1、第一章 概论(2),第二讲 网络层次体系结构,上讲小结（快速提问1）,上讲的重点是什么？,上讲要点复习（快速提问2）,简述网络的定义 简述网络的主要功能 什么是Internet？internet? 电路交换的特点、优缺点 什么是存储交换 分组交换的思想，优缺点 网络的逻辑构成 网络的主要分类：LAN,WAN,本讲预习情况（快速提问2）,日常生活中“层次结构”举例 网络五层体系结构含哪五层 什么是协议,第二讲 计算机网络体系结构（1.7）,学习、分析网络的重要基础 所以是重点开始学习时比较抽象 所以是难点,本节是课程的重点和难点之一,教材相关目录,1.7 计算机网络的体系结构1.7.1 计算机网
2、络体系结构的形成1.7.2 协议与划分层次1.7.3 具有五层协议的体系结构1.7.4 实体、协议、服务和服务访问点1.7.5 TCP/IP 的体系结构,第二讲 计算机网络体系结构（1.7）,1. 网络划分层次的必要性(1.7.1 ) 2. 五层的网络体系结构(1.7.3 ) 3. 网络层次体系结构的有关术语(1.7.4 ) 4. TCP/IP的体系结构 （自学1.7.5 ）,讲课内容安排,1. 网络划分层次的必要性(1.5.2 ),解决复杂问题的重要方法之一：系统方法 将复杂系统分解为多个简单、独立的小问题（子系统），分而治之 每个子系统完成一项具体任务，易于研究和处理 分而治之的二类方法：
3、 模块化：软件的模块化 层次化：各个局部问题是单向层次关系例，生产汽车：汽车厂买轮胎，轮胎厂买橡胶， 下层（轮胎厂）为上层（汽车厂）提供服务 上层的工作建立在下层工作的基础之上， 上层利用（调用）下层，实现新的功能。,层次化的方法,1. 网络划分层次的必要性(1.5.2 ),例1，酒店如何提供服务： 种菜、养猪、杀猪、 ？ 实际情况 厨师买火腿 火腿厂买猪 猪场养猪 ,层次结构实例,下层为上层服务上层调用下层，为最终用户提供更好的服务,1. 网络划分层次的必要性(1.5.2 ),硬件及其语言（实际机器） 操作系统（第一层虚拟机器） 高级语言/DBMS （第二层虚拟机器） 应用程序（第三层虚拟机
4、器）,例2 计算机系统的层次化,Question,give some examples of hiberarchy structure .,1. 网络划分层次的必要性(1.5.2 ),例3 邮局系统的层次结构,分层的特点,低层：先实现简单的功能 高层：调用低层的功能，增加新的功能， 逐层加强，获得更好的功能和效率 优点举例 简单性：每一层都完成一个独立功能， 简化系统的分析、实现。 透明性：高层不必关心低层内部的实现细节 灵活性：每层提供标准的接口，当修改低层的 实现方法时，不必修改其它层， 易于维护和扩充 。,计算机网络是复杂的系统，也采用层次体系结构,1969：ARPAnet，采用了分层的
5、思想： ARM (ARPAnet Reference Model) 1973：TCP/IP参考模型 美国国防部，四层（由ARM发展而来）： 应用层、传输层、网际层和网络接口层 1974：SNA（System Network Architecture,IBM) 七层：端点用户、网络可寻址部件服务、数据流控制、 传送控制、通信控制、数据链路、物理 1975：DNA (Digital Network Architecture，DEC) 五层：应用、网络服务、转送、数据链路控制、物理 1983： ISO OSI /RM （Open System Interconnection / Reference
6、Model) 七层： 应用、表示、会话、传输、网络、数据链路和物理,网络体系结构的形成(1.5.1),第二讲 计算机网络体系结构（1.7）,1.网络划分层次的必要性(1.7.1 ) 2.五层的网络体系结构 (1.7.3 ) 3.网络层次体系结构的有关术语(1.7.4 ) 4. TCP/IP的体系结构 （自学1.7.5 ）,讲课内容安排,2. 五层的网络体系结构(1.5.3 ,p27),五层模型： 结合TCP/IP和OSI/RM的优点,2. 五层的网络体系结构 ,p27,介质：传送信号的物理通路 信道：传输介质及二端的数据通信设备 DCE：数据通信设备，如MoDem，收发器 比较，DTE：数据终
