第2章计算机网络的协议与体系结构.

7) 应用层（Application Layer）
应用层完成的主要功能如下： ① 作为用户应用程序与网络间的接口。 ② 使用户的应用程序能够与网络进行交互式联系。
3. OSI模型的数据流向
发送进程 层 7 6 5 4 3 2 1 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层协议 表示层协议 会话层协议 传输层协议 网络层协议 NH DH TH SH PH AH
图2-19 基本的IP地址
② 路由选择功能 ③ 数据报的分片与重组 3) 运输层（Transport Layer）： 面向连接的传输控制协议（TCP） 面向无连接的用户数据报协议（UDP） 4) 应用层（Application Layer） HTTP SMTP FTP TELNET
2.2 协议与划分层次
1）网络协议 协议的定义 为进行计算机网络中的数据交换而建立 的规则、标准或约定的集合。 协议三要素 语法：数据和控制信息的结构或格式； 语义：即需要发出哪种控制信息（内容），完 成何种动作以及做出何种应答； 同步：即事件实现顺序的详细说明。
2）协议分层 计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个复杂系 统分解为若干个容易处理的子系统，然后“分而治之”，这 种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。分层就是系统 分解的最好方法之一。
3. 电子工业协会（Electronic Industries Association, EIA） E I A的成员包括电子公司和电信设备制造商。它也是A N S I的成员。E I A的首要课题是设备间的电气连接和数据的物理传输。它们的最广为人知的 标准是 R S - 2 3 2（或称E I A - 2 3 2），它已成为大多数P C机与调制解调器 或打印机等设备通信的规范。E I A - 2 3 2标准将在第3章加以讨论。 4. 因特网工程特别任务组（Internet Engineering Task Force, IETF） I E T F是一个国际性团体。其成员包括网络设计者、制造商、研究人员以 及所有对因特网的正常运转和持续发展感兴趣的个人或组织。它分为几个工 作组，分别处理因特网的应用、实施、管理、路由、安全和传输服务等不同 方面的技术问题。这些工作组同时也承担着对各种规范加以改进发展，使之 成为因特网标准的任务。I E T F的一个重要成果就是对下一代网际协议的研 究开发。 5. 电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE） I E E E是世界上最大的专业技术团体，由计算机和工程学专业人士组成。 它创办了许多刊物，定期举行研讨会，还有一个专门负责制定标准的下属机 构。 I E E E在通信领域最著名的研究成果可能要数8 0 2局域网标准。8 0 2标 准定义了总线网络和环形网络的通信协议。
文件 服务器
数据库 服务器
WEB 服务器
“对等网”
工作站 工作站
工作站
工作站
工作站
标准化组织
1.国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISO) I S O是一个世界性组织，它包括了许多国家的标准团体，比如美国的 A N S I。I S O最有意义的工作就是它对开放系统的研究。在开放系统中，任意两台 计算机可以进行通信，而不必理会各自有不同的体系结构。具有七层协议结构 的 开 放 系 统 互 连 模 型 （ O S I ） 就 是 一 个 众 所 周 知 的 例 2.国际电信联盟（International Telecommunicatons Union, ITU） 其前身是国际电报电话咨询委员会（ C C I T T）。I T U是一家联合国机构 ，共分为三个部门。 I T U - R负责无线电通信；I T U - D是发展部门；而与本 书相关的是 I T U - T，负责电信。I T U的成员包括各种各样的科研机构、工业 组织、电信组织、电话通信方面的权威人士，还有 I S O。I T U已经制定了许 多网络和电话通信方面的标准。众所周知的有 V系列建议和X系列建议。X . 2 5建议定义了分组交换网络
写信人
3 服务领域 邮局服务部门 用户的领域 收信人
3
2
通信领域 1 邮局转运部门
邮局服务部门
2
邮局转运部门
1
网络通信中的分层概念
计算机1
文件及文件传送命令 文件传送模块 与通信有关的报文命令
计算机2
文件传送模块 通信服务模块
通信服务模块 网络接入模块
网络接口
网络接口 网络接入模块 通信网络
划分层次举例
2 无连接服务
两实体间通信不需先建立好一个连接。 特点：灵活方便和比较迅速。不能防止报 文丢失、重复或失序，属不可靠连接。 适用：传送少量零星报文 三种类型： （1）数据报 （2）证实交付 （3）请求回答

