計算機網絡體系結構主要內容 1.1計算機網絡體系結構的形成

1.2劃分層次的重要性

1.2.1計算機網絡功能的分層

1.2.2協議和協議的分層結構

1.2.3計算機網絡的體系結構

1.3典型計算機網絡參考模型

1.3.1OSI參考模型

1.3.2TCP/IP參考模型

協議的組成：1.語法（syntax)：以二進制形式表示的命令和相應的結構2.語義（semantics)：由發(fā)出的命令請求，完成的動作和回送的響應組成的集合3.定時關系（timing)：有關事件順序的說明(同步）二、協議的分層和層間結構協議的分層原則(layeringprinciple)：

1.LayerNsoftwareonthedestinationcomputermustreceiveexactlythemessagesentbylayerNsoftwareonthesendingcomputer. Mathematically,ifthesenderappliesatransformationT,thereceivermustapplytheinverseT-1.2.協議分層要保證整個通信系統功能完備、高效。

每一相鄰層之間有一個接口（Interface），它定義了下層向上層提供的原語操作和服務。

計算機網絡的體系結構是從功能的角度描述計算機網絡的結構計算機網絡的體系結構：對計算機網絡及其部件所完成功能的比較精確的定義。即從功能的角度描述計算機網絡的結構。是層次和協議的集合。 注意:僅僅定義了網絡及其部件通過協議應完成的功能；不定義協議的實現細節(jié)和各層協議之間的接口關系。網絡功能的分層 協議的分層 體系結構的分層協議分層易于協議的設計、分析、實現和測試。1.3.3 計算機網絡功能的分層計算機網絡的基本功能：是為地理位置不同的計算機用戶之間提供訪問通路。下述功能是必須提供的：1.連接源結點和目的結點的物理傳輸線路，可以經過中間結點；2.每條線路兩端的結點利用波形進行二進制通信；3.無差錯的信息傳送4.多個用戶共享一條物理線路5.按照地址信息，進行路由選擇6.信息緩沖和流量控制7.會話控制8.滿足各種用戶的訪問要求對于第N層協議來說，它有如下特性：

1.不知道上、下層的內部結構；

2.獨立完成某種功能；

3.為上層提供服務；

4.使用下層提供的服務。

計算機網絡的體系結構一、基本術語與分層結構 接口：定義了下層向上層提供的原語操作和服務。 協議：計算機網絡同等層次中，通信雙方進行信息交換時必須遵守的規(guī)則。 服務：層間交換信息時必須遵守的規(guī)則。 服務和協議的關系 服務提供者，服務用戶

Fig.1-9

計算機網絡的硬件構成：兩級結構的計算機網絡 資源子網(或用戶子網)，通信子網 資源子網

組成：服務器，客戶計算機通信子網一、基本組成：通信線路(或稱通道)

網絡互連設備(路由器、交換機、HUB等)二、基本結構：

1.點到點通道 基本特點：一條線路連接二臺網絡互連設備

一般情況下，二臺計算機的連接要經過多臺網絡互連設備 一般情況下，采用存儲轉發(fā)方式進行信息傳輸 典型拓撲結構： (Fig.1-6) star,ring(loop),tree,complete,intersectingrings(loops),irregular

關鍵技術：路由選擇(Routing)

2.廣播通道 基本特點：多臺計算機共享一條通信線路；

任一臺計算機發(fā)出的信息可以直接被其它計算機接收

典型拓撲結構： (Fig.1-3)

bus,ring關鍵技術：通道分配靜態(tài)分配：分時間片特點：控制簡單，通道利用率低

動態(tài)分配：各站點動態(tài)使用通道特點：控制復雜，通道利用率高

通道分配方法：

集中式：只有一個仲裁機構

分布式：各站點均有仲裁機構三、網絡分類： 從地域范圍角度：

1.局域網絡(LocalAreaNetworks)

主要采用廣播通道技術

2.城域網絡(MetropolitanAreaNetworks) 3.廣域網絡(WideAreaNetworks)

主要采用點到點通道技術 從采用技術角度：

1.無線網絡(WirelessNetworks)

優(yōu)點：方便、靈活 缺點：速率低（1-2Mbps），誤碼率高，易受干擾

antennas,cellulartelephone,CDPD(CellularDigitalPacketData) 2.衛(wèi)星網絡 3.ATM網絡

….