7、端设备（即：入网设备）,信道,计算机DTE,DCE,传输介质,DCE,计算机DTE,2.1 物理层（PHL：Physical Layer）,2. 五层的网络体系结构 ,p27,目的：不同厂家的的入网设备与不同信道可以方便地连接（提供信道对计算机系统的独立性) 物理层协议（又称为物理层标准）： 入网设备DTE与通信子网的信道的DCE的连接标准 （注：物理层协议不是信道的标准）,物理层,五层原理性体系结构物理层,上层看到的模型（简化的示意图）,标准化,标准化,2. 五层的网络体系结构 ,p27,物理层标准包括： 机械特性、电气特性、功能特性、规程特性 例，RS 232： 机械特性：25针，针距，
8、电气特性：用515V表示1，-15-5V表示0 功能特性：如2号针的作用：发送数据 规程特性：各个信号的时序关系 如，DTE发送前，将p4ON，DCE将P5ON，DTE将数据送P2,物理层标准的四个特性,2. 五层的网络体系结构 ,p27,问题之一：发收双方如何知道一次数据传输的结束 数据链路层：定义起止标志等控制信息，封装成帧 帧：一次传输的数据 问题之一：出错了怎么处理？ 数据链路层：无差错接受： 凡是接收端提交给用户的帧都没有传输差错 发送前，计算校验码 发送时，同时发送校验码 接收时，按同样规则计算校验码 如果出错，则丢弃，否则提交。 数据链路层在可能出差错的链路上实现相邻二点之间“无
9、差错接受”的通信，为上层用户提供一条可控制的逻辑链路。,2.2 数据链路层（data link layer）,五层的网络体系结构 ,p27,实通信：实际的数据传送过程,物理层,链路层,物理层,链路层,信 道,上层用户,上层用户,二层网络的实通信,组帧,解帧,用户数据,数据链路层 看到的 逻辑信道,五层原理性体系结构数据链路层,链路层接口,链路层接口,逻辑信 道,通信程序,通信程序,上层看到的模型（简化的示意图）,无差错接受,2. 五层的网络体系结构 ,p27,问题之一：二台主机不直接相连，如何通信,网络层作用：实现不相邻的二台计算机的通信主要功能之一：路由选择（确定数据传送的路径）,2.3 网
10、络层(network layer),2. 五层的网络体系结构 ,p27,路由器R1根据目的地址E选择经过R2到E的路径， (相邻二点之间的通信交给数据链路层完成）,路由器R2根据目的地址E选择经过R4到E的路径,路由器R4根据目的地址E选择到计算机E的路径,网络层,2. 五层的网络体系结构 ,p27,实通信：数据实际传输的过程,三层网络的实通信,五层原理性体系结构网络层,上层看到的模型（简化的示意图）,不相邻站点间通信,高层将下面各层看作一个逻辑信道：“逻辑信道”可以把数据送到目的主机，不必知道是如何送到的。,2. 五层的网络体系结构 ,p27,可靠通信： 按原序送达、每位不错、不丢、不重复
11、问题： 接收方运行多个程序，数据传给哪个程序？ 网络传输出错(不可避免)，怎么办？ 传输层的主要作用（功能）： 实现不同主机上两个进程之间的通信（进程寻址） 实现可靠通信 发送方，计算校验码，发送时，同时发送校验码 接收方，按同样规则计算校验码 如果出错，则请发送方重传，否则提交,2.4 传输层(transport layer),五层原理性体系结构传输层,上层看到的模型（简化的示意图）,进程间可靠通信,高层将下面各层看作一个逻辑信道：逻辑信道能把数据可靠地传送到目的主机上的进程不必知道是如何做到可靠传输的。,2. 五层的网络体系结构 ,p27,四层网络的实通信,2. 五层的网络体系结构 ,p2