2.4
OSI与TCP/IP体系结构的比较
（1）TCP/IP考虑多种异构网互连，将IP单设一层； OSI最初考虑用一个标准的公用数据网互连不同系 统。 （2）TCP/IP一开始就面向连接和无连接服务，OSI 开始只提供面向连接服务。 （3）TCP/IP有较好的网络管理功能，OSI后来才考 虑。
第2章 计算机网络的协议与体系结构



2.1 计算机网络体系结构的形成 2.2 协议与划分层次 2.3 计算机网络的原理体系结构 2.4 OSI参考模型与TCP/IP体系结构 的比较 2.5 客户－服务器方式 2.6 本章小结 习 题
2.1 计算机网络体系结构的形成
1）网络上两台计算机间数据传输的基本过程 2）建立统一网络体系结构的必要性 3）开放系统互联基本参考模型OSI/RM 开放：能使任何两个遵守参考模型和有关标 准的系统进行连接。 系统：指在现实系统中与互联有关的各部分。 ISO 7498国际标准（1983年），即七层协议 标准 4）网络体系结构事实上的国际标准TCP/IP
2．服务类型
在计算机网络协议的层次结构中，层与层之间具有服务 与被服务的单向依赖关系，下层向上层提供服务，而上层 则调用下层的服务。下层是服务提供者，上层是服务调用 者。它们之间通过一组服务原语完成服务过程，但并不涉 及如何实现操作的细节。
3．服务原语
上层使用下层所提供服务时与下层交换的命令 表2-3 四类服务原语
物理层
主机A
网络层主机----路由器协议 数据链路层主机----路由器协议 物理层主机----路由器协议
主机B
图2-16 OSI参考模型及协议
2. OSI参考模型的七层协议及其功能
1) 物理层 (Physical Layer) ① 二进制在线路上的表示和传输二进制“位”信号， 即“透明”地传送比特流，数据单位是比特（Bit)。 ② 指定传输方式的要求。 ③ 当建立、维护与其他设备的物理连接时，提供需 要的机械、电气、功能特性和规程特性。
3）各层设计问题
• 为什么要采用分层次的结构 • 分层所要实现的功能 • 网络体系结构概念：计算机网络的各层及其协议的集合 • 网络分层基本规则 ① 根据不同层次的抽象分层。 ② 每层应当实现一个定义明确的功能。 ③ 每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际标准。 ④ 各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量。 ⑤ 层数应足够多，以避免不同的功能混杂在同一层中，但 也不能太多，否则体系结构会过于庞大，并将增加各层 服务的开销。
数据
接收进程
数据 数据
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 DT 数据链路层 物理层
数据 数据报文 数据分组
数据帧 比特 物 理 媒 体
图2-17 OSI模型的数据流向
4．TCP/IP协议的层次结构和作用
TCP／IP协议也采用了层次体系结构，所涉及的层次 包括网络接口层、传输层、网际层和应用层。
服务用户
交换原语
SAP
协议
服务用户
交换原语
SAP
提供服务
服务提供者
2.3.3 面向连接服务与无连接服务
1.




