第三章第三章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构

韩山师范学院 数学与信息技术学院余晓春

3.1 3.1 网络体系结构概述网络体系结构概述分层处理所带来的好处是：那一层可以

实现一种相对独立的功能，因而可将一个难以处理得复杂问题分解为若干容易处理的较小的问题。计算机网络协议采用层次结构，可以使各层之间相对独立，灵活性好，易于实现和维护，而且各层结构上可以分割开，每层都可以采用最合适的技术来实现

3.1 3.1 网络体系结构概述网络体系结构概述 3 ． 1 ． 3 层次结构的要点与层次划分的原则 1 、层次结构的要点 （ 1) 除了在物理媒体上进行的是实通信之外，

其余各对等实体间进行的都是虚通信。 （ 2 ）对等层的虚通信必须遵循该层的协议。 （ 3)n 层的虚通信是通过 n/n-1 层间接口处 n-1

层提供的服务以及 n-1 层的通信（通常也是虚通信）来实现的。

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型 3 ． 2 ． 1 OSI/RM 中的有关概念 1 、协议和服务的区别及相互关系 控制两个（ N ）层对等实体进行通信的规则的集

合称为（ N ）协议：两个（ N ）层实体间的通信在（ N ）协议的控制下，能够使（ N ）层向上一层提供服务，这种服务就称为（ N ）服务，接受（ N ）服务的（ N ）层服务用户是（ N+1 ）层实体。（ N ）层协议的实现保证了（ N ）服务得以向上一层提供，但（ N ）层用户只能看见（ N ）服 务 而 无 法 看 见 （ N ） 协 议 ， （ N ） 协 议 对（ N ）层服务用户是透明的

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型3 ． 2 ． 1 OSI/RM 中的有关概念2 、服务访问点服务访问点（ SAP ）是指同一系统中相

邻两层实体之间进行交换信息之处，即（ N ）层实体和（ N+1 ）层实体之间的逻辑接口，也称为插口或端口

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型3 ． 2 ． 1 OSI/RM 中的有关概念（ 1 ）协议数据单元：是指在不同站点

得各层对等实体之间，为实现该协议所交换的信息单元

（ 2 ）接口数据单元，是指在同一系统中相邻两层实体的一次交互中，经过层间接口则数据信息单元的大小

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型 3 ． 2 ． 1 OSI/RM 中的有关概念 OSI 参考模型对各个层次的划分遵循下列原则： 1 、网中各结点都有相同的层次，相同的层次

具有同样的功能； 2 、同一结点内相邻层之间通过接口通信； 3 、每一层使用下层提供的服务 , 并向其上层

提供服务； 4 、不同结点的同等层按照协议实现对等层之

间的通信。

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型3 ． 2 ． 2 第一层：物理层1 、物理层的功能特征（ 1 ）物理层主要负责在物理连接上传

输二进制比特流。（ 2 ）物理层提供为建立、维护和释放

物理连接所需要的机械、电气、功能与规程的特性。

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型3 ． 2 ． 3 第二层：数据链路层 把从物理层来的原始数据打包成帧。一

个帧是放置数据的、逻辑的、结构化的包。数据链路层负责帧在计算机之间的无差错传递。

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型 3 ． 2 ． 3 第二层：数据链路层 1 、数据链路层的功能 （ 1 ）数据链路建立、维护与释放； （ 2 ）数据链路层服务数据单元帧的传输； （ 3 ）差错检测与控制； （ 4 ）数据流量控制； （ 5 ）在多点连接或多条数据链路连接的情况下 ,

提供数据链路端口标识的识别，支持网络层实体建立网络连接；

（ 6 ）帧接收顺序控制

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型3 ． 2 ． 3 第二层：数据链路层 2 、数据链路层的协议 数据链路层协议分为两类：面向字符型

与面向比特型。早期的数据链路层协议多为面向字符型。

典型的协议标准有 ANSI X3.28 、 ISO 1745 和 IBM 的 BSC

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型3 ． 2 ． 3 第二层：数据链路层 2 、数据链路层的协议 面向比特型的数据链路规程 SDLC ；美

