计算机网络原理与应用 何小东 第3章 计算机网络体系结构

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1、第3章计算机网络体系结构3.1网络体系结构及协议计算机网络系统作为一种十分复杂的系统，如何从整体上描述计算机网络的实现框架，形成各方共同遵守的一致性参照标准，尽可能透明地为用户提供各种通信和资源共享服务，同时又能使不同厂商各自开发和生产的产品相互兼容，成为一个必须解决的核心问题。网络体系结构要解决的问题是如何构建网络的结构，以及如何根据网络结构来制定网络通信的规范和标准。计算机网络体系结构是分析、研究和实现当代计算机网络的基础，具有一般指导性的原则，也是贯穿计算机网络整个学科内容的一根主线。3.1.1问题的提出随着计算机网络技术的不断发展，计

2、算机网络的规模越来越大，各种应用不断增加，网络也因此变得更加复杂。面对复杂的计算机网络系统，如何分析、研究并将其实现，需要有解决复杂问题的思想和方法。其关键问题是：（1）如何将计算机网络系统合理地分层；（2）如何构建网络体系结构（抽象化描述）；（3）将其模型化。3.1.2体系结构及网络协议的概念计算机网络系统要完成复杂的各种功能，很难想像只制定一个规则就能描述所有问题。实践证明，最好的办法就是采用分层结构。如上所述，解决复杂的计算机网络系统的第一个关键问题就是分层次问题。1.为什么采用分层结构n层是n-1层的用户，又是n+1层的服务提供者。n+1层

3、虽然只直接使用了n层提供的服务，实际上它通过n层还间接地使用了n-1层以及以下所有各层的服务。图3-1分层结构示意图通过划分若干个层次，使每一层只关注和解决通信中的某一方面的规则。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。网络中的每一层都起到隔离作用，层与层之间是独立的，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。2.分层的原则（1)每层的功能应是明确的，并且是相互独立的;（2)同一节点相邻层之间通过接口通信，层间接口必须清晰；（3)层数应适中。（4）每一层都使用下一层的服务，并为上一层提供服务。（5）网中各

4、节点都有相同的层次，不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。3.网络的协议为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合即称为网络协议（NetworkProtocol）。它是对同等层实体之间的通信制定的通信规则、约定的集合。网络协议由语法、语义和交换规则3个要素组成。（1）语义（2）语法：（3）交换规则（也称时序关系)需要明确的是，网络协议对于计算机网络来说是必不可少的，不同结构的网络，不同厂家的网络产品，所使用的协议可能不一样，但都遵循一些协议标准，这样便于不同厂家的网络产品互联。4.网络的体系结构网络体系结构（NetworkA

5、rchitecture）是计算机网络各层次及其协议的集合。图3-2层次结构模型图3.1.3接口、实体与服务1.接口(Interface)对于一个层次化的网络体系结构，每一层中活动的元素被称为实体(Entity)。实体可以是软件实体，如一个进程或子程序；也可以是硬件实体，如智能I/O芯片等。服务是通过接口完成的。各相邻层之间要有一个接口，接口就是上层实体和下层实体交换数据的地方，也被称为服务访问点（ServiceAccessPoint，简称SAP），它定义了较低层向较高层提供的原始操作和服务。2.协议和服务的关系协议和服务是两个不同的概念。协议是“水

6、平”的，即协议是不同系统对等层实体之间的通信规则。服务则是“垂直”的，即服务是同一系统中下层实体向上层实体通过层间的接口提供的。网络通信协议是实现不同系统对等层之间的逻辑连接.n层实体向n+1层实体能提供的服务一般包括以下3部分：（1）n层实体提供的某些功能。（2）从n-1层及其以下各层实体及本地系统得到的服务。（3）通过与对等的n层实体的通信得到的服务。3.2开放系统互联参考模型开放系统互联（OpenSystemInterconnection，简称OSI）基本参考模型（OSI/RM）3.2.1OSI/RM的结构1.OSI/RM七层结构OSI/RM

7、将通信过程定义为七层，即将连网计算机间传输信息的任务划分为七个更小、更易于处理的任务组。每一个任务或任务组则被分配到各个OSI层。图3-3OSI参考模型2.OSI/RM层次间数据的传递层次结构模型中数据的实际传送过程如图3-4所示。图中发送进程送给接收进程和数据，实际上是经过发送方各层从上到下传递到物理媒体；通过物理媒体传输到接收方后，再经过从下到上各层的传递，最后到达接收进程。图3-4层间数据传递过程3.2.2OSI/RM各层基本功能1.物理层物理层是OSI参考模型的最低层，它的任务是为它的上一层（数据链路层）提供一个物理连接，以便透明地传送比特

8、（bit）流。（1）物理层的基本功能CCITT对物理层做了如下定义：利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在DTE和DCE