网络体系结构PPT课件.ppt
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1、青海大学计算机专业教研室第二章计算机网络体系结构 青海大学计算机专业教研室主要内容n计算机网络的定义和组成n计算机网络的定义n计算机网络的组成n计算机网络体系结构n协议和协议的分层结构n计算机网络功能的分层计算机网络功能的分层n计算机网络的体系结构n典型计算机网络参考模型nOSI参考模型参考模型nTCP/IP参考模型参考模型n其他网络体系结构nNovell NetWarenX.25分组交换网nB-ISDN 和 ATM青海大学计算机专业教研室计算机网络的组成n计算机网络的组成n两级结构的计算机网络n资源子网资源子网(或用户子网)和通信子网通信子网 3青海大学计算机专业教研室R1RkRjRiR2H
2、1H2H3HnHm通信子网通信子网资源子网资源子网青海大学计算机专业教研室1)网络结构之划分n网络边缘资源子网:应用程序和主机n网络核心通信子网:n路由器n万网之网n访问网络,物理介质:通信链路青海大学计算机专业教研室因特网中的资源子网n端接系统(end sys.):n运行应用程序ne.g.,WWW,emailn在“网络的边缘”上n客户端/服务器(client/server)模型n客户端发出请求,接收来自服务器的服务ne.g.,WWW客户端(浏览器)/服务器;email 客户端/服务器青海大学计算机专业教研室因特网中的通信子网n由路由器互连而成的网n最根本的问题:数据是如何传输并通过网络的?青
3、海大学计算机专业教研室网络核心(通信子网)n数据交换方式 n按照某种方式动态地分配传输线路的资源n分类n电路交换:FDM,TDMn存储转发交换:分组交换和报文交换青海大学计算机专业教研室计算机网络的组成(续)n资源子网n服务器n客户计算机n通信子网n通信线路(或称通道)n网络互连设备(路由器、交换机、HUB等)青海大学计算机专业教研室计算机网络的组成(续)n基本通信方式n交换式通信n广播式通信n交换式通信n基本特点n需要经过交换设备进行转发n交换设备根据需要选择输出n典型拓扑结构n星型、环形、总线型、网状、树形、混合型、分布式等n关键技术:路由选择(Routing)青海大学计算机专业教研室 1
4、1青海大学计算机专业教研室青海大学计算机专业教研室青海大学计算机专业教研室青海大学计算机专业教研室青海大学计算机专业教研室青海大学计算机专业教研室计算机网络的构成(续)n广播式通信n基本特点n 多台计算机共享通信线路多台计算机共享通信线路n 任一台计算机发出的信息可以直接被其它计算任一台计算机发出的信息可以直接被其它计算机接收机接收n典型拓扑结构n bus,ring 17青海大学计算机专业教研室主要内容n计算机网络的定义和组成n计算机网络的定义n计算机网络的组成n计算机网络体系结构n协议和协议的分层结构n计算机网络功能的分层n计算机网络的体系结构n典型计算机网络参考模型nOSI参考模型nTCP
5、/IP参考模型n其他网络体系结构nNovell NetWarenX.25分组交换网nB-ISDN 和 ATM青海大学计算机专业教研室计算机网络的体系结构n计算机网络的体系结构:对计算机网络及其部件所完成功能的比较精确的定义,即从功能的角度描述计算机网络的结构,是层次和层间关系的集合n注意:计算机网络体系结构仅仅定义了网络及其部件通过协议应完成的功能,不定义协议的实现细节和各层协议之间的接口关系 19青海大学计算机专业教研室计算机网络的体系结构问题?1 计算机网络是一个复杂的问题,该采用什么方法去解决?2 现在主要有哪些解决方案?这些方案如何选择?青海大学计算机专业教研室人际网络交往与计算机网络
6、类比HiHiGot thetime?2:00TCP connection req.TCP connectionreply.Get http:/gaia.cs.umass.edu/index.htmtime青海大学计算机专业教研室类比结果人们交往的协议:n“现在几点了?”n“我有个问题.”n彼此作自我介绍 定义发送的信息 定义信息接收后,或某个事件发生后的动作网络协议:n通信设备之间的交互而不是人们的交往n所有在因特网上的通信活动全部是由协议所控制的 协议定义网络实体之间信息收发的格式和顺序,以及信息发送和接收后所需采取的动作(语法、语义、同步或规则)(语法、语义、同步或规则)青海大学计算机专业
7、教研室网络协议n网络协议n定义n一组控制数据通信的规则。计算机网络中互相通信的对等实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合。n实体实体entity 计算机网络体系中,表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程n对等实体n在计算机网络体系结构中处于相同层次的通信协议进程 n对等实体之间的通信必须遵守相同的通信协议青海大学计算机专业教研室网络协议n网络协议的基本要素n语法(syntax)n数据与控制信息的格式、数据编码等。指明传输的数据的结构、格式及其组织的顺序。n如:某协议定义数据前8位为发送者地址,次8位为接收者地址,剩余部分为信息。1010110110111011010011001110发送方地
