北郵計算機網絡第二講體系結構第一頁，共45頁。2.1協議的概念

協議:在計算機網絡中，為進行數據交換而建立的規則、標準或約定。協議的三個要素:(1)語法:數據與控制信息的結構或格式;(2)語義:需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種應答;(3)同步:即事件實現順序的詳細說明。第二頁，共45頁。舉例：FInfoCAFFCS8bit16>0888CheckfieldTransparenttransferfieldHDLC的幀結構第三頁，共45頁。t從主機取數據上交主機DATA1DATA2結點A結點BACKACK數據鏈路層協議第四頁，共45頁。協議很復雜

協議必須將各種不利的條件事先都估計到，而不能假定一切情況都是很理想和很順利的。必須非常仔細地檢查所設計協議能否應付所有的不利情況。應當注意：事實上難免有極個別的不利情況在設計協議時并沒有預計到。在出現這種情況時，協議就會失敗。因此實際上協議往往只能應付絕大多數的不利情況。

第五頁，共45頁。著名的協議舉例占據兩個山頂的藍軍與駐扎在這山谷的白軍作戰。力量對比是：一個山頂上的藍軍打不過白軍，但兩個山頂的藍軍協同作戰就可戰勝白軍。一個山頂上的藍軍擬于次日正午向白軍發起攻擊。于是發送電文給另一山頂上的友軍。但通信線路很不好，電文出錯的可能性很大。因此要求收到電文的友軍必須發送確認電文。但確認電文也可能出錯。試問能否設計出一種協議，使得藍軍能實現協同作戰因而一定(即100%)取得勝利？第六頁，共45頁。明日正午進攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”………………這樣的協議無法實現！第七頁，共45頁。結論這樣無限循環下去，兩邊的藍軍都始終無法確定自己最后發出的電文對方是否已經收到。沒有一種協議能夠藍軍能100%獲勝。第八頁，共45頁。2.2體系結構網絡的體系結構:計算機網絡的各層及其協議的集合，是對網絡及其組成部分的功能的精確定義。分層的體系結構:

ARPANET的研制經驗表明，對于非常復雜的計算機網絡協議，其結構最好采用層次式的。第九頁，共45頁。一、分層體系結構的形成例:連接在網絡上的兩臺計算機要互相傳送文件:必須有一條傳送數據的通路發起通信的計算機發出一些信令，保證要傳送的數據能夠在通路上正確發送和正確接收告訴網絡如何識別接收數據的計算機發起通信的計算機必須查明對方計算機是否已準備好接收數據兩個計算機文件格式不兼容，至少其中一個完成轉換對出現的各種差錯和意外事故，如數據傳送錯誤、重復或丟失、網絡中某個結點交換機出現故障等，應有可靠的措施保證對方計算機最終能收到正確的文件。

第十頁，共45頁。分層原則按功能分:每層應當實現一個定義明確的功能每層功能的選擇應該有助于制定網絡協議的國際標準各層邊界的選擇應盡量減少跨過接口的通信量層數應足夠多，以避免不同的功能混雜在同一層中，但也不能太多，否則體系結構會過于龐大。第十一頁，共45頁。

1層和層之間是獨立的

某一層并不需要知道它的下一層是如何實現的，而僅僅需要知道該層通過層間的接口所提供的服務。由于每一層只實現一種相對獨立的功能，因而可將一個難以處理的復雜問題分解為若干個較容易處理的更小一些的問題。這樣，整個問題的復雜程度就下降了。2靈活性好

當任何一層發生變化時，例如由于技術的變化，只要層間接口關系保持不變，則在這層以上或以下各層都不會受影響。此外，對某一層提供的服務還可進行修改。當某層提供的服務不再需要時，甚至可以將這層取消。3結構上可分割開各層都可以采用最合適的技術來實現。二、網絡協議分層處理的優點(1)第十二頁，共45頁。4易于實現和維護整個系統已被分解為若干個相對獨立的子系統。使得實現和調試一個龐大而又復雜的系統變得容易處理。5有利于標準化

