网络程序设计网络体系结构OSI模型
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➢ 网络体系结构解决异质性问题采用的是分层方 法。——把复杂的网络互联问题划分为若干个 较小的、单一的问题，在不同层面上予以解决。
就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样。
层次结构方法要解决的问题
1.网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？ （分层与功能）。
2.各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？ （服务与接口）。
3.通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协 议）。
层次结构方法的优点
✓ 把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护 ✓ 定义并提供了具有兼容性的标准接口 ✓ 使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块 ✓ 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，层内实现方法可任意改变 ✓ 一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每个区域
OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元 统称为协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。
而传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名 称：
➢传输层——数据段（Segment）
➢网络层——分组（数据报）（Packet）
➢数据链路层——数据帧（Frame）
➢物理层——比特（Bit）
系统A
系统B
消息
N+1
Pn+1
N+1
N
Pn
N
N-1
Pn-1
N-1
➢对等层通信的实质：
对等层实体之间虚拟通信
3
下层向上层提供服务
实际通信在最底层完成
2
1
右图给出了对等层通信
更一般的抽象。
P3
3
P2
2
P1
1
物理通信线路
2.2 开放系统互联参考模型（OSI/RM）
▪OSI参考模型将网络的不同功能划分为7层
(2)网络体系结构
Wenfeng Feng冯文峰 School of CS, Henan Polynomial University
fengwenfenggmail 3/9/2009
目标和内容
理解网络体系结构的层次化方法和几个关键概 念
掌握OSI七层模型 掌握TCP/IP协议栈
网络体系结构
以不同国籍的人进行信息交流为例。(见下页图)
对等通信示例：中德教师之间的对话
中国
教师 “你好”
翻译 “Hello”
秘书
传真
对交谈内容的共识
P3
用英语对话
P2
使用传真通信
P1
德国
“Hallo” 教师
“Hello” 翻译
传真
秘书
物理通信线路
问题： 中国教师与德国教师之间、翻译之间，他们是在直接通信吗？ 翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？ 中德教师、翻译各使用谁提供的什么服务？
circuit switching, packet switching 电路交换 分组交换
终端：PC，Note Book，PDA，Phone，Sensor传 感器，家电，。。。
网络的异质性
网络异质性问题的解决
➢ 网络体系结构就是将不同媒介连接起来的不同 设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操 作，以满足各种业务的需求，它营造了一种 “生存空间”——任何厂商的任何产品、以及 任何技术只要遵守这个空间的行为规则，就能 够在其中生存并发展。
7 应用层Application 6 表示层Presentation 5 会话层session 4 传输层transport 3 网络层Network 2 数据链路层Data Link 1 物理层Physical
处理网络应用 数据表示 主机间通信 端到端的连接 寻址和路由 介质访问（接入） 二进制传输
参考模式 电话系统
邮政系统
特点
可靠性 对目的地址
的要求
静态分配资源；传输 前需要建立连接
提供可靠的报文流服务
仅在连接阶段需要完整的 来自百度文库的地址
动态分配资源
不能防止报文的丢失、损 坏、重复和失序 需要为每一个报文提供完 整的目的地址
适用场合
在一段时间内向同一目的地 发送大量报文; 实时性要求
少量零星报文
的网络可单独升级或改造
网络体系结构的几个基本概念
协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、 标准或约 定。(=语义+语法+规则)
不同层具有各自不同的协议。
实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。
对等层：两个不同系统的同名层次。
对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。
协议作用在对等实体之间。
1.可靠消息流 - 文件传输 分类及示例 2.可靠字节流 - 远程登录
3.不可靠连接 - 数字化声音
1.数据报 - 广播/组播 2.可靠的数据报- 挂号邮件 3.请求应答 - 数据库查询
物理层(1)
任务：Transmitting raw bits (0/1) over wire在电 缆中传输原始bit(0/)位
计算机网络由通讯链路连接的计算机和交换设备组 成
Topology 网络拓扑
ring, star, bus, mesh 环型 星型 总线型 网状
Transmission media传输媒介
fiber, cable, wireless, satellite 光纤 电缆 无线 卫星
Switching交换
▪数据封装
一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据 首先必须打包，打包的过程成为封装。
封装就是在数据前面加上特定的协议头部。
数据
协议头
数据
发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址 的信封中发送，还要写明用航空或挂号…。
数据多层封装
数据
段头 数据
拆封
封装
数据
段
网络头 段头 数据
数据包
帧头 网络头 段头 数据 帧尾
接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的 操作及下 层对上层的服务。
服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供 给其相邻 上层。
▪对等通信的实质
提出： OSI参考模型不同主机的对等层之间能直 接通信吗？为什么?
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 provider。
帧
011101000011000010100101111010110
比特 电脉冲
数据多层封装
A typical message as it appears on the network.
