运输 部门
邮局转运业务
邮局转运业务
接收邮件 邮件拆包
选择运输 路径（路由）
运输部门的（邮件）运输业务
转送邮局 接收邮件
2021/11/14
12
计算机网络体系结构的特点
地址。 物理地址：真正完成数据的传输与接受的地址。
2021/11/14
30
各种地址之间的关系
IP地址的构成
用户地址与IP地址间的关系
IP地址与物理地址
2021/11/14
31
4.9服务模式
1. 面向连接的服务 2. 三个阶段：建立连接 传输数据 拆除连接 3. 2. 无连接服务 4. 只有传输数据这一个过程
网络技术-网络体系结构
3.1 网络体系结构网络体系结构:网络各层,层中协议和层间接口的集合.开放系统:遵从国际标准,能够通过互联而相互作用的系统.·网络拓扑结构网络物理拓扑结构:网络中各节点之间的物理连接形式.局域网逻辑拓扑结构:以太网总线型,令牌环型,FDDI双环型.局域网物理拓扑结构分类及特性:特点:1,所有服务器,工作站连接在一条公共电缆——总线上.2,总线上传输的数据可以被总线上任意一个节点收到.优点:1,结构简单,容易实现;成本较低,小型局域网的常用结构.2,网络扩展性好,节点的增加,位置的转换很容易;可采用多种通信方式,有利于分布控制,信道利用率高.缺点1,总线出故障较难检测出来.2,总线长度有限制,节点数量不宜多.特点:1,系统通过公共传输线路组成闭环连接.2,数据只能够在线路上单向传递.优点:1,每个节点地位平等,可获得平行控制权.2,容易实现高速以及长距离传送.缺点:1,结构组织较为复杂,节点扩充很不方便.2,环中某处出现故障将导致整个网络瘫痪.代表:IBM令牌环网.特点:1,所有节点以中央节点为中心,直接与其连接.2,个节点之间的通信都要经过中央节点进行,是一种集中控制方式,中央节点往往为文件服务器.优点:1,传输可靠性好,单个节点发生故障不会影响其它节点的传输.2,数据不会在传输线路上发生冲突碰撞.缺点:1,中央节点发生故障将导致整个网络瘫痪.2,由于中央节点端口有限且端口越多结构越复杂,因此能够连接的节点数量有限.特点:1,从星型结构演变而来,与其有相似之处.2,采取分层连接的形式,最高层次点是网络的根节点,不断延伸出分支节点.3,分支节点可以作为另一层次的根节点.4,适用于上下级界限相当严格的机构,如军事机构,政府部门机构.优点:1,结构线路比较简单,布线比较容易.2,采用层次式管理比较分明,管理比较容易.缺点:访问采用迂回路径,节点之间信息流动性不高,共享性差.如:总线型和星型混合,总线型和树型混合,星型与环型混合.·OSI/RMOSI/RM:开放系统互联/参考模型,基本想法:是每一层都在它的下层提供的服务的基础上提供更高级的增值服务.每一层通过服务访问点(SAP)向上一层提供服务.目标:保持层次之间的独立性.实体之间不能跨层使用,也不能够同层调用.特点和性质:1,它定义的是一种抽象的结构.2,每一层所完成的功能是独立的,与其它层无关.3,底层为高层提供服务.4,相邻两层存在接口(SAP).5,每一层的功能自成体系,不依赖于操作系统或其它因素,使开放式互联成为可能.6,网络设计人员使用虚对话,高层忽略低层的分层细节.7,为计算机互联提供了一种标准.分层的好处:1,层与层之间相互独立,有助于讨论和理解协议规范中众多的细节.2,有利于标准化,使层间接口标准化.3,为互操作提供更好的环境.4,灵活性好,易于实现,降低了复杂度,使得编程更加容易,加速了产品的更新.5,为诊断而检测包头或报尾的人能够方便地辨认出属于某一特定层的报头和报尾,并知道其中应包含什么样的信息.6,下层为上层提供服务,容易记住每层的功能.OSI/RM的7层结构:应用层服务:提供用户服务,提供各类应用程序的接口和用户接口.协议:如HTTP,Telnet,FTP,SMTP,NFS.表示层功能:传送语法的协议,抽象语法和传送语法之间的转换以统一表示被传送的用户数据,使得通信双方使用的计算机都可以识别.服务:根据服务解释数据的含义,对传输数据的转换,如格式化,加密/解密,压缩/解压缩.协议:如JPEG,ASCLL,GIF,DES,MPEG.会话层功能:利用令牌技术来保证数据交换,会话同步的有序性;利用活动和同步技术来保证用户数据的完整性;利用分段和拼接技术来提高数据交换的效率;利用重新同步技术来实现用户会话的连续性,支持传输过程中的故障恢复.服务:允许不同机器上的用户建立会话连接,会话管理,同步.协议:如:RPC,SQL,NFS.传输层功能:采用分流/合流技术,使得具有低吞吐率,低速率和高传输延迟的网络可以支持用户高速传输数据的要求;采用复用/解复用技术和可能的拼接/分割技术,使得网络具有高吞吐率,高速率和低传输延迟,高费用的网络可以支持用户的低传输成本的要求;采用分段/合段技术,使得传输优先长度用户数据(分组)的网络可以支持用户的无限长度数据的传输;采用适当的差错检测和恢复技术,使得差错率较高的网络可以支持用户可靠数据传输的要求;通过对连续传输的TPDU个数实施限制,进行流量控制,避免网络拥塞.