因為每一層的功能及其所提供的服務都已有了精確的說明。二、網絡協議分層處理的優點(2)第十三頁，共45頁。

結論

為了減少協議設計的復雜性，大多數網絡都按層的方式來組織，每一層都建立在它的下層之上。不同的網絡，其層的數量、各層的名字、內容和功能都不完全相同。然而，在所有的網絡中，每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務，而是把如何實現這一服務的細節對上一層加以屏蔽。

第十四頁，共45頁。ISO/OSI數據鏈路層物理層網絡層傳輸層應用層表示層會話層通路控制數據鏈路控制物理層傳輸控制端用戶功能管理服務數據流控制路由控制傳輸組數據鏈路控制物理層網絡服務端用戶網絡應用會話控制傳輸控制IMP-IMP物理層HOST-HOST用戶層文件傳輸協議遠程通信協議源IMP-目的IMP數據鏈路物理層IPTCP/UDP應用ARPASNADNATCP/IP第十五頁，共45頁。2.3服務(service)、協議(protocol)、服務訪問點(SAP)幾個開放系統互連時，除最高、最低層外都可稱為N層。表示方法:(N)表示第N層;(N+1)表示N層的上一層;(N-1)表示N層的下一層;(N)(N+1)(N-1)第十六頁，共45頁。實體:指任何可發送或接收信息的硬件或軟件進程。對等實體:位于不同系統內同一層次的兩個實體。(N)協議:控制兩個對等(N)實體進行通信的規則的集合。服務訪問點:在同一系統中相鄰兩層的實體進行交互的地方。服務:在協議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務。要實現本層協議，還需要使用下面一層所提供的服務。協議棧:某一系統內的各層協議集。第十七頁，共45頁。

EverythingoverIP:TCP/IP可以為各式各樣的應用提供服務IPovereverything:TCP/IP可以連接到各式各樣的網絡上第十八頁，共45頁。服務和協議的關系:服務是各層向它上一層提供的一組操作。盡管服務定義了該層能夠代表它的上一層完成的操作，但并未涉及這些操作是如何完成的。服務定義了兩層之間的接口，上層是服務用戶，下層是服務提供者。

而協議是定義同層對等實體之間交換的幀、分組和報文的格式及意義的一組規則。協議是“水平”的,即控制對等實體之間通信的規則;服務是“垂直”的，是由下層向上層通過層間接口提供的。

N+1層使用N層的服務;N層被稱為服務提供者，N+1層為服務用戶。N層利用N-1層的服務來提供它的服務。它可能提供幾類服務，如CO或CL。

第十九頁，共45頁。ISO/OSI模型和TCP體系結構的簡單比較1TCP/IP一開始就考慮到多種異構網絡互連的問題;ISO最初只考慮到使用一種標準的公用數據網將各種不同的系統互連在一起。2TCP/IP面向連接服務和無連接服務并重,而OSI只強調面向連接服務。無連接服務的數據報對于互連網中的數據以及分組語音通信十分方便。3TCP/IP有較好的網絡管理功能,而OSI后來才考慮這個問題。第二十頁，共45頁。TCP/IP的不足沒有明確區分“服務”、“協議”、“接口”的概念TCP/IP模型的通用性較差,很難用它來描述其他種類的協議棧TCP/IP的網絡接口層嚴格說并不是一個層次，而僅僅是一個接口。第二十一頁，共45頁。數據在各層之間的傳遞過程

實際上，數據不是從一臺機器的第N層直接傳送到另一臺機器的第N層，而是每一層都把數據和控制信息交給它的下一層，直到最下層。第一層下是物理介質，它進行實際的通信。2.4多層通信的實質:第二十二頁，共45頁。協議棧間的通信對等協議對等協議對等協議對等協議對等協議對等協議對等協議第二十三頁，共45頁。中國教師德國教師翻譯翻譯秘書秘書消息“你好”“HALLO”“HELLO”“HELLO”傳真傳真2/3接口1/2接口2/3接口