上述功能有三個顯著特點：

1.上述功能必須同時滿足一對用戶；

2.用戶之間的通信功能是相互的；

3.這些功能分散在各個網絡設備和用戶設備中。 一般人們采用“層次結構”的方法來描述計算機網絡，即：

計算機網絡中提供的功能是分成層次的。2.2.2 協議和協議的分層結構一、協議的定義和組成層次結構的計算機網絡功能中，最重要的功能是通信功能；這種通信功能主要涉及同一層次中通信雙方的相互作用；位于不同計算機上進行對話的第N層通信各方可分別看成是一種進程，也稱為對等（同等）進程。

協議(Protocol)：計算機網絡同等層次中，通信雙方進行信息交換時必須遵守的規(guī)則。1.3 典型計算機網絡的參考模型(1)1.3.1 計算機網絡的標準化一、電信標準

1865年成立國際電信聯盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）

1947年ITU成為聯合國的一個組織，由三部分組成：

ITU-R：無線通信

ITU-T：電信標準，1956-1993年稱為CCITT，下設許多研究組SG，研究組下設專題，例如：Q42/SGVII專門研究OSI參考模型。

ITU-D：開發(fā)二、國際標準

1946年成立的國際標準化組織ISO負責制定各種國際標準，ISO有89個成員國家，85個其他成員。

ISO有200多個技術委員會TC，每個技術委員會下設若干分委員會SC，每個分委員會由由若干工作組WG組成。1.3 典型計算機網絡的參考模型(2)

例如：TC97-計算機和信息處理

TC97/SC21/WG1-OSI體系結構、概念性方案和形式描述 一個國際標準的形成：

CD(CommitteeDraft)-DIS(DraftInternationalStandard)-IS(InternationalStandard)

其它標準化組織：

ANSI：美國國家標準研究所，ISO的美國代表

NIST：美國國家標準和技術研究所，美國商業(yè)部的標準化機構

IEEE：發(fā)表行業(yè)標準。例如IEEE802，后成為ISO8802。

ATMForum：ATM論壇

OIF（OpticalInternetworkingForum） 值得注意的是，ITU-T和ISO之間有很好的合作和協調。1.3 典型計算機網絡的參考模型(3)三、Internet標準

Internet的標準特點，是自發(fā)而非政府干預的，稱為RFC（RequestForComments)。

1969年ARPANET時就開始發(fā)布RFC，至今已超過3000個。

1983年成立IAB（InternetActivitiesBoard）

1989年在IAB下又成立了IRTF和IETF，IETF的各工作組負責組織提出相應的RFC建議。1.3 典型計算機網絡的參考模型(4)1.3.2 OSI(OpenSystemInterconnection)參考模型

1983年ISO的OSI模型正式成為國際標準。Fig.1-16,Fig.1-171. 物理層（ThePhysicalLayer）

在物理線路上傳輸原始的二進制數據位（基本網絡硬件）。2. 數據鏈路層（TheDataLinkLayer）

在有差錯的物理線路上提供無差錯的數據傳輸（Frame）。3. 網絡層（TheNetworkLayer）

控制通信子網提供源點到目的點的數據傳送（Packet）。4. 運輸層（TheTransportLayer）

為用戶提供端到端的數據傳送服務。5. 會話層（TheSessionLayer）

為用戶提供會話控制服務（安全認證）。tokenmanagementandsynchronization(insertcheckpointsintothedatastream)6. 表示層（ThePresentationLayer）

為用戶提供數據轉換和表示服務。7. 應用層（TheApplicationLayer）1.3 典型計算機網絡的參考模型(5)1.3.3 TCP/IP參考模型 (Fig.1-18)

