网络体系结构
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计算机 1 文件传送模块 通信服务模块 只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方 计算机 2 文件传送模块 通信服务模块
把文件交给下层模块 进行发送
把收到的文件交给 上层模块
再设计一个网络接入模块
计算机 1 文件传送模块 通信服务模块 网络接入模块 网络 接口 通信网络 网络 接口 计算机 2 文件传送模块 通信服务模块 网络接入模块
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 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
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
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
TCP/IP与OSI参考模型的对应关系
OSI参考模型
7 6 5 4 3 2 1
TCP/IP概念层次
应用层
表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 传输层 网际层
网络接口层 (数据链路层 +物理层)
应用层
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。 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。
物理层的作用是屏蔽掉计算机网络中种类繁
多的具体物理设备和传输媒体的差异，向上层 （数据链路层）提供一致的服务。
物理层的协议数据单元为比特
数据链路层的位置是在物理层之上，在网络
层之下
数据链路层的主要任务是在链路上为上层提
供出错检测和控制。
数据链路层的作用是使得在两个相邻结点间
能无差错地传送数据。
TCP/IP模型
TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署 (DARPA)的一项研究计划——实现若干台主机 之间的相互通信。
现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。
TCP/IP设计目标:
网络互连
保护子网硬件 中间某个机器或传输线路的突然故障不能影响 两端之间的连接 灵活的体系结构
会话层以上不再参与数据传输，而是管理数据 传输。在不同计算机上的两个应用进程之间建 立、使用和终止连接，该连接就是所谓的会话。 比如确定该连接是全双工还是半双工，中断的 会话从何处重新开始等 会话层以及以上层数据传送的单位都可称为报 文。
表示层主要解决用户信息的语法表示问题。 表示层将欲交换的数据从适合某一用户的语法 变换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。 这样就屏蔽了不同应用进程的不同数据表示。
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)
处理网络应用 数据表示规范 主机间通信控制 端到端的连接
寻址和最短路径
介质访问（接入） 二进制传输
2
1
物理层的位置是在物理媒体之上，在数据链
路层之下
物理层的主要任务是确定与传输媒体接口的
一些特性，以便无差别地利用不同物理媒体来 进行数据传输，这些特性为：
机械特性 电气特性 功能特性 规程特性
TCP/IP 参考模型
• 以 TCP/IP 协议为核心的 Internet 网络体系结 构。 • 1.物理层：在物理线路上传输原始的二进制数据 位。数据链路层：在有差错的物理线路上提供无 差错的数据传输。 * TCP/IP 参考模型把第1层和第2层合起来称为： 网络接口层 • 2.网际层：控制通信子网提供源点到目的点的 IP 包传送。 • 3.传输层：提供端到端的数据传送服务。TCP 和 UDP • 4.应用层：提供各种 Internet 管理和应用服务 功能。
划分层次的必要性
计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定 好的规则。 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以 及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标 准或约定即网络协议(network protocol)， 简称为协议。
网络协议的组成要素
语法 语义
网络层的协议数据单元是分组
传输层的位置在网络层之上，在会话层之下 传输层的主要任务根据通信子网的特征最佳地
利用网 络资源，并以可靠和经济的方式，为两 个端系统的会话层之间，建立一条运输连接，传 送报文。
传输层的作用为上一层（会话层）提供一个可
靠的端到端的服务
传输层的协议数据单元是报文
加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4 3
4
3 2
数据链路层帧再传送到物理层 最下面的物理层把比特流传送到物理媒体
2 1
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4 3
4
3 2
1
电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理层
4
3 2
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 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
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4
4
3 2
IP 数据报再传送到数据链路层
3 2 1
第三章
本章内容
网络体系结构
层次化体系结构：OSI/RM、TCP/IP 主要层的功能及相关协议
应用层(表示层和会话层) 传输层 网络层 数据链路层 物理层
计算机网络体系结构的形成
相互通信的两个计算机系统必须高度协 调工作才行，而这种“协调”是相当复 杂的。 “分层”可将庞大而复杂的问题，转化 为若干较小的局部问题，而这些较小的 局部问题就比较易于研究和处理。
1