服务:建立,维护和撤销传输链接;控制流量控制差错,实现端到端的数据分组传输和数据包的无差错,按顺序,无丢失,无冗余的传输,数据的标号,排序,拼接,重同步;选择合适的网络层服务用以实现功能.SAP:端口.协议:如:TCP(提供面向连接的,可靠的,流投递服务),UDP(提供无连接的,不可靠的服务),SPX.网络层功能:提供编址和路由技术,确保用户数据可以进行传输,利用复用/解复用和分组技术,使得多对用户的数据可以交织在同一条数据链路上传输.服务:路由的选择和中继;控制流量,建立和撤销网络互联;对传输层屏蔽低层的传输细节;将数据段合并,进行数据的差错检测和恢复,向传输层报告未恢复的错误.SAP:逻辑地址(网络地址).协议:如:IP(提供不可靠的,尽力的,无连接的数据投递服务),IPX.数据链路层功能:通过一些数据链路层协议和链路控制规程,在不太可靠的物理连接上实现可靠的数据传输.服务:建立,维持和释放网络实体之间的数据链路,提供无差错的信道,通常把流量控制和差错控制合并,可分为:MAC(媒介访问控制)和LLC(逻辑链路控制).SAP:物理地址(MAC地址).协议:如:IEEE802.3/.2,HDLC,PPP,ATM.物理层术语DTE:数据终端设备,包括PC机,工作站,文件服务器和打印服务器.这些设备通常被称为终端主机或连接到网络的主机.DCE:数据电路终接设备(数据通信设备),负责在网络中接收和转发帧的中间网络设备.功能:通过规定物理设备和物理媒体之间的接口技术,实现物理设备之间的二进制位流透明传输.服务:建立,维持和断开数据电路的物理连接,透明的传输比特流和时钟信号.物理层协议机械特性:规定接口部件的尺寸,规格,插针数和插针分布..电气特性:规定接口部件的信号电平,阻抗,传输速率等..功能特性:规定接口部件的信号线的划分和用途.规程特性:规定接口部件的信号线在建立,维持,释放物理连接和传输二进制位流的时序.RS-232C使用的引脚名词缩写与功能对应关系TD:发送数据RD:接收数据RTS:请求发送CTS:允许发送DSR:数据传输设备就绪DTR:数据终端就绪DCD:数据载波检查RI:振铃提示RS-232C使用XON/XOFF协议完成速率匹配功能.各引脚在各种场景的变化过程DTE通过MODEM发送数据:DTE就绪=>Modem就绪=>请求发送=>允许发送=>发送数据=>清请求发送=>清允许发送=>清DTE就绪=>清Modem就绪MODEM接收到呼叫信息:振铃提示=>DCE就绪=>DTE就绪=>载波监听=>接收数据=>清载波监听=>清DCE就绪=>清DTE就绪空(零)MODEM应用:没有MODEM,通常两台DTE之间直接通信.协议:计算机网络和分布系统中相互通信的同等层实体间交换信息时必须遵守的规则集合.对等层协议:在不同系统之间,水平方向相应的层之间进行信息交换所需遵循的协议.协议数据:对等实体之间信息传输的基本单位,由控制信息和用户数据组成.协议的组成:语法:包括数据的控制信息的结构或格式,以及信号电平.语义:包括用于相互协调及差错处理的控制信息.定时关系:包括速度匹配和时序.接口层协议(接口):相邻的层与层之间通过层的边界传送信息的规则或约定.·应用层协议(FTP,TELNET,SNMP,DHCP,POP,SMTP,HTTP)·传输层协议(TCP,UDP)·网络层协议IP(IP地址,子网掩码)·数据链路层协议(ARP,RARP,PPP,SLIP)·物理地址(单播,广播,组播)。
第二章网络体系结构解析
一、网络体系结构
4.网络体系结构设计的关键问题
1）网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？
思考：层次结构方法有什么优点？ 独立性强 上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方法。 适应性强 只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。 易于实现和维护
系统结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。 设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。
一、网络体系结构
2.解决思路 2）分层模型举例
邮政系统 邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输
软件设计 把一个大的软件分解为若干个层次的小模块来实现。
Internet的路由系统 自治系统间路由 自治系统内部路由
一、网络体系结构
2.解决思路
2）分层模型举例：邮政系统的信件处理过程
发件人
收件人
写信、贴邮票、 送邮箱
上层提供的原语操作和服务。
接口主要是告诉上层进程应当
3
P3
3
如何来访问它。
2
P2
2
1
P1
1
物理通信线路
一、网络体系结构
一、网络体系结构
2.解决思路 2）分层模型举例
哲学家A（英语和德语）
I like rabbits.