12、7,注意： 只在端系统中有传输层 网络交换设备中不需要传输层。,2. 五层的网络体系结构 ,p27,应用程序传输数据需要对网络编程，为了简化这些应用程序的设计，应用层提供一组服务，每种服务提供一种网络应用，如电子邮件、WWW浏览、文件传送、远程登录等,2.5 应用层(application layer),五层原理性体系结构应用层,逻辑信 道,上层看到的模型（简化的示意图）,应用程序间通信,应用层接口,应用程序,Q1,Q2, Qn,应用程序,应用层接口,高层将下面各层看作一个逻辑信道 如，email用户将下面各层看作看作一个邮件传输的逻辑信道,思考题,请同学自行分析五层网络实通信的过程,2. 五
13、层的网络体系结构 ,p27,五层功能小结,2. 五层的网络体系结构 ,p27,低层：先实现简单的通信 高层：调用低层的功能，增加新的功能，获得更好的通信，得到更好的逻辑信道 高层将下面各层看作一个虚拟的信道，在此基础上实现性能更好的通信 逐层加强，实现二个应用程序间高效、可靠通信,小结：分层的思想,2. 计算机网络的五层原理性体系结构,下层为上层提供“透明”的服务 “透明”的含义： 某一个实际存在的事物看起来却好像不存在。 例如： 物理层透明地传送比特流： 数据链路层不必了解信号编码和通信技术(见第二章)，任意组合的比特流都可以在链路上传送。 数据链路层的透明传输数据帧： 网络层不必了解数据链
14、路层采取了什么措施实现透明传输，什么样的比特组合都能够在链路上可靠传送。 应用层透明地传送报文： 应用程序看不见应用层以下的数据通信的细节。,小结：分层的特点透明性,2. 计算机网络的五层原理性体系结构,透明性：高层不必关心低层的内部的实现细节 第n层屏蔽了以下各层 第n1层只需看到第n层提供的服务 （只要考虑如何使用第n层） 将通信的复杂性与用户隔离,小结：分层的特点透明性（续）,分层的优点,单向性: 下层不能调用上层。（区别，模块化：可以双向调用） 简单性： 每一层完成一个独立功能，简化网络的分析、设计、实现、测试和维护。有利于从整体上清晰地认识、理解复杂的网络。 独立性： 各层是独立的，
15、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： 结构上可分割开，每层提供标准的接口，修改低层的算法，只要接口不变，不必修改其它层，易于实现、维护和扩充 。 促进标准化： 对每一层的功能都做精确的说明，所以标准化程度高。,小结：分层的特点 p26,第二讲 计算机网络体系结构（1.7）,1.网络划分层次的必要性(1.7.1 ) 2.五层的网络体系结构(1.7.3 ) 3.网络层次体系结构的有关术语(1.7.4 ) 4. TCP/IP的体系结构 （自学1.7.5 ）,讲课内容安排,3. 网络层次体系结构的有关术语(1.5.4 ),目前常用的是
16、TCP/IP参考模型 本课程的有些术语来自： ISO OSI /RM,3. 网络层次体系结构的有关术语,实系统：一个能执行信息处理或传送的自治整体 如：主机、交换机 通信实体(简称实体entity)： 实系统的某层中，可以收、发数据的硬件或软件进程。 对等实体：位于二个实系统中的、同一层的、在一个通信任务中的对应的二个通信实体。,3. 网络层次体系结构的有关术语-协议,计算机网络协议(Network Protocol) ，简称协议。 请理解实际意义： 位于二个系统中的、同一层的、在一个通信任务中相互通信的二个实体（软件或硬件）共同遵守的规则 例 网络层对等实体：IP协议 传输层可靠通信的对等实
17、体：TCP协议,协议(protocol) （重点）,3. 网络层次体系结构的有关术语PDU,PDU：二个对等实体之间一次传送的数据单元。 例：用户传输一个长文件 用户：是一个PDU 网络层：将其分为多个分组，即：多个PDU。 类比1：运输 用户运输1000吨煤，对用户，这是一个PDU 运输公司，200车运完，一车是一个PDU。 类比2：邮政 门市部的PDU是一封信 分拣局的PDU是一袋信 车队的PDU是一个邮包,协议数据单元PDU (Protocol Data Unit),3. 网络层次体系结构的有关术语PDU,(信+信封)邮袋)+邮包,门市部,运输科,分拣局,门市部,运输科,分拣局,信信封,
