2 计算机网络体系结构

计算机通信与网络
•
从使用服务原语的角度考虑， 可将服务分为需要证实的服务和不 需要证实的服务两大类，前者每次 服务要使用全部四种服务原语，而 后者只使用两种服务原语。
Chap2 计算机网络体系结构
系统A 用户A Request 需要证实 的服务 Confirm 不需要证实 的服务 Request 时 间 服务层
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2.2 ISO/OSI网络参考模型
通过对当时已有的计算机网络体系结构进行研 究，借鉴其精华之处，于1984年公布了一个标 准（文件ISO 7048）。 OSI RM Open System Interconnecting Reference Model
一个概念模型，并未确切描述用于各层的协议 和服务，所以并不是严格意义上的体系结构
Chap2 计算机网络体系结构
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主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
应用进程数据先传送到应用层
AP2 5 4 3 2 1
加上应用层首部，成为应用层 PDU
4
3 2
1
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计算机通信与网络
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
Entity(实体） 每一层上的活动元素，包括实现该层功能 的所有硬件与软件，表示任何可发送或接 收信息的硬件或软件进程。 Peer-Peer Entity (对等实体) 相互通信的两个不同机器上的同一层次 完成相同功能的实体
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3、服务 & 接口
Service(服务） 每一层为上一层所提供的功能称为服务。N层使 用N-1层所提供的服务，向N+1层提供更高的服 务。在这种情况下，n层被称为服务提供者，n+1 层是服务用户。 • Interface (接口) 定义下层向其相邻的上层提供的服务及原语操作， 但服务的实现细节对上层是透明的（不可见的）。
Segment
Packet
Frame
Bits
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OSI中的数据传输
数据流从源的上层逐层流向下层，在目 的端则由下层逐层流向上层 源 – 数据封装:
APDU -> PPDU -> SPDU -> Segments -> Packet -> Frame -> Bits
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分层的好处
• • • • • 各层之间是独立的。 灵活性好。 结构上可分割开。 易于实现和维护。 能促进标准化工作。
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2、分层的原则
分层是根据功能的抽象分层 每个层次所要实现的功能或服务均有明确的规定 不同的系统分成相同的层次，对等层次具有相同 功能。 每层功能的选择应有利于标准化 高层使用下层提供的服务时，下层服务的实现是 不可见的 层次的数目要适当（太少功能不明确，太多体系 结构过于庞大）
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系统B 用户B
Indication Response
Indication
图3.3 服务原语关系 图
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基本概念
源和目标 实体与对等实体 服务与接口 协议与协议数据单元
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三、网络体系结构的概念
网络功能分层结构与各层协议的统称。 不同的网络体系结构中分层的数量、各 层的名称、内容与功能会有所不同。 网络体系结构的例子：
IBM的SNA（系统网络结构）-1974 DEC的DNA（分布型网络的数字网络体系）1975
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网络体系结构的标准化
• Early 1980’s ---Mid 1980’s
– 计算机网络规模与数量的急剧增长 – 许多不同规格与实现的网络产品之间 难以进行互操作 – 专用系统严重阻碍了计算机网络的发 展
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问题提出
• 一个（N）实体向上一层（N+1）实体 提供的（N）服务由哪几部分组成？
• （N）实体自身提供的某些功能 • 由（N-1）层及其以下各层及本地系统 环境提供的服务 • 处于另一开放系统对等（N）实体的通 信而提供的某些服务
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•网络协议——为进行网络中的数据交换而建立 的规则、算法或约定，包括语法、语义和语序 三要素。（N）协议 •网络服务——（N）实体向相邻的上一层的 （N+1）实体提供一种能力，这种能力称为 （N）服务。
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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)。
协议与服务的概念
图3.1 协议与服务的概念
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5 、 服务原语
• 服务原语（Service Primitive）：指服务用户与服务 提供者之间进行交互时所要交换的一些必要信息。 OSI/RM规定了四种服务原语类型，如下所示。
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1、为什么要分层?
