3.1 网络体系结构概述（课件） -《计算机网络技术基础》同步教学(上海交通大学出版社)

计算机网络技术基础 网络体系结构 第三章 章节导读 计算机网络是一个庞大的、多样化的复杂系统，涉及多种通信介质、多厂商和异种机互连、高级人机接口等各种复杂的技术问题。要使这样一个系统高效、可靠地运转，网络中的各个部分都必须遵守一套合理而严谨的网络标准。这套网络标准就是网络体系结构。 本章主要介绍网络体系结构的基本概念，以及开放式系统互连（OSI）参考模型和TCP/IP参考模型的分层结构及各层功能。 3 学 习 目 标 了解分层设计的思想和网络协议的概念。 掌握OSI参考模型的分层结构及各层功能。 掌握OSI参考模型中数据传输的过程。 掌握TCP/IP参考模型的分层结构及各层功能。 理解OSI参考模型和TCP/IP模型的区别。 4 3.1 网络体系结构概述 网络体系结构是计算机网络技术中的一个重要概念，它将计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，并规定同层次实体通信的协议及相邻层之间的接口服务，以给出网络通信的一般解决办法。简单来说，网络体系结构就是网络各层及其协议的集合。因此，要理解网络体系结构，就必须了解网络体系结构的分层设计思想和网络协议。 3.1 网络体系结构概述 3.1.1 分层设计 为了减少网络设计的复杂性，绝大多数网络采用分层设计方法。所谓分层设计方法，就是按照信息的流动过程将网络的整体功能分解为一个个的功能层，同一机器上的相邻功能层之间通过接口进行信息传递，不同机器上的同等功能层之间采用相同的协议。 为了便于理解分层设计的思想，首先以邮政通信系统为例进行说明。如图3-1所示，在整个通信过程中主要涉及三个层次，即用户子系统、邮局子系统和运输部门子系统。 图3-1 邮政通信系统分层模型 3.1 网络体系结构概述 从图3-1中可以看出，邮政系统中的各种约定都是为了将信件从写信人送到收信人而设计的，也就是说，它们是因信息的流动而产生的。这些约定可以分为两种，一种是同等机构间的约定，如用户之间的约定、邮政局之间的约定和运输部门之间的约定；另一种是不同机构间的约定，如用户与邮政局之间的约定、邮政局与运输部门之间的约定。 在计算机网络环境中，两台计算机中两个程序之间进行通信的过程与邮政通信的过程十分相似。应用程序对应于用户，计算机中进行通信的进程（也可以是专门的通信处理机）对应于邮局，通信设施对应于运输部门。 3.1 网络体系结构概述 计算机网络的层次模型如图3-2所示，不同计算机同等层之间的通信规则就是该层使用的协议，如有关第N层的通信规则的集合就是第N层的协议。而同一计算机的不同功能层之间的通信规则称为接口（Interface），如在第N层和第（N+1）层之间的接口称为N/（N+1）层接口。对于不同的网络，它的分层数量、各层的名称和功能以及协议都各不相同。但是，在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上一层提供服务，并隐藏下层的实现细节。 图3-2 计算机网络的层次模型 提 示 协议层次化不同于程序设计中模块化的概念。在程序设计中，各模块可以相互独立，任意拼装或者并行。网络协议层次则有上下之分，它是依数据的流动而产生的。组成不同计算机同等层的实体称为对等进程（Peer Process）。对等进程不一定非是相同的程序，但其功能必须完全一致，且采用相同的协议。 3.1 网络体系结构概述 3.1 网络体系结构概述 计算机网络体系结构是关于计算机网络应设置哪几层，每层应提供哪些功能的精确定义。也就是说，网络体系结构只是从功能上描述计算机网络的结构，而不关心每层硬件和软件的组成，也不解决这些硬件或软件的实现问题，它只是为各个标准化组织制定协议标准提供了一个参考模型。因此网络体系结构是众多现有网络标准的抽象，也是制定新的网络标准与协议的准则。 3.1 网络体系结构概述 3.1.2 网络协议 网络协议主要由以下3个要素组成： 语法：规定用户数据与控制信息的结构与格式。 语义：规定通信双方需要发出何种控制信息、完成何种动作及做出何种响应等。 时序：又称“同步”，用于规定事件实现顺序的详细说明，即通信双方动作的时间、速度匹配和事件发生的顺序等。 想要让两台计算机进行通信，必须使它们采用相同的信息交换规则。我们把在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的规则称为网络协议（Network Protocol）或通信协议（Communication Protocol）。 $$