网络技术基础》课程讲义 第二章计算机网络体系结构与协议 1页共13页 第二章计算机网络体系结构与协议 【计划课时】6课时(教材第二、三章) 2.1网络通信协议 211通信协议( communication protocols) 网络传送是个很复杂的过程,为了实现计算机之间可靠地交换数据,许多工作要协调(如发送信号的 数据格式,通信协调与出错处理,信号编码与电平参数,传输速度匹配等)。 假定一个与网络相连的设备正向另一个与网络相连的设备发送数据,由于各个厂家有其各自的实现方 法,这些设备可能不完全兼容,它们相互之间不可能识别和通信。解决方法之一是在同一个网络中全部使 用某一厂家的专有技术和设备,在网络互连的今天已不可行。另一种方法就是制定一套实现互连的规范(标 准),即所谓“协议”。该标准允许每个厂家以不同的方式完成互连产品的开发、设计与制造,当按同一协 议制造的设备连入同一网络时,它们完全兼容,仿佛是由同一厂家生产的一样 协议】网络上不同计算机之间为了协调互相通信而使用的技术规范,即通信技术标准(也是软硬件厂商 开发网络产品的标准) 协议由语义、语法和时序三部分组成。语义规定通信双方彼此“讲什么”(含义),语法规定“如何讲” (格式),时序关系则规定了信息交流的次序(顺序)。 语义( semantics)规定何种控制信息(如用于协调和控制差错处理)完成何种动作以及做岀何种响 应 语法( syntaακ)规定数据与控制信息的结构或格式 定时( timing)是对事件实现顺序的详细说明,也称为“同步"。 实际上,生活中任何由两个人或两个团体一起完成的事件,都必须有“协议”(例:讲话赛 跑)廖鸿鹏《 NT Server40建站指南》:“当一个中国人碰上一个日本人时,如果中国人说他的 中文,日本人说他的日文,那么恐怕两个人就是讲到天黑,都不会有什么结果…网络上各节点 之间若需要传送数据时,也要有一个共通的语言,这就是通信协议"。 当你要与另一个人交流,你需要两个条件:交流用的语言和通信媒介。如果你不会俄语, 即使你的电话可以打到莫斯科,也无法对话。计算机网络也是如此。计算机网络涉及到多种设 备,通信语言和通信媒介都需要仔细定义。网络通信需要定义的规则包括 网络设备之间如何交互,如果使用不同的语言,相互之间如何通信。 网络设备知道何时发送或不发送数据的方法。 倸保证网络传输被正确的接受者正确地接受的方法。 如何安排物理传输介质并建立连接。 如何确保网络设备保持一定的数据速率 在网络介质上数据位的表示 理论上只要有一套协议即可,但由于网络技术在不断发展,应用领域在不断拓宽,加上历史的原因(7 0年代各大计算机公司在网络领域“诸侯割据”,纷纷推出自己的网络通信协议,既为网络技术的发展作 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第二章 计算机网络体系结构与协议 第 1 页 共 13页 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 第二章 计算机网络体系结构与协议 【计划课时】 6 课时（教材第二、三章） 2.1 网络通信协议 2.1.1 通信协议（communication protocols） 网络传送是个很复杂的过程，为了实现计算机之间可靠地交换数据，许多工作要协调（如发送信号的 数据格式，通信协调与出错处理，信号编码与电平参数，传输速度匹配等）。 假定一个与网络相连的设备正向另一个与网络相连的设备发送数据，由于各个厂家有其各自的实现方 法，这些设备可能不完全兼容，它们相互之间不可能识别和通信。解决方法之一是在同一个网络中全部使 用某一厂家的专有技术和设备，在网络互连的今天已不可行。另一种方法就是制定一套实现互连的规范（标 准），即所谓“协议”。该标准允许每个厂家以不同的方式完成互连产品的开发、设计与制造，当按同一协 议制造的设备连入同一网络时，它们完全兼容，仿佛是由同一厂家生产的一样。 【协议】网络上不同计算机之间为了协调互相通信而使用的技术规范，即通信技术标准（也是软硬件厂商 开发网络产品的标准） 协议由语义、语法和时序三部分组成。语义规定通信双方彼此“讲什么”（含义），语法规定“如何讲” （格式），时序关系则规定了信息交流的次序（顺序）。 ·语义（semantics）规定何种控制信息（如用于协调和控制差错处理）、完成何种动作以及做出何种响 应。 ·语法（syntax）规定数据与控制信息的结构或格式 ·定时（timing）是对事件实现顺序的详细说明，也称为“同步”。 实际上，生活中任何由两个人或两个团体一起完成的事件，都必须有“协议”（例：讲话/赛 跑）廖鸿鹏《NT Server 4.0 建站指南》：“当一个中国人碰上一个日本人时，如果中国人说他的 中文，日本人说他的日文，那么恐怕两个人就是讲到天黑，都不会有什么结果……网络上各节点 之间若需要传送数据时，也要有一个共通的语言，这就是通信协议”。 当你要与另一个人交流，你需要两个条件：交流用的语言和通信媒介。如果你不会俄语， 即使你的电话可以打到莫斯科，也无法对话。计算机网络也是如此。计算机网络涉及到多种设 备，通信语言和通信媒介都需要仔细定义。网络通信需要定义的规则包括： ·网络设备之间如何交互，如果使用不同的语言，相互之间如何通信。 ·网络设备知道何时发送或不发送数据的方法。 ·保证网络传输被正确的接受者正确地接受的方法。 ·如何安排物理传输介质并建立连接。 ·如何确保网络设备保持一定的数据速率。 ·在网络介质上数据位的表示。 理论上只要有一套协议即可，但由于网络技术在不断发展，应用领域在不断拓宽，加上历史的原因（７ ０年代各大计算机公司在网络领域“诸侯割据”，纷纷推出自己的网络通信协议，既为网络技术的发展作