哲学家B（韩语和法语） J’aime les lapins.
翻译（中文） L：我喜欢兔子。
翻译（中文） L：我喜欢兔子。
传输（传真）
传输（传真）
F：L：我喜欢兔子。
电话线路
F：L：我喜欢兔子。
一、网络体系结构
一、网络体系结构
1.背景
1）计算机网络是一个十分复杂的系统 不同的通信介质——有线(光缆、双绞线……)、 无线…… 不同种类的设备——主机、路由器、交换机…… 不同的操作系统——Unix、Windows… … 不同的业务种类——分时、交互、实时… … 不同的底层网络技术——以太网、令牌环网……
3.1网络体系结构概述
每一层对于相邻的上一层是透明的，即上一 层只知道该层提供那些服务，并调用它，而 并不知道该层功能具体如何实现。
16
对等层通信
网络体系结构不同主机的对等层之间并 不直接通信。 实际上，每一层必须依靠相邻层提供 的服务来与另一台主机的对应层通信。
– 上层使用下层提供的服务—Service user – 下层向上层提供服务—Service providerFra bibliotek各个功能层
接 协 口 议
7
四、几个重要的概念：
1、网络协议： 不同机器同等层之间通信约定(教材P49) 组 成：
– 语法（如何讲）
数据和控制信息的格式及编码
– 语义（讲什么）
控制信息的内容，需要做出的动作及响应
– 时序（讲话的顺序） 定 义通信过程中先做什么，后做什么，以及速度匹配等。
8
2、接口：同一机器相邻层之间交互的通信约定。(教材 P49)
36
6. 表示层
表示层（Presentation Layer）是OSI参考 模型的第6层，它主要解决用户信息的语法 表示问题，包括数据的编码和解码，加密和 解密、压缩和恢复以及协议转换等。 传送信息的基本单位：也是报文。 典型协议：ISO 8822/8823/8824/8825。
24
服务形式
从通信角度看，各层所提供的服务有两种形 式：面向连接的服务和无连接的服务。
25
面向连接的服务
所谓“连接”，是指在同等层的两个同等实 体间所建立的逻辑通路。利用建立的连接进 行传输的方式即是面向连接的服务。 虚电路(对应于电话交换中的电路交换）：建 立连接、传输数据（连接标识）、释放连接。 适用于数据量大、实时性要求高的传输应用 场合。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
网络各层的功能
（3）路由选择
在网络中，端结点之间的数据传输可以选择多条路径。 网络层如何为分组的存储转发选择一条较好的路径称路由选择 。 路由选择对网络的传输性能及质量有着极大的影响 。 路由选择的关键是网络中必须有一个比较好的路由选择算法 ； 路由选择的算法主要可以分为两大类： 自适应式（动态变化的） 非自适应式（静态不变的） 非自适应式的算法其路由基本上都是固定的，路由不随网络上的 现行状态变化 自适应的算法其路由随网络的状况随时进行调整
第二讲 网络体系结构 (2)
网络各层的功能
三、网络层
（1）基本概念
网络层对整个通信子网进行管理和控制 。 网络层考虑如何把端结点的信息通过若干个中间结点正确 传送到另一个端结点。 一般要采用分组交换的方法 。 分组信息究竟通过哪些结点才能较快地传输，这就是路由 选择问题 网络层对网络上传输的信息进行整体的控制，也就是全网 的流量控制。 当某处发生拥塞时要及时加以解决。
网络各层的功能
虚电路方式的特点：
分组按序到达； 分组携带信息少； 主机的多个进程可以进行多次呼叫，形成多条虚电路，
如 1 和 2； 多条虚电路在某些段可以使用同一条链路，这种功能称
为多路复用 ； 虚电路方式的缺点是虚呼叫需要连接的建立与断连的时
间。
网络各层的功能
虚电路和数据报的比较：
传输层的地位如图所示：
网络各层的功能
（2）传输层的作用
网络层的服务并不是很完善的 。 数据报服务的差错控制就是由主机完成 。 为了使通信子网的用户能够得到统一的通信服务，就有必 要设置一个传输层 。 传输层弥补通信子网提供的服务的差异和不足 。 在通信子网提供的服务基础上，利用本身的传输协议，增 加了服务功能，使得对两端的网络用户来说，各通信子网 是透明的 。 链路层使物理链路变成了一条无差错的链路，传输层使得 通信子网变成了一个无差错的网络 。
