第3讲 计算机网络体系结构 一、 网络体系结构与网络协议的概念 二、 ISO/OSI参考模型 三、七层协议简介 四、信息的流动过程 第3讲 计算机网络体系结构 一、 网络体系结构与网络协议的概念 二、 ISO/OSI参考模型 三、七层协议简介 四、信息的流动过程 五、对OSI参考模型的进一步解释 六、局域网体系结构 七、TCP/IP的体系结构

一、 网络体系结构与网络协议的概念 1、网络协议 计算机网络中，计算机（或结点）的类型可能不同，使用的操作系统可能不同，彼此要想相互通信，必须遵守统一的规定，这种规定称为网络协议。

一、 网络体系结构与网络协议的概念 网络协议由三个要素组成： 语法：规定双方如何讲话，确定数据与控制信息的格式 语义：约定使用什麽控制信息，执行何种动作 定时：规定事件实现的顺序

一、 网络体系结构与网络协议的概念 2、分层结构 分层的概念 在计算机网络中，要在两个结点间通信，过程是很复杂的，为了使复杂的问题简单化，在设计计算机网络时，可以将网络要完成的功能细分成一个个小的层次，每个层次完成一项具体任务，各层之间是紧密联系的，下层为上层提供透明服务，上层的工作建立在下层工作的基础之上。在层与层之间设置接口，相邻层次之间通过接口进行数据交换。

一、 网络体系结构与网络协议的概念 分层的好处 各层之间是独立的：在考虑本层功能的实现时，不需要知道其他层次是如何实现的 各层可以用最恰当的技术实现本层的功能。 灵活性好：当某一层内容发生变化时，只要接口不变，对其他层次没有影响。 易于实现和维护：由于每一层都完成一个小的功能，所以容易实现、整体调试方便。 促进标准化：由于对每一层次的功能都做了精确的说明，所以标准化程度高。

一、 网络体系结构与网络协议的概念 3、接口 是同一结点内相邻层间交换信息的连接点，低层通过接口向高层提供服务，只要接口不变，各层功能的具体实现方法不影响其他层次的工作。 4、网络体系结构 分层结构、相邻层之间的接口、同等层之间的协议构成了网络体系结构。 具有相同体系结构的网络之间可以互联。 例如：邮电系统的体系结构

一、 网络体系结构与网络协议的概念

二、 ISO/OSI参考模型 1、OSI/RM参考模型的提出 世界上第一个网络体系结构由IBM公司提出（74年，SNA），以后其他公司也相继提出自己的网络体系结构如：Digital公司的DNA，美国国防部的TCP/IP等，多种网络体系结构并存，其结果是若采用IBM的结构，只能选用IBM的产品，只能与同种结构的网络互联。

二、 ISO/OSI参考模型 为了促进计算机网络的发展，国际标准化组织ISO与1977年成立了一个委员会，在现有网络的基础上，提出了不基于具体机型、操作系统或公司的网络体系结构，称为开放系统互联参考模型（OSI，open system interconnection） OSI参考模型由7个层次组成：

二、 ISO/OSI参考模型 2、OSI参考模型的概念 开放互连的含义：遵守OSI标准的系统之间可以互连 1、体系结构：定义了开放系统的层次划分，层次之间的相互关系，各层的功能 2、服务定义：详细说明了各层提供的服务 3、协议规格说明：详细规定了信息的格式，如加入那些控制信息、做何种应答，动作的次序等。

二、 ISO/OSI参考模型 7 6 5 4 3 2 1 通信子网 应用层 报文流 表示层 报文流 会话层 报文流 传输层 报文流 转接节点 网络层 协议 分组流 网络层 3 网络层 子 网 内 部 协 议 链路层 协议 帧流 链路层 2 链路层 物理层 协议 比特流 物理层 1 物理层

