1、第二讲 协议与体系结构,计算机网络协议与分层 计算机网络的原理体系结构 TCP/IP的体系结构 OSI的体系结构,计算机网络协议与分层,协议与分层的必要性 通信协议代表着标准化，规定了计算机信息交换中消息格式和意义的协定，是通信双方都必须遵循的一系列规则。 为了为了简化网络设计的复杂性，通信协议采用分层的结构，各层协议之间既相互独立又相互高效地协调工作。,网络体系结构的基本概念,1 体系结构的概念 体系结构包括三类相关的结构，即物理结构、逻辑结构和软件结构 物理结构：完成一定功能的物理部件。如IC、计算机部件、计算机或由计算机组成的系统 逻辑结构：完成信息处理的基本操作。如计算机OS、终端模块
2、、通信程序模块等 软件结构：由数据处理、进程访问、硬件故障诊断、数据发送、通道控制等相关的程序组成 体系结构实例：IBM的SNA(Systems Network Architecture)，DEC的DNA(Digital Network Architecture)，美国国防部的TCP/IP网络结构等 不同体系结构的计算机系统互不兼容，难以互连。因此，ISO于1977年系统互连标准的建议，即著名的“开放系统互连参考模型”,网络体系结构的基本概念,2 网络协议的概念 协议是用来描述进程之间信息交换过程的术语，是通信双方为了实现通信所进行的约定或对话规则 协议由语义、语法和定时三部分组成 语义：规定
3、通信双方彼此“讲什么”，即确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出什么控制信号，执行的动作和返回的应答 语法： 规定通信双方彼此“如何讲”，即确定协议元素的格式，如数据和控制信息的格式 定时关系：规定事件执行的顺序，即确定通信过程中通信状态的变化,图1-4 多层通信示例：中德教师之间的讨论,采用层次体系结构的优点,各层之间是独立的。不管下层如何实现，只关心接口提供的服务，各层功能相对独立，复杂度降低 灵活性好。适应技术变化 结构上可分割开。各层可采用最佳技术实现 易于实现和维护。功能分解 能促进标准化工作。各层功能和服务进行了精确的说明,计算机网络协议与分层,本课堂采用的模型,计算机网络协议与
4、分层,分层软件的工作原理 整套通信协议的实现称为栈。数据从发送方向下通过协议栈的每一层，又从接收方向上通过协议栈的每一层。每一层在把数据传送到低一层之前在数据前面附加一些控制信息，称为协议头部，接收方收到数据之后先分析相应头部的信息，然后卸掉头部提交上一层。,图示,计算机网络协议与分层,对等实体之间的通信都是遵守同层协议进行的，只存在一层是物理通信，其余各层之间的通信都是虚拟通信。 层间通信即相邻层实体之间进行的通信是遵循层间协议（接口）进行的。 分层原理：在目标计算机上的第N层软件必须恰好接收由在发送计算机上的第N层软件所发送的数据。,网络体系结构的几个基本概念：,协议：为进行网络中的数据交
5、换（通信）而建立的规则、标准或约定。 实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程，每一层中的活跃元素。 对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实体。 协议作用在对等实体之间。 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的原语操作及上层对下层的服务。 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。 网络体系结构：计算机网络的层次及其协议的集合， 是对网络及其组成部分的功能的精确定义。 协议栈：某一系统内的各层协议集。,多层通信的实质： 对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务 实际通信在最底层完成,图1-5 多层通信的实质,图1-6 通信过程中的数据流变化示例,与接口和服
6、务相关的名词：,服务提供者和服务用户：N层向N+1层提供服务，N层实体称为服务提供者；N+1层实体为服务用户 服务访问点（SAP）：接口上相邻两层实体交换信息之处 接口数据单元（IDU）：相邻两层实体之间交换的信息单元 接口控制信息（ICI）：相邻两层实体之间交换信息时的控制信息 服务数据单元（SDU）：来自上一层，需要在本层与对等实体交换的信息 协议数据单元（PDU）：对等实体之间交换的信息单元 协议控制信息（PCI）：对等实体之间交换信息时的控制信息,图1-7 相邻两层接口上的数据交换,面向连接服务与无连接服务,服务原语：服务用户（N+1实体）与服务提供者（N实体）之间进行交互时，所交换的
7、必要信息，用以通知服务用户采取某种行动，或向服务用户报告其服务提供者的对等实体以 采取的行动。,Request 请求 源（N+1）实体 源（N）实体 Indication 指示 目的（N）实体 目的（N+1）实体 Response 响应 目的（N+1）实体 目的（N）实体 Confirm 证实 源（N）实体 源（N+1）实体,四种服务原语：,图1-8 服务原语之间的关系,一个简单的面向连接服务示例,电话系统工作示例,图1-11 三个参考模型,图1-12 B-ISDN参考模型,（1）立体参考模型 （2）三个平面： 用户面：传送用户信息 控制面：连接管理（传送信令信息） 管理面：资源管理、层间协调
8、 （3）三个层次 物理层：分两个子层物理媒体子层（PMD）：在物理媒体上发送/接收位流传输会聚子层（TC）：信元流与位流的转换ATM层： 信元的复用与交换功能ATM适配层（AAL）：分两个子层分段重装子层（SAR）：用户数据信元中的净荷会聚子层（CS）：为高层提供标准接口，屏蔽ATM层 高层：未作定义,计算机网络协议与分层,TCP/IP的四层模型,ISO/OSI参考模型,ISO/OSI七层协议,接收信息的进程,发送信息的进程,图2-1 七层参考模型,数据流的物理传输,ISO/OSI参考模型,ISO/OSI七层协议,表2-1 OSI 各层功能,计算机网络协议与分层,OSI七层参考模型,图1-9 OSI参考模型,各层功能,计算机网络协议与分层,OSI七层模型与TCP/IP四层模型的比较 OSI引入了服务、接口、协议、分层的概念 OSI先有模型，后有协议，TCP/IP则相反 OSI先有标准后实践，TCP/IP则相反 OSI 花了很长时间的标准化，而同时TCP/IP已经被广泛使用 OSI 太复杂，TCP/IP简单却并不全面 要替代TCP/IP很难,