网络技术基础》课程讲义 第二章计算机网络体系结构与协议 第2页共13页 出了贡献,亦造成协议品种杂多的局面),所以目前尚无一套统一可用的网络协议 正如理论上人类只要一种语言就可以相互沟通,但实际上却有许许多多的语言存在一样。 学习网络的重要任务之一就是了解各种常用的通信协议。对于网络开发/集成工程师,则需要深入理解 甚至精通工程中所涉及到的各种协议 用于普通网络用户,则只需知道访问网络资源你的系统或机器上需要配备何种协议,而无须知道这些 协议的具体含义 封闭的协议一一协议内容(规范)不对公众公布 开放的协议一一协议内容对公众公布 NT40可同时具有5种协议,犹如一个懂最常用的五国语言的人,在世界各地旅行,便畅行无阻 NT Server4.0提供的五种协议 协议名称 NetBEUI IPX/SPX TCP/IP DLC Apple Talk UNⅨX Novell Macintosh BM Mainframe Internet Macintosh美国 Apple电脑公司系列PC| BM Mainframe美国|BM公司大型机 21.2常用的网络通信协议 有三个最具影响力的团体为网络通信制定了各自的协议: OS(开放系统互连, Open Systems Interconnection)协议 sO(国际标准化组织)81年公布(理论标准) 从网络角度看,未连网的计算机都是所谓“信息孤岛”型的计算机系统,只按某一公司/厂商的网络 通信体系结构标准连网的属于相对封闭的网络系统,而所有符合OSI网络通信体系结构的计算机系统可以 在全球范围内互联起来,故称为“开放系统 IEEE802LAN协议 IEEE(电气和电子工程师学会)802委员会(80年2月成立)制定,其部分标准已被SO正式确 定为局域网的国际标准 TCP/P(网际互连/传输控制)协议 美国防部高级计划研究局( DARPA)83年为“阿帕”网( ARPAnet,今发展为 Intemet)而开发 用于通过UNX系统控制实现异种计算机网络的互连,乃很多大学(如斯坦福大学)及研究所经多年 研究及商业化后得出的结果,现为最hot的网际互连协议,亦为公认的工业标准 此外,在局域网中,常用还有Nove网专用的通信协议 IPX/SPX(网际分组交换/顺序分组交换)。 其他在网络与通信技术方面重要的国际性机构: ITU(国际电信联盟)其前身是CC|TT(国际电话电报咨询委员会) E|ATA(电子工业协会/电信工业协会) 22网络通信的分层结构( Layered architecture) 221分层的概念 可以将人与人的“通信”分为三个相关的层次:认识层、语言层、传输层。 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第二章 计算机网络体系结构与协议 第 2 页 共 13页 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 出了贡献，亦造成协议品种杂多的局面），所以目前尚无一套统一可用的网络协议。 正如理论上人类只要一种语言就可以相互沟通，但实际上却有许许多多的语言存在一样。 学习网络的重要任务之一就是了解各种常用的通信协议。对于网络开发/集成工程师，则需要深入理解 甚至精通工程中所涉及到的各种协议。 用于普通网络用户，则只需知道访问网络资源你的系统或机器上需要配备何种协议，而无须知道这些 协议的具体含义。 封闭的协议——协议内容（规范）不对公众公布 开放的协议——协议内容对公众公布 NT4.0 可同时具有 5 种协议，犹如一个懂最常用的五国语言的人，在世界各地旅行，便畅行无阻。 NT Server 4.0 提供的五种协议 协议名称 网型 NetBEUI IPX/SPX TCP/IP DLC AppleTalk 纯 NT 网 ★ UNIX ★ Novell ★ Mocintosh ★ IBM Mainframe ★ Internet ★ * Mocintosh 美国 Apple 电脑公司系列 PC IBM Mainframe 美国 IBM 公司大型机 2.1.2 常用的网络通信协议 有三个最具影响力的团体为网络通信制定了各自的协议： ·OSI（开放系统互连，Open Systems Interconnection）协议 ISO（国际标准化组织）81 年公布（理论标准） 从网络角度看，未连网的计算机都是所谓“信息孤岛”型的计算机系统，只按某一公司/厂商的网络 通信体系结构标准连网的属于相对封闭的网络系统，而所有符合 OSI 网络通信体系结构的计算机系统可以 在全球范围内互联起来，故称为“开放系统”。 ·IEEE 802 LAN 协议 IEEE（电气和电子工程师学会）802 委员会（80 年 2 月成立）制定，其部分标准已被 ISO 正式确 定为局域网的国际标准 ·TCP/IP（网际互连/传输控制）协议 美国防部高级计划研究局（DARPA）83 年为“阿帕”网（ARPAnet，今发展为 Internet）而开发， 用于通过 UNIX 系统控制实现异种计算机网络的互连，乃很多大学（如斯坦福大学）及研究所经多年 研究及商业化后得出的结果，现为最 hot 的网际互连协议，亦为公认的工业标准。 此外，在局域网中，常用还有 Novell 网专用的通信协议 IPX/SPX（网际分组交换/顺序分组交换）。 其他在网络与通信技术方面重要的国际性机构： ·ITU（国际电信联盟） 其前身是 CCITT（国际电话电报咨询委员会） ·EIA/TIA（电子工业协会/电信工业协会） 2.2 网络通信的分层结构（Layered architecture） 2.2.1 分层的概念 可以将人与人的“通信”分为三个相关的层次：认识层、语言层、传输层
