Chapter 2 网络的体系结构与参考模型

2.1 网络的构成 2.2 网络的体系结构 2.3 OSI 模型 2.4 TCP/IP 模型 2.5 OSI 与 TCP/IP 模型比较 2.6 网络的分类

2.1 网络的构成 网络的构成

端系统（主机等）：信息的收发

通信链路（电缆等）：信息的传输

中间交换系统（路由器等）：信息的转发

因特网 主干网（核心网络） 接入网（边缘网络）

Internet

主干网

接入网

（校园网）

接入网（无线）

接入网

（有线）

SiSi

SiSi

2.2 网络体系结构——层和协议的集合 [1]

协议 (protocol) 什么是协议？ 协议为什么要分

层？

时间 时间 时间 时间

TCP 连接请求

TCP 连接响

应GET http://www.awl.com/kurose

< 文件 >

你好！

你好！

2:00

几点了？

学生甲 学生乙

举例（寄包裹）

封装购物

邮寄捆扎运输

拆封使用

取物拆包运输运输 运输

拆包运输

捆扎运输

发信人 收信人

协议５协议４协议３

协议２

协议１ 空运 陆运

2.2 网络体系结构——层和协议的集合

协议体系 (protocol architecture) 网络协议：是指通信双方（或多方）关于如何进行通信的一种约定 [1] 。 协议分层：为了降低设计的复杂度，增加网络的可扩展性，具有概念化、

结构化的优点，有利于新业务的导入。 分层的原则：

将相似的功能集中在同一层内，必要时可将层的功能再分成子块，层数不宜过多，以避免层间接口的开销变大。

当功能差别较大时应分层处理。 各层只对相邻的上下层定义接口。

协议栈（ protocol stack) ：一个特定的系统所使用的一组协议（每一层一个或几个协议），网络协议图（参见其它文件）

2.2 网络体系结构——层和协议的集合

层 (layer) 协议 (protocol) 服务 (service 或业

务 ) 接口（ interface) 原语 (primitive)

2.2 网络体系结构——层和协议的集合

层 (layer) 协议 (protocol) 服务 (service 或业

务 ) 接口（ interface) 原语 (primitive)

不同机器中对应的层称为对等实体（ peer entity)

2.2 网络体系结构——层和协议的集合

层 (layer) 协议 (protocol) 服务 (service 或业

务 ) 接口（ interface) 原语 (primitive)

第 n 层的通信规则和功能由该层的协议描述

2.2 网络体系结构——层和协议的集合

层 (layer) 协议 (protocol) 服务 (service 或业

务 ) 接口（ interface) 原语 (primitive)

相邻上下层之间都有接口，接口定义下层向上层提供的服务。

2.2 网络体系结构——层和协议的集合

层 (layer) 协议 (protocol) 服务 (service 或业

务 ) 接口（ interface) 原语 (primitive)

服务由一组原语描述。如果协议位于操作系统中，则这些服务原语通常是一些系统调用。

数据单元的名称与关系业务接入点 SAP

协议数据单元 PDU

N层的 PDU=N层 PCI+N层 SDU

N层的 SDU=N+1 层的 PDU

协议控制信息 PCI

PCI

PCI

PDU

业务数据单元 SDU

服务（ service) 面向连接的服务

首先要在信源与信宿之间建立连接，然后在此连接上通信，最后拆除连接。

特点：占用一定的资源，可靠，按序传送 非连接服务

传送数据不需要建立连接，即有即送。 将每个数据单元打包，在包头添加地址信息。 特点：每个数据包独自寻路（重复劳动），同一数据流

的包可能经由不同的路径到达目的地，到达的顺序也可能颠倒。

服务原语（ primitive) 服务原语分为 4 种类型：

请求 (request):一个实体请求做某项服务

指示 (indication) ：一个实体被告知做某项服务

响应 (response) ：一个实体发出响应

证实 (confirm) ：请求得到响应 原语一般都携带参数。 证实型（ confirmed）和非证实

型（ unconfirmed）服务的区别： 证实型服务包含所有 4 种服务原

语。 非证实型服务只包含请求和指示

2 种服务原语。

N+1 层协议实体

N层协议实体

N-1 层协议实体

响应 指示

N+1 层协议实体

N层协议实体

N-1 层协议实体

请求 证实

使用的服务

提供的服务

服务原语工作示意图N+1层 N+1层N层

request

indication

response

confirm

计算机A

计算机B

服务原语工作示例1 COENNCT.request dial2 CONNECT.indication ring3 CONNECT.response pick up4 CONNECT.confirm ringing stops5 DATA.request say something6 DATA.indication hears voice7 DISCONNECT.request caller hangs up8 DISCONNECT.indication busy tone

TCP Client-Server 交互流程

socket()

bind()

listen()

accept()

send()

recv()

recv()

TCP Server

closesocket()

socket()

TCP Client

connect()

send()

recv()

closesocket()

