第2章 计算机网络的体系结构

目录 2.1 计算机网络的构成和分类 2.2 计算机网络的体系结构 2.2.2 协议和协议的分层结构 2.2.3 计算机网络的体系结构 2.1 计算机网络的构成和分类 2.2 计算机网络的体系结构 2.2.1 计算机网络功能的分层 2.2.2 协议和协议的分层结构 2.2.3 计算机网络的体系结构 2.3 典型计算机网络参考模型 2.3.1 计算机网络的标准化 2.3.2 OSI参考模型 2.3.3 TCP/IP参考模型 2.4其他网络和网络服务

2.1计算机网络的构成和分类 网络软件系统和网络硬件系统是网络系统赖以存在的基础。

2.1计算机网络的构成和分类 1、网络软件 网络协议和协议软件：它是通过协议程序实现网络协议功能。 网络通信软件：通过网络通信软件实现网络工作站之间的通信。 网络操作系统：网络操作系统是用以实现系统资源共享、管理用户对不同资源访问的应用程序，它是最主要的网络软件。 网络管理及网络应用软件：网络管理软件是用来对网络资源进行管理和对网络进行维护的软件。网络应用软件是为网络用户提供服务并为网络用户解决实际问题的软件。

2.1计算机网络的构成和分类 2、网络硬件 （1）线路控制器LC（Line Controller）：主计算机或终端设备与线路上调制解调器的接口设备。　　　　　　　　　　　　　　　　（2）通信控制器CC（Communication Controller）：用以对数据信息各个阶段进行控制的设备。　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3）通信处理机CP（Communication Processor）：数据交换的开关，负责通信处理工作。　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （4）前端处理机FEP（Front End Processor）：负责通信处理工作的设备。　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （5）集中器（Concentrator）、多路选择器（Multiplexor）：通过通信线路分别和多个远程终端相连接的设备。　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （6）主机HOST　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （7）终端　

2.1计算机网络的构成和分类 虽然网络类型的划分标准各种各样，但是从地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准。按这种标准可以把各种网络类型划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种。 一、局域网 局域网，简称LAN，是处于同一建筑、同一大学或方圆几公里远地域内的专用网络。 LAN有和其他网络不同的三个特征：（1）范围，（2）传输技术，（3）拓扑结构。 LAN通常使用一条电缆连接所有的机器。传统的LAN速度为10Mb/s~100Mb/s，传输延迟低（几十个毫秒），并且出错率低。新的LAN运行速度更高，可达到每秒数百兆位。

2.1计算机网络的构成和分类 二、城域网 城域网，或者称MAN，基本上是一种大型的LAN，通常使用与LAN相似的技术。 分布式队列双总线DQDB（distributed queue dual bus）。DQDB由两条单向总线（电缆）组成，所有的计算机都连接在上面。 MAN的关键之处是使用了广播式介质（802.6，使用两条电缆），它极大地简化了设计。

2.1计算机网络的构成和分类 三、广域网 广域网（wide area network），或者称WAN，是一种跨越大的地域的网络。它包含想要运行用户（即应用）程序的机器的集合。 要租用专线，通过IMP（接口信息处理）协议和线路连接起来，构成网状结构，解决循径问题。 总出口带宽有限，所以用户的终端连接速率一般较低，通常为9.6Kbps￣45Mbps 。

2.1计算机网络的构成和分类 四、互联网 无论从地理范围，还是从网络规模来讲它都是最大的一种网络，就是我们常说的“Web”、“WWW”和“万维网”等多种叫法。 互联的网络集合就称为互联网（internetwork或internet）。 其它分类方式： 按网络的拓扑结构分类，计算机网络可分为总线型、星型、环型、树型、与网状网等。 按网络的使用范围分类，可划分为公用网和专用网。