18、(信+信封)+邮袋,株洲,北京,信,邮局系统层次结构的“协议数据单元”,各层PDU的名称,报文： 应用层的PDU 报文段： 传输层的PDU 分组： 网络层的PDU(也称为“包/数据报”) 帧： 数据链路层的PDU 比特流： 物理层的PDU,3. 网络层次体系结构的有关术语,类似：信信纸（内容）信封（控制信息）,PDU的一般格式,3. 网络层次体系结构的有关术语,PDU data PCI Data：用户数据(为上层用户传送的数据) PCI：协议控制信息 接收方地址、校验码、数据长度等如，数据链路层的PDU格式：PCI 分为二部分：帧头、帧尾,PDU的一般格式,其它个层的PDU（PCI又称为包头、
19、报文头）：,3. 网络层次体系结构的有关术语,PCI,Data,PCI,传输层交来的报文段,L:分组总长度 SA:源站IP地址 DA:目的站IP地址 ,例：IP中的PDU格式,发送过程,虚通信：,实通信：,虚通信、协议数据单元、实通信,协议三个要素 ，p25,语法Syntax： 所交换的数据与控制信息的结构； 即：协议数据单元的格式 语义Semantics：语法各成分的含义 需要发出何种控制信息， 完成何种动作 做出何种响应，等； 同步/时序/定时Timing：事件的实现顺序 物理层：各信号间的关系 其它层：各帧、分组间的关系，速度匹配，排序 (学习具体协议后加深理解),3. 网络层次体系结构
20、的有关术语服务,服务：本层提供的、上层用户所看到的功能 协议：本层为提供服务的实现规则 （上层用户看不见本层的协议） 如， 网络层提供的服务：源主机到目标主机的通信。 网络层协议：如何转发数据等规则,服务与协议,网络层接口,网络层接口,逻辑信 道,上层用户,上层用户,服务：不相邻站点间通信,网络层,网络层,协议：IP转发规则,服务,(N)服务:第n层实体提供给第n+1层的服务； 服务提供者：提供服务的实体，第n层实体。 服务用户：接收服务的实体，第n+1层实体。,服务,一层可以向上层提供多种服务 如，传输层提供： 可靠的通信服务，TCP协议 不保证可靠的通信服务，UDP协议 服务数据单元SDU
21、 (Service Data Unit)： 服务提供者为服务用户服务一次所交换的数据。,3. 网络层次体系结构的有关术语接口（Interface）,邮政的挂号信 协议：发信人与收信人之间的规则（信的书写规则） 源邮局与目的邮局间的规则（信袋的规则） 接口：客户与邮局之间的规则（挂号单） 邮局与车队之间的规则 网络体系结构中二层之间的接口： 同一实系统中相邻两层实体交互所遵循的规则 是相邻二层的界面，低层通过接口向高层提供服务； 区别： 协议(“水平的”规则)： 不同实系统中两个对等实体通信时所遵守的规则 接口(“垂直的”规则)： 同一实系统中相邻两层实体交互的规则 只要接口不变，各层服务的实现
22、方法不影响上层的工作。,接口的描述,服务访问点SAP： 解决如何标识服务用户 服务原语： 解决服务用户与服务提供者如何交互 接口数据单元IDU(Interface Data Unit)： 上下层一次服务所交换的数据,接口示意图,3. 网络层次体系结构的有关术语SAP,服务提供者可以同时为多个用户服务，如何标识？如，银行：二种服务，五个窗口（五个服务访问点） 储蓄：四个窗口 转帐：一个窗口 计算机网络： 同一系统相邻两层实体进行交互的地方，称为服务访问点 TCP协议把服务访问点称为端口(port)SAP是一个软件结构：缓冲器控制量 从服务用户角度：一个SAP标识一个服务提供者 从服务提供者角度：
23、一个SAP标识一个服务用户 SAP的作用： 相邻两层实体通过SAP进行交互,服务访问点SAP (Service Access Point),局域网链路层的SAP,逻辑链路层LLC 提供多个SAP,介质访问控制层MAC 只提供一个SAP,SAP的识别,每个SAP有唯一的识别号（地址）； 区别： 操作系统的进程号： 进程生存期间始终存在且不变 用户申请服务后，SAP号标识该进程 不同时刻标识不同进程 独立于操作系统,3. 网络层次体系结构的有关术语-服务原语,如何在SAP进行交互？ 服务原语：服务用户与服务提供者之间的交互用语 形式：类似于库函数、系统调用 调用函数：sin(x)，max(a,b,