网络技术基础》课程讲义 第二章计算机网络体系结构与协议 3页共13页 【例1】如果让一莆田老妪与北京一科学家进行如下的“通信” 莆田老妪 北京科学家 结果 用网络术语表达结果 谈论内容莆田城内菜价计算机网络技术“不可理喻”认识层“协议”不兼容 所用语言莆田方言 英语 不知所云”语言层“协议”不兼容 通信方式电话 电脑 不可沟通”传输层“协议”不兼容 【例2】如果让一莆田老妪与北京的莆田藉科学家林兰英进行如下的“通信 莆田老妪 林兰英院士 结果 用网络术语表达结果 谈论内容莆田城市变化家乡情况 认识层“协议”兼容 所用语言莆田方言 莆田方言 OK 语言层“协议”兼容 通信方式电话 电话 传输层“协议”兼容 所以,人们为了能够彼此交流思想,需借助一个分层次的通信结构:其次,层次之间不是相互孤立的, 而是密切相关的,上层的功能是建立在下层的基础上,下层为上层提供某些服务,而且每层还应有一定的 规则 网络通信情况同样如此,只是区分更细一些。 2.2.2网络通信分层的概念 计算机之间的通信可归纳为两种基本方式: 点-点通信(P-P)相邻结点之间通过直达通路的通信(称“线 路通信”) Point-to-Point 端-端通信(E-E)不相邻结点之间通过中间结点链接起来所形 成间接可达通路的通信(“链路通信”) 点-点通信是端-端通信的基础,端-端通信是点-点通信的延伸 点-点通信的分层 两台相邻计算机通过直达通信线路通信时,其所用通信软件将自 然分成两个相对独立的模块(层) 用户服务层处理用户的通信应用请求 ·通信服务层通过通信线路收发数据 分层的优点:用户服务层的模块设计可相对独立于具体的通信线 路和通信硬件接口的差别(如铜线、同轴电缆、光纤等),而通 End-to-End 信服务层的模块设计又可相对独立于具体用户应用要求的不同(如文件传输、电子邮件等) b.端-端通信的分层 端-端通信是把若干点-点相邻结点间的通信线路通过中间结点链接起来,所以还需解决: (1)中间结点应具有路由转接功能(按报文所附目标地址转发) (2)端结点应具有启动、建立和维护端-端链路的功能 启动—一发送端发送一个带目标端结点地址的联系控制报文 建立一一目标端结点返回一个同意通信联系的报文,建立了双方的联系 维护——通信过程差错控制、流量控制等 为此需在用户服务层和通信服务层之间增加一个新层(网络服务层),即通信服务层实现相邻结点间 的点-点通信,网络服务层实现不相邻结点间的端-端链路通信,用户服务层处理用户应用软件的通信 请求与服务。 服务 计算机网络协议协议采用层次结构的优点: 服务访问点(sAP) 223层间服务的概念参见P14图1.6 N层协议 体系结构中的层、服务、调用与接口: ◆N层向相邻的高层提供服务 调用 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第二章 计算机网络体系结构与协议 第 3 页 共 13页 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 【例 1】如果让一莆田老妪与北京一科学家进行如下的“通信” 莆田老妪 北京科学家 结 果 用网络术语表达结果 谈论内容 莆田城内菜价 计算机网络技术 “不可理喻” 认识层“协议”不兼容 所用语言 莆田方言 英语 “不知所云” 语言层“协议”不兼容 通信方式 电话 电脑 “不可沟通” 传输层“协议”不兼容 【例 2】如果让一莆田老妪与北京的莆田藉科学家林兰英进行如下的“通信” 莆田老妪 林兰英院士 结 果 用网络术语表达结果 谈论内容 莆田城市变化 家乡情况 OK 认识层“协议”兼容 所用语言 莆田方言 莆田方言 OK 语言层“协议”兼容 通信方式 电话 电话 OK 传输层“协议”兼容 所以，人们为了能够彼此交流思想，需借助一个分层次的通信结构；其次，层次之间不是相互孤立的， 而是密切相关的，上层的功能是建立在下层的基础上，下层为上层提供某些服务，而且每层还应有一定的 规则。 网络通信情况同样如此，只是区分更细一些。 2.2.2 网络通信分层的概念 计算机之间的通信可归纳为两种基本方式： ·点-点通信（P-P） 相邻结点之间通过直达通路的通信（称“线 路通信”） ·端-端通信（E-E） 不相邻结点之间通过中间结点链接起来所形 成间接可达通路的通信（“链路通信”） 点-点通信是端-端通信的基础，端-端通信是点-点通信的延伸 a. 点-点通信的分层 两台相邻计算机通过直达通信线路通信时，其所用通信软件将自 然分成两个相对独立的模块（层）： ·用户服务层 处理用户的通信应用请求 ·通信服务层 通过通信线路收发数据 分层的优点：用户服务层的模块设计可相对独立于具体的通信线 路和通信硬件接口的差别（如铜线、同轴电缆、光纤等），而通 信服务层的模块设计又可相对独立于具体用户应用要求的不同（如文件传输、电子邮件等）。 b. 端-端通信的分层 端-端通信是把若干点-点相邻结点间的通信线路通过中间结点链接起来，所以还需解决： （1）中间结点应具有路由转接功能（按报文所附目标地址转发） （2）端结点应具有启动、建立和维护端-端链路的功能 启动——发送端发送一个带目标端结点地址的联系控制报文 建立——目标端结点返回一个同意通信联系的报文，建立了双方的联系 维护——通信过程差错控制、流量控制等 为此需在用户服务层和通信服务层之间增加一个新层（网络服务层），即通信服务层实现相邻结点间 的点-点通信，网络服务层实现不相邻结点间的端-端链路通信，用户服务层处理用户应用软件的通信 请求与服务。 计算机网络协议协议采用层次结构的优点： 2.2.3 层间服务的概念 参见 P14 图 1.6 体系结构中的层、服务、调用与接口： ◆N 层向相邻的高层提供服务
