4.1 网络体系结构概述（教学设计）-《计算机网络基础(第2版)》同步教学(机械工业出版社）

课题 第4章 4.1 网络体系结构概述 授课人 课型 新课 课 时 2课时 教学目标    通过本节的学习，学生能明白计算机网络体系结构的基本原理。 教学重点 1 分层的原则 2 层次的划分 3 网络协议 4 网络体系结构 教学难点 1 分层的原则 2 层次的划分 教学方法 以课堂讲授为主，对本节难点进行讨论 教学手段和教具 微机 板 书 设 计 课 后 记 教学过程 教师活动 学生活动 组织教学 复习提问、导入新课 讲授新课 计算机网络系统是独立的计算机通过已有通信系统连接形成的，其功能是实现计算机的远程访问和资源共享。因此，计算机网络的问题主要是解决异地独立工作的计算机之间如何实现正确、可靠的通信，计算机网络分层体系结构模型正是为解决计算机网络的这一关键问题而设计的。 4.1.1分层的原则 计算机网络体系结构的分层思想主要遵循以下几点原则： （1）功能分工的原则：即每一层的划分都应有它自己明确的与其他层不同的基本功能。 （2）隔离稳定的原则：即层与层的结构要相对独立和相互隔离，从而使某一层内容或结构的变化对其他层的影响小，各层的功能、结构相对稳定。 （3）分支扩张的原则：即公共部分与可分支部分划分在不同层，这样有利于分支部分的灵活扩充和公共部分的相对稳定，减少结构上的重复。 （4）方便实现的原则：即方便标准化的技术实现。 4.1.2层次的划分 计算机网络是计算机的互连，它的基本功能是网络通信。网络通信根据网络系统不同的拓扑结构可归纳为两种基本方式：第一种为相邻结点之间通过直达通路的通 信，称为点到点通信；第二种为不相邻结点之间通过中间结点链接起来形成间接可达通路的通信，称为端到端通信。很显然，点到点通信是端到端通信的基础，端到端通信是点到点通信的延伸。 点到点通信时，在两台计算机上必须要有相应的通信软件。这种通信软件除了与各自操作管理系统接口外，还应有两个接口界面：一个向上，也就是向用户应用的界面；一个向下，也就是向通信的界面。这样通信软件的设计就自然划分为两个相对独立的模块，形成用户服务层US和通信服务层CS两个基本层次体系。 端到端通信链路是把若干点到点的通信线路通过中间结点链接起来而形成的，因此，要实现端到端的通信，除了要依靠各自相邻结点间点到点通信联接的正确可靠外，还要解决两个问题：第一，在中间结点上要具有路由转接功能，即源结点的报文可通过中间结点的路由转发，形成一条到达目标结点的端到端的链路；第二，在端结点上要具有启动、建立和维护这条端到端链路的功能。启动和建立链路是指发送端结点与接收端结点在正式通信前双方进行的通信，以建立端到端链路的过程。 维护链路是指在端到端链路通信过程中对差错或流量控制等问题的处理。 因此在网络端到端通信的环境中，需要在通信服务层与应用服务层之间增加一个新的层次来专门处理网络端到端的正确可靠的通信问题，称为网络服务层NS。 对于通信服务层，它的基本功能是实现相邻计算机结点之间的点到点通信,它一般要经过两个步骤：第一步，发送端把帧大小的数据块从内存发送到网卡上去；第二步，由网卡将数据以位串形式发送到物理通信线路上去。在接收端执行相反的过程。对应这两步不同的操作过程，通信服务层进一步划分为数据链路层和物理层。 对于网络服务层，它的功能也由两部分组成：一是建立、维护和管理端到端链路的功能；二是进行路由选择的功能。端到端通信链路的建立、维护和管理功能又可分为两个侧面，一是与它下面网络层有关的 链路建立管理功能，另一是与它上面端用户启动链路并建立与使用链路通信的有关管理功能。对应这三部分功能，网络服务层划分为三个层次：会话层、传输层和网络层，分别处理端到端链路中与高层用户有关的问题，端到端链路通信中网络层以下实际链路联接过程有关的问题，以及路由选择的问题。 对于用户服务层，它的功能主要是处理网络用户接口的应用请求和服务。考虑到高层用户接口要求支持多用户、多种应用功能，以及可能是异种机、异种OS应用 环境的实际情况，分出一层作为支持不同网络具体应用的用户服务，取名为应用层。分出另一层用以实现为所有应用或多种应用都需要解决的某些共同的用户服务要求，取名为表示层。 综上所述，计算机网络体系结构分为相对独立的七层：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、链路层、物理层。这样，一个复杂而庞大的问题就简化为了几个易研究、处理的相对独立的局部问题。 4.1.3网络协议 在计算机网络中包含有多种计算机系统，它们的硬件和软件系统有着很大的差异，要使得它们之间能够相互通信，进行数据交换，就必须有一套通信管理机制使通信双方能正确地接收信息，并能理解对方的含义，因此它们就必须事先约定一个规则，这种规则就称为协议。这种为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准和约定统称为网络协议。 网络协议主要由三个要素组成：语法、语义和交换规则（定时）。语法确定了协议元素的格式，即规定数据与控制信息的结构和格式；语义确定协议元素的类型，即规定通信双方发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答；交换规则规定了事件实现顺序的详细说明。下面以打电话这个事件为例进行理解。 在打电话的过程中，电话号码就是“语法”，一般的电话号码是由若干位阿拉伯数字组成。拨通号码后，对方的电话就会振铃，接电话的人就会接起电话，这一系列的动作就是语义。只有先拨通号码，电话才会振铃，振铃后对方才会去接电话，接起电话双方才能通话，这种前后顺序就是交换规则。 4.1.4网络体系结构 通过上术讲解我们清楚了，网络分成很多层，每一层都要实现一定的功能，为了实现该层的功能，就必须为该层规定好本层的协议，同时相邻层之间也必须有数据传输，我们称之为接口服务。简单地说，网络分成多层，每层都有各自的协议，相邻层之间要有接口服务。我们将这种层和协议的集合称为网络的体系结构。 小结： 作业： 4-1-1简答题 1)计算机网络体系结构的分层思想主要遵循哪几点原则？ 2) 网络协议主要由哪三个要素组成？ 3）什么是网络体系结构？ 学科网（北京）股份有限公司 $$