1/2接口P3P1P2對交談內容的共識用英語對話使用傳真通信例1:

只要接口保持不變，每層協議和其它層協議完全無關。只需兩位翻譯認可，他們可以隨意將中文翻譯成法語，完全不改變他們和第1層和第3層之間的接口。與此類似，秘書。。。第二十四頁，共45頁。MH4MH3H4M1H3M2H2H3H4M1T2H2H3M2T2MH4MH3H4M1H3M2H2H3H4M1T2H2H3M2T2P1P2P3P4P5源主機目的主機

43215MTU:MaximumTransferUnit以一個五層的系統為例第二十五頁，共45頁。多層通信的實質對等層實體之間虛擬通信下層向上層提供服務實際通信在最底層完成第二十六頁，共45頁。各層設計應考慮的問題

尋址路由選擇差錯控制順序控制流量控制擁塞控制分段/重裝連接的多路復用與分解第二十七頁，共45頁。2.5信息傳送單元PDU、SDU和IDUPDU(protocoldataunit)協議數據單元

在不同系統之間各層對等實體之間實現該層協議的數據單元。

PH:bit

DL:幀(frame)

N_:分組(packet)

T_:TPDUS_:SPDUP_:PPDUA_:APDU第二十八頁，共45頁。第(N)層的PDU送到(N-1)層作為(N-1)層的用戶數據部分，再加上(N-1)層的PCI(協議控制信息),構成(N-1)層的PDU。第(N)層PDU送到另外一個系統的(N)層，取出第(N)層的用戶數據部分;同理，(N-1)層NN-1第二十九頁，共45頁。ICI:接口控制信息

IDU:接口數據單元ICI:使得相鄰兩個層次能夠正確交互。第三十頁，共45頁。SDU:服務數據單元SDU:完成第(N)層服務所需傳遞的數據單元。(N)SDU(N)PCI(N)PDU(N)DATA第三十一頁，共45頁。PDU、SDU和IDU三者的關系:為了傳遞(N+1)SDU,N實體可能將SDU分成幾段，每一段加上一個報頭后作為獨立的協議數據單元PDU送出。也可以是多個SDU合成一個PDU。第三十二頁，共45頁。2.6面向連接服務與無連接服務動態分配資源。(僅在數據傳輸時占用資源。)(2)不需要通信雙方同時活躍不能防止報文的丟失、重復或失序。需要VC標識CO由表幾乎不受影響由子網負責參考模型電話系統郵政系統特點數據交換之前，首先建立連接，預先申請資源，使用連接交換數據;數據交換結束后，釋放連接。可靠性提供可靠的報文序列服務。CL目的地址的要求必須提供完整的目的地址。建立連接階段，需要完整的目的地址，數據交換階段，僅需要連接標識。適用情況比較適合于在一定期間內要向同一目的地發送許多報文的情況。適合于傳送少量零星的報文。分類及示例可靠消息流例:文件傳輸可靠字節流例:遠程登錄數據報例:廣播、組播可靠的數據報例:掛號信第三十三頁，共45頁。2.7服務原語服務原語:體系結構中，上層使用下層所提供的服務必須通過與下層交換一些命令，這些命令在OSI中稱為服務原語。第三十四頁，共45頁。四類服務原語

