第三章网络体系结构与参考模型 本章主要介绍OSI/RM的七层模型和相对应的TCP/IP协议的对应架构。

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1 第三章网络体系结构与参考模型 本章主要介绍OSI/RM的七层模型和相对应的TCP/IP协议的对应架构。

2 3.1 网络体系结构与网络协议 用户的资源和信息存储在采用不同操作系统的主机中，这些主机分布在网络的不同地方，需要在不同的传输介质上实现采用不同操作系统的主机之间的通信，解决异种机和异种网络互连问题的方法。 分层的好处在于：容易解决通信的异质性（heterogeneity）问题；上层解决不同种语言的相互翻译（数据的不同表示）；下层解决信息传递；使复杂问题简化，高层屏蔽低层细节问题；每层只关心本层的内容，不用知道其他层如何实现；使设计容易实现，每个层次向上一层提供服务，向下一层请求服务。

3 3.1.1 网络体系结构 IBM公司的系统网络结构SNA DEC公司的分布式网络结构DNA 王安公司的系统王安网络Wang Net
网络体系结构 计算机网络在70年代迅速发展， 特别在ARPANET建立以后 IBM公司的系统网络结构SNA DEC公司的分布式网络结构DNA 计算机网络在70年代迅速发展， 特别在ARPANET建立以后，世界上许多计算机大公司都先后推出了自己的计算机网络体系结构。例如IBM公司的系统网络结构SNA，DEC公司的分布式网络结构DNA等，但这些网络体系结构具有封闭的特点，它们只适合于本公司的产品连网，其他公司的计算机产品很难入网，这就妨害了实现异种计算机互连以达到信息交换、资源共享、分布处理和分布应用的需求。客观需求迫使计算机网络体系结构由封闭走向开放式。有组织有计划地制定一系列网络国际标准。 王安公司的系统王安网络Wang Net

4 国际标准化组织ISO 3.1.1 网络体系结构 开放系统互连基本参考模型：ISO/OSI-RM 1984 观看动画
网络体系结构 观看动画 国际标准化组织ISO 1984 以上这些网络体系结构具有封闭的特点，它们只适合于本公司的产品连网，其他公司的计算机产品很难入网，这就妨害了实现异种计算机互连以达到信息交换、资源共享、分布处理和分布应用的需求。客观需求迫使计算机网络体系结构由封闭走向开放式。国际标准化组织ISO经过多年努力于1984年提出了"开放系统互连基本参考模型" ISO/OSI-RM，从此开始了有组织有计划地制定一系列网络国际标准。 开放系统互连基本参考模型：ISO/OSI-RM

5 分层原理 N N+1 N-1 用户的资源和信息存储在采用不同操作系统的主机中，这些主机分布在网络的不同地方，需要在不同的传输介质上实现采用不同操作系统的主机之间的通信，解决异种机和异种网络互连问题的方法。 　　分层的好处在于：容易解决通信的异质性（heterogeneity）问题；上层解决不同种语言的相互翻译（数据的不同表示）；下层解决信息传递；使复杂问题简化，高层屏蔽低层细节问题；每层只关心本层的内容，不用知道其他层如何实现；使设计容易实现，每个层次向上一层提供服务，向下一层请求服务。 　

6 3.1.2 分层原理 分层原理： 由1980年 H.Zimmerman提出: 1、层次适中。当必须要有不同级的抽象时，设立一个层次；
分层原理 分层原理： 由1980年 H.Zimmerman提出: 1、层次适中。当必须要有不同级的抽象时，设立一个层次； 2、界面清晰。通过界面的信息应最少； 3、当某些功能实现与所用技术明显与别的层不同时，单独设立一层； 4、功能相似的放在同一层； 5、根据过去成功的经验分层； 6、功能具有独立性并能局部化时，单独设立一层； 7、只与相邻层次有接口关系； 8、对数据作不同处理时可分层； 9、在现有的标准接口处可用分层，以有利于国际标准的建立。

7 3.1.2 分层原理 分层原理： 由1980年 H.Zimmerman提出: 1、层次适中。当必须要有不同级的抽象时，设立一个层次；
分层原理 分层原理： 由1980年 H.Zimmerman提出: 1、层次适中。当必须要有不同级的抽象时，设立一个层次； 2、界面清晰。通过界面的信息应最少； 3、当某些功能实现与所用技术明显与别的层不同时，单独设立一层； 4、功能相似的放在同一层； 5、根据过去成功的经验分层； 6、功能具有独立性并能局部化时，单独设立一层； 其中：有四条非常重要，可视为原则： 　　当需要由一个不同等级的抽象时就应当有一个相应的层次； 　　每一层的功能应当时非常明确的； 　　层与层的边界应选择的使通过这些边界的信息量尽量少些，否则不方便； 　　层数太少，会使每一层的协议太复杂，但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。 　 7、只与相邻层次有接口关系； 8、对数据作不同处理时可分层； 9、在现有的标准接口处可用分层，以有利于国际标准的建立。