24、c) 原语的一般格式：原语名.原语类型(参数表) 例：传输层用户向网络层提供者请求发送数据： N_data.req(DA,SA,INFO_Address, LEN, ) 注：每层的每种服务均有各自的服务原语每条服务原语表示一种操作 （一组操作构成一种服务）。,服务原语(Service primitive),例： OSI/RM中传输层/网络层接口的服务原语,面向连接的服务，考虑传输层和网络之间的四种原语： 请求：N_data.req(DA,SA,INFO_A, LEN, ) 源站传输层用户向网络层提供者请求发送数据 指示：N_data.ind(SA,INFO_A, LEN, ) 目标站网络层提供
25、者告诉传输层用户数据到达 响应：N_data.resp(type, ) 目标站传输层用户告诉网络层提供者已收到数据 确认：N_data.conf( ) 源站网络层提供者向传输层用户报告服务已完成,用术语再描述网络层次体系结构,网络体系结构： 网络的分层结构、各层协议和层间接口的集合。 具有相同体系结构的网络之间可以直接互联。在文献中也称为“协议栈”(protocol stack)。 (几个层次画在一起很像一个栈stack)。,计算机网络体系结构及其实现,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。 是计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。 实现(
26、implementation)：在遵循体系结构的前提下用某种硬件或软件完成这些功能。 体系结构是抽象的，实现是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。 体系结构仅仅定义了网络及各部分通过协议应完成的功能；不定义协议的实现细节和各层协议之间的接口关系。,第二讲 计算机网络体系结构（1.7）,1.网络划分层次的必要性(1.7.1 ) 2. 五层的网络体系结构(1.7.3 ) 3.网络层次体系结构的有关术语(1.7.4 ) 4. TCP/IP的体系结构 （自学1.7.5 ）,讲课内容安排,4. TCP/IP 和OSI体系结构（ 1.7.5 ）,1970 美国国防部研究不同网络的互联TCP/IP 的目
27、的：各种网络互联。 （1）一开始就考虑到多种异构网的互连问题。 （2）一开始就并重面向连接服务和无连接服务。 （3）有较好的网络管理功能。 TCP/IP是成为Internet的网络体系结构的核心。,TCP/IP层次体系结构起源,TCP/IP的四层体系结构,应用层 运输层 网际层 网络 接口层,主机A,主机B,路由器,网络 2,网络 1,应用层 运输层 网际层 网络 接口层,网际层 网络 接口层,4 3 2 1,4. TCP/IP 和OSI体系结构,网络接口层(通信子网层，subnetwork layer)： TCP/IP 的目的：各种网络互联 不是定义具体的网络，规定与各种通信子网的接口。 对
28、应于OSI协议的物理层、数据链路层及网络层的一部分。 网际层(网络层)：核心是IP协议。 给不同的通信子网提供一个统一的互连平台， 提供源点到目的点的 IP 包（不可靠）传送。 IP协议提供统一的IP数据包格式，以消除各通信子网的差异，为信息发送方和接收方提供透明通道。,TCP/IP的四个层次,TCP/IP的四个层次（续）,传输层( transport layer)： 提供进程寻址和可靠通信:端到端的数据传送 传输层有2个主要协议： 传输控制协议(TCP):提供可靠的通信服务 用户数据报协议(UDP) : 提供简单、快速、不保证可靠的通信服务。应用层(application layer): 提