二、 ISO/OSI参考模型 3、层次划分的原则 网络中各结点都有相同的层次 不同结点相同层次具有相同的功能 同一结点相邻层间通过接口通信 每一层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务 不同结点的同等层间通过协议来实现对等层间的通信

三、七层协议简介—物理层 1、物理层的主要功能是：为数据链路层的比特流提供物理连接，对高层屏蔽掉具体传输介质的差异，保证比特流的透明传输。 2、物理层协议主要定义硬件接口，包括接口的机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。

三、七层协议简介—物理层 机械特性：定义接口插件、插座的形状、尺寸、引脚数量、排列顺序等。如：RS-232是25芯、D型，RS-499为37芯等。 电气特性：定义信号的高低、脉冲宽度、阻抗匹配、传输速率、传输距离等。 功能特性：归定每个引脚的功能、数据类型、控制方式等 过程特性：定义通信双方的动作顺序。如：如何建立、拆除物理连接、采用全双工还是半双工通信等。

三、七层协议简介—物理层 机械特性: 用于DTE和DCE设备之间的连接，DCE设备用母插座，DTE设备用公插头 以美国电子工业协会（EIA）的RS-232-C为例 机械特性: 用于DTE和DCE设备之间的连接，DCE设备用母插座，DTE设备用公插头 25芯，螺丝心间距离为47.040.13mm,25针插脚/座,上排编号由左至右1-13,下排14-25.

三、七层协议简介—物理层 电气特性: 采用单端驱动非差分接收电路,,数据传输率最大为20Kbps,电缆最大长度为15m. 低于-5v表示二进制1,高于+5v表示二进制0 输出阻抗300Ω,输入阻抗3—7K Ω 功能特性:详细定义了每个引脚的功能 规程特性:规定了接收或发送信息的时应完成的动作次序

三、七层协议简介—数据链路层 1、数据链路层的功能 利用物理层提供的物理通路，在相邻节点之间建立数据链路，将要传送的数据组装成帧，加入应答、差错控制、流量控制信息，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路，为网络层提供可靠的信息传送机制

三、七层协议简介—数据链路层

三、七层协议简介—数据链路层 链路建立：在通信以前，通信双方要交换一些信息，确认对方已准备好。 链路维护：通信过程中维持链路 2、协议的主要内容 链路管理：主要是发送数据前后的一些控制活动。包括： 链路建立：在通信以前，通信双方要交换一些信息，确认对方已准备好。 链路维护：通信过程中维持链路 拆除链路：通信结束后释放链路

三、七层协议简介—数据链路层 成帧与拆帧 帧是数据链路层的数据单位。将数据装配成帧是为了在出现差错时，重传方便。 在发送端，将网络层传来的数据分割成小的数据块，加入控制信息即为成帧。然后送物理层发送。在接收端，将收到的数据帧按相反的顺序去掉控制信息。 帧有其具体格式，包括帧头、帧尾标志，差错控制方法等，不同的协议，格式不同。 常用帧同步的方法：字符填充、字节记数、比特填充、编码违例法等

三、七层协议简介—数据链路层 差错控制 发送端在数据帧中加入检错码，接收端发现错误可采用出错重发或前向纠错的方法。 检错方法有奇偶校验、循环冗余校验等。 帧的格式实例：

三、七层协议简介—数据链路层 流量控制 当发送端发送的速度快，接收端的速度慢时，链路会堵塞，严重时数据会丢失，因此，要有调整发送端发送速度的机制。主要方法有： 停止等待：发送方发送数据，接收方正确收到数据后回送响应帧ACK，否则，回送否认帧NAK。 滑动窗口技术(连续ARQ协议）：允许连续发送若干帧，可以进行差错控制和流量控制。

三、七层协议简介—网络层 1、网络层的功能： 在结点之间创建逻辑链路，保证传输层传来的数据顺利通过通信子网 网络层为传输层提供数据报和虚电路服务，并解决由此引起的路径选择，拥塞控制等问题，为传输层提供端到端的透明传输服务。