国国家标准化协会 ANSI 将 SDLC 修改为 ADCCP 做为国家标准； ISO 将修改后的 SDLC 称为高级数据链路控制 HDLC ，并将它做为国际标准。

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型3 ． 2 ． 3 第二层：数据链路层 3 、数据链路层的工作过程（ 1 ）执行数据链路层的协议动作1 ）数据链路建立阶段2 ）数据帧传输阶段3 ）数据链路释放阶段 （ 2 ）数据链路连接与物理连接

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型3 ． 2 ． 4 第三层：网络层 1 、路径选择与中继2 、流量控制3 、网络连接建立与管理

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型 3 ． 2 ． 5 第四层：传输层 这一层负责错误的确认和恢复，以确保信息的

可靠传递。在必要时，它也对信息重新打包，把过长信息分成小包发送；而在接收端，把这些小包重构成初始的信息。在这一层中最常用的协议就是 TCP/IP&127 ；的传输控制协议 TCP 、 Novell 的顺序包交换 SPX 以及 Microsoft NetBIOS/NetBEUI 。

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型 3 ． 2 ． 6 第五层：会话层 允许在不同机器上的两个应用建立、使用和结束会话，这一层在会话的两台机器间建立对话控制，管理哪边发送、何时发送、占用多长时间等。

建立在传输层之上，利用传输层提供的服务，使得两个会话实体之间不考虑它们之间相隔多远、使用了什么样的通信子网等网络通信细节，进行透明的、可靠的数据传输。

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型3 ． 2 ． 7 第六层：表示层 它包含了处理网络应用程序数据格式的

协议。表示层位于应用层的下面和会话层的上面，它从应用层获得数据并把它们格式化以供网络通信使用。该层将应用程序数据排序成一个有含义的格式并提供给会话层

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型3 ． 2 ． 7 第六层：表示层 1 、语法转换2 、表示上下文同时，对同样的数据结构，在不同的时

间，可以使用不同的传送语法，如使用加密算法、数据压缩算法等

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型3 ． 2 ． 8 第七层：应用层 是最终用户应用程序访问网络服务的地方。它负责整个网络应用程序一起很好地工作。这里也正是最有含义的信息传过的地方。程序如电子邮件、数据库等都利用应用层传送信息。

33 ．． 2 OSI2 OSI 参考模型参考模型 3 ． 2 ． 8 第七层：应用层 协议有： 1 、文件传送、访问与管理 FTAM 协议； 2 、公共管理信息协议 CMIP ； 3 、虚拟终端协议 VTP ； 4 、事务处理 TP 协议； 5 、远程数据库访问 RDA 协议； 6 、制造业报文规范MMS 协议； 7 、目录服务 DS 协议； 8 、报文处理系统 MHS 协议。

33 ．． 3 TCP/IP3 TCP/IP 体系结构：体系结构：3 ． 3 ． 1 TCP/IP简介TCP/IP 协议使用范围极广，是目前异种

网络通信使用的唯一协议体系，适用于连接多种机型，既可用于局域网，又可用于广域网，许多厂商的计算机操作系统和网络操作系统产品都采用或含有 TCP/IP 协议。 TCP/IP 协议已成为目前事实上的国际标准和工业标准。

33 ．． 3 TCP/IP3 TCP/IP 体系结构：体系结构：3 ． 3 ． 2 TCP/IP 的体系结构TCP/IP 协议在硬件基础上分为四个层次，自下而上依次是：网络接口层、网际层、传输层和应用层

33 ．． 3 TCP/IP3 TCP/IP 体系结构：体系结构：3 ． 3 ． 2 TCP/IP 的体系结构

应用层

表示层

会话层

应用层 SMPT DNS NSP FTP TFTP TELNET

传输层 传输层 TCP UDP

网络层 网际层 I CMP I P ARP| RARP

数据链路层

物理层 网络接口层 Ethernet ARPAnet PDN Others

33 ．． 3 TCP/IP3 TCP/IP 体系结构：体系结构：3 ． 3 ． 3 TCP/IP 与 OSI/RM 的区别（ 1 ） TCP/IP虽然也分层，但其层次之