29、供域名服务、远程登录、文件传输、电子邮件、web服务,TCP/IP的四个层次,各层次及主要相关协议,TCP/IP各层次及主要相关协议,4. TCP/IP 和OSI体系结构（自学1.5.6 ）,国际标准化组织ISO于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 1984年正式颁布开放系统互连参考模型OSI/RM（ ISO 7498 ） （OSI，open system interconnection） 为各厂商生产的各种计算机相互连接，提供全世界统一的网络体系结构国际标准 前面介绍的基本上是OSI/RM的术语,ISO OSI/RM参考模型,O
30、SI参考模型,OSI从三个层次描述了开放互连系统的结构 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。 OSI参考模型由7个层次组成： 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层,ISO OSI/RM参考模型,OSI的七层网络体系结构的,ISO OSI/RM参考模型示意图,应用层,运输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7 6 5 4 3 2 1,OSI 的体系结构,应用层,网络接口层,网际层 IP,(各种应用层协议
31、如 TELNET, FTP, SMTP 等),运输层(TCP 或 UDP),TCP/IP 的体系结构,TCP/IP和OSI体系结构的对应关系,OSI的七层体系结构，理论较完整。 不足：过于复杂、运行效率低、不实用， 层次划分不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。 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； 目前没有完全符合该标准的网络。,TCP/IP的四层体系结构，简单、实用， 已成为事实上的国际标准。本课程，综合OSI和TCP/IP的优点，用五层的原理性体系结构说明网络原理。,TCP/IP和OSI,本讲小结（下次课快速提问的问题）,重点 层次体系结构的
32、特点、 优点 计算机网络五层结构各层的名称和作用 协议 了解 什么是协议、协议三要素 什么是协议数据单元PDU？一般格式？ 实通信与虚通信的概念 协议、接口、服务的含义和区别？ TCP/IP体系结构层次划分,第一章 小结,三个要点 什么是计算机网络？什么是internet？ 网络体系结构和协议（重点一） 分组交换的思想和特点（重点二）,第一章思考题,计算机网络的定义、作用、主要功能 电路交换的特点、优缺点 什么是存储交换 报文交换的基本思路、优缺点 分组交换的基本思路、优缺点网络的逻辑构成 网络的主要指标 网络的分类、发展,为什么采用层次结构 （含义、作用、 优点） 层次体系结构举例 说明五层
33、结构各层的名称和作用 什么是协议、协议三要素 PDU的含义和一般格式 协议、接口、服务的含义和区别？ 实通信与虚通信 SAP、服务原语 TCP/IP体系结构层次划分,作业 p3335,重点 第2，14，17，18，19，22，24题 建议 第3，8，13，20题 希望通过习题，加深理解概念 本课程不做考前复习，考试大部分内容来自习题 部分题目教材有答案，希望： 明确学习目的，主动学习，独立思考 作业要写原理，计算依据和过程 作业要写学号,下讲内容（预习、思考题）,2.1|2.2 掌握 物理层的作用、四类特性 数据通信系统的模型 信息、数据和信号、模拟量与数字量 信道 模拟传输、基带传输 模拟通信、数据通信（基带通信、载波模拟通信） 和数字通信 了解 串行通信和并行通信、通信的双工性 基带调制、带通调制 振幅调制、频率调制、相位调制 脉冲编码调制技术 PCM 信道的极限信息传输速率,Have a rest ,