建立连接

请求数据

响应数据

文件结束标识

2.2ISO-OSI 模型

PhysicalPhysical

Data linkData link

NetworkNetwork

TransportTransport

SessionSession

PresentationPresentation

ApplicationApplication

PhysicalPhysical

Data linkData link

NetworkNetwork

TransportTransport

SessionSession

PresentationPresentation

ApplicationApplicationA

A

A

A

A

A

P

P

P

P

P

S

S

S

S

T

T

T

N

ND D

Virtualdata flow

Actual data flow

Sender Receiver

PhysicalPhysical

Data linkData link

NetworkNetwork

TransportTransport

SessionSession

PresentationPresentation

ApplicationApplication

PhysicalPhysical

Data linkData link

NetworkNetwork

TransportTransport

SessionSession

PresentationPresentation

ApplicationApplication

PhysicalPhysical

Data linkData link

NetworkNetwork

TransportTransport

SessionSession

PresentationPresentation

ApplicationApplicationA

A

A

A

A

A

P

P

P

P

P

S

S

S

S

T

T

T

N

ND D

Virtualdata flow

Actual data flow

Sender ReceiverOSI

mnemonicsAllPeopleSeemToNeedDataProcessing

PleaseDoNotThrowSausagePizzaAway

OSImnemonics

AllPeopleSeemToNeedDataProcessing

PleaseDoNotThrowSausagePizzaAway

应用层

表示层

会话层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

国际标准化组织（ International Standard Organization)开放系统互连（ Open System Interconnection)

定于 1983年， 1995年修订

每一层都根据本层协议对数据单元 进

行封装

ISO-OSI 模型

PDU: Protocol Data Unit

协议数据单元

帧

分组物理层：缆线，信号的编码，网络接插件的电、机械接口

数据链路层：成帧，差错控制、流量控制，物理寻址，媒体访问控制

网络层：路由、转发，拥塞控制

传输层：为会话层提供与下面网络无关的可靠消息传送机制

会话层： 负责建立（或清除）在两个通信的表示层之间的通信通道，包括交互管理、同步，异常报告。

表示层： 在两个应用层之间的传输过程中负责数据的表示语法

应用层：处理应用进程之间所发送和接收的数据中包含的信息内容。

2.4 TCP/IP 模型

主机至网络层（或网络接口层），在 TCP/IP 模型中很少提及。

2.4 TCP/IP 模型

互连网层：提供非连接的分组交换功能

2.4 TCP/IP 模型

传输层：提供可靠的面向连接的传输层协议 TCP 和不可靠的非连接传输层协议 UDP 。

2.4 TCP/IP 模型应用层：向用户提供应用服务。如 FTP ， TELNET 等

TCP/IP 模型

2.4 OSI 与 TCP/IP 模型的比较相同点：

1. 都是基于独立的协议栈概念。

2.两者都有功能相似的应用层、传输层、网络层。

相同点：

1. 都是基于独立的协议栈概念。

2.两者都有功能相似的应用层、传输层、网络层。

不同点：

1. 在 OSI 模型中，严格地定义了服务、接口、协议；在 TCP/IP 模型中，并没有严格区分服务、接口与协议。

2.OSI 模型支持非连接和面向连接的网络层通信，但在传输层只支持面向连接的通信； TCP/IP 模型只支持非连接的网络层通信，但在传输层有支持非连接和面向连接的两种协议可供用户选择。

3.TCP/IP 模型中不区分、甚至不提起物理层和数据链路层。

不同点：

1. 在 OSI 模型中，严格地定义了服务、接口、协议；在 TCP/IP 模型中，并没有严格区分服务、接口与协议。

2.OSI 模型支持非连接和面向连接的网络层通信，但在传输层只支持面向连接的通信； TCP/IP 模型只支持非连接的网络层通信，但在传输层有支持非连接和面向连接的两种协议可供用户选择。

3.TCP/IP 模型中不区分、甚至不提起物理层和数据链路层。

networkdata linkphysical

networkdata linkphysical

data linkphysical

application

transportnetworkdata linkphysical

data linkphysical

application

transportnetworkdata linkphysical

data linkphysical

application

transportnetworkdata linkphysical

802.3physical

802.11802.11b物理

层

data linkphysical

Internet 体系与数据流程示意图

2.6 网络的分类 从网络连接的区域看网络可分为：

个域网（ Personal Area Network, PAN ）：只有数十米的区域，有蓝牙（ 802.15 ）、 ZigBee （ 802.15.4 ）以及UWB（超宽带）等技术

局域网（ Local Area Network ， LAN) ： 10m~nkm ，大楼，校园

城域网（Metropolitan Area Network ，MAN) ：城市，几十公里

广域网（Wide Area Network ，WAN）：国家和地区， 100km~1000km

互连网（ internet ）：由众多网络互连而成

internet

从传输媒体看 有线网络 无线网络

从功能上分 主干网 (backbone) ：高速，功能简捷 接入网 (access network) ：功能复杂，种类繁多

从网络使用者分 公用网（ public network):指国家的电信公司或 ISP出资建造的大

型网络，公众通过缴费即可使用。 专用网（ private network) ：指某个单位所有，仅为本单位人员

提供的网络。 从连接方式看

广播型网络：多个用户共享同一信道的网络，也称共享媒体型网络 点 -点网络：由许多点 -点的链路连接而成，也称交换型网络

小结 本章要求

重点掌握 OSI七层模型和 TCP/IP 模型，熟悉网络体系结构（层、服务、协议等基本概念）

作业 第一章： 13 ， 20， 21 ， 36