间的调用关系不像 OSI那样严格 （ 2 ） TCP/IP 一开始就考虑到了异种网

的互连问题，并将互连网协议作为 TCP/IP 的重要组成部分

33 ．． 3 TCP/IP3 TCP/IP 体系结构：体系结构：3 ． 3 ． 3 TCP/IP 与 OSI/RM 的区别（ 3 ） TCP/IP 一开始就向用户同时提供

可靠服务和不可靠服务，而 OSI 在开始时只考虑到向用户提供可靠服务

33 ．． 4 4 局域网体系结构局域网体系结构 3 ． 4 ． 1 IEEE局域网协议标准 1 、 IEEE 802 系列标准 IEEE 802 标准主要包括下列内容， IEEE 802.1A ：体系结构 IEEE 802.1B ：寻址、网间互连和网络管理 IEEE 802.2 ：逻辑链路控制 LLC IEEE 802.3 ： CSNA/CD 访问控制与物理层规范 IEEE 802.4 ：令牌总线访问控制与物理层技术

规范）

33 ．． 4 4 局域网体系结构局域网体系结构 1 、 IEEE 802 系列标准 IEEE 802.5 ：令牌环访问控制与物理层技术规范

IEEE 802.6 ：城域网访问控制与物理层技术规范

IEEE 802.7 ：宽带局域网技术标准 IEEE 802.8 ：光纤网络技术标准（ FDDI ） IEEE 802.9 ：集成化语音 / 数据局域网 IEEE 8

02.10 ：可互操作局域网安全标准

33 ．． 4 4 局域网体系结构局域网体系结构1 、 IEEE 802 系列标准 IEEE 802.11 ：无线局域网 WLANIEEE 802.12 ：按需优先 100VG—AnyL

AN

33 ．． 4 4 局域网体系结构局域网体系结构IEEE 802 标准规定了局域网和城域网的

体系结构，称为： LAN&MAN 参考模型。该模型采用层次型结构，只定义了与通信有关的低三层，沿用 ISO/OSI 的定义，这三层从低到高分别是第一层物理层、第二层数据链路层和第三层网络层。对于高层 IEEE 802没有定义，而是继续沿用 ISO/OSI 的高层协议

33 ．． 4 4 局域网体系结构局域网体系结构2 、 逻辑链路控制协议LLC子层界面服务规范 IEEE 802.2 规定

了三个界面服务规范：网络层／ LLC子层界面服务规范；LLC子层／MAC子层界面服务规范；LLC子层／ LLC子层管理功能的界面

服务规范。

33 ．． 4 4 局域网体系结构局域网体系结构3 ． 4 ． 2 交换式局域网的体系结构分析

1 、交换式局域网中交换机和路由器的功能

在局域网中交换与路由选择最显著的差异在于：信息包经过路由器要比经过交换机需要复杂得多的处理

33 ．． 4 4 局域网体系结构局域网体系结构3 ． 4 ． 2 交换式局域网的体系结构分析

2 、交换式局域网设计的目标以合理的成本取得较高的处理能力、更低的端到端的迟延、具有对通信模式进行调节的弹性、容易配置和安装、最小化的管理负担、对网络资源访问的有效控制。

33 ．． 4 4 局域网体系结构局域网体系结构 3 ． 4 ． 2 交换式局域网的体系结构分析 3 、路由选择在交换式局域网中的作用 （ 1 ）把交换式局域网分割成多个广播域 （ 2 ）广播通信流 （ 3 ）广播风暴（ Broadcast Storm ） （ 4 ）子网间信息包的传输 （ 5 ）互连不同局域网的技术 （ 6 ）提供安全访问的机制