8 3.1.3 网络协议 什么是网络协议： 为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称为网络协议 网络协议包括：
网络协议 什么是网络协议： 为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称为网络协议 网络协议包括： 1、语义（Semantics）：通信内容，协调与差错控制 2、语法（Syntax）：内容与控制的格式、编码及信号表达 3、定时（Timing）：速度匹配与时序。

9 3.2 OSI参考模型　 　ISO 7498信息处理系统--开放系统互连--基本参考模型（ISO 7498，Information Processing Systems--Open Systems Interconnection--Basic references model）是OSI 标准中最基本的一个，它从OSI 体系结构方面规定了开放系统在分层、相应层对等实体的通信、标识符、服务访问点、数据单元、层操作、OSI管理等方面的基本元素、组成和功能等，并从逻辑上把每个开放系统划分为功能上相对独立的七个有序的子系统。所有互连的开放系统中，对应的各子系统结合起来构成开放系统互连基本参考模型中的一层。

10 OSI参考模型的基本概念 M N+1 N N-1 1 接口 N+1层协议 N层协议 N-1层协议 介质

11 OSI参考模型的分层结构　

12 OSI参考模型的分层结构　 1、物理层： 　　提供相邻设备间的比特流传输。它是利用物理通信介质，为上一层（数据链路层）提供一个物理连接,通过物理连接透明地传输比特流。 　　所谓透明传输指经实际电路后传送的比特流没有变化，任意组合的比特流都可以在这个电路上传输，物理层并不知道比特的含义。 物理层要考虑的是如何发送"0"和"1"，以及接收端如何识别。

13 OSI参考模型的分层结构　 2、·数据链路层： 　　负责在两个相邻的节点间的线路上无差错的传送以帧为单位的数据，每一帧包括一定的数据和必要的控制信息，在接收点接收到数据出错时要通知发送方重发，直到这一帧无误得到达接收节点。数据链路层就是把一条有可能出错的实际链路变成让网络层看来好像不出错的链路。

14 OSI参考模型的分层结构　 3、网络层： 　　网络中通信的两个计算机之间可能要经过许多个节点和链路，还可能经过几个通信子网。网络层数据的传送单位是分组(packet)，网络层的任务就是要选择合适的路由，使发送站的运输层发下来的分组能够正确无误的按照地址找到目的站并交付目的站的运输层，这就是网络层的寻址功能。 　　对于广播信道构成的通信子网,路由问题很简单，因此这种子网的网络层非常简单，甚至没有。对于通信子网来说，最多只到网络层。 　

15 OSI参考模型的分层结构　 4、运输层： 　　任务是根据通信子网的特性最佳的利用网络资源，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，透明的传输报文。 　　运输层向上一层提供一个可靠的端到端的服务，使会话层不知道运输层以下的数据通信的细节。运输层只存在在端系统（主机）中，运输层以上层就不再管信息传输问题了。

16 OSI参考模型的分层结构　 5、会话层： 　　会话层虽然不参与具体的数据传输，但它对数据进行管理，它向互相合作的进程之间提供一套会话设施，组织和同步它们的会话活动，并管理它们的数据交换过程（如全双工或半双工）。 　　这里，"会话"的意思是指两个应用进程之间为交换面向进程的信息而按一定规则建立起来的一个暂时联系。

17 OSI参考模型的分层结构　 6、表示层： 　　提供端到端的信息传输。处理的是OSI系统之间用户信息的表示问题。在OSI中，端用户（应用进程）之间传送的信息数据包含语义和语法两个方面。语义是信息数据的内容及其含义，它由应用层负责处理。语法是与信息数据表示形式有关方面，例如信息的格式、编码、数据压缩等。表示层主要用于处理应用实体面向交换的信息的表示方法。这样即使每个应用系统有各自的信息表示法，但被交换的信息类型和数值仍能用一种共同的方法来表示。它包含用户数据的结构和在传输时的比特流或字节流的表示。在OSI 中，用一种抽象语法表示法ASN.1（Abstract Syntax Notation One）来定义应用协议数据单元和用户信息，而用一种基本编码规BER （Basic Encoding Rules）来描述在传输过程中的内容的比特流和字节流的表示，即一种传送语法。

18 OSI参考模型的分层结构　 7、应用层： 　　是OSI参考模型的最高层,应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要；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。 　　就是说应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理（user agent），来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必需的功能。