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4
4
3 2
网络层剥去首部，取出数据部分 3 上交给运输层
2 1
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5
4
3 2
运输层剥去首部，取出数据部分 4 上交给应用层
3 2 1
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
应用层是OSI参考模型中的最高层，是用户访
问OSI环境的接口 作为互相作用的应用进程的用户代理，负责用 户信息的语义表示，并在两个通信者之间进行 语义匹配。
OSI由7个协议层组成： 低层（1～3）：通信传送功能。通信子网
高层（4～7）是面向应用的，涉及到允许两个 终端用户应用程序进程交互作用的协议。资源子 网
AP1 5
注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次
应用层首部 运输层首部 网络层首部
H4 H4 H4 H5 H5 H5 H5
计算机 2
AP2 5
应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据
4
3 2
链路层 首部
H2
H3 H3
链路层 尾部
T2
4 3 2 1
1
10100110100101 比 特 流 110101110101
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 6 5 4 3
应用层Application
表示层Presentation 会话层session 传输层transport 网络层Network 数据链路层Data Link 物理层Physical
2 1
应用层(application layer) 物理传输媒体
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4 3 2
4
3 2
1
物理层接收到比特流，上交给数据链路层 1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4 3
4
3 2
数据链路层剥去帧首部和帧尾部 2 取出数据部分，上交给网络层
同步
数据与控制信息的结构或格式 需要发出何种控制信息，完成何 种动作以及做出何种响应。 事件实现顺序的详细说明。
划分层次的概念举例
计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件。 可以将要做的工作进行如下的划分。 第一类工作与传送文件直接有关。
• 确信对方已做好接收和存储文件的准备。 • 双方协调好一致的文件格式。
这里“开放”是指以OSI/RM建立的任意两系统之间的连接 与操作即相互通信、相互开放；“系统”是指计算机、终 端、数据传输设备、外部设备、操作员与软件的集合。 OSI模型按著名网络专家H.Zigermam的分层原则划分的：
根据不同抽象层次的需要进行分层
每一层应当实现一个明确定义的功能 每一层功能的选择应当有助于制定网络协议的国际标准 各层界面的选择应尽量减少横跨接口的信息量 层数应足够多但也不能太多
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4
4
3 2
H2
计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路层
H3 H4 H5
3
T2
应用程序数据
2 1
1
10100110100101 比 特 流 110101110101
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
计算机 1 向计算机 2 发送数据
数据链路层的协议数据单元是帧
网络层的位置在数据链路层之上，在运输层之
下
网络层的主要任务
路由选择和存储转发
通过网络连接在主机之间提供分组交换功能 差错控制和流量控制 ……
网络层的作用：网络层是通信子网的最高层。
对上层用户屏蔽了子网通信的全部细节，如拓扑 结构和子网数目等，以向上层提供一致的服务， 统一的寻址。
开放系统互联参考模型（OSI/RM）
一些国际标准化组织：
国际电信联盟(ITU) :前身就是CCITT。
国际电信联盟——电信标准部（ITU—T）
国际电报电话咨询委员会(CCITT)
制定有关通信及公用数据网络(PDN)方面的标准或建议。
国际标准化组织(ISO)
–International Organization for Standardization，1947年
网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。
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。
层数多少要适当
若层数太少，就会使每一层的协议 太复杂。 层数太多又会在描述和综合各层功 能的系统工程任务时遇到较多的困 难。
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2
应用层剥去首部，取出应用程序数据 5 上交给应用进程
4 3 2 1
4
3 2
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！
计算机 2
AP2 5 4 3 2 1
4
3 2
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 。 剩下的工作由下面的模块负责。
两个计算机交换文件
计算机 1 文件传送模块 把文件交给下层模块 进行发送 只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命令 是按照水平方向的虚线传送的 计算机 2 文件传送模块 把收到的文件交给 上层模块
再设计一个通信服务模块
成立，是世界上最大的国际标准化专门机构。下设近200个技
术委员会。ISO标准的指定过程（四个阶段）：工作草案、建 议草案、国际标准草案和国际标准。
国际电子委员会(IEC) 美国国家标准协会(ANSI) 美电气和电子工程师协会(IEEE)和电子工业协 会（EIA）
OSI(Open System Interconnection Reference Model) ISO制定的关于开放系统互连的参考模型。简称OSI/RM.
