现代网络体系结构分析
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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。
协议是对等实体之间互相交流所使用的语言。
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
第三章 网络体系结构
本章重点
层次化体系结构：OSI、TCP/IP 主要层的功能及相关协议
– 物理层 – 数据链路层 – 网络层 – 传输层 – 应用层
17.04.2020
page 1
网络体系结构发展的背景——网络的状况
✓多种通信媒介——有线、无线、。。。 ✓不同种类的设备——通用、专用、。。。 ✓不同的操作系统——Unix、DOS、Windows、。。。 ✓不同的应用环境——固定、移动、。。。 ✓不同种类业务——分时、交互、实时、。。。 ✓宝贵的投资和积累——有形、无形、。。。 ✓用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏
系统A
报文
N+1 N N-1
系统B
报文
Pn+1
N+1
Pn
N
Pn-1
N-1
3
P3
3
2
P2
2
1
P1
1
17.04.2020
物理通信线路
page 12
在网络体系结构中，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：
处理网络应用
端到端的连接
寻址和最短路径
(未定义实质内容, 由具体物理网络提 供相应功能)
17.04.2020
page 9
两个开放系统之间的通信——对等层通信
网络体系结构禁止不同主机的对等层之间的直接 通信。(想一想，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
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。
17.04.2020
page 3
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）
➢应用层——报文（Message）
➢传输层——数据段（Segment）
➢网络层——分组（数据包）（Packet）
➢数据链路层——数据帧（Frame）
➢物理层——比特（Bit）
17.04.2020
page 13
▪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，打包的过程称为封装。 封装就是在数据前面加上特定的协议头部。
✓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， 因此每个区域的网络可单独升级或改造
17.04.2020
page 5
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)
3.通信双方的数据传输要遵循哪些规 则？（协议）
层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服务 与层间接口，协议。
17.04.2020
page 4
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
复用和解复用 在一条低层连接上支持多个高层会话
连接的管理 17.04.2020 在传输数据前建立连接并维护这个连接，数据传page 7
送完后释放连接
3.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）
▪OSI/RM国际标准的正式文本是ISO 7498 ▪OSI体系结构将网络的不同功能划分为7层
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
17.04.2020
处理网络应用 数据表示 主机间通信 进程间的连接 寻址和最短路径 介质访问（接入） 二进制传输
page 8
比较：
TCP/IP是一个事实上的国际标准
TCP/IP体系结构将网络的不同功能划分 为4层
4 应用层Application 3 传输层transport 2 网际层Internetwork 1 网络接口层
问题： 1、收信人与发信人之间、邮政局之间，他们是在直接通信吗？ 2、邮政局、运输系统各向谁提供什么样的服务？ 3、邮政局、收发信人各使用谁提供的什么服务？
17.04.2020
page 11
对等层通信的实质：
对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务 实际通信在最底层完成
右图给出了对等层通信 更一般的抽象。
17.04.2020 给其相邻上层。
page 6
各层次要实现的功能
封装和解封装 发送端在数据前加上控制头，接收端将头部去掉
差错控制 在对等实体之间实现无差错的通信
流量控制 对发送端的发送速率进行控制，以便接收端来得 及接收
分段和装配 发送端把数据块分割成更小的单位分开传送，接 收端收到后再组装起来
以两个人使用信件进行信息交流为例 (见下页Leabharlann Baidu)
17.04.2020
page 10
对等层通信示例：中德教师之间的对话
发信人 信件内容 邮政局 邮件地址 运输系统 货物地址
对信件内容的共识
P3
对信件如何传递的共识
P2
对货物如何运输的共识
P1
信件内容 收信人 邮件地址 邮政局 货物地址 运输系统
公路，铁路，航空
它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。这 种状态称为网络的异质性。
17.04.2020
page 2
问题: 异质环境中任意两台计算机之间如何通信?