网络技术基础》课程讲义 第二章计算机网络体系结构与协议 4页共13页 ◆N层向相邻的低层调用服务 ◆相邻的高层协议通过服务访问点(SAP)调用低层协议 ◆接口是指两相邻协议层之间所有的调用和服务访问点以及服务的集合 【层间服务】 what is to be done, but not how to do it 分层体系结构中,下层通信实体(服务提供者)为上层实体(服务用户)提供的通信功能。层间服务 是通过一组所谓“服务原语”来执行。服务原语可划分为以下四类,每种代表一种通信操作: request(请求) indication(指示) response(响应) · confirm(确认) 比喻:两座楼上有两位行动不便的老太太(服务用户)要进行通信,但两人都没有电话,必须通过楼 下的电话员传话。开始通信时,A楼上的老太太(A太太)请A楼电话员拔通B楼电话 ( CONNECT request),B楼电话员喊楼上的老太太(B太太)说有电话来了( CONNECT indication B太太请B楼电话员回答说“请讲吧”( CONNECT response),A楼电话员将B太太的回答转告A 太太( CONNECTconfirm),于是两位老太太开始通过两楼电话员的传话进行“通话”( DATA request 和 DATA indication),最后,A太太请A楼电话员说“今天就讲到这里吧"(D| SCONNECT. request), B楼电话员转告B太太对方停止通知了(D| SCONNECT. indication b 层协议】 分层体系结构中,某层功能实现的方法和方式。通信双方同层协议必须一致 服务只表示能为上层做什么,协议规定了本层功能如何实现。只要不改变提供的服务,本层实体可以 任意地改变它们的协议 如上例中楼下向楼上老太太提供传话功能(服务)但楼下电话员之间如何通话,则由双方商定(协议 【层接口】 上下层之间相互通信处(独特的标识地址),如可以是一个套接字( socket)或一个端口等 如上例中楼上老太太与楼下电话员间的传话口 【网络体系结构( architecture)】计算机网络的各层、层中协议和层间接口的集合 体系即“系统”,中文中常用来描述有比较明显层次结构的系统(如科学体系、政治体系等 为了完成计算机间的通信协作,把开放系统互连的功能划分成定义明确的层次,并规定了对等层实体 间通信的协议;而在相邻层之间都有层间接口,接口定义了下层向上层提供的服务。在协议的控制下,各 对等层实体间的通信使得每一层能够向上一层提供服务,从而实现了网络的通信。网络各层、对等层进行 通信的协议以及相邻层接口的集合称为网络体系结构 所谓“实体"(enty),-般是指能发送或接收信息的任何硬件和(或)软件进程,包括用户应用程序、 文件传送包、数据库管理系统、电子邮件设备以及终端等。 2.3OS参考模型 2.31OSI参考模型 OSl协议将网络通信过程划分为七个相互独立的功能组(层次),并为每个层次制定一个标准框架 上面三层(应用层、表示层、会话层)与应用问题有关,而下面四层(传输层、网络层、数据链路层、物 理层)则主要处理网络控制和数据传输接收问题。各层的功能单元用于规定 what is to be done,but not how to do it Layer7- Application网络的用户接口(上网软件等) 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第二章 计算机网络体系结构与协议 第 4 页 共 13页 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 ◆N 层向相邻的低层调用服务 ◆相邻的高层协议通过服务访问点（SAP）调用低层协议 ◆接口是指两相邻协议层之间所有的调用和服务访问点以及服务的集合 【层间服务】what is to be done, but not how to do it. 分层体系结构中，下层通信实体（服务提供者）为上层实体（服务用户）提供的通信功能。层间服务 是通过一组所谓“服务原语”来执行。服务原语可划分为以下四类，每种代表一种通信操作： ·request（请求） ·indication（指示） ·response（响应） ·confirm（确认） 比喻：两座楼上有两位行动不便的老太太（服务用户）要进行通信，但两人都没有电话，必须通过楼 下的电话员传话。开始通信时，A 楼上的老太太（A 太太）请 A 楼电话员拨通 B 楼电话 （CONNECT.request），B 楼电话员喊楼上的老太太（B 太太）说有电话来了（CONNECT.indication）。 B 太太请 B 楼电话员回答说“请讲吧”(CONNECT.response)，A 楼电话员将 B 太太的回答转告 A 太太（CONNECT.confirm），于是两位老太太开始通过两楼电话员的传话进行“通话”（DATA.request 和 DATA.indication），最后，A 太太请 A 楼电话员说“今天就讲到这里吧”（DISCONNECT.request）， B 楼电话员转告 B 太太对方停止通知了（DISCONNECT.indication）。 【层协议】 分层体系结构中，某层功能实现的方法和方式。通信双方同层协议必须一致。 服务只表示能为上层做什么，协议规定了本层功能如何实现。只要不改变提供的服务，本层实体可以 任意地改变它们的协议。 如上例中楼下向楼上老太太提供传话功能（服务），但楼下电话员之间如何通话，则由双方商定（协议）。 【层接口】 上下层之间相互通信处（独特的标识地址），如可以是一个套接字（socket）或一个端口等。 如上例中楼上老太太与楼下电话员间的传话口。 【网络体系结构（architecture）】计算机网络的各层、层中协议和层间接口的集合。 