8、址接收方地址数据青海大学计算机专业教研室网络协议n网络协议的基本要素n语义(semantics)n控制信息的内容、需要做出的动作及响应;指出每一部分bits的含义,如何解释某一特定类型的bit串及如何进行相应的处理。n如:指出某一地址是路由器地址还是最终接收者的地址。青海大学计算机专业教研室网络协议n网络协议的基本要素n同步(时序):时间的先后顺序和速度匹配;详细说明实现的顺序如何把这些元素组织起来,即用怎样的结构来组织。n同步解决:n何时发送数据 n以多快的速度发送数据青海大学计算机专业教研室 有了协议计算机网络问题就彻底解决了吗?青海大学计算机专业教研室协议的“复杂性”网络是复杂的!n诸多
9、成分”:n主机问题?n路由器问题?n各种介质的链路n应用程序问题?n协议n硬件,软件问题:如何将复杂的网络问题依据一定的规则组织成一定的结构?至少要为讨论网络问题建设一个技术平台?青海大学计算机专业教研室类似问题:航空旅行的组织和运作n一系列的步骤ticket(purchase)baggage(check)gates(load)runway takeoffairplane routingticket(complain)baggage(claim)gates(unload)runway landingairplane routingairplane routing青海大学计算机专业教研室航空旅
10、行的组织和运作:不同的视角层次:每个层次实现一种服务n通过该层次本身的活动n依赖于下一个层次所提供的服务ticket(purchase)baggage(check)gates(load)runway takeoffairplane routingticket(complain)baggage(claim)gates(unload)runway landingairplane routingairplane routing青海大学计算机专业教研室分层的航空旅行:服务Counter-to-counter delivery of person+bagsbaggage-check-to-baggage
11、claim deliverypeople transfer:loading gate to arrival gaterunway-to-runway delivery of planeairplane routing from source to destination青海大学计算机专业教研室分布式 的实现分层的功能ticket(purchase)baggage(check)gates(load)runway takeoffairplane routingticket(complain)baggage(claim)gates(unload)runway landingairplane rou
12、tingairplane routingDeparting airportarriving airportintermediate air traffic sitesairplane routingairplane routing青海大学计算机专业教研室复杂网络问题的解决思路:分层分层对于复杂的系统:n各层之间是独立的,它不必关心下一层是如何实现的,各层都是服务与被服务的关系,能够简化问题。n灵活性好,当由于技术的变化使某层的实现需要变化时,不影响其他的层次。n结构上可分割开。n易于实现和维护,简化了系统的维护和升级。n能促进标准化工作,分层的参考模型(reference model)可用于讨
13、论。n分层的做法有没有坏处?青海大学计算机专业教研室协议和协议的分层结构n协议的分层和层间结构n协议的分层原则(layering principle)n协议分层要保证整个通信系统功能完备、高效n每一相邻层之间有一个接口(Interface),它定义了下层向上层提供的原语操作和服务n对于第N层协议来说,它有如下特性n不知道上、下层的内部结构n独立完成某种功能n为上层提供服务n使用下层提供的服务青海大学计算机专业教研室计算机网络体系结构n基本术语与分层结构n接口:定义了下层向上层提供的原语操作和服务;nn层协议:网络上一台计算机与另一台计算机的对等层(第n层)进行通信时,所遵守的规则;n服务:层间