User rule You Your friend
Postoffice A
Post rule
Postoffice B
Airport rule Xian Airport
Beijing Airport
分层的目的是为了降低复杂性，提高灵活 性----―分而治之，各个击破”
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二、与层次模型相关的若干术语
源和目标 实体与对等实体 服务与接口 协议与协议数据单元
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1、源和目标
源
通信过程中，数据的发送方
目标
通信过程中，数据的接收方
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2、实体 & 对等实体
1
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主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5 4
4
3 2
IP 数据报再传送到数据链路层
3 2 1
加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧
1
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五层协议的体系结构
5 4 3 应用层 运输层 网络层
数据链路层 数据链路层
2
1
物理层
• • • • •
应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer)
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2.1 网络体系结构概述
一、网络通信的一般模型
Layer N+1 protocol Layer N+1 Layer N+1
Layer N
entity
Layer N protocol
entity
Layer N
Layer N-1
Layer N-1 protocol
Layer N-1
计算机网络所采用的一般模型为层次模型.
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专用技术与开放技术的对比
专用（Proprietary）
– 个别厂商开发、拥有并控制 – 一个公司或一个公司集团掌握了整个技术
开放（Open）
– 技术的免费使用是对公众开放的 – 不同厂商的网络产品可以互相兼容，进行 互操作.
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实体、协议、服务和服务访问点
服务用户
实体(n + 1)
协议(n + 1)
实体(n + 1)
交换原语
交换原语
第n+1层
SAP
SAP
第n层 服务提供者
实体(n)
协议(n)
实体(n)
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•
在OSI/RM模型中，协议和服务是两个 非常重要的不同概念。控制两个（N）层对 等实体进行通信的规则的集合称为（N）协 议；两个（N）层实体间的通信在（N）协 议的控制下，能够使（N）层向上一层提供 服务，这种服务就称为（N）服务，接受 （N）服务的（N）层服务用户是（N＋1） 层实体。关于协议和服务的基本概念及相互 关系如下图所示。
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Service Access Point(服务访问点）
• 服务是通过服务访问点（SAP）提供给上层使用的。 N层SAP就是N+1层可以访问N层服务的地方。每个 SAP都有一个能够唯一地标识它的地址。 • 在同样的意义上，我们可以把电话系统中的电话插 孔看成是一种SAP，而SAP地址就是这些插孔的电 话号码。要想和他人通话，就必须知道他的SAP地 址（电话号码）。类似地，在邮政系统中，SAP地 址是街名和信箱。发一封信，必须知道收信人的 SAP地址。
AP2
应用层 PDU 再传送到运输层 加上运输层首部，成为运输层报文
5 4 3 2 1
4
3 2
1
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主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5
4
3 2
运输层报文再传送到网络层 加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）
4 3 2 1
目的 – 数据的拆封:
Bits -> frame -> Packet -> Segment -> SPDU -> PPDU -> APDU
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具有五层协议的体系结构
• TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运 输层、网际层和网络接口层。 • 但最下面的网络接口层并没有具体内容。 • 因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协 议的体系结构 。
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协议数据单元（PDU）
对等实体间传送信息的数据单元 按每层协议所采用的数据格式，被对等 实体用于执行其相同的协议 网络中所传送的数据的逻辑组成单元 从高层到下层，存在数据的封装过程 从下层到高层，存在数据的拆封过程
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协议和服务的区别及相互关系
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OSI 模型的意义
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通信子网
Application protocol Representation protocol Session protocol Transport protocol
APDU
PPDU
SPDU
开放系统A （N＋1）层
（N）层服务用户
开放系统B （N＋1）实体 交 提 换 供 服 服 务 务 原 语 （N）实体
（N）层
（N＋1）实体 交 提 换 供 服 服 务 提供（N）层服务 务 原 语 （N）层协议 （N）实体 提供（N-1）层服务
层间接口
层间接口
（N-1）层
通过（N-1）层连接进行通信 （N）层服务提供者
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协议的三大要素
语法：定义数据和控制信息的格式 语义：规定协议语法成分的含义 语序：协议语法成分的顺序和速度匹配关系
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关于协议要素的一个比喻
信封的格式由语法来定义，而格式的含义 由语义来规定。
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4、协议（Protocols）和N层协议
定义: 为网络通信所制定的一组规则、约定和 标准。协议可以使通信更有效地进行。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。 网络通信是一种层到层的对等通信，第N层上 的通信规则或约定称为N层协议
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第二章 计算机网络体 系结构
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主要内容
• • • • 2.1 2.2 2.3 2.4 计算机网络体系结构概述 ISO/OSI网络参考模型 TCP/IP模型 OSI 模型和TCP/IP模型的比较
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