三、七层协议简介—网络层 2、主要内容 数据交换方式：虚电路方式与数据报方式 路由选择 数据报方式在每个节点都要进行路由选择，虚电路方式在建立虚电路时也要进行路由选择。 路由选择有多路分发式、固定路由式、孤立式、集中式、分布式等。

三、七层协议简介—网络层 网络拥塞控制 当通信子网内传送的报文分组过多、节点接收速度太慢、线路容量不足时，都会导致网络性能变差，出现拥塞。当拥塞加剧网络吞吐量急剧下降为零。这时网络无法工作，称为网络死锁。 避免拥塞的方法有：缓冲区预分配法、分组丢弃法、许可证法等

三、七层协议简介—网络层 寻址 在网络层上要进行网际互联，每个网络、主机都要有一个唯一的地址，不同的网络编址方案不同，如TCP/IP中用4组每组8位二进制数编址. 如: 192.168.47.69

三、七层协议简介—传输层 1、传输层的作用 传输层的任务是：屏蔽掉数据在通信子网中的传递过程，在两个通信实体之间建立端到端的通信信道，建立可靠的传输连接，在高层看来，就象两个通信实体直接相连一样（提供端到端的透明传输）

三、七层协议简介—传输层 传输层是保证数据通过通信子网的最后措施。任何在网络层以下解决不了的问题，在传输层都要得到解决。网络层提供的服务质量好，传输层协议简单，反之传输层协议复杂

三、七层协议简介—传输层 通信子网

三、七层协议简介—传输层 2、主要内容 寻址： 当一个用户要和另一个用户通信时必须与该用户建立连接，这就需要寻址。传输层的一个重要功能向上层协议及用户屏蔽掉具体的网络细节，仅提供端到端的服务，反映在寻址方式上就是不再使用具体的网络地址，而是使用标识符。在传输层，发送方不需要知道接收方的具体地址，只要有一个表示符号就可以，这个标识号可以是固定的，也可以临时产生。通信双方只要有对方的标识符就可以通信，具体寻址定位由下层协议去做。

三、七层协议简介—传输层 与现行的通信系统做比较，网络寻址象是邮政系统，通信时必须写明省、市、街道、门牌号，一级级的送到，而传输层的寻址更象电话系统，只要知道电话号码，不需要了解他在哪。具体定位由电话局去做。 传输层地址的例子如：电话号码、用户的信箱地址、某网站的域名等

三、七层协议简介—传输层 多路复用：将多个不同的传输复用在网络层的一条虚电路上。 流量控制与差错控制：与数据链路层类似，区别在于数据链路层节点之间的线路较少，而主机之间可以有多条连接。 点到点与端到端 点到点通信是指相邻的两个结点之间的通信 端到端通信是两个通信实体（或主机）之间的通信

三、七层协议简介—会话层 1、会话层的任务 会话层的任务就是利用传输层提供的无差错的连接具体实施会话，协调、组织、管理通信双方的会话过程。 2、协议内容包括 会话双方资格的认证 对话方向的交替管理 故障点的定位及恢复会话等。

三、七层协议简介—表示层 1、主要功能 表示层的功能是处理两个通信系统中的交换信息的表示方式，将数据转换成公共的安全的便于传输的格式。 2、协议内容 包括数据格式的变换 数据的加密解密 数据压缩与解压缩等。

我讲法语 转换 CCP 世界语 我讲英语 我讲汉语 转换 转换

三、 七层协议简介—应用层 主要功能： 为用户访问网络提供手段，为用户应用程序提供接口 协议内容 包括电子邮件、文件传输、虚拟终端等。

四、OSI模型中数据的传输过程 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 通信子网 传输层 传输层 网络层 网络层 网络层 网络层 应用进程A 应用进程B 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 通信子网 传输层 传输层 网络层 网络层 网络层 网络层 链路层 链路层 链路层 链路层 物理层 物理层 物理层 物理层