19 3.2.3 OSI协议集 ASN.1 OSI表示层协议 OSI会话层协议 ES-IS IS-IS X.25 PLA CLNP TP0 TP1
第七层： 应用层 　（Application） VT ACSE DS RTSE FTAM ROSE CMP/CMIS MHS CCR ASN.1 第六层： 表示层 　（Presentation） OSI表示层协议 第五层： 会话层 　（Session） OSI会话层协议 第四层： 运输层 　（Transport） TP0 TP1 TP2 TP3 TP4 第三层： 网络层 　（Network） ES-IS IS-IS X.25 PLA CLNP 第二层： 数据链路层Data-link） IEEE802.2 HDLC LAPB 第一层： 物理层PH（Physical) 　 IEEE FDDI RS-232 RS449 X.21 X.35 ISDN ACSE:联系控制服务元素 RTSE：可靠传输服务元素 ROSE：远程操作服务元素 CCR：提交、并发和恢复 VT：虚拟终端协议 DS：目录服务协议 CMIP：公共管理信息协议 CMIS：公共信息管理服务信息 MHS：电子邮件标准

20 3.3 TCP/IP体系结构 Internet网络体系结构是以TCP/IP协议为核心的。IP协议为各种不同的通信子网或局域网提供一个统一的互连平台，TCP协议为应用程序提供端到端的通信和控制功能。 虽然OSI参考模型是目前最有影响、获得广泛支持的国际标准，但在实际实现这些层次的协议时，各厂家都有自己的实现方法。多年来，国际上的一些通信、计算机大公司在实际的产品中使用了一些下层的协议。一个常用的协议是TCP/IP，其全称是传输控制/互联网协议（Transport Control Protocol/Internet Protocol）。

21 3.3 TCP/IP体系结构 TCP/IP协议簇也是一种层次体系结构，共分为5层，其中的底层物理层和数据链路层只要能够支持IP层的分组传送即可，因此我们做为网络接口层来对待，上面的3层将在相关章节中详细介绍。

22 3.3 TCP/IP体系结构 TCP/IP协议簇也是一种层次体系结构，共分为5层，其中的底层物理层和数据链路层只要能够支持IP层的分组传送即可，因此我们做为网络接口层来对待。

23 TCP/IP概念 虽然OSI参考模型是目前最有影响、获得广泛支持的国际标准，但在实际实现这些层次的协议时，各厂家都有自己的实现方法。多年来，国际上的一些通信、计算机大公司在实际的产品中使用了一些下层的协议。一个常用的协议是TCP/IP，其全称是传输控制/互联网协议（Transport Control Protocol/Internet Protocol）。

24 TCP/IP主要功能　 1、与生产厂家无关 2、已经在各计算机上实现 3、已被LAN和WAN采用 4、已成为一个事实上的标准

25 Host-to-Host Transport Layer Internet Protocol (IP)
TCP/IP体系结构 应用处理层Application on Process Layer 主机到主机传输层（TCP) Host-to-Host Transport Layer 因特网协议 Internet Protocol (IP) 网络界面 Network Interface 物理层 Physical Layer

26 提供常用的应用程序。 例如：WWW服务、ftp、email、telnet等。
TCP/IP体系结构 应用处理层Application on Process Layer 提供常用的应用程序。 例如：WWW服务、ftp、 、telnet等。

27 Host-to-Host Transport Layer
TCP/IP体系结构 主机到主机传输层（TCP) Host-to-Host Transport Layer 提供应用程序间的通信。 (1)格式化信息流； (2)提供可靠传输。 TCP协议提供面向连接的可靠的字节流传输； UDP协议提供无连接的不可靠的数据包传输。

28 Internet Protocol (IP)
TCP/IP体系结构 因特网协议 Internet Protocol (IP) 　提供计算机间的分组传输。 (1)高层数据的分组生成； (2)底层数据报的分组组装； (3)处理路由、流控、拥塞等问题。 IP协议提供统一的地址格式和IP数据包格式，以消除各通信子网的差异，从而为信息发送方和接受方提供透明通道。

29 TCP/IP体系结构 网络接口层 网络界面 Network Interface 物理层 Physical Layer 提供IP数据报的发送和接收。 该层使用协议为各通信子网本身固有的协议。例如以太网的802.3协议、令牌环网的802.5协议以及分组交互网的X.25协议等。

30 3.4 OSI与TCP/IP的比较 应用层 应用层 各种应用层协议如：TELNET, SNMP FTP， SMTP, POP3等 表达层
会话层 会话层 运输层ＴＣＰ，ＵＤＰ 运输层 网际层ＩＰ 网络层 数据链路层 网络接口层 物理层

31 本章小节　 本章介绍了OSI/RM的七层模型。分层思想是为了分解复杂系统，使得能够"分而治之"，达到简化的目的。各层完成一定的功能，合在一起实现完整的网络通信功能。其中数据链路层和网络层是重点也是难点，这两层实现了网络通信的大部分功能。