第二章第5讲：网络体系结构与网络协议

第5讲：网络体系结构与网络协议

四、网络体系结构与网络协议

1. 网络体系结构

为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议。网络协议主要由以下3个要素组成：（重点、易考点）

（1） 语法规定用户数据与控制信息的结构和格式；

（2） 语义规定需要发出何种控制信息以及完成的动作与做出的响应； （3） 时序即对事件实现顺序的详细说明。

计算机网络中采用层次结构，其优点在于：

（1） 各层之间相互独立。高层并不需要知道低层是如何实现的，仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务；

（2） 灵活性好。当任何一层发生变化时，只要接口保持不变，则在这层以上或以下的各层均不受影响；

（3） 各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不会影响其他层； （4） 易于实现和维护； （5） 有利于促进标准化。这主要是因为每一层的功能和所提供的服务都已有了精确的说明。世界上第一个网络体系结构是IBM公司于1974年提出的，命名为“系统网络体系结构(SNA)”。

例题：（2010年3月）在网络协议要素中，规定用户数据格式的是 A)语法 B)语义 C)时序 D)接口 多智网校试题解析：根据网络协议的要素组成，语法规定用户数据与控制信息的结构和格式；语义规定需要发出何种控制信息以及完成的动作与做出的响应；时序是对事件实现顺序的详细说明。所以本题选A。

2. IS0／OSI参考模型

（1） 开放系统互连(OSI)参考模型

国际标准化组织(ISO)发布的最著名的IS0标准是IS0／IEC 7498，又称为X．200建议。该体系结构标准定义了网络互连的7层框架，即开放系统互连(OSI)参考模型。“开放系统互连”中的“开放”是指只要遵循0S1标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这一标准的其他任何系统进行通信。在OSI中，采用了三级抽象，即体系结构、服务定义和协议规格说明。

OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包括的可能的服务。它是作为一个框架来协调和组织各层协议的制定，也是对网络内部结构最精炼的概括与描述。OSI的服务定义详细地说明了各层所提供的服务。某一层的服务就是该层及其以下各层的一种能力，它通过接口提供给更高一层。各层所提供的服务与这些服务是怎样实现的无关。同时，各种服务定义还定义了层与层之间的接口和各层所使用的原语，但不涉及接口是怎样实现的。

在制定计算机网络标准方面起着很大作用的两大国际组织是CCITT与IS0（国际标准化组织）。

（2） OSI参考模型的结构与各层的主要功能

IS0将整个通信功能划分为7个层次，划分层次的原则如下。

A、网中各结点都有相同的层次；

B、不同结点的同等层具有相同的功能； C、同一结点内相邻层之间通过接口通信；

D、每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务； E、不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。

OSI模型各层的具体功能如下：（重点、易考点）

a、物理层(Physical Layer)：物理层处于0SI参考模型的最低层。物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送比特流。

b、数据链路层(Data Link Layer)：在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，并且采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。

c、网络层(Network Layer)：网络层的主要任务是通过路由选择算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层要实现路由选择、拥塞控制与网络互连等功能。

d、传输层(Transport Layer)：传输层的主要任务是向用户提供可靠的端到端(End-to-End)服务，透明地传送报文。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最关键的一层。

e、会话层(Session Layer)：会话层的主要任务是组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换。3阶段：建立、维持、拆除。

f、表示层(Presentation Layer)：表示层主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。

g、应用层(Application Layer)：应用层是OSI参考模型中的最高层。应用层将确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为应用进程的用户代理(User Agent)，来完成一些为进行信息交换所必需的功能。它包括：文件传送访问和管理、虚拟终端、事务处理、远程数据库访问、制造业报文规范、目录服务等协议。

例题：（2010年3月）关于OSI参考模型各层功能的描述中，错误的是 A)物理层基于传输介质提供物理连接服务 B)网络层通过路由算法为分组选择传输路径 C)数据链路层为用户提供可靠的端到端服务 D)应用层为用户提供各种高层网络应用服务

多智网校试题解析：根据OSI模型各层的具体功能。物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送比特流。网络层的主要任务是通过路由选择算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层要实现路由选择、拥塞控制与网络互连等功能。数据链路层传送以帧为单位的数据，并且采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。传输层的主要任务是向用户提供可靠的端到端(End-to-End)服务，透明地传送报文。。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为应用进程的用户代理(User Agent)，来完成一些为进行信息交换所必需的功能。所以本题选C。

3. TCP/IP模型

RPANET是最早出现的计算机网络之一，现代计算机网络的很多概念与方法都是从ARPANET的基础上发展起来的。虽然TCP协议与IP协议都不是IS0标准，但它们是当前的工业标准或“事实上的标准”。在TCP／IP协议出现后，出现了TCP／IP参考模型。1974年，Kahn最早定义了TCP／IP参考模型。

TCP／IP协议具有以下几个特点：

（1）开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统； （2）独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网中，更适用于互联网中； （3）统一的网络地址分配方案，使得整个TCP／IP设备在网中都具有唯一的地址； （4）标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。