以TCP/IP協議為核心的Internet網絡體系結構。1. 物理層：在物理線路上傳輸原始的二進制數據位。2. 數據鏈路層：在有差錯的物理線路上提供無差錯的數據傳輸。* TCP/IP參考模型把第1層和第2層合起來稱為：Host-to-Network3. Internet層（網絡層）：控制通信子網提供源點到目的點的IP包傳送。4. 運輸層：提供端到端的數據傳送服務。TCP和UDP5. 應用層：提供各種Internet管理和應用服務功能。

Fig.1-19 Fig.1-21 TCP/IP與OSI的比較OSI的歷史經驗和教訓OSI是80年代計算機網絡技術，網絡體系結構的主流OSI網絡體系結構的核心和貢獻：分層模型服務、接口、協議AndrewS.Tanenbaum在“ComputerNetworks”第三版中評價OSI：Badtiming（toolate）Badtechnology（boththemodelandtheprotocolareflawed）Badimplementations（huge，unwieldy，andslow）Badpolitics（governmentandorganizationsbureaucrats）Internet的標準化特點IAB（InternetArchitectureBoard）IRTF（InternetResearchTaskForce）IETF（InternetEngineeringTaskForce）InternetSocietyRFC（RequestForComments）1969年產生RFC0001，1997.1.3產生RFC2069，2000.9產生RFC2921Internet標準化名言（DavidClarkofMIT）： “Werejectkings,presidents,andvoting；webelieveinroughconsensusandrunningcode”結論：Internet與ITU-T和ISO的標準化過程完全不同2.4 網絡和網絡服務（2）2.4.2 ARPANET產生背景：60年代中期，冷戰(zhàn)高峰，DoD想建設一個核戰(zhàn)爭情況下的網絡，傳統電路交換網絡太脆弱，不滿足要求。ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency）負責研制，采用分組交換，subnet和hostcomputer兩極結構。由稱為IMP（InterfaceMessageProcessors）的小型計算機和線路組成；存儲轉發(fā)模式1968年12月，BBN公司負責建網，采用改進的HoneywellDDP-316小型機作為IMP，IMP間用56Kbps租用電話線連接。軟件分為兩部分：subnet和host， Figure1-241969年12月，建成四個節(jié)點的網絡，發(fā)展迅速 Figure1-252.4 網絡和網絡服務（3）網絡的發(fā)展暴露出協議軟件的不足，1974年，TCP/IP模型和協議誕生。TCP/IP協議軟件被集成進BerkeleyUNIX中，并開發(fā)出socket接口。TCP/IP便于LAN接入ARPANET1983年，ARPA將ARPANET交給DCA（DefenseCommunica-tionsAgency），DCA將軍用部分分離出來，構成MILNET。80年代，網絡規(guī)模擴大，出現DNS（DomainNamingSystem）1990年，ARPANET停止運行，MILNET仍在工作。2.4 網絡和網絡服務（4）2.4.3 NSFNET二十世紀七十年代末，大學通過網絡進行研究的需要促使NSF（U.S.NationalScienceFoundation）建立一個虛擬網絡CSNET。1984年，NSF開始設計一個高速網絡，對所有大學和研究機構開放。NSF建立了一個骨干網，把六個超級計算機中心連接起來。56Kbps租用線路，軟件使用TCP/IP技術，成為第一個TCP/IP廣域網。1990年，MERIT、MCI和IBM公司成立一個非贏利機構ANS（AdvancedNetworksandServices）管理NSFNET，把骨干網帶寬從1.5Mbps升級為45Mbps（ANSNET）。1991年，NREN（NationalResearchandEducationalnetwork）啟動，研究NSFNET的下一代，目標是達到G比特。1995年，ANSNET賣給AmericaOnline。單一骨干網結構被商業(yè)驅動的、競爭的多骨干網結構替代。2.4 網絡和網絡服務（5）2.4.4 X.25分組交換網

70年代，CCITT推出X.25標準，為公用包交換網和用戶之間提供接口。

X.25面向連接，支持交換虛電路和永久虛電路。

X.21（物理層協議） X.3/X.28/X.29 DTE:DigitalTerminalEquipment