2.2 计算机网络的体系结构 2.2.1 计算机网络功能的分层 （1）数据传送：最基本的功能 （2）资源共享：硬件、软件和数据 共享 2.2 计算机网络的体系结构 2.2.1 计算机网络功能的分层 （1）数据传送：最基本的功能 （2）资源共享：硬件、软件和数据 共享 （3）计算机的可靠性和可用性得到提高：后备机器，均衡负担 （4）容易进行分布式处理：按一定的算法将任务交给不同的计算机分工协作完成

2.2 计算机网络的体系结构 2.2.2 协议和协议的分层结构 一、协议的定义和组成 2.2 计算机网络的体系结构 2.2.2 协议和协议的分层结构 一、协议的定义和组成 定义：每台计算机必须在有关信息内容、格式和传输顺序等方面遵守一些事先约定好的规则 组成： 1.语法：以二进制形式表示的命令和相应的结构 2. 语义：由发出的命令请求，完成的动作和回送 的响应组成的集合 3. 同步：有关事件顺序的说明

2.2 计算机网络的体系结构 层次划分要遵守的原则： （1）各结点的层次划分一致 （2）各层独立稳定 （3）各层功能明确、界限分明 2.2 计算机网络的体系结构 层次划分要遵守的原则： （1）各结点的层次划分一致 （2）各层独立稳定 （3）各层功能明确、界限分明 （4）接口简洁，层次数量适中 （5）着眼于标准化

2.2 计算机网络的体系结构 2.2.3 计算机网络的体系结构 相互通信的两台计算机的协调依赖于完善合理的网络体系结构。 2.2 计算机网络的体系结构 2.2.3 计算机网络的体系结构 相互通信的两台计算机的协调依赖于完善合理的网络体系结构。 网络协议以及网络各层功能和相邻接口协议规范的集合称为网络体系结构。 为解决异种计算机系统、异种操作系统、异种网络之间的通信，国际标准化组织（ISO）以国际上其他的一些标准化团体，在各厂家提出的计算机网络体系结构的基础上，提出了开放系统互联参考模型（OSI/RM）。

2.3 典型计算机网络参考模型 2.3.1 计算机网络的标准化 大部分的数据通信和计算机网络方面的标准主要是由以下一些机构制定并发布的： 2.3 典型计算机网络参考模型 2.3.1 计算机网络的标准化 大部分的数据通信和计算机网络方面的标准主要是由以下一些机构制定并发布的： 1.国际标准化组织（ISO） 2.国际电信联盟电信标准化部（ITU-T） 3.电气电子工程师协会（IEEE） 4.电子工业协会（EIA） 5．美国国家标准化协会 6．因特网工程任务组 7．Internet协会 8．因特网号码分配机构和因特网名字与编号分配机构

2.3 典型计算机网络参考模型 2.3.2 OSI参考模型 开放系统互连参考模型

2.3 典型计算机网络参考模型 ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分原则是： （1）网路中各结点都有相同的层次； 2.3 典型计算机网络参考模型 ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分原则是： （1）网路中各结点都有相同的层次； （2）不同结点的同等层具有相同的功能； （3）同一结点内相邻层之间通过接口通信； （4）每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务； （5）不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。 对等层: 不同主机之间的相同层次 协议栈: 某个主机上运行的某种协议的集合

2.3 典型计算机网络参考模型 第1层 物理层：处于OSI参考模型的最底层。主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明的传送比特流。 第2层 数据链路层：为网络层提供服务，解决两个相邻结点之间的通信问题，传送的协议数据单元称为数据帧。进行无差错传输、流量控制、控制对共享信道的访问。 第3层 网络层：为传输层提供服务，传送数据包或分组。主要作用是解决如何使数据包通过各结点传送的问题，以及拥塞控制。

2.3 典型计算机网络参考模型 第4层 传输层：从会话层接收数据，并且在必要时把它分成较小的单元，传输给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误 。 第5层 会话层：负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。 第6层 表示层：处理两个通信系统中交换信息的表示方式，即传输信息的语法和语义。 第7层 应用层：模型最高层，是最终用户应用程序访问网络服务的地方，它负责整个网络应用程序一起很好地工作。