▪面向连接服务与无连接服务
Connection Oriented Service
Connectionless Service
就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样。
层次结构方法要解决的问题
1.网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？ （分层与功能）。
2.各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？ （服务与接口）。
3.通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协 议）。
层次结构方法的优点
✓ 把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护 ✓ 定义并提供了具有兼容性的标准接口 ✓ 使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块 ✓ 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，层内实现方法可任意改变 ✓ 一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每个区域
OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元 统称为协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。
而传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名 称：
➢传输层——数据段（Segment）
➢网络层——分组（数据报）（Packet）
➢数据链路层——数据帧（Frame）
➢物理层——比特（Bit）
系统A
系统B
消息
N+1
Pn+1
N+1
N
Pn
N
N-1
Pn-1
N-1
➢对等层通信的实质：
对等层实体之间虚拟通信
3
下层向上层提供服务
实际通信在最底层完成
2
1
右图给出了对等层通信
更一般的抽象。
P3
3
P2
2
P1
1
物理通信线路
2.2 开放系统互联参考模型（OSI/RM）
▪OSI参考模型将网络的不同功能划分为7层
(2)网络体系结构
Wenfeng Feng冯文峰 School of CS, Henan Polynomial University
fengwenfenggmail 3/9/2009
目标和内容
理解网络体系结构的层次化方法和几个关键概 念
掌握OSI七层模型 掌握TCP/IP协议栈
网络体系结构
以不同国籍的人进行信息交流为例。(见下页图)
对等通信示例：中德教师之间的对话
中国
教师 “你好”
翻译 “Hello”
秘书
传真
对交谈内容的共识
P3
用英语对话
P2
使用传真通信
P1
德国
“Hallo” 教师
“Hello” 翻译
传真
秘书
物理通信线路
问题： 中国教师与德国教师之间、翻译之间，他们是在直接通信吗？ 翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？ 中德教师、翻译各使用谁提供的什么服务？
circuit switching, packet switching 电路交换 分组交换
终端：PC，Note Book，PDA，Phone，Sensor传 感器，家电，。。。
网络的异质性
网络异质性问题的解决
➢ 网络体系结构就是将不同媒介连接起来的不同 设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操 作，以满足各种业务的需求，它营造了一种 “生存空间”——任何厂商的任何产品、以及 任何技术只要遵守这个空间的行为规则，就能 够在其中生存并发展。
7 应用层Application 6 表示层Presentation 5 会话层session 4 传输层transport 3 网络层Network 2 数据链路层Data Link 1 物理层Physical
处理网络应用 数据表示 主机间通信 端到端的连接 寻址和路由 介质访问（接入） 二进制传输
参考模式 电话系统
邮政系统
特点
可靠性 对目的地址
的要求
静态分配资源；传输 前需要建立连接
提供可靠的报文流服务
仅在连接阶段需要完整的 来自百度文库的地址
动态分配资源
不能防止报文的丢失、损 坏、重复和失序 需要为每一个报文提供完 整的目的地址
适用场合
在一段时间内向同一目的地 发送大量报文; 实时性要求
少量零星报文
的网络可单独升级或改造
网络体系结构的几个基本概念
协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、 标准或约 定。(=语义+语法+规则)
不同层具有各自不同的协议。
实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。
对等层：两个不同系统的同名层次。
对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。
协议作用在对等实体之间。
1.可靠消息流 - 文件传输 分类及示例 2.可靠字节流 - 远程登录
3.不可靠连接 - 数字化声音
1.数据报 - 广播/组播 2.可靠的数据报- 挂号邮件 3.请求应答 - 数据库查询
物理层(1)
任务：Transmitting raw bits (0/1) over wire在电 缆中传输原始bit(0/)位
计算机网络由通讯链路连接的计算机和交换设备组 成
Topology 网络拓扑
ring, star, bus, mesh 环型 星型 总线型 网状
Transmission media传输媒介
fiber, cable, wireless, satellite 光纤 电缆 无线 卫星
Switching交换
▪数据封装
一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据 首先必须打包，打包的过程成为封装。
封装就是在数据前面加上特定的协议头部。
数据
协议头
数据
发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址 的信封中发送，还要写明用航空或挂号…。
数据多层封装
数据
段头 数据
拆封
封装
数据
段
网络头 段头 数据
数据包
帧头 网络头 段头 数据 帧尾
接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的 操作及下 层对上层的服务。
服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供 给其相邻 上层。
▪对等通信的实质
提出： OSI参考模型不同主机的对等层之间能直 接通信吗？为什么?
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 provider。
帧
011101000011000010100101111010110
比特 电脉冲
数据多层封装
A typical message as it appears on the network.
▪面向连接服务与无连接服务
Connection Oriented Service
Connectionless Service