第3章网络体系结构及协议

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1、制作：铁新城 湛江师院1本章重点本章重点=层次化体系结构：层次化体系结构：OSI、TCP/IP= 主要层的功能及相关协议主要层的功能及相关协议 物理层物理层 数据链路层数据链路层 网络层网络层 传输层传输层 应用层应用层制作：铁新城 湛江师院2网络体系结构发展的背景网络体系结构发展的背景网络的状况网络的状况多种通信媒介多种通信媒介有线、无线。有线、无线。不同种类的设备不同种类的设备通用、专用。通用、专用。不同的操作系统不同的操作系统Unix、Windows 。不同的应用环境不同的应用环境固定、移动。固定、移动。不同种类业务不同种类业务分时、交互、实时。分时、交互、实时。宝贵的投资和积累宝贵的投

2、资和积累有形、无形。有形、无形。用户业务的延续性用户业务的延续性不允许出现大的跌宕起伏不允许出现大的跌宕起伏它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。制作：铁新城 湛江师院3 网络体系结构网络体系结构就是使这些用不同媒介连接起来的不就是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，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的一种粘合剂，它营造了一种并满足各种业务的需求的一种粘合剂，它营造了一种“生存空间生存空间”任何厂商的任何产品、以及任何技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

3、为规则，就能够在其中生存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。并发展。 网络体系结构网络体系结构解决异质性问题采用的是分层方解决异质性问题采用的是分层方法。法。把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、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。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。就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样。制作：铁新城 湛江师院41.网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（么？（分层与功能分层与功能）2.各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交各层之间

4、的关系是怎样的？它们如何进行交互？（互？（服务与接口服务与接口）3.通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协协议议）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。制作：铁新城 湛江师院5层次化的结构l将任务划分成多个子任务。l各个模型被安置成垂直的任务栈。l栈中的每一层完成与另一个系统通信任务中的一个相关子集。l这个子集又依赖下边的一层完成更原始的功能。下边的一层都对高一层提供服务。l理想情况下，层次的定义应该使得在任何一层发生变化时都不要求其他层次也跟着改动。制作：铁新城 湛江师院6把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易把网络操作分成

5、复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护于实现和维护定义并提供了具有兼容性的标准接口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独立性强上层只需了解下层通过层间接口提供上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务什么服务黑箱方法黑箱方法适应性强适应性强只要服务和接口不变，层内实现方法只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变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，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因此每个区域的网络可单独升级或改造制作：铁新城 湛江师院7实

6、体：实体：任何可以发送或接收信息的硬件任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。软件进程。对等层：对等层：两个不同系统的同名层次。两个不同系统的同名层次。对等实体：对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。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协议作用在对等实体之间。接口：接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间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。的操作及下层对上层的服务。服务：服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提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。供给其相邻上层。制作：铁新城 湛江师院8指两台通信设备之

7、间管理数据交换的一整套规则，包括语义、语法、定时。l一个协议包括下列主要特征：n语义（semantics）：定义了通信双方要“讲什么”，如规定通信双方要发出什么控制信息、执行的动作、返回的应答。包括了协调和差错处理所用的控制信息。n语法（syntax）：定义了怎样进行通信，即“如何讲”，即规定数据和控制信息的格式。定时（timing）：定义了何时进行通信，例如同步和异步传输, 设定涉及速率匹配和设置序号。制作：铁新城 湛江师院9层次化的结构层次化的结构l将任务划分成多个子任务。l各个模型被安置成垂直的任务栈。l栈中的每一层完成与另一个系统通信任务中的一个相关子集。l这个子集又依赖下边的一层完成

8、更原始的功能。下边的一层都对高一层提供服务。l理想情况下，层次的定义应该使得在任何一层发生变化时都不要求其他层次也跟着改动。制作：铁新城 湛江师院10OSI参考模型参考模型禁止禁止不同主机的对等层之间的直接通不同主机的对等层之间的直接通信。信。实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来实际上，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。与另一台主机的对应层通信。 上层使用下层提供的服务上层使用下层提供的服务Service user； 下层向上层提供服务下层向上层提供服务Service provider。以不同国籍的人进行信息交流为例。以不同国籍的人进行信息交流为例。(见下页图见下页

9、图)制作：铁新城 湛江师院11“你好你好”“Hello”传真传真中国中国教师教师翻译翻译秘书秘书“Hallo”“Hello”传真传真德国德国教师教师翻译翻译秘书秘书对交谈内容的共识对交谈内容的共识用英语对话用英语对话使用传真通信使用传真通信P3P2P1物理通信线路物理通信线路问题： 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？制作：铁新城 湛江师院12P3P2P1对等层通信的实质对等层通信的实质： 对等层实体之间虚拟通信对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务下层向上层提供服务实际通信在最底层完成实际通信在

10、最底层完成右图给出了对等层通信右图给出了对等层通信更一般的抽象。更一般的抽象。 2 1 3 2 1物理通信线路物理通信线路 3 N+1 N N-1 N+1 N N-1Pn-1PnPn+1系统系统A系统系统B消息消息n+1/n层接口处n层提供服务n/n-1层接口处n-1层提供服务制作：铁新城 湛江师院13lOSI模型是一个分层结构的模型，它定义了异种计算机互联标准的主体结构。每一层都有特定的功能，连接了较低层和较高层的服务。OSI的参考模型分层原则OSI模型共有七层，其分层原则如下：(1)根据功能的需要分层。(2)每一层应当实现一个定义明确的功能。(3)每一层功能的选择应当有助于制定网络协议的国

11、际标准。制作：铁新城 湛江师院14(4)每层界面的选择应尽量减少跨过接的信息量。(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，否则体系结构过于庞大。(6)每一个层次的内部结构对上下层均是不可见的，只在相邻层之间建立接口。(7)根据不同的通信服务需要，可在同一层内进一步建立若干子层。制作：铁新城 湛江师院15l1. 物理层（The Physical Layer）n在物理线路上传输原始的二进制数据位（基本网络硬件）。l2. 数据链路层（The Data Link Layer）n在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输（Frame）。l3. 网络层（The Network Lay