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1、第三章 计算机网络体系结构 第一节第一节 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念 教学目标教学目标 掌握网络协议的作用、构成和分层实现思想掌握网络协议的作用、构成和分层实现思想 掌握计算机网络体系结构的概念掌握计算机网络体系结构的概念 了解分层体系结构中的数据传输了解分层体系结构中的数据传输 重点重点/难点难点 网络协议和网络体系结构网络协议和网络体系结构第三章 计算机网络体系结构 问题的提出问题的提出 为了减少计算机网络的复杂程度，按照结构化设计方法，计算为了减少计算机网络的复杂程度，按照结构化设计方法，计算机网络将其功能划分为若干个层次，较高层次建立在较低层次的机网络将其功能划分为若
2、干个层次，较高层次建立在较低层次的基础上，并为其更高层次提供必要的服务功能。网络中的每一层基础上，并为其更高层次提供必要的服务功能。网络中的每一层都起到隔离作用，使得低层功能具体实现方法的变更不会影响到都起到隔离作用，使得低层功能具体实现方法的变更不会影响到高一层所执行的功能。高一层所执行的功能。第三章 计算机网络体系结构 一、网络协议网络协议 网络协议是指为进行计算机网络中的数据交换而建立网络协议是指为进行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。的规则、标准或约定的集合。 它由三部分组成：语法、语义和同步（定时）。它由三部分组成：语法、语义和同步（定时）。 协议的语法（如何讲）
3、问题。协议的语法（如何讲）问题。 协议的语义（讲什么）问题。协议的语义（讲什么）问题。 协议的语序（讲话次序）问题协议的语序（讲话次序）问题第三章 计算机网络体系结构 二、网络的分层结构网络的分层结构 将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后“分而治分而治之之”，这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。对于计算，这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。对于计算机网络系统这样一个十分复杂的系统，分层是系统分解的最好方机网络系统这样一个十分复杂的系统，分层是系统分解的最好方法之一。法之一。 （以寄信为例，通过下图说明）（以寄信为例，通过下
4、图说明）第三章 计算机网络体系结构通信者活动邮局服务业务邮局转送业务运输部门的邮件运输业务通信者活动邮局服务业务邮局转送业务书写信件，贴邮票，送邮箱收集信件，盖邮戳，信件分拆信件打包，送运输部门阅读信件信件投递，信件分拆邮件拆包，分发邮件接收邮包，转送邮局路由选择，运输发信者收信者第三章 计算机网络体系结构1、网络层次结构的特点、网络层次结构的特点（1 1）除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间）除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。进行的都是虚通信。（2 2）对等层的虚通信必须遵循该层的协议。）对等层的虚通信必须遵循该层的协议。（3 3）n n层
5、的虚通信是通过层的虚通信是通过n/n-1n/n-1层间接口处层间接口处n-1n-1层提供的服务以及层提供的服务以及n-1n-1层的通信（通常也是虚通信）来实现的。层的通信（通常也是虚通信）来实现的。第三章 计算机网络体系结构2、网络层次结构中的协议、网络层次结构中的协议(1) (1) 不同主机同一层次（对等层）实体之间进行的通信。遵守的不同主机同一层次（对等层）实体之间进行的通信。遵守的是是“同层协议同层协议”。(2) (2) 同一主机相邻层的实体之间进行的通信。遵守的是同一主机相邻层的实体之间进行的通信。遵守的是“接口协接口协议议”。第三章 计算机网络体系结构3、网络层次结构的优点、网络层次
6、结构的优点 (1) (1) 各层的功能明确，并且相互独立。各层的功能明确，并且相互独立。 (2) (2) 易于实现和维护。易于实现和维护。 (3) (3) 易于实现标准化。易于实现标准化。第三章 计算机网络体系结构4、络层次结构的划分原则、络层次结构的划分原则 (1) (1) 每层具有特定的功能，相似的功能尽量集中在同一层。每层具有特定的功能，相似的功能尽量集中在同一层。 (2) (2) 各层相对独立，某一层的内部变化不能影响另一层，低层各层相对独立，某一层的内部变化不能影响另一层，低层对高层提供的服务与低层如何完成无关。对高层提供的服务与低层如何完成无关。 (3) (3) 相邻层之间的接口必
7、须清晰，跨越接口的信息量应尽可能相邻层之间的接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少，以利于标准化。少，以利于标准化。 (4) (4) 层数应适中。层数应适中。第三章 计算机网络体系结构 三、网络的体系结构网络的体系结构 所谓网络体系就是为了完成主机之间的通信，把网络结构划分为所谓网络体系就是为了完成主机之间的通信，把网络结构划分为有明确功能的层次，并规定了同层次虚通信的协议及相邻层之间有明确功能的层次，并规定了同层次虚通信的协议及相邻层之间的接口及服务。的接口及服务。第三章 计算机网络体系结构 第二节第二节 OSI参考模型参考模型 教学目标教学目标 理解理解OSI参考模型中七个层次的关系和工
8、作原理参考模型中七个层次的关系和工作原理 掌握低三层的基本概念和主要功能掌握低三层的基本概念和主要功能重点重点/ /难点难点 低三层的基本概念和主要功能低三层的基本概念和主要功能第三章 计算机网络体系结构 一、OSI参考模型简介参考模型简介、OSIOSI（Open System InterconnectionOpen System Interconnection）参考模型：开放式系）参考模型：开放式系统互联。统互联。 “开放开放”：表示任何两个遵守：表示任何两个遵守OSIOSI标准的系统可以互连标准的系统可以互连 “系统系统”：指计算机、终端或外部设备等：指计算机、终端或外部设备等 1 1、O
9、SIOSI参考模型的结构参考模型的结构ISOISO参考模型由参考模型由ISOISO组织提出，目的是实现异种机互连。组织提出，目的是实现异种机互连。OSIOSI参考模型是七层结构（物理层、数据链路层、网络层参考模型是七层结构（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层），提供了从抽象的、传输层、会话层、表示层和应用层），提供了从抽象的应用层到具体的物理层的层结构视图。（如下图）应用层到具体的物理层的层结构视图。（如下图）第三章 计算机网络体系结构第三章 计算机网络体系结构2、OSI参考模型中的数据传输过程参考模型中的数据传输过程在在OSIOSI参考模型中，不同主机对等层之间按相应