2.3 典型计算机网络参考模型 2.3.3 TCP/IP参考模型 2.3 典型计算机网络参考模型 2.3.3 TCP/IP参考模型 TCP/IP是一组用于实现网络互连的通信协议。相对于OSI参考模型，基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次，它们分别是：网络接口层、网际互连层、传输层（主机到主机）和应用层。 TCP/IP参考模型与OSI参考模型

2.3 典型计算机网络参考模型

2.3 典型计算机网络参考模型 1.应用层 对应于OSI参考模型的高层（会话层、表示层和应用层），为用户提供所需要的各种服务，例如：文件传输协议（FTP）、远程终端通信协议（Telnet）、域名服务（DNS）、简单邮件传送协议（SMTP）等。 2.传输层 　 传输层对应于OSI参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP). TCP协议提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输服务。 UDP协议是对IP协议的扩充，提供的是不可靠的、无连接的数据传输服务。

2.3 典型计算机网络参考模型 3.网际互联层 　　网际互联层对应于OSI参考模型的网络层，主要解决主机到主机的通信问题，具体包括形成IP数据报和寻址、检验数据报的有效性、删除报头以及选择路径将数据报转发到目的计算机。该层有四个主要协议：网际协议（IP）、地址解析协议（ARP）、互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议（ICMP）。 4.网络接口层 　　OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应，接收从上一层传来的数据单元（称为IP数据报），通过特定的网络传输，或从网络上接收帧，分离出其中的用户数据（即IP数据报），送到上一层去处理。

2.4 其他网络和网络服务 NOVELL网络 Novell／Netware的主要特点 （1）Novell网络为用户使用提供完善的安全措施 2.4 其他网络和网络服务 NOVELL网络 Novell／Netware的主要特点 （1）Novell网络为用户使用提供完善的安全措施 （2）具有系统容错（SFT）的可靠性措施 （3）开放的网络软件开发环境 2.AppleTalk：苹果会话协议 支持网络路由选择、事务服务、数据流服务以及域名服务，并且通过 Apple 硬件中的 LocalTalk 接口全面实现 Apple 系统间的文件和打印共享服务。AppleTalk遵循OSI层次模型，最多可连接32个节点，且数据转换速率可以达到 230.4 Kbps。

2.4 其他网络和网络服务 3．ARCNET ARCNET是1977年由Datapoint公司开发的一种安装广泛的局域网技术，它采用令牌总线方案来管理LAN上工作站和其他设备之间的共享线路，其中，LAN服务器总是在一条总线上连续循环的发送一个空信息帧。当有设备要发送报文时，它就在空帧中插入一个“令牌”以及相应的报文。当目标设备或LAN服务器接收到该报文后，就将“令牌”重新设置为0，以便该帧可被其他设备重复使用。 4．DECnet及其协议 DECnet 是一种基于数字网络体系结构的较为全面的分层网络体系结构，它支持大量的所有者和标准协议。

扩展学习

I 新型网络的基本特点 网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。 网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。 所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。 计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。 网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。

II 计算机网络的性能 计算机网络的性能指标 1. 速率 比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。 Bit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。 速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等 速率往往是指额定速率或标称速率。

2. 带宽 “带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。 2. 带宽 “带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。 现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。

常用的带宽单位 更常用的带宽单位是 请注意：在计算机界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。 千比每秒，即 kb/s （103 b/s） 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s） 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） 请注意：在计算机界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。

数字信号流随时间的变化 在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。 带宽为 1 Mb/s 带宽为 4 Mb/s 1 s 时间 每秒 106 个比特 时间 1 0 1 0 1 1 1 s 带宽为 1 Mb/s 时间 每秒 4  106 个比特 0.25 s 带宽为 4 Mb/s

3. 吞吐量 吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。 吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