面向连接服务 连接：两个数据实体为进行数据通信而进 行的一种结合 面向连接服务过程： 连接建立、数据传输、连接释放。 虚电路服务： 面向连接的服务适应：一定时间内向同一 个目的地发送许多报文。
2) 数据链路层 (Data Link Layer)
数据链路层无差错地传送以帧为单位的数据，具体功能有： ① 数据链路的建立、维护与释放链路的管理工作。 ② 将传输数据增加的同步信息、校验信息及地址信息封装 成数据帧。 ③ 数据帧传输顺序的控制。 ④ 差错检测与控制。 ⑤ 数据流量控制
3) 网络层 (Network Layer)
层 7 6 5 4 3 2 1 OSI模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 与各种网络的接口 RIP TCP IP UDP ICMP 各种应用层协议 （HTTP、Telnet、FTP、 SMTP等） TCP/IP协议
图2-18 TCP/IP协议模型
1) 网络接口层
TCP/IP协议对这一层描述得很少，一般网络接口层提 供了TCP／IP协议与各种物理网络的接口，为数据报的 传送和校验提供了可能。
返回
2.5 计算机网络系统模型 “专用服务器”系统结构 “客户/服务器”系统结构 “浏览器/服务器”系统结构 “对等网”系统结构
“专用服务器”
工作站 工作站
工作站
工作站 文件服务器
“客户/服务器”
工作站 工作站 工作站
工作站 文件服务器 数据库服务器
“浏览器/服务器”
工作站 工作站
工作站
工作站
原 语 Request Indication
Response Confirm
功 能 (含义) 服务调用者请求服务提供者提供某种服务 服务提供者告知服务调用者某事件发生
服务调用者通知服务提供者响应某事件 服务提供者告知服务调用者关于它的请求的答复
4．服务与协议 服务和协议是两个不同的概念。 协议是有关对等实体间交换数据的格式和意义 的一组规则。协议是“水平”的。通信的两实体利 用协议来实现它们的服务定义。 服务是“垂直”的，由下层向上层通过层间接 口提供，并非在一个层内完成的功能。
1．OSI参考模型层次划分原则
层 应用层协议 7 应用层 表示层协议 6 表示层 会话层协议 5 会话层 传输层协议 4 传输层 通信子网边界 内部子网协议 3 网络层 网络层 网络层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层
2
数据链路层
数据链路层
数据链路层Leabharlann Baidu
数据链路层
1
物理层
物理层 路由器
物理层 路由器
2) 网际层
网络接口层只提供了简单的数据流传送服务，而在 Intenet中网络与网络之间的数据传输主要依赖于网际层中 的IP协议（Internet Protocol）。 IP的功能包括如下3项： ① 管理Internet中的地址
0 A类地址： 0 0 B类地址： 10 0 C类地址： 110 3 网络号 2 网络号 24 主机号 1 网络号 16 主机号 31 8 主机号 31 31
5. 原理体系结构
综合OSI和TCP/IP的优点，采用五层形式的“原 理体系结构”。 应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层

2.3.2 实体、协议、服务和服务访问站点
1.基本概念 实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议：控制两个对等实体进行通信的规则集合。 服务：服务描述两层之间的接口，定义了该层能够代 表它的调用者所完成的操作。 服务访问站点（SAP）：相邻两层的实体进行交互的 地方。 协议数据单元（PDU）：OSI中对等层次上传送数据。 服务数据单元（SDU）：OSI层与层之间交换的数据 单位
网络层为分组交换网上的不同主机提供通信，数据传送的 单位是分组或包。具体完成的功能如下： ① 选择合适的路由，使发送站的运输层所传下来的分组能够 按照地址找到目的主机。
4) 运输层 (Transport Layer ) 运输层负责主机中两个进程之间的通信，数 据传输的单位是报文段。运输层主要完成的功能 有： ① 分割和重组报文。 ② 提供可靠的端到端的服务。 ③ 传输层的流量控制。 ④ 提供面向连接的和无连接数据的传输服务。
5）会话层（Session Layer） 会话层完成的主要功能如下： ① 允许用户在设备之间建立、维持和终止会话。 ② 管理会话。 ③ 使用远程地址建立连接。 6) 表示层（Presentation Layer） 表示层完成的主要功能有： ① 对数据编码格式进行转换。 ② 数据压缩与恢复。 ③ 建立数据交换格式。 ④ 数据的安全与保密。 ⑤ 其他特殊服务。
发送端 第 n 层实体 第 n 层协议
接收端 第 n 层实体
第n-1 层实体
第 n-1 层协议
第n-1层实体
第 2 层实体
第 1 层实体
…
第 2 层协议 第 1 层协议 物 理 介 质
第 2 层实体
第 1 层实体
…
图2-15 协议层次结构
2.3 计算机网络的原理体系结构
2.3.1 从OSI体系结构到原理体系结构