体系即“系统”，中文中常用来描述有比较明显层次结构的系统（如科学体系、政治体系等）。 为了完成计算机间的通信协作，把开放系统互连的功能划分成定义明确的层次，并规定了对等层实体 间通信的协议；而在相邻层之间都有层间接口，接口定义了下层向上层提供的服务。在协议的控制下，各 对等层实体间的通信使得每一层能够向上一层提供服务，从而实现了网络的通信。网络各层、对等层进行 通信的协议以及相邻层接口的集合称为网络体系结构。 所谓“实体”（entity），一般是指能发送或接收信息的任何硬件和（或）软件进程，包括用户应用程序、 文件传送包、数据库管理系统、电子邮件设备以及终端等。 2.3 OSI 参考模型 2.3.1 OSI 参考模型 OSI 协议将网络通信过程划分为七个相互独立的功能组（层次），并为每个层次制定一个标准框架。 上面三层（应用层、表示层、会话层）与应用问题有关，而下面四层（传输层、网络层、数据链路层、物 理层）则主要处理网络控制和数据传输/接收问题。各层的功能单元用于规定 what is to be done, but not how to do it. ·Layer 7 - Application 网络的用户接口（上网软件等）
网络技术基础》课程讲义 第二章计算机网络体系结构与协议 第5页共13页 Layerδ- Presentation不同系统数据格式转换/加解密 Layer 5 -Session 进程(执行中的程序)间会话管理与会话同步(“会话”即用户间连接) Layer4- Transport报文的正确传输(报文的生成、收发、组合与差错检查) Layer 3 -Network 路由选择和流量控制(选择LAN间传输路径) ayer2- Data link帧的正确传输(帧的生成、收发与差错检查) ayer 1-Physical 数据比特流(0、1)的正确传输(比特流的生成、收发与差错检査) OSl协议仅给出一个框架结构,并没有将其网络模型的每一层限定在统一的一种协议中,也没有给出 协议的具体实现技术(即未完全定型)。故又称“参考模型”(OSRM)但它奠定了网络体系结构的基础 成为今天设计和制定网络协议标准最重要的参考模型和依据 所以,OSl参考模型不是一个产品一一你无法找到一个供应商为 Windows2000提供第4版的OSl。 它只是一个概念框架,用于帮助理解网络中各种设备之间的复杂交互。在通信过程中OSl参考模型不起任 何作用,是适当的软件和硬件来完成实际的工作。OS只是定义要做哪些事,这些事在七层模型中分别由 另外一些协议来控制完成。 七层模型示意图见教材。各层主要功能—Pl6-l8 物理层 负责将二进制的数据位从一台机器发送给另一台机器。物理层组件不关心数据位的含义,其任务是将 数据位通过光纤、电缆或无线连接从A点传送到B点。这一层定义物理的或电气的细节,包括如何表示0 和1,网络连接器的接口针数、数据如何同步、网络适配器(网卡等)何时发送或不发送数据等 ·数据链路层 提供通过物理连接从一个设备到达另一个设备的数据流。它接收网络层的数据包,将其分成叫“帧” 的数据单元,交物理层传输。它为将发送的数据增加控制信息,如帧类型、源地址和目标地址、出错校验 等信息。 网络层 负责控制数据包在距离多于一个链路的两个设备之间的传送。此时要将数据包送到目标设备需要进行 路由选择和数据包的转发。在大型网络中,两个终端设备之间可能隔有中间设备和子网。 传输层 保证实现数据包无差错、按正确的顺序、无丢失或冗余的传输。其中一个重要工作是给发送者发送已 接收到的确认信息。 会话层 允许不同机器上运行的应用程序共享一个叫会话的连接。该层提供一些服务,如名字查找和安全,允 许两个程序能相互识别并建立通信联接。会话层还提供数据同步和检查点,这样在网络失效时仅在失效后 的数据才需要重发。该层还控制两个进程间的对话,决定在通信过程中谁可以在哪一点发送以及谁可在哪 点接收。 表示层 完成计算机期望的数据格式与网络需要的数据格式之间的转换,包括数据压缩和加密、字符集转换等 应用层 为数据库访问、电子邮件、文件传输等用户应用程序提供直接服务 发信人中国商人 收信人西班牙商人 内容(信息) 内容(信息 信笺上 发送收[拆信和读信 西文(用户统住务)由用户实现 信封与地址 寄信 分栋(决定路线 揿进(根据地址 汝2R 打开邮包 邮件传送 (郎政系统任务)由邮局实现 部鄢(公黔,铧黔荐) 邮件通信过程 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第二章 计算机网络体系结构与协议 第 5 页 共 13页 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 ·Layer 6 - Presentation 不同系统数据格式转换/加解密 ·Layer 5 - Session 进程（执行中的程序）间会话管理与会话同步（“会话”即用户间连接） ·Layer 4 - Transport 报文的正确传输（报文的生成、收发、组合与差错检查） ·Layer 3 - Network 路由选择和流量控制（选择 LAN 间传输路径） ·Layer 2 - Data Link 帧的正确传输（帧的生成、收发与差错检查） ·Layer 1 - Physical 数据比特流（0、1）的正确传输（比特流的生成、收发与差错检查） OSI 协议仅给出一个框架结构，并没有将其网络模型的每一层限定在统一的一种协议中，也没有给出 协议的具体实现技术（即未完全定型）。故又称“参考模型”（OSI/RM）但它奠定了网络体系结构的基础， 成为今天设计和制定网络协议标准最重要的参考模型和依据。 