4. 时延(delay 或 latency) 传输时延（发送时延 ） 发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。 传输时延（发送时延 ） 发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。 也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。 发送时延 = 数据块长度（比特） 信道带宽（比特/秒）

时延(delay 或 latency) 传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。 传播时延 = 信道长度（米） 信号在信道上的传播速率（米/秒）

时延(delay 或 latency) 处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。 处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。 排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

时延(delay 或 latency) 数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和： 总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+处理时延

四种时延所产生的地方 从结点 A 向结点 B 发送数据 在结点 A 中产生 处理时延和排队时延 在链路上产生 传播时延 在发送器产生传输时延 (即发送时延) 数据 … 1 0 1 1 0 0 1 队列 链路 结点 A 发送器 结点 B

容易产生的错误概念 对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。 提高链路带宽减小了数据的发送时延。

5. 时延带宽积 时延带宽积 （传播）时延 带宽 链路 时延带宽积 = 传播时延  带宽 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

6. 利用率 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。 信道利用率并非越高越好。 （请大家课后思考与讨论为什么，并举例说明）

时延与网络利用率的关系 根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。 若令 D0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示 D 和 D0之间的关系： U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。

时延 D 时延 急剧 增大 D0 利用率 U 1

1-15 假定网络利用率达到了90%。试估计一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍？ 解：设网络利用率为U。，网络时延为D，网络时延最小值为D0 U=90%;D=D0/(1-U)---->D/ D0=10 　 现在的网络时延是最小值的10倍

III 计算机网络的非性能特征 费用 质量 标准化 可靠性 可扩展性和可升级性 易于管理和维护

IV 计算机网络的体系结构 1 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。

关于开放系统互连参考模型 OSI/RM 只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。 在市场化方面 OSI 却失败了。 OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力； OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低； OSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场； OSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。

两种国际标准 法律上的国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。 是非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。

2 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。 2 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）。 网络协议(network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

划分层次的概念举例 主机 1 向主机 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。 两个主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。

两个主机交换文件 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 主机 1 主机 2 文件传送模块 文件传送模块 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

再设计一个通信服务模块 主机 1 主机 2 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 文件传送模块 文件传送模块 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

例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。 再设计一个网络接入模块 主机 1 主机 2 文件传送模块 文件传送模块 通信服务模块 通信服务模块 网络 接口 网络 接口 网络接入模块 通信网络 网络接入模块 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。

.3 具有五层协议的体系结构 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。 但最下面的网络接口层并没有具体内容。 .3 具有五层协议的体系结构 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。 但最下面的网络接口层并没有具体内容。 因此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 。

五层协议的体系结构 应用层(application layer) 运输层(transport layer) 5 应用层 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) 4 运输层 3 网络层 2 数据链路层 数据链路层 1 物理层

主机 1 向主机 2 发送数据 应用进程数据先传送到应用层 加上应用层首部，成为应用层 PDU 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1

主机 1 向主机 2 发送数据 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 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 4 加上运输层首部，成为运输层报文 4 3 3 2 2 1 1

主机 1 向主机 2 发送数据 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） 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 4 运输层报文再传送到网络层 4 3 加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组） 3 2 2 1 1

主机 1 向主机 2 发送数据 IP 数据报再传送到数据链路层 加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 4 4 3 IP 数据报再传送到数据链路层 3 2 加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧 2 1 1

主机 1 向主机 2 发送数据 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 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 4 4 3 3 数据链路层帧再传送到物理层 2 2 1 最下面的物理层把比特流传送到物理媒体 1

主机 1 向主机 2 发送数据 应用层(application layer) 电信号（或光信号）在物理媒体中传播 5 5 4 4 3 3 2 2 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 1 1 应用层(application layer) 物理传输媒体

主机 1 向主机 2 发送数据 物理层接收到比特流，上交给数据链路层 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 4 4 3 3 2 2 1