OSI模型中的数据流

四、OSI环境中数据的传输过程 例：电子邮件的发送与接收过程 用户A通过自己的电子邮件程序将自己的邮件发出，在应用层将一个报头（PCI，协议控制信息）后将数据传递给表示层，表示层加上自己的报头传递给会话层，以后各层依次加自己的报头直至数据链路层。在物理层将数据和个层控制信息传递给系统B的物理层，系统B的各层解释并执行相应层次控制信息的内容,逐层去掉报头直至应用层。当用户用自己的电子邮件应用程序访问系统B时，就可以收到系统A发来的内容。

五、ISO/OSI参考模型的进一步解释 ISO/OSI参考模型是一个逻辑结构，它并没有对计算机设备或网络作出具体定义，它只是对层次的划分和各层协议实现的功能作出一些原则性的说明，它力图将各异的网络体系结构统一起来，只要遵守OSI的协议标准，该系统就是开放的，就可以与其他开放系统互联，这正是“开放”“参考”的含义。可以把它理解为国际标准化组织的一个倡议。

五、ISO/OSI参考模型的进一步解释 由于ISO/OSI参考模型的制定晚于其他的网络体系结构，所以要兼顾各种网络体系结构，造成大而全，其层次和协议的复杂性都要高于其他体系结构。以至于成熟的产品推出迟缓，这影响了其市场占有率。

五、ISO/OSI参考模型的进一步解释 ISO/OSI参考模型在许多方面还不尽人意，还存在许多争论。如分层问题，七层结构中，有的层次任务太重（如网络层和数据链路层），而有的层次没有多少实质内容（如会话层、表示层），英国向ISO提出的建议只有五层。在异构网互联、层次间的通信关系、网络管理等方面，都有不完善的地方，其技术落后于TCP/IP。

五、ISO/OSI参考模型的进一步解释 TCP/IP是推出较早的互联网协议，开始时设计的就比较完善，在实践中又进行了不断的改进，现在世界各计算机软、硬件厂商的产品，都支持TCP/IP协议。TCP/IP已成为事实上的标准。

六、局域网参考模型和网络协议 传统局域网与其他网络不同之处在于： 1、传输介质共享。 1、层次结构 传统局域网与其他网络不同之处在于： 1、传输介质共享。 2、多采用总线结构和环形结构，任意两点间有唯一通路，没有路由选择问题。

六、局域网参考模型和网络协议 美国电气电子工程师协会（IEEE）、欧洲计算机制造商协会（ECMA）等都从事局域网标准化研究，其中IEEE影响最大，它于80年2月成立了一个专门委员会，专门从事局域网标准化的研究，并形成了802系列标准，被接受为国际标准。

六、局域网参考模型和网络协议 为尽可能与OSI /RM一致，同时考虑局域网的工作特点，IEEE将局域网结构分为三层。即：物理层、介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层，与OSI的对应关系如图所示。

六、局域网参考模型和网络协议

六、局域网参考模型和网络协议 2、各层的作用如下： 物理层：主要规定接口机械特性、电气特性、功能特性、规程特性，但具体细节问题与传输介质有关。例如 细同轴电缆采用BNC、T形头连接。 粗同轴电缆，AUI/DIX接口 双绞线采用RJ-45接头。

六、局域网参考模型和网络协议 对总线网，采用广播式的传送信号方式，用竞争式的介质访问策略。 MAC子层 用于规定介质访问控制方式，数据帧的格式，成帧、拆帧，差错校验。与网络拓扑结构及有关。主要内容为介质访问控制、信道资源分配。 例如： 对总线网，采用广播式的传送信号方式，用竞争式的介质访问策略。 对环形网络，采用顺序传递的信号传送方式，用论询式的介质访问策略。

六、局域网参考模型和网络协议 LLC子层 用于规定信道的建立、维护、拆除，流量控制等。与物理介质，拓扑结构无关。 规定本层为上层提供的服务以及与MCA子层的服务要求