14、交换信息时必须遵守的规则,网络中第n层协议向相邻的高层协议提供服务;相邻的高层通过原语或过程调用相邻低层的服务;n服务和协议的关系青海大学计算机专业教研室 36青海大学计算机专业教研室计算机网络体系结构(续)n网络体系结构中各部分关系n层协议服务访问点服务接口调用n+1层协议青海大学计算机专业教研室 38青海大学计算机专业教研室课件制作人:谢希仁实体、协议、服务和服务访问点n本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。n下面的协议对上面的服务用户是透明的。n协议是“水平的”,即协议是控制对等实体之间通信的规则(端到端原则)。n服务是“垂直的”,即服务是由下层向上层通过层间接口提供的(分层原
15、则)。n同一系统相邻两层的实体进行交互的地方,称为服务访问点 SAP(Service Access Point)。青海大学计算机专业教研室课件制作人:谢希仁协议很复杂 n协议必须把所有不利的条件事先都估计到,而不能假定一切都是正常的和非常理想的。n看一个计算机网络协议是否正确,不能光看在正常情况下是否正确,而且还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。青海大学计算机专业教研室计算机网络体系结构(续)n服务分类和服务原语(primitives)n基于连接的服务和无连接服务n基于连接的服务n当使用服务传送数据时,首先建立连接,然后使用该连接传送数据。使用完后,关闭连接n特点:顺序性好n无连
16、接服务n直接使用服务传送数据,每个包独立进行路由选择n特点:顺序性差n注意:连接并不意味可靠,可靠要通过确认、重传等机制来保证青海大学计算机专业教研室计算机网络体系结构(续)n服务原语n服务在形式上是由一组接口原语(或操作)来描述的n服务原语可分为四种类型n请求(Request):An entity wants the service to do some workn指示(Indication):An entity is to be informed about an eventn响应(Response):An entity wants to respond to an eventn确认(Co
17、nfirm):The response to an earlier request has come back青海大学计算机专业教研室回答问题:计算机网络是一个复杂的问题,该采用什么方法去解决?计算机网络是利用不同的通信媒体将地理上分散、具有独立功能的计算机系统连接起来,以实现资源共享与信息传递的复杂系统。可以采用分层的思想构建网络体系结构去解决。青海大学计算机专业教研室计算机网络的体系结构问题?1 计算机网络是一个复杂的问题,该采用什么方法去解决?2 现在主要有哪些解决方案?这些方案如何选择?青海大学计算机专业教研室主要内容n计算机网络的定义和组成n计算机网络的定义n计算机网络的组成n计算机
18、网络体系结构n计算机网络功能的分层n协议和协议的分层结构n计算机网络的体系结构n典型计算机网络参考模型nOSI参考模型nTCP/IP参考模型n其他网络体系结构nNovell NetWarenX.25分组交换网nB-ISDN 和 ATM青海大学计算机专业教研室解决方案一:OSI/RM参考模型nOSI模型及层次nOSIn开放系统互联Open Systems InterconnectionnISOn国际标准化组织International Standards Organization nISO在1983定义了网络互连的基本参考模型OSI参考模型青海大学计算机专业教研室OSI/RM参考模型青海大学计算
19、机专业教研室OSI/RM参考模型nOSI体系结构中数据传输时的数据变化过程(参动画)青海大学计算机专业教研室OSI/RM参考模型OSI/RM 七层参考模型示意图如下:青海大学计算机专业教研室OSI/RM参考模型n物理层(The Physical Layer)n物理层是 RM/OSI 模型的最底层,其任务在物理线路上实现原始的二进制数据流的透明传输。这一层实现系统间的物理通信,而其余各层都是虚拟通信。n数据链路层(The Data Link Layer)n该层的基本功能是在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输(Frame)。n网络层(The Network Layer)n控制通信子网将传输层的
20、报文分组后,将数据从源点传送目的点(Packet)。OSI/RM 模型各层功能说明如下:青海大学计算机专业教研室OSI/RM参考模型n运输层(The Transport Layer):n该层又称为主机-主机协议或端-端协议。为用户提供端到端的数据传送服务n会话层(The Session Layer)n该层的任务是为两个表示层进程建立会晤连接,并管理它们在该连接上的对话(安全认证)。n表示层(The Presentation Layer)n为用户提供数据转换和表示服务。包括:文本压缩、代码转换、数据加密与解密、文件格式变换、终端属性转换等。n应用层(The Application Layer)n
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