1网络体系结构

高等计算机网络 Part 1:网络体系结构(1)计算机科学与技术学院 网络工程教研室 袁卫华

第一次课 网络体系结构(1)主要内容一、网络体系结构(network architecture)二、开放系统互连/参考模型(OSI/RM)

三、TCP/IP参考模型 四、小结和作业

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一、网络体系结构主要内容1.背景2.解决思路 3.网络体系结构的概念 4.网络体系结构设计中的关键问题 5.封装与拆封 6.协议与要素

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一、网络体系结构1.背景 1)计算机网络是一个十分复杂的系统 不同的通信介质——有线(光缆、双绞线……)、 无线…… 不同种类的设备——主机、路由器、交换机…… 不同的操作系统——Unix、Windows… … 不同的业务种类——分时、交互、实时… …

不同的底层网络技术——以太网、令牌环网……

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一、网络体系结构1.背景 2)对于复杂的网络系统，用什么方法合理地组织才能达 到如下目标？ 简化设计与实现 便于更新与维护 较强的独立性和适应性

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一、网络体系结构2.解决思路 1)分层模型，分而治之！诸多不同类型的计算机和网络设备要进行通信，必须使它们采 用相同的信息交换规则(协议),为了减少网络协议设计的复 杂性，通常情况下，采用分层模型开发网络协议。 分层：将整个通信过程划分成许多小问题，为每个小问题单 独设计一个协议。每层实现一种特定的服务(功能)。

这样简化了每个协议的设计、分析、编码、测试，并且简化了 网络的故障排除。 依赖下层提供的服务，实现自己内部的功能，并向上层提供 服务。计算机科学与技术学院 网络工程教研室

一、网络体系结构2.解决思路 2)分层模型举例 邮政系统邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输 软件设计

把一个大的软件分解为若干个层次的小模块来实现。 Internet的路由系统 自治系统间路由 自治系统内部路由

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一、网络体系结构2.解决思路 2)分层模型举例：邮政系统的信件处理过程发件人写信、贴邮票、 送邮箱 收集信件、盖邮 戳、信件分拣 信件打包送运 输部门 路由选择、 运输 通信者活动

收件人通信者活动 阅读信件 信件投递、信件 分拣 分发信件、信 件拆包 转送邮局、 接收邮件

邮政服务业务 邮局转送业务

邮政服务业务 邮局转送业务

运输部门的信件传输业务

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一、网络体系结构2.解决思路 2)分层

模型举例：邮政系统的信件处理过程与邮政系统的信件处理过程相同，大多数网络也是按层( layer)的方式来组织，每一层都建立在它的下层之上，都向 它的上一层提供一定的服务，把如何实现这一服务的细节对 上一层加以屏蔽。

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一、网络体系结构2.解决思路 2)分层模型举例哲学家A(英语和德语) I like rabbits. 翻译(中文) L:我喜欢兔子。 传输(传真) F:L:我喜欢兔子。 哲学家B(韩语和法语) J’aime les lapins. 翻译(中文) L:我喜欢兔子。 传输(传真)

电话线路

F:L:我喜欢兔子。计算机科学与技术学院 网络工程教研室

一、网络体系结构3.网络体系结构的概念 1)网络体系结构将计算机互连的功能划分成有明确定义的层次，并规定同层 实体通讯的协议和相邻层间通信的接口与服务。这种层和协 议的集合称之为网络体系结构。

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一、网络体系结构3.网络体系结构的概念

2)网络体系结构与网络拓扑结构的区别 体系结构研究系统各部分组成及相互关系同层进程间通讯的协议及相邻层的接口统称为网络体系结构 拓扑结构研究与大小，形状无关的点、线间关系