计算机网络的体系结构
计算机网络的体系结构(architecture)是计算 机网络的各层及其协议的集合。 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完 成的功能的精确定义。 实现(implementation)是遵循这种体系结构的 前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。 体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真 正在运行的计算机硬件和软件。
把文件交给下层模块 进行发送
把收到的文件交给 上层模块
再设计一个网络接入模块
计算机 1 文件传送模块 通信服务模块 网络接入模块 网络 接口 通信网络 网络 接口 计算机 2 文件传送模块 通信服务模块 网络接入模块
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 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
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
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
TCP/IP与OSI参考模型的对应关系
OSI参考模型
7 6 5 4 3 2 1
TCP/IP概念层次
应用层
表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 传输层 网际层
网络接口层 (数据链路层 +物理层)
应用层
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。 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。
物理层的作用是屏蔽掉计算机网络中种类繁
多的具体物理设备和传输媒体的差异，向上层 （数据链路层）提供一致的服务。
物理层的协议数据单元为比特
数据链路层的位置是在物理层之上，在网络
层之下
数据链路层的主要任务是在链路上为上层提
供出错检测和控制。
数据链路层的作用是使得在两个相邻结点间
能无差错地传送数据。
TCP/IP模型
TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署 (DARPA)的一项研究计划——实现若干台主机 之间的相互通信。
现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。
TCP/IP设计目标:
网络互连
保护子网硬件 中间某个机器或传输线路的突然故障不能影响 两端之间的连接 灵活的体系结构
会话层以上不再参与数据传输，而是管理数据 传输。在不同计算机上的两个应用进程之间建 立、使用和终止连接，该连接就是所谓的会话。 比如确定该连接是全双工还是半双工，中断的 会话从何处重新开始等 会话层以及以上层数据传送的单位都可称为报 文。
表示层主要解决用户信息的语法表示问题。 表示层将欲交换的数据从适合某一用户的语法 变换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。 这样就屏蔽了不同应用进程的不同数据表示。
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)
处理网络应用 数据表示规范 主机间通信控制 端到端的连接
寻址和最短路径
介质访问（接入） 二进制传输
2
1
物理层的位置是在物理媒体之上，在数据链
路层之下
物理层的主要任务是确定与传输媒体接口的
一些特性，以便无差别地利用不同物理媒体来 进行数据传输，这些特性为：
机械特性 电气特性 功能特性 规程特性
TCP/IP 参考模型
• 以 TCP/IP 协议为核心的 Internet 网络体系结 构。 • 1.物理层：在物理线路上传输原始的二进制数据 位。数据链路层：在有差错的物理线路上提供无 差错的数据传输。 * TCP/IP 参考模型把第1层和第2层合起来称为： 网络接口层 • 2.网际层：控制通信子网提供源点到目的点的 IP 包传送。 • 3.传输层：提供端到端的数据传送服务。TCP 和 UDP • 4.应用层：提供各种 Internet 管理和应用服务 功能。
划分层次的必要性
计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定 好的规则。 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以 及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标 准或约定即网络协议(network protocol)， 简称为协议。
网络协议的组成要素
语法 语义
网络层的协议数据单元是分组
传输层的位置在网络层之上，在会话层之下 传输层的主要任务根据通信子网的特征最佳地
利用网 络资源，并以可靠和经济的方式，为两 个端系统的会话层之间，建立一条运输连接，传 送报文。
传输层的作用为上一层（会话层）提供一个可
靠的端到端的服务
传输层的协议数据单元是报文
加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4 3
4
3 2
数据链路层帧再传送到物理层 最下面的物理层把比特流传送到物理媒体
2 1
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4 3
4
3 2
1
电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理层
4
3 2
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 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
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4
4
3 2
IP 数据报再传送到数据链路层
3 2 1
第三章
本章内容
网络体系结构
层次化体系结构：OSI/RM、TCP/IP 主要层的功能及相关协议
应用层(表示层和会话层) 传输层 网络层 数据链路层 物理层
计算机网络体系结构的形成
相互通信的两个计算机系统必须高度协 调工作才行，而这种“协调”是相当复 杂的。 “分层”可将庞大而复杂的问题，转化 为若干较小的局部问题，而这些较小的 局部问题就比较易于研究和处理。
1
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4
4
3 2
网络层剥去首部，取出数据部分 3 上交给运输层
2 1
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5