10、协议进行通信，同参考模型中，不同主机对等层之间按相应协议进行通信，同一主机不同层之间通过接口进行通信。除了最低层的物理层是通一主机不同层之间通过接口进行通信。除了最低层的物理层是通过传输介质进行物理数据传输外，其他对等层之间的通信均为逻过传输介质进行物理数据传输外，其他对等层之间的通信均为逻辑通信。在这个模型中，每一层将上层传递过来的通信数据加上辑通信。在这个模型中，每一层将上层传递过来的通信数据加上若干控制位后再传递给下一层，最终由物理层传递到对方物理层若干控制位后再传递给下一层，最终由物理层传递到对方物理层，再逐级上传，从而实现对等层之间的逻辑通信。（如下图所示，再逐级上传，从而实现对等层
11、之间的逻辑通信。（如下图所示） 完整的完整的OSI数据传递与流动过程数据传递与流动过程第三章 计算机网络体系结构 3、OSI参考模型各层的功能简介能 (1) (1) 物理层物理层(Physical Layer) 物理层的作用是通过传输介质发送和接收二进制比特流，物理层的作用是通过传输介质发送和接收二进制比特流，实现实现比特流的透明传输。比特流的透明传输。(2) (2) 数据链路层数据链路层(Data Link Layer) 该层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可该层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路转换成对网络层来说无差错的数据链路。靠的物理链路转换
12、成对网络层来说无差错的数据链路。 数据链路层传送的协议数据单元（数据链路层传送的协议数据单元（PDU)PDU)称为数据帧。数据帧中称为数据帧。数据帧中包含物理地址（又称包含物理地址（又称MACMAC地址）、控制码、数据及校验码等信地址）、控制码、数据及校验码等信息。息。第三章 计算机网络体系结构(3) (3) 网络层网络层(Network Layer)该层的主要作用是解决如何使数据包通过各结点传送的问题，即该层的主要作用是解决如何使数据包通过各结点传送的问题，即通过路径选择算法（路由）将数据包送到目的地通过路径选择算法（路由）将数据包送到目的地网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数据单元称为
13、数据包网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数据单元称为数据包或分组。或分组。第三章 计算机网络体系结构(4) (4) 传输层传输层(Transport Layer)传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。包括处理差错控制和流量控制等问题。传输层传送的协议数据单元称为段或报文。传输层传送的协议数据单元称为段或报文。(5) (5) 会话层会话层(Session Layer)会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进程之间的通
14、信（对话），对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。会话层即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。会话层得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念。例如，一个交得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念。例如，一个交互的用户会话以登录到计算机开始，以注销结束。互的用户会话以登录到计算机开始，以注销结束。第三章 计算机网络体系结构(6) (6) 表示层表示层(Presentation Layer)表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题，表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题，以保证一个系以保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。如果必要，该统应用层发出的信息可被
15、另一系统的应用层读出。如果必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据表示层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据表示格式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也格式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。是表示层可提供的转换功能之一。(7) (7) 应用层应用层(Application Layer)应用层是应用层是OSIOSI参考模型的最高层，是参考模型的最高层，是用户与网络的接口用户与网络的接口。该层通过。该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求，如文件传输、收发电子邮应用程序来完成网络用户的应用需求，如文件
16、传输、收发电子邮件等。件等。第三章 计算机网络体系结构 二、物理层物理层物理层接口协议实际上是物理层接口协议实际上是DTEDTE（数据终端设备）和（数据终端设备）和DCEDCE（数据通信（数据通信设备）或其它通信设备之间的一组约定，主要解决网络结点与物设备）或其它通信设备之间的一组约定，主要解决网络结点与物理信道如何连接的问题。理信道如何连接的问题。物理层协议规定了标准接口的机械、电气、功能和规程特性物理层协议规定了标准接口的机械、电气、功能和规程特性 第三章 计算机网络体系结构物理层的网络连接设备物理层的网络连接设备(1) (1) 中继器中继器 功能：对衰减的信号进行再生和放大。功能：对衰减的信号进行再生和放大。 特点特点 优点：安装简单，使用方便，价格相对低廉优点：安装简单，使用方便，价格相对低廉 缺点：在使用中继器连接多个网段时，可能会因为中继器不过缺点：在使用中继器连接多个网段时，可能会因为中继器不过滤任何通过的数据而遇到一些性能上的问题。滤任何通过的数据而遇到一些性能上的问题。第三章 计算机网络体系结构(2) 集线器（集线器（HUB） 功能：信号再生与放大，也称为功能：信号再