网络各层的功能
2）虚电路服务
• 在传输前，发送端先进行虚呼叫 ()，与接收端进行虚电路的建立 。 • 虚电路建好后，把报文的所有分组按照分组序号顺序发往目的端，由
中间结点进行存储转发 。 • 到达目的结点后，重新组装报文送给主机 。
这里有两条虚电路 1和2。当然还可以 有多条，每一条都 可以单独传输一路 信息。从图可见， 在H2和H3之间进 行了多路复用。
网络各层的功能
（3）服务质量
服务是网络中各层向紧邻的上层提供的一组操作。 任何服务都有服务质量问题 。 网络层服务质量最主要的指标就是可靠性，包括是否有分组 丢失、重复、失序、连接及释放的时延等 。 根据不同类型的子网服务质量，将传输协议分为5类：
0类协议：简单类，是面向A型网络服务的。其功能只是 建立一个简单的端到端的传输连接和在数据传输阶段具有将 长数据报文分段传输的功能。该类协议没有差错恢复和将多 条传输连接复用到一条流量控制
实际的流量控制 无流量控制
拥塞
死锁
图 2-10 流 量 控 制 的 作 用
输入网络
网络各层的功能
四、传输层
（1）传输层的地位
在网络协议中，传输层是至关重要的一层 。 几乎所有著名的网络体系结构中都留有传输层的一席之地 。 传输层属于资源子网，属于主机范畴。 但从功能来看，传输层是面向通信的 。
P1
IM P3
IM P4
ACK
P1
分组传输方向
P1
H1 IM P1
P2
IM P5
P2
IM P2 H2
ACK
ACK
图 1-11 分 组 交 换 示 意 图
网络各层的功能
数据报方式的特点 由于包的传输没有延迟，实时性好 ； 数据报方式每个分组都应携带着足够的地址信息 ，寻找 路由灵活 ； 分组本身信息量花销大 ； 分组走了不同的路径 ； 各分组到达目的端的时间可能不按序，所以在目的端要进 行排序 ； 一般在数据信息量比较少时使用数据报方式，可以提高传 输效率 。
（2）表示层
网络上不同的计算机对数据信息有不同的描述方法 。 表示层试图用一种抽象语法描述信息，以实现不同系统之间 信息表示的统一 。
网络各层的功能
（3）应用层
应用层直接为各种应用服务。应用层是应用进程中与通信有关的 那部分环境空间。在这个空间内，对等的应用实体使用各层提供的服 务交换有意义的信息。应用层的功能是向应用进程提供访问的手段。 在应用层中定义了几个重要的应用层标准，包括虚拟终端标准，用于 不同类型的终端访问网络上不同的主机应用进程； 文件传输、访问和管理标准，用于不同等系统间能够在网络上传输文 件； 报文处理系统用于对网络上使用非常普遍的电子邮件系统进行标准化。
几个重要的协议
下面介绍的几个协议在网络中是经常使用的，包括物理层、链路 层的、网络层的核传输层的。有些协议是一个多层协议的接口描述。 学习这几个协议的目的一是为在今后实际应用中奠定一个基础；二是 作为学习网络协议的例子，有助于读者更好地学习和理解网络协议的 知识。
网络各层的功能
（4）拥塞控制
信道带宽、结点发送与接收缓冲区、处理机速度等称为网络资源。 一般采取拥塞控制的方法限制网络资源的使用 。 拥塞是因为资源紧缺造成的 。 拥塞是由于进入网络的分组数太多造成的，拥塞的结果最终有可能导致 死锁。 通过拥塞控制，防止出现拥挤和死锁 。 把进入网络分组数看作是负载量 从网络上输出的分组数看作是吞吐量，因有下图：
网络各层的功能
（2）网络层的服务
网络层向传输层提供服务 两种服务方式： 面向连接和无连接 网络层的功能和作用是在通信端结点之间可靠地传输分 组 面向连接的服务－虚电路 无连接的服务－数据报
网络各层的功能
1）数据报服务
把报文分成包后，各个包可以分别寻找不同的路由，通过不同的链 路到达目的端 。
分组传输方向
1类协议：基于错误恢复类，面向B类子网。 2类协议：多路复用类，面向A类子网。 3类协议：错误恢复类和多路复用类，面向B类子网。
五、高层协议
网络各层的功能
（1） 会话层 会话是在应用进程之间交换信息而按一定规则建立起来的一个 暂时联系 。 会话层通过对两个会话用户间的数据流进行方向的控制。 并且通过增强传输数据流的结构性的手段提供服务 。