Request請求原語源（N+1）實體源（N）實體含義:一個實體希望得到某種操作的服務Indication指示原語

目的（N）實體目的（N+1）實體含義:通知一個實體，有某個事件發生Response響應原語

目的（N+1）實體目的（N）實體含義:一個實體響應一個事件Confirm證實原語

源（N）實體源（N+1）實體含義:返回對先前請求的響應第三十五頁，共45頁。原語可以帶參數，并且大多數原語都帶參數。

1連接請求的參數可能指明要與哪臺機器連接、需要的服務類型和擬在該連接上使用的最大報文長度。2連接指示原語的參數可能包含呼叫者標志、需要的服務類型和建議的最大報文長度。如果被呼叫實體不同意呼叫實體所建議的最大報文長度，它可能在響應原語中作出一個反建議，呼叫方可從證實原語中獲知它。

例如:T-CONN-REQT-CONN-REQ(CED-ADDR,CNQ-ADDR)

被叫地址主叫地址第三十六頁，共45頁。服務:有證實的服務(請求、指示、響應和證實)無證實的服務(請求和指示)CONNECT服務總是有證實的服務

因為遠程對等實體必須同意才能建立連接。數據傳輸要么是有證實的要么是無證實的，這取決于發送方是否要求確認。第三十七頁，共45頁。A系統服務用戶（N+1）服務提供者（N）B系統服務用戶（N+1）服務提供者（N）ResponseConfirmRequestRequestIndicationIndication需證實無需證實第三十八頁，共45頁。一個簡單的面向連接服務示例①連接請求（CONNECT.request）：主叫方服務用戶請求建立連接②連接指示（CONNECT.indication）：被叫方服務提供者向其服務用戶報告有連接建立請求③連接響應（CONNECT.response）：被叫方服務用戶表示接受連接請求④連接證實（CONNECT.confirm）：主叫方服務提供者通知其服務用戶連接已建立⑤數據請求（DATA.request）：服務用戶請求其服務提供者把數據傳送給對方⑥數據指示（DATA.indication）：服務提供者向其服務用戶報告數據到達⑦斷連請求（DISCONNECT.request）：服務用戶請求釋放連接⑧斷連指示（DISCONNECT.indication）：服務提供者通知服務用戶對方已釋放連接第三十九頁，共45頁。電話系統工作示例例如：Tom打電話請Julia吃飯，服務提供者為電話局① CONNECT.request

Tom撥Julia的電話號碼② CONNECT.indication

Julia的電話振鈴③ CONNECT.response

Julia摘機④CONNECT.confirm

Tom聽到振鈴停止，知道有

人應答⑤ DATA.request

Tom說話，發出邀請⑥DATA.Indication

Julia聽到Tom的邀請⑦DATA.Request

Julia說話，接受邀請⑧DATA.indication

Tom聽到Julia的答復⑨DISCONNECT.request

Julia掛機⑩DISCONNECT.indication

Tom聽到Julia掛機，也掛機第四十頁，共45頁。2.8OSI模型物理層(第1層)數據鏈路層(第2層)網絡層(第3層)傳輸層(第4層)會話層(第5層)表示層(第6層)應用層(第7層)物理層與傳輸介質：物理層不是傳輸介質，傳輸介質在物理層之下，有時把它們稱為0層，傳輸介質的多樣性物理層的作用是屏蔽掉計算機網絡中種類繁多的具體物理設備和傳輸介質的差異，向數據鏈路層提供一致的服務。在物理層傳送的基本數據單元為比特數據鏈路層負責在兩個相鄰結點間的線路上，無差錯地傳送以幀為單位的數據。基本功能:網絡層是通信子網的最高層。對上層用戶屏蔽了子網通信的全部細節，如子網類型、拓撲結構和子網數目等，向上層提供一致的服務，統一的地址。主要功能:路由選擇和存儲轉發;通過網絡連接在主機之間提供分組交換功能;差錯控制和流量控制。

傳輸層在低層服務的基礎上提供一種通用的傳輸服務。它可根據通信子網的特征最佳地利用網絡資源，并以可靠和經濟的方式，在兩個端系統（源站和目的站）的會話層之間，建立一條運輸連接，以透明地傳送報文。當會話實體要求建立一個傳輸連接時，