4
3 2
运输层剥去首部，取出数据部分 4 上交给应用层
3 2 1
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
应用层是OSI参考模型中的最高层，是用户访
问OSI环境的接口 作为互相作用的应用进程的用户代理，负责用 户信息的语义表示，并在两个通信者之间进行 语义匹配。
OSI由7个协议层组成： 低层（1～3）：通信传送功能。通信子网
高层（4～7）是面向应用的，涉及到允许两个 终端用户应用程序进程交互作用的协议。资源子 网
AP1 5
注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次
应用层首部 运输层首部 网络层首部
H4 H4 H4 H5 H5 H5 H5
计算机 2
AP2 5
应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据
4
3 2
链路层 首部
H2
H3 H3
链路层 尾部
T2
4 3 2 1
1
10100110100101 比 特 流 110101110101
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 6 5 4 3
应用层Application
表示层Presentation 会话层session 传输层transport 网络层Network 数据链路层Data Link 物理层Physical
2 1
应用层(application layer) 物理传输媒体
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4 3 2
4
3 2
1
物理层接收到比特流，上交给数据链路层 1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4 3
4
3 2
数据链路层剥去帧首部和帧尾部 2 取出数据部分，上交给网络层
同步
数据与控制信息的结构或格式 需要发出何种控制信息，完成何 种动作以及做出何种响应。 事件实现顺序的详细说明。
划分层次的概念举例
计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件。 可以将要做的工作进行如下的划分。 第一类工作与传送文件直接有关。
• 确信对方已做好接收和存储文件的准备。 • 双方协调好一致的文件格式。
这里“开放”是指以OSI/RM建立的任意两系统之间的连接 与操作即相互通信、相互开放；“系统”是指计算机、终 端、数据传输设备、外部设备、操作员与软件的集合。 OSI模型按著名网络专家H.Zigermam的分层原则划分的：
根据不同抽象层次的需要进行分层
每一层应当实现一个明确定义的功能 每一层功能的选择应当有助于制定网络协议的国际标准 各层界面的选择应尽量减少横跨接口的信息量 层数应足够多但也不能太多
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2 5 4
4
3 2
H2
计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路层
H3 H4 H5
3
T2
应用程序数据
2 1
1
10100110100101 比 特 流 110101110101
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
计算机 1 向计算机 2 发送数据
数据链路层的协议数据单元是帧
网络层的位置在数据链路层之上，在运输层之
下
网络层的主要任务
路由选择和存储转发
通过网络连接在主机之间提供分组交换功能 差错控制和流量控制 ……
网络层的作用：网络层是通信子网的最高层。
对上层用户屏蔽了子网通信的全部细节，如拓扑 结构和子网数目等，以向上层提供一致的服务， 统一的寻址。
开放系统互联参考模型（OSI/RM）
一些国际标准化组织：
国际电信联盟(ITU) :前身就是CCITT。
国际电信联盟——电信标准部（ITU—T）
国际电报电话咨询委员会(CCITT)
制定有关通信及公用数据网络(PDN)方面的标准或建议。
国际标准化组织(ISO)
–International Organization for Standardization，1947年
网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。
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。
层数多少要适当
若层数太少，就会使每一层的协议 太复杂。 层数太多又会在描述和综合各层功 能的系统工程任务时遇到较多的困 难。
计算机 1
AP1 5
计算机 2
AP2
应用层剥去首部，取出应用程序数据 5 上交给应用进程
4 3 2 1
4
3 2
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
AP1 5
我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！
计算机 2
AP2 5 4 3 2 1
4
3 2
1
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1
两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 。 剩下的工作由下面的模块负责。
两个计算机交换文件
计算机 1 文件传送模块 把文件交给下层模块 进行发送 只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命令 是按照水平方向的虚线传送的 计算机 2 文件传送模块 把收到的文件交给 上层模块
再设计一个通信服务模块
成立，是世界上最大的国际标准化专门机构。下设近200个技
术委员会。ISO标准的指定过程（四个阶段）：工作草案、建 议草案、国际标准草案和国际标准。
国际电子委员会(IEC) 美国国家标准协会(ANSI) 美电气和电子工程师协会(IEEE)和电子工业协 会（EIA）
OSI(Open System Interconnection Reference Model) ISO制定的关于开放系统互连的参考模型。简称OSI/RM.
计算机网络的体系结构
计算机网络的体系结构(architecture)是计算 机网络的各层及其协议的集合。 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完 成的功能的精确定义。 实现(implementation)是遵循这种体系结构的 前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。 体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真 正在运行的计算机硬件和软件。