把网络中的计算机和通信设备抽象为点，把传输介质抽象为 一条线，由点和线组成的几何图形就是计算机网络的拓扑结 构。星型拓扑、环形拓扑、总线型拓扑、树形拓扑

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一、网络体系结构3.网络体系结构的概念

3)网络体系结构举例 最早的网络体系结构源于IBM的SNASystem Network Architecture 系统网络结构，主机-终端 通信模型，七层协议 ISO制定的OSI/RM: Open System Interconnection/Reference Model,开放系统互 连/参考模型 IEEE TCP/IP,事实上的工业标准

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一、网络体系结构4.网络体系结构设计的关键问题 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？相邻层实体间如何交互？(服务与接口)

3)通信双方的数据传输要遵循哪些规则？(协议)

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一、网络体系结构4.网络体系结构设计的关键问题 1)网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？思考：网络的分层设计过程中应该遵循什么原则？ 层次不能太多，防止体系结构过于庞大；也不能太少，防止 不同的功能混杂在同一层中。 应在接口服务描述工作量最少，尽可能减少相邻层之间传递 信息的数量。穿越相邻边界相互作用次数最少或通信量最小的 地

方建立边界。 每一层实现定义明确的功能，并应尽量局部化。 每一层只与其上下层产生接口，提供或访问服务。 层次的划分应有利于标准化工作。计算机科学与技术学院 网络工程教研室

一、网络体系结构4.网络体系结构设计的关键问题 1)网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？思考：层次结构方法有什么优点？ 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，每层的实现方法可任意改变。 易于实现和维护 系统结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。 设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。计算机科学与技术学院 网络工程教研室

一、网络体系结构4.网络体系结构设计的关键问题 源进程逻辑通信 目标进程 消息

2)基本概念1.实体：任何可发送或接收 信息的硬件/软件进程。2.对等层：两个不同系统的 同级层次。N+1 N N-1

消息

Pn+1 Pn Pn-1

N+1 N N-1

3.对等实体：位于不同系统 对等层中的两个实体。4.协议栈：某系统所使用的 协议列表，每层一个协议。3 2 1

P3 P2 P1

3 2 1

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一、网络体系结构4.网络体系结构设计的关键问题

2)基本概念5.协议数据单元(PDU):对等实 体之间通信传输的数据单元。 6.接口：相邻两层之间交互的界 面(interface),接口定义下层向 上层提供的原语操作和服务。 接口主要是告诉上层进程应当 如何来访问它。

系统AN+1 N N-1Pn+1 Pn Pn-1

系统BN+1 N N-1

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P3 P2 P1

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物理通信线路计算机科学与技术学院 网络工程教研室

一、网络体系结构4.网络体系结构设计的关键问题 2)基本概念7.服务：某一层及其以下各层的 一种功能，通过接口提供给其直 接相邻上层。 服务主要定义该层做什么。 8.协议：通信双方在通信中必须 遵守的规则 。 协议主要定义该层应如何工作。 可以使用任何协议，只要能完成 承诺的服务就可以。32 1P3 P2 P1

系统AN+1 N N-1Pn+1 Pn Pn-1

系统BN+1 N N-1

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物理通信线路计算机科学与技术学院 网络工程教研室

一、网络体系结构4.网络体系结构设计的关键问题 2)基本概念9.服务访问点SAP(Server Access Point): 在同一系统中，一个N层实体和一个N+1层实体相互作用时， 信息必须穿越两层的边界，在边界上存在所谓的N层SAP,代 表N层实体和N+1层实体之间的逻辑接口。 n层SAP,就是n+1 N+1层实体 N+1层实体 层可以访问n层服 务的地方。 接口N层实体 N层实体计算机科学与技术学院 网络工程教研室

一、网络体系结构4.网络体系结构设计的关键问题 2)基本概念10.服务连接

端点CEP(Connect End Point):

为使两个或多个N+1层实体之间能进行信息交换，必须在各自 对应的N层SAP之间利用N层协议建立一个N层连接，该连接作 用于N层服务的一部分。在N层服务内的端点被称为N层CEP。N+1层实体 N+1层实体 N+1层实体

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