主机 1 向主机 2 发送数据 数据链路层剥去帧首部和帧尾部 取出数据部分，上交给网络层 主机 1 主机 2 AP2 AP1 5 5 4 4 3 3 数据链路层剥去帧首部和帧尾部 取出数据部分，上交给网络层 2 2 1 1

主机 1 向主机 2 发送数据 网络层剥去首部，取出数据部分 上交给运输层 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 4 4 3 3 2

主机 1 向主机 2 发送数据 运输层剥去首部，取出数据部分 上交给应用层 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 4 4 3 3 2

主机 1 向主机 2 发送数据 应用层剥去首部，取出应用程序数据 上交给应用进程 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 4 4 3 3

主机 1 向主机 2 发送数据 我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！ 主机 1 主机 2 AP2 AP1 5 5 4 4 3 3 2 2

主机 1 向主机 2 发送数据 注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次 主机 1 主机 2 AP1 应用层首部 AP2 应 用 程 序 数 据 H5 AP2 应 用 程 序 数 据 H4 运输层首部 5 5 应 用 程 序 数 据 H3 网络层首部 4 H5 应 用 程 序 数 据 4 H2 链路层 首部 T2 链路层 尾部 3 H4 H5 应 用 程 序 数 据 3 2 2 H3 H4 H5 应 用 程 序 数 据 1 1 10100110100101 比 特 流 110101110101

主机 1 向主机 2 发送数据 计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路层 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 4 4 3 3 H2 T2 H3 H4 H5 应 用 程 序 数 据 1 1 10100110100101 比 特 流 110101110101

主机 1 向主机 2 发送数据 数据链路层剥去帧首部和帧尾部后 把帧的数据部分交给网络层 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 4 4 3 H3 H4 H5 应 用 程 序 数 据 3 2 2 H2 H3 H4 H5 应 用 程 序 数 据 T2 1 1

主机 1 向主机 2 发送数据 网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给运输层 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 H4 H5 应 用 程 序 数 据 4 4 3 H3 H4 H5 应 用 程 序 数 据 3 2 2 1 1

主机 1 向主机 2 发送数据 运输层剥去报文首部后 把报文的数据部分交给应用层 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 H5 应 用 程 序 数 据 5 H4 H5 应 用 程 序 数 据 4 4 3 3 2 2 1 1

主机 1 向主机 2 发送数据 应用层剥去应用层 PDU 首部后 把应用程序数据交给应用进程 主机 1 主机 2 AP1 应 用 程 序 数 据 AP2 5 H5 应 用 程 序 数 据 5 应用层剥去应用层 PDU 首部后 把应用程序数据交给应用进程 4 4 3 3 2 2 1 1

主机 1 向主机 2 发送数据 我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！ 主机 1 主机 2 AP1 AP2 5 5 4 4 3 3 2 2

4 实体、协议、服务 和服务访问点 实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 4 实体、协议、服务 和服务访问点 实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。

实体、协议、服务 和服务访问点（续） 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。 下面的协议对上面的服务用户是透明的。 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。 服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。

实体、协议、服务 和服务访问点（续） 服务用户 协议(n + 1) 第 n + 1 层 交换原语 交换原语 第 n 层 服务提供者 SAP SAP 第 n 层 服务提供者 实体(n) 协议(n) 实体(n)

协议很复杂 协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。 看一个计算机网络协议是否正确，不能光看在正常情况下是否正确，而且还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。

著名的协议举例 【例1-1】 占据东、西两个山顶的蓝军1和蓝军2与驻扎在山谷的白军作战。其力量对比是：单独的蓝军1或蓝军2打不过白军，但蓝军1和蓝军2协同作战则可战胜白军。现蓝军1拟于次日正午向白军发起攻击。于是用计算机发送电文给蓝军2。但通信线路很不好，电文出错或丢失的可能性较大（没有电话可使用）。因此要求收到电文的友军必须送回一个确认电文。但此确认电文也可能出错或丢失。试问能否设计出一种协议使得蓝军1和蓝军2能够实现协同作战因而一定（即100 %而不是99.999…%）取得胜利？