所以，OSI 参考模型不是一个产品——你无法找到一个供应商为 Windows 2000 提供第 4 版的 OSI。 它只是一个概念框架，用于帮助理解网络中各种设备之间的复杂交互。在通信过程中 OSI 参考模型不起任 何作用，是适当的软件和硬件来完成实际的工作。OSI 只是定义要做哪些事，这些事在七层模型中分别由 另外一些协议来控制完成。 七层模型示意图见教材。各层主要功能—— P16-18 ·物理层 负责将二进制的数据位从一台机器发送给另一台机器。物理层组件不关心数据位的含义，其任务是将 数据位通过光纤、电缆或无线连接从 A 点传送到 B 点。这一层定义物理的或电气的细节，包括如何表示 0 和 1，网络连接器的接口针数、数据如何同步、网络适配器（网卡等）何时发送或不发送数据等。 ·数据链路层 提供通过物理连接从一个设备到达另一个设备的数据流。它接收网络层的数据包，将其分成叫“帧” 的数据单元，交物理层传输。它为将发送的数据增加控制信息，如帧类型、源地址和目标地址、出错校验 等信息。 ·网络层 负责控制数据包在距离多于一个链路的两个设备之间的传送。此时要将数据包送到目标设备需要进行 路由选择和数据包的转发。在大型网络中，两个终端设备之间可能隔有中间设备和子网。 ·传输层 保证实现数据包无差错、按正确的顺序、无丢失或冗余的传输。其中一个重要工作是给发送者发送已 接收到的确认信息。 ·会话层 允许不同机器上运行的应用程序共享一个叫会话的连接。该层提供一些服务，如名字查找和安全，允 许两个程序能相互识别并建立通信联接。会话层还提供数据同步和检查点，这样在网络失效时仅在失效后 的数据才需要重发。该层还控制两个进程间的对话，决定在通信过程中谁可以在哪一点发送以及谁可在哪 一点接收。 ·表示层 完成计算机期望的数据格式与网络需要的数据格式之间的转换，包括数据压缩和加密、字符集转换等。 ·应用层 为数据库访问、电子邮件、文件传输等用户应用程序提供直接服务
网络技术基础》课程讲义 第二章计算机网络体系结构与协议 第6页共13页 接收方 用层(A) 发送按收 表示层(P) 腰 (面向通信用户)由软 资源子冈的任务 由硬 数据链路层(D) 数据链路尽(D(完成传送服务)件实 物理层(P) 物理层(P) 通信子网任务 台输介质(电缆等) 网络通信过程 实际通信过程要复杂得多 发信人中国商人 收信人酒班牙商人 内容(信息) 内容(信息) 写在信笺上 擦收[拆信和读信 译成英文 信封与地址 北京 分拣(决定路续)匚分拣(决定路线 拣(决定路线) 投递(根据地址) 「打开邮包装入邮 「打开邮包[装入邮 打开邮包 上邮车 却下邮车装上火车卸下火车装上飞机 邮路〔公路 部路(铁道 路(航班 件通信过程 发送方 接收方 应用层(A) 收[用层(A 表示层(P) 层(P) 会话层(s) 传输层(T) 中间结点 中间结点 名层(N) 网络层 网络层(N) 数据链路层(D[数据链路层数据链路层[数据链路层赦据链路 运链路层(D 物理层物 物理层 物理层(P) 传轴介质(也缆等) 传输介质(电虞筝) 传输介质(电筝) 实际网络通信过程 说明: 1、并非所有网络通信都必须通过完整的七层 实际上,如果在同—个LAN内(直接通过物理地址传输)通信,通常只用到下两层和应用层,如 果跨LAN(路由选择成为必要),则需要用到下面四层和应用层。两个节点有加密/解密的通信要 求时,可能用到表示层。 2、并非现有的网络通信都是按本模型分层(实际上一个也没有) 3、每层可能对应有若干个具体协议,通信双方同层协议必须相同或相互兼容 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第二章 计算机网络体系结构与协议 第 6 页 共 13页 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 实际通信过程要复杂得多： 说明： 1、并非所有网络通信都必须通过完整的七层； 实际上，如果在同一个 LAN 内（直接通过物理地址传输）通信，通常只用到下两层和应用层，如 果跨 LAN（路由选择成为必要），则需要用到下面四层和应用层。两个节点有加密/解密的通信要 求时，可能用到表示层。 2、并非现有的网络通信都是按本模型分层（实际上一个也没有）； 3、每层可能对应有若干个具体协议，通信双方同层协议必须相同或相互兼容
网络技术基础》课程讲义 第二章计算机网络体系结构与协议 7页共13页 2.3.2网络通信传输过程—封装与虚通信的概念 在网上发送和接收数据时,一台用于发送,一台用于接收。通信双方的每一层的最终是和另一台计算 机的同层进行通信,但数据不能直接从A机的第Ⅹ层传输到B机的第Ⅹ层,而是先将数据和控制信息迅 速传递到下一层,然后一层层下传,直至最低层,最后将数据传传递到网络介质上。接收数据的计算机将 数据和控制信息一层层上传,直至第Ⅹ层。整个传输过程中,只有物理层真正进行通信传输,其他各对等 层间实际上只是根据协议进行逻辑通信(虚通信)。 发送 当发送计算机发出通信请求时,应先建立数据帧。帧是在最高层上形成的,并通过相邻的下层向下逐 步传递。数据通过每一次时,该层的协议要加入该层的控制信息(作为头部或尾部)。帧根据接口定义传 送到下一层。最后,数据通过协议栈的所有层,被传送到网络介质上。 接收 在接收端,帧从低层向高层的传送也应符合接口的定义。每一层的协议只解释发送端的同级放在帧的 头部和尾部的信息。协议将帧中的其余部分看作是数据单元,并负责将数据单元送到上一层。 从过程看,网络通信的过程就是从A用户的应用层处发出数据,经层层下传,最后通过物理层发到网 络的传输介质上,而B用户通过物理层接收数据,经层层上传,最后由应用层取出。