TCP／IP与OSl参考模型的层次的对应关系：（易考点）

互联层的功能主要表现在以下3个方面：

（1）处理来自传输层的分组发送请求。在接收到分组发送请求之后，将分组装入IP数据报、填充报头与选择发送路径，然后将数据报发送到相应的网络输出线路；

（2）处理接收的数据报。在接收到其他主机发送的数据报之后，检查目的地址，如需要转发，则选择发送路径转发出去；如果目的地址为本结点的IP地址，则除去报头并将分组传送到传输层处理；

（3）处理互联的路径、流控与拥塞问题。

传输层的主要功能是负责应用进程之间的端到端通信。TCP／IP模型中设计传输层的主要目的是在互联网中源主机与目的主机的对等实体之间建立用于会话的端到端连接。从这点上来看，TCP／IP与OSI参考模型的传输层功能是相似的。TCP／IP模型的传输层定义了两种协议：传输控制协议(Transport Control Protocol，TCP)与用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)。TCP协议是一种可靠的面向连接的协议，它允许将一台主机的字节流(Byte Stream)无差错地传送到目的主机。TCP协议将应用层的字节流分成多个字节段(Byte Segment)，然后将一个一个的字节段传送到互联层，发送到目的主机。当互联层将接收到的字节段传送给传输层时，传输层再将多个字节段还原成字节流传送到应用层。TCP协议同时要完成流量控制功能，协调收发双方的发送与接收速度，达到正确传输的目的。

UDP协议是一种不可靠的无连接协议，它主要用于不要求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序的检查与排序由应用层完成。 传输速度快于TCP协议，用于实时传输。

应用层协议主要包括如下几个：（易考点）

远程登录协议(Telnet)用于实现互联网中的远程登录功能；

文件传输协议(File Transfer Protocol，FTP)，用于实现互联网中的交互式文件传输功能；

简单邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol，SMTP)，用于实现互联网中的电子邮件发送功能；

域名服务(Domain Name Service，DNS)，用于实现网络设备名字到IP地址映射的网络服务；

路由信息协议(Router Information Protocol，RIP)，用于网络设备之间交换路由信息；

网络文件系统(Network File System，NFS)，用于网络中不同主机间的文件共享； 超文本传输协议(Hypertext Transfer Protocol，HTTP)，用于实现互联网中的WWW服务。

4. 0SI参考模型与TCP／IP参考模型的比较

OSI参考模型与TCP／IP参考模型的共同之处是它们都采用了层次结构的概念，在传输层中两者定义了相似的功能。但是，两者在层次划分、使用的协议上有很大的区别。

（1） OSI模型的缺陷

会话层在大多数应用中很少用到，表示层几乎是空的；

在数据链路层与网络层有很多子层插入，每个子层都有不同的功能；

OSI参考模型将“服务”与“协议”的定义相结合，使得参考模型变得格外复杂，实现起来更加困难；

寻址、流量与差错控制在每层中重复出现，必然要降低系统效率； 关于数据安全性、加密与网络管理等方面的问题也在参考模型的设计初期被忽

略；

很多“原语”在软件的很多高级语言中实现起来容易，但是严格按照层次模型编程，软件开发效率低。 （2） TCP/IP模型的缺点

它在服务、接EI与协议的区别上就不是很清楚；

主机一网络层本身并不是实际的一层，它定义了网络层与数据链路层的接口。物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，一个好的参考模型应该将它们区分开，而TCP／IP参考模型却没有做到这点。

TCP／IP协议的成功促进互联网的发展，互联网的发展又进一步扩大TCP／IP协议的影响。TCP／IP首先在学术界争取大批的用户，同时也越来越受到计算机产业界的青睐。IBM、DEC等大公司纷纷宣布支持TCP／IP协议，局域网操作系统NetWare、LAN Manager竞相将TCP／IP纳入自己的体系结构，数据库Oracle支持TCP／IP协议，UNIX、POSIX操作系统也一如既往地支持TCP／IP协议。相比之下，0SI参考模型与协议显得有些势单力薄。

例题：（2010年3月）关于TCP/IP模型与OSI模型对应关系的描述中，正确的是 A)TCP/IP模型的应用层对应于OSI模型的传输层 B)TCP/IP模型的传输层对应于OSI模型的物理层 C)TCP/IP模型的互联层对应于OSI模型的网络层

D)TCP/IP模型的主机-网络层对应于OSl模型的应用层

多智网校试题解析：TCP／IP参考模型可以分为4个层次：应用层、传输层、互联层与主机一网络层。其中，应用层与OSI应用层对应，传输层与OSI传输层对应，互联层与OSI网络层对应，主机一网络层与OSI数据链路层及物理层对应。在TCP／IP参考模型中，没有与0SI表示层、会话层对应的协议。TCP／IP参考模型的互联层相当于OSI参考模型网络层的无连接网络服务。互联层的主要功能是负责将源主机的报文分组发送到目的主机，源主机与目的主机可以在一个网络中，也可以在不同的网络中。因此本题的正确答案是C。

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