明日正午进攻，如何？ 同意 收到“同意” 这样的协议无法实现！ 收到：收到“同意” … … … … … …

结论 这样无限循环下去，两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到。 没有一种协议能够蓝军能 100% 获胜。

5 TCP/IP的体系结构 路由器在转发分组时最高只用到网络层 而没有使用运输层和应用层。 主机A 主机B 4 3 2 1 应用层 运输层 网际层 网络 接口层 应用层 运输层 网际层 网络 接口层 路由器 网际层 网络 接口层 网络 1 网络 2 路由器在转发分组时最高只用到网络层 而没有使用运输层和应用层。

练习题: 1 收发两端之间的传输距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2×108m/s。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延： （1） 数据长度为107bit,数据发送速率为100kb/s。 （2） 数据长度为103bit,数据发送速率为1Gb/s。 从上面的计算中可以得到什么样的结论？ 解：（1）发送时延：ts=107/105=100s 传播时延tp=106/(2×108)=0.005s （2）发送时延ts =103/109=1µs 传播时延：tp=106/(2×108)=0.005s 结论：若数据长度大而发送速率低，则在总的时延中，发送时延往往大于传播时延。但若数据长度短而发送速率高，则传播时延就可能是总时延中的主要成分。

2 协议与服务有何区别？有何关系？ 答：网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。由以下三个要素组成： （1）语法：即数据与控制信息的结构或格式。 （2）语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。 （3）同步：即事件实现顺序的详细说明。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，而要实现本层协议，还需要使用下面一层提供服务。 协议和服务的概念的区分： 1、协议的实现保证了能够向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。 2、协议是“水平的”，即协议是控制两个对等实体进行通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。上层使用所提供的服务必须与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。

答：综合OSI 和TCP/IP 的优点，采用一种原理体系结构。各层的主要功能： 3 论述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。 答：综合OSI 和TCP/IP 的优点，采用一种原理体系结构。各层的主要功能： 物理层 物理层的任务就是透明地传送比特流。（注意：传递信息的物理媒体，如双绞 线、同轴电缆、光缆等，是在物理层的下面，当做第0 层。） 物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。 数据链路层 数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧（frame）为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。 网络层 网络层的任务就是要选择合适的路由，使 发送站的运输层所传下来的分组能够 正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。 运输层 运输层的任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端 服务，使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。 应用层 应用层直接为用户的应用进程提供服务。

4 试解释以下名词：协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户-服务器方式。 答：实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。 客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。 协议栈:指计算机网络体系结构采用分层模型后,每层的主要功能由对等层协议的运行来实现,因而每层可用一些主要协议来表征,几个层次画在一起很像一个栈的结构. 对等层:在网络体系结构中,通信双方实现同样功能的层. 协议数据单元:对等层实体进行信息交换的数据单位. 服务访问点:在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方.服务访问点SAP是一个抽象的概念,它实体上就是一个逻辑接口.

沙漏计时器形状的 TCP/IP协议族 Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务 IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上 … … 应用层 HTTP SMTP DNS RTP 运输层 TCP UDP 网际层 IP 网络接口层 … 网络接口 1 网络接口 2 网络接口 3

【例1】客户进程和服务器进程 使用 TCP/IP 协议进行通信 应用层 应用层 ① 客户发起连接建立请求 客户 服务器 ② 服务器接受连接建立请求 运输层 运输层 以后就逐级使用下层 提供的服务 (使用 TCP 和 IP） 网络层 网络层 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 因特网

功能较强的计算机 可同时运行多个服务器进程 数据链路层 物理层 运输层 网络层 应用层 计算机 1 客户 1 计算机 2 客户 2 计算机 3 应用层 服务器 1 服务器 2 运输层 网络层 数据链路层 物理层 因特网

作业: 2-13 2-14 2-15 作业于16周时统一上交. 每章作业要另起一页 选择题1,2,5,6,7,9,12.