换言之,信息交换发 生在对等的OS层之间,源系统A中的毎一层把目的系统B同层所需的控制信息(数据头)附加到数据 中,封裝后的信息单元(数据头和数据)被传输到下一层,而目的系统B的毎一层对收到的信息单元进行 分析,先读取系统A附加的控制信息〔数据头),然后去掉该数据头,将信息单元的余留部分传送给上 【封装】信息通过各层向下传递时,每层的软件负责加上它的报头 header)或报尾( Trailer)信息(每层都要 封装从高层来的信息 应用层 一一一一一一一 近数据 应用层 表示层 表示层 会话层 H数据 会话层 传输层 TH。数据 传输层 网络层 H数据 网络层 链路层--D甽数据 m-链路层 物理层 比特流 物理层 数据的封装 实际的网络通信传输过程可以用下图表示: 用户真发送 用户8接收 数据[应用层 应用层数据 表示层 表示层 会话层 会话层 报文[传输层 中转鲒点 中转结点 传输层报文 分组(数据包)网络层 网络层分組(数据包) 打包成帧「数据链路层 数据链路层 数据链路层 数据链路层]验收帧 比特流「物理层 比特流 通信线路 通信过程数据传送 注意:中转结点只需下面三层功能。 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第二章 计算机网络体系结构与协议 第 7 页 共 13页 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 2.3.2 网络通信传输过程——封装与虚通信的概念 在网上发送和接收数据时，一台用于发送，一台用于接收。通信双方的每一层的最终是和另一台计算 机的同层进行通信，但数据不能直接从 A 机的第 X 层传输到 B 机的第 X 层，而是先将数据和控制信息迅 速传递到下一层，然后一层层下传，直至最低层，最后将数据传传递到网络介质上。接收数据的计算机将 数据和控制信息一层层上传，直至第 X 层。整个传输过程中，只有物理层真正进行通信传输，其他各对等 层间实际上只是根据协议进行逻辑通信（虚通信）。 发送 当发送计算机发出通信请求时，应先建立数据帧。帧是在最高层上形成的，并通过相邻的下层向下逐 步传递。数据通过每一次时，该层的协议要加入该层的控制信息（作为头部或尾部）。帧根据接口定义传 送到下一层。最后，数据通过协议栈的所有层，被传送到网络介质上。 接收 在接收端，帧从低层向高层的传送也应符合接口的定义。每一层的协议只解释发送端的同级放在帧的 头部和尾部的信息。协议将帧中的其余部分看作是数据单元，并负责将数据单元送到上一层。 从过程看，网络通信的过程就是从 A 用户的应用层处发出数据，经层层下传，最后通过物理层发到网 络的传输介质上，而 B 用户通过物理层接收数据，经层层上传，最后由应用层取出。换言之，信息交换发 生在对等的 OSI 层之间，源系统 A 中的每一层把目的系统 B 同层所需的控制信息（数据头）附加到数据 中，封装后的信息单元（数据头和数据）被传输到下一层，而目的系统 B 的每一层对收到的信息单元进行 分析，先读取系统 A 附加的控制信息（数据头），然后去掉该数据头，将信息单元的余留部分传送给上一 层。 【封装】信息通过各层向下传递时，每层的软件负责加上它的报头(header)或报尾(Trailer)信息（每层都要 封装从高层来的信息）。 数据的封装 实际的网络通信传输过程可以用下图表示： 注意：中转结点只需下面三层功能
网络技术基础》课程讲义 第二章计算机网络体系结构与协议 第8页共13页 2.33协议与应用 从网络产品看,最下三层(NDP)往往直接做在硬件(如网卡上),上面四层(APST)则一般由网络 操作系统控制 简单理解最下三层的作用 物理层——发送设备在此层将上层传来的0和1转换为传输介质上的电或光信号;接收设备则在此层 将传输介质送来的电信号翻译成0和1送往上层(传送的是比特流) 数据链路层——发送机器在此层将上层送来的信息打包(创建带地址、控制和出错校验信息的帧), 并转换为0和1形式的数据序列传向下层;接收机器则在此层将物理层送来的0和1数据 序列解释为帧进行解包然后向上层传送。(打包成帧,传送的是帧) 在这一层可以按硬件(如网卡)固有的地址(MAC地址)寻址(查找本网络中硬件 网络层——可按人为设置的网际逻辑地址(IP地址)寻址(查找其他网络)(将上层数据分组,即转 换成数据包 LAN用的通信协议|EEE802为最下两层(D和P)制定了13个系列标准(EEE8021至|EE 80213),其中最常用的是|EEE8023(以太网络)。 P127 对于普通用户,协议的实用意义在于:购买网络产品(网卡、软件等)时要注意它支持何种协议,如 果您买的网卡仅支持8024协议(令牌环),则在一般以太网网络上不能使用 对于网络管理工程师,了解所管网络系统所使用的主要协议,网络划分、日常管理和维护、网络故障 排除时就可以做到“胸有成竹”。 对于区域网( Intranet和MAN)等系统集成工程师,往往需要较为具体地了解物理层、数据链路层和 网络层的功能及相关协议,以便科学地进行设备选型、配置和网络规划。 对于从事网络技术发展和网络设备开发的专家,需要深入研究协议,熟悉协议,制定或修改协议。 24网络的拓扑结构 【拓扑】( topology)P29图1.13 拓扑本是一个几何学名词,是一种研究与大小、形状无关的线和面特性的方法。用拓扑方法研究计算 机网络,可以使复杂的问题简单化—将设备定义为点,将它们间的线路定义为线,对这些点和线及其关 系的研究就比实际网络的研究容易得多 网络拓扑结构指的是网络结点的互连构型(连接方式) 组网时,电缆、网卡的选择与所用网络的拓扑结构密切相关 网络常用的拓扑结构有以下几种 1.