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第2章 计算机网络的协议和体系结构 网络体系结构的形成 协议与层次划分 原理体系结构 2.1 网络体系结构的形成 1974年，美国IBM公司首先公布了世界上第一个计算机网络体系结构（SNA，System Network Architecture），凡是遵循SNA的网络设备都可以很方便地进行互连。 1977年3月，国际标准化组织ISO的技术委员会TC97成立了一个新的技术分委会SC16专门研究“开放系统互连”，并于1983年提出了开放系统互连参考模型，即著名的ISO 7498国际标准（我国相应的国家标准是GB 9387），记为OSI/RM。 在OSI中采用了三级抽象： 参考模型（即体系结构） 服务定义 协议规范（即协议规格说明） 自上而下逐步求精 OSI/RM并不是一般的工业标准，而是一个为制定标准用的概念性框架 2.2 协议与层次划分 网络为什么要分层 简化网络设计的复杂程度 网络协议分成若干层 每层完成确定的功能 下层为上层提供服务，上层利用下层的服务 两个系统对应层之间按对等协议进行通信 层次结构方法要解决的问题 1. 网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能） 2. 各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口） 3. 通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议） 协议 = 语法 + 语义 + 规则 层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服务与层间接口，协议 服务和协议的关系 1. 服务是垂直的，协议是水平的。 2. N层的服务用户只能看见服务而不能知道N层的协议。 3. 协议的实现保证了服务的提供。 层次结构方法的优点 把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护 定义并提供了具有兼容性的标准接口 使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块 独立性强——上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方法 适应性强——只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变 一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每个区域的网络可单独升级或改造 2.3 计算机网络的原理体系结构 应用层： 网络应用 ftp, smtp, http 传输层： 进程到进程的数据传输 tcp, udp 网络层： 将分组从信源主机路由到信宿主机 ip, routing protocols 链路层： 在相邻的网络节点间传输数据 ppp, ethernet 物理层：bits “on the wire” 多层通信的实质 通信虚通路：通信是在对等层之间进行，第 N 层只能与对方的第 N 层通信 通信实通路：每一层将数据和控制信息传送给下一层，直至最底层，通过物理介质进行实际的传输 下层向上层提供服务 实际通信在最底层完成 多层通信的图示 OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。 而传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称： 传输层 — 数据段 （Segment） 网络层 — 分组（数据报）（Packet） 数据链路层 — 数据帧 （Frame） 物理层 — 比特 （Bit） 数据封装 一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程成为封装。 封装就是在数据前面加上特定的协议头部。 OSI参考模型中每一层都要依靠下一层提供的服务。 下层把上层的PDU作为本层的数据封装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。 数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程 在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层“信封”。 某一层只能识别由对等层封装的“信封”，而对于被封装在“信封”内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。 面向连接和无连接服务 面向连接的服务 以电话系统为例 拨号=通话=挂断 数据交换之前，首先要建立连接，预先申请资源，使用连接来交换数据，交换完毕后，释放连接 无连接的服务 以邮政系统为例 动态分配资源，仅在传输时占用资源，不需要通信双方同时活跃 * * OSI参考模型将网络的不同功能划分为7层 应用层Application 表示层Presentation 会话层session 传输层transport 物理层Physical 数据链路层Data Link 网络层Network 7 6 5 4 3 2 1 处理网络应用 数据表示 主机间通信 端到端的连接 寻址和最短路径 介质访问（接入） 二进制传输 柏拉图与孔子的对话 application transport network link physical 协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、 标准或约