网络体系结构就是一种粘合剂，它使这些用不
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性，并满足各种业务的需 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。
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。
协议是对等实体之间互相交流所使用的语言。
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
第三章 网络体系结构
本章重点
层次化体系结构：OSI、TCP/IP 主要层的功能及相关协议
– 物理层 – 数据链路层 – 网络层 – 传输层 – 应用层
17.04.2020
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网络体系结构发展的背景——网络的状况
✓多种通信媒介——有线、无线、。。。 ✓不同种类的设备——通用、专用、。。。 ✓不同的操作系统——Unix、DOS、Windows、。。。 ✓不同的应用环境——固定、移动、。。。 ✓不同种类业务——分时、交互、实时、。。。 ✓宝贵的投资和积累——有形、无形、。。。 ✓用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏
系统A
报文
N+1 N N-1
系统B
报文
Pn+1
N+1
Pn
N
Pn-1
N-1
3
P3
3
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P2
2
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P1
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物理通信线路
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在网络体系结构中，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：
处理网络应用
端到端的连接
寻址和最短路径
(未定义实质内容, 由具体物理网络提 供相应功能)
17.04.2020
page 9
两个开放系统之间的通信——对等层通信
网络体系结构禁止不同主机的对等层之间的直接 通信。(想一想，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
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。
17.04.2020
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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）
➢应用层——报文（Message）
➢传输层——数据段（Segment）
➢网络层——分组（数据包）（Packet）
➢数据链路层——数据帧（Frame）
➢物理层——比特（Bit）
17.04.2020
page 13
▪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，打包的过程称为封装。 封装就是在数据前面加上特定的协议头部。
✓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， 因此每个区域的网络可单独升级或改造
17.04.2020
page 5
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)
3.通信双方的数据传输要遵循哪些规 则？（协议）
层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服务 与层间接口，协议。
17.04.2020
page 4
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
复用和解复用 在一条低层连接上支持多个高层会话
连接的管理 17.04.2020 在传输数据前建立连接并维护这个连接，数据传page 7
送完后释放连接
3.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）
▪OSI/RM国际标准的正式文本是ISO 7498 ▪OSI体系结构将网络的不同功能划分为7层
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
17.04.2020
处理网络应用 数据表示 主机间通信 进程间的连接 寻址和最短路径 介质访问（接入） 二进制传输
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比较：
TCP/IP是一个事实上的国际标准
TCP/IP体系结构将网络的不同功能划分 为4层
4 应用层Application 3 传输层transport 2 网际层Internetwork 1 网络接口层
问题： 1、收信人与发信人之间、邮政局之间，他们是在直接通信吗？ 2、邮政局、运输系统各向谁提供什么样的服务？ 3、邮政局、收发信人各使用谁提供的什么服务？
17.04.2020
page 11
对等层通信的实质：
对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务 实际通信在最底层完成
右图给出了对等层通信 更一般的抽象。
17.04.2020 给其相邻上层。
page 6
各层次要实现的功能
封装和解封装 发送端在数据前加上控制头，接收端将头部去掉
差错控制 在对等实体之间实现无差错的通信
流量控制 对发送端的发送速率进行控制，以便接收端来得 及接收
分段和装配 发送端把数据块分割成更小的单位分开传送，接 收端收到后再组装起来
以两个人使用信件进行信息交流为例 (见下页Leabharlann Baidu)
17.04.2020
page 10
对等层通信示例：中德教师之间的对话
发信人 信件内容 邮政局 邮件地址 运输系统 货物地址
对信件内容的共识
P3
对信件如何传递的共识
P2
对货物如何运输的共识
P1
信件内容 收信人 邮件地址 邮政局 货物地址 运输系统
公路，铁路，航空
它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。这 种状态称为网络的异质性。
17.04.2020
page 2
问题: 异质环境中任意两台计算机之间如何通信?
网络体系结构就是一种粘合剂，它使这些用不
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性，并满足各种业务的需 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。