总线拓扑( Bus Topology) 鸟 特点:广播式传输一一所有结点发送的信号均通过公共电缆(总线)传播,并可被所有结点所接收 (各结点收到信息时,根据信息中所含的地址与本站地址是否一致,决定是否接收之)。 结构最简单,造价最低廉,扩充容易,可靠性好—一应用最广泛 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第二章 计算机网络体系结构与协议 第 8 页 共 13页 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 2.3.3 协议与应用 从网络产品看，最下三层（NDP）往往直接做在硬件（如网卡上），上面四层（APST）则一般由网络 操作系统控制。 简单理解最下三层的作用： 物理层——发送设备在此层将上层传来的 0 和 1 转换为传输介质上的电或光信号；接收设备则在此层 将传输介质送来的电信号翻译成 0 和 1 送往上层（传送的是比特流） 数据链路层——发送机器在此层将上层送来的信息打包（创建带地址、控制和出错校验信息的帧）， 并转换为 0 和 1 形式的数据序列传向下层；接收机器则在此层将物理层送来的 0 和 1 数据 序列解释为帧进行解包然后向上层传送。（打包成帧，传送的是帧） 在这一层可以按硬件（如网卡）固有的地址（MAC 地址）寻址（查找本网络中硬件）。 网络层——可按人为设置的网际逻辑地址（IP 地址）寻址（查找其他网络）。（将上层数据分组，即转 换成数据包）。 LAN 用的通信协议 IEEE 802 为最下两层（D 和 P）制定了 13 个系列标准（IEEE 802.1 至 IEEE 802.13），其中最常用的是 IEEE 802.3（以太网络）。 P127 对于普通用户，协议的实用意义在于：购买网络产品（网卡、软件等）时要注意它支持何种协议，如 果您买的网卡仅支持 802.4 协议（令牌环），则在一般以太网网络上不能使用。 对于网络管理工程师，了解所管网络系统所使用的主要协议，网络划分、日常管理和维护、网络故障 排除时就可以做到“胸有成竹”。 对于区域网（Intranet 和 MAN）等系统集成工程师，往往需要较为具体地了解物理层、数据链路层和 网络层的功能及相关协议，以便科学地进行设备选型、配置和网络规划。 对于从事网络技术发展和网络设备开发的专家，需要深入研究协议，熟悉协议，制定或修改协议。 2.4 网络的拓扑结构 【拓扑】（topology） P29 图 1.13 拓扑本是一个几何学名词，是一种研究与大小、形状无关的线和面特性的方法。用拓扑方法研究计算 机网络，可以使复杂的问题简单化──将设备定义为点，将它们间的线路定义为线，对这些点和线及其关 系的研究就比实际网络的研究容易得多。 网络拓扑结构指的是网络结点的互连构型（连接方式）。 组网时，电缆、网卡的选择与所用网络的拓扑结构密切相关。 网络常用的拓扑结构有以下几种。 1．总线拓扑（Bus Topology） 特点：广播式传输——所有结点发送的信号均通过公共电缆（总线）传播，并可被所有结点所接收。 （各结点收到信息时，根据信息中所含的地址与本站地址是否一致，决定是否接收之）。 结构最简单，造价最低廉，扩充容易，可靠性好──应用最广泛
网络技术基础》课程讲义 第二章计算机网络体系结构与协议 第9页共13页 2.环型拓扑( Ring Topology) 特点:信息沿环路单向运行(广播式)。注意∶环路形状不一定是圆环。 路径固定:环路是一个含有有源部件的信道,环中每一个结点都具有放大整形作用,负载能力 强,复盖面积大,对信道的访问控制技术较简单:最大延时时间固定(远程控制必需):可用 光纤实现高速传输 扩充不易,结点多时响应时间长,可靠性较差(结点故障易引起全网故障)。 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第二章 计算机网络体系结构与协议 第 9 页 共 13页 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 2．环型拓扑（Ring Topology） 特点：信息沿环路单向运行（广播式）。注意：环路形状不一定是圆环。 路径固定；环路是一个含有有源部件的信道，环中每一个结点都具有放大整形作用，负载能力 强，复盖面积大，对信道的访问控制技术较简单；最大延时时间固定（远程控制必需）；可用 光纤实现高速传输。 扩充不易，结点多时响应时间长，可靠性较差（结点故障易引起全网故障）
网络技术基础》课程讲义 第二章计算机网络体系结构与协议 第10页共13页 3.星形拓扑( Star Topology) 特点:信息通过中央结点转发(广播式) 扩充容易,故障诊断与隔离容易 电缆长度和安装工作量可观,对中央结点可靠性和冗余度要求很高,且线路利用率低 4.复合拓扑(派生拓扑) 常见有星形总线(簇型)和树形等。如下图所示 毆昌旱昌 马[m HUB 鸟鸟g鸟 星型总线(簇型) 鸟|鸟 昌。「昌马 树型 5.不规则网形 广域网的一般拓扑 形式(一般为点一点) 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第二章 计算机网络体系结构与协议 第 10 页 共 13页 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 ３．星形拓扑（Star Topology） 特点：信息通过中央结点转发（广播式） 扩充容易，故障诊断与隔离容易 电缆长度和安装工作量可观，对中央结点可靠性和冗余度要求很高，且线路利用率低 ４．复合拓扑（派生拓扑） 常见有星形总线（簇型）和树形等。如下图所示： 星型总线（簇型） 树型 5．不规则网形 广域网的一般拓扑 形式（一般为点-点） HUB HUB HUB
