计算机网络体系结构与协议

协议分层



计算机网络的整套协议是一个庞大复杂的系统， 为了便于对协议的描述、设计和实现，通常采 用分层的体系结构 所谓体系结构，是指计算机通信网的分层、各 层协议和层间接口的集合，也就是通信网及其 部件多应完成的功能的精确定义 体系结构是计算机通信网的一种抽象的、层次 化的功能模型
协议分层

协议分层

分层的基本原则是定义每一层向上层提供的服 务，以保证每层的功能相互独立，但不规定如 何完成这些服务。允许每层在不改变所提供的 服务的前提下，改变其实现所规定的服务的方 法，而不会影响其他层次
协议分层

计算机网络中的协议采用层次结构有如下好处：
各层之间相互独立
灵活性好
各层都可以采用最合适的技术来实现，各层技术的
联系点

接口数据单元
相邻层次之间通过接口传递的数据单元，也叫做服
务数据单元

协议数据单元
对等实体之间通过协议传送的数据单元
相关概念

服务于协议的关系
服务由一系列服务原语组成，它位于层次接口的位
置，表示底层为上层提供哪些操作功能 协议是同一层次对等实体之间的，有关协议数据单 元的格式、意义以及控制规则的集合。实体使用协 议的最终目的是为了实现它所要提供的服务
OSI模型概述

OSI模型的分层：
应用层
表示层
会话层 传输层
网络层
数据链路层 物理层
OSI模型概述

OSI模型的特点
每个层次的对应实体之间都通过各自的协议通信
各个计算机系统都有相同的结构
不同系统的相同层次有相同的功能 同一系统的各层之间通过接口联系
概述


计算机网络中的不同计算机之间要实现通信， 必须遵守一定的约定，这些约定即是计算机网 络协议 网络协议依赖于网络体系结构，由硬件和软件 协同工作以实现计算机之间的通信
本章主要内容

网络体系结构概述与相关概念 OSI参考模型 TCP/IP参考模型 OSI参考模型与TCP/IP参考模型 局域网协议举例
OSI参考模型

网络参考模型是为了规范和设计网络体系结构 提出的抽象模型 具有代表性的参考模型有：OSI参考模型和 TCP/IPHale Waihona Puke Baidu考模型

网络体系结构的发展


迄今为止，计算机网络协议经历了20世纪70 年代的各公司为主的计算机网络体系结构并存， 80年代国际标准化组织提出OSI模型，以及90 年代的以Internet体系结构为主要潮流的几个 发展阶段 IBM公司最先提出了网络体系结构的概念，它 于1974年提出了世界上第一个按照分层方法 制定的网络设计标准SNA
改变不影响其它层 易于实现和维护 有利于促进标准化
相关概念

系统与实体
系统是网络中有自治能力的计算机或通信设备，从
拓扑学的角度，往往也把它叫做网络节点或节点 实体是指每个层次中能够发送和接收信息的任何东 西

实体包括软件实体和硬件实体 位于不同系统的同一层次的实体叫做对等实体
相关概念

协议栈
协议其实就是网络中对等实体之间有关通信规则约
定的集合 协议栈则是指特定系统中所有层次的协议的列表
相关概念

网络体系结构
网络体系结构是指层次结构与协议的集合，是协议
和层次的一个有机整体 有了网络体系结构的规范，开发人员根据协议设计 每一层的软件程序和硬件设备
相关概念

接口和服务

分层的协议体系结构将复杂的协议分成不同的 层次，每一层的功能是不同的，低层功能主要 用来对用户提供通信连接，而高层功能保证数 据以正确的形式进行交换并有序的处理数据 分层的基本思想是把整套协议体系分成一些小 块。下层对其上层提供服务，每一层本身的功 能与下层提供的服务叠加在一起，从而使最高 层能为用户提供一组完整的服务，以便实现通 信和分布应用
相关概念

服务原语

服务并不是抽象的概念，它通常由一系列的服务原语来描述 在服务访问点上，服务使用者看到的只是几个简单的原语， 至于原语是如何实现的，完全由服务提供者负责 原语的名称来源于所谓原子性 常用原语的例子有：


请求 指示 响应 确认
相关概念

服务访问点
相邻两层实体之间通过接口调用服务或提供服务的
OSI模型概述


以各大公司为主提出的网络设计标准大都采用 了分层模型，但各有其各自的特点以适应各公 司的生产和商业目的，因此造成了系统不兼容 的问题。 这样的背景催生了ISO/OSI，为在更大范围内 共享资源和通信提供了可以共同参照的标准
OSI模型概述

OSI模型最大的特点是其开放性。不同厂家的 产品，只要遵循这个参考模型，就可以实现互 联、互操作和可移植。或者说，任何遵循OSI 标准的系统，只要物理上连接起来，它们之间 就可以进行通信
基本概念

网络协议 协议分层 其他相关概念
网络协议


网络中的节点要想通过网络实现资源共享、交 换信息，必须遵循一些事先制订好的规则标准， 这就是协议（Protocol） 计算机网络中，协议的定义是计算机网络中实 体之间有关通信规则约定的集合。协议有三个 要素：
语法：数据与控制信息的格式、数据编码等 语义：控制信息的内容，需要做出的动作及响应 时序：事件先后顺序和速度匹配
接口是相邻两层之间的边界，低层通过接口为上层
提供服务，上层通过接口使用底层提供的服务

面向连接的服务和无连接的服务
面向连接的服务的提供者需要建立、维护和拆除连
接，但此类服务的可靠性高，保证数据顺序传输 无连接的服务的提供者不需要建立、维护和拆除连 接，但此类服务的可靠性不高，不保证数据顺序传 输
OSI模型概述


OSI模型的一个成功之处在于，它清晰的区分 了服务、接口和协议这三个概念 在OSI模型中：
服务描述每一层的功能 接口定义了某层提供的服务如何被高层访问
协议是每一层功能的实现方法
OSI模型概述


OSI参考模型本身并不是网络体系结构。网络 体系结构是网络层次结构和相关协议的集合， 但在OSI模型中并没有精确定义各层的协议， 没有讨论编程语言、操作系统、应用程序和用 户界面，只是描述了各层的功能 ISO制定的各层上的标准，并不属于OSI模型 本身