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计算机网络体系结构2.1 计算机网络的体系结构2.1.1 计算机网络体系结构的形成n相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的 n“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理 关于开放系统互连参考模型OSI/RMn只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信n在市场化方面 OSI 却失败了nOSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力；nOSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；nOSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场；nOSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现 两种国际标准n法律上的(de jure)国际标准 OSI 并没有得到市场的认可n非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用nTCP/IP 常被称为事实上的(de facto) 国际标准2.1.2 划分层次的必要性n计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则 n这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。

n为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(network protocol)，简称为协议 网络协议的组成要素 n语法 数据与控制信息的结构或格式 n语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应 n同步 事件实现顺序的详细说明 划分层次的概念举例 n计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件n可以将要做的工作进行如下的划分n第一类工作与传送文件直接有关n确信对方已做好接收和存储文件的准备n双方协调好一致的文件格式n两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 剩下的工作由下面的模块负责两个计算机交换文件 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块再设计一个通信服务模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块再设计一个网络接入模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。

分层的好处 n各层之间是独立的n灵活性好n结构上可分割开n易于实现和维护n能促进标准化工作 层数多少要适当 n若层数太少，就会使每一层的协议太复杂n层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难 计算机网络的体系结构 n计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合 n体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义n实现(implementation)是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题n体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件 1.5.3 五层协议的体系结构 nTCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层n最下面的网络接口层并没有具体内容n因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构 五层协议的体系结构 n应用层(application layer) n运输层(transport layer) n网络层(network layer) n数据链路层(data link layer) n物理层(physical layer) 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体计算机 1 向计算机 2 发送数据 n应用层(application layer) 5432154321物理传输媒体计算机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机 2计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 210100110100101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！1.5.4 实体、协议、服务和服务访问点 n实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

n协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合 n在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务n要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务 实体、协议、服务和服务访问点（续） 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) 实体、协议、服务和服务访问点（续） 协 议交换原语交换原语服 务 用 户提 供 服 务服 务 提 供 者第 n 层第 n + 1 层服 务 用 户SAPSAP协议很复杂 n协议必须将各种不利的条件事先都估计到，而不能假定一切情况都是很理想和很顺利的n必须非常仔细地检查所设计协议能否应付所有的不利情况n应当注意：事实上难免有极个别的不利情况在设计协议时并没有预计到在出现这种情况时，协议就会失败因此实际上协议往往只能应付绝大多数的不利情况 著名的协议举例n n占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作战。

力量对比是：一个山顶上的蓝军打不过白战力量对比是：一个山顶上的蓝军打不过白军，但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军军，但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻击于是发送电文给另一山顶上的友军于是发送电文给另一山顶上的友军但通信线路很不好，电文出错的可能性很大因此信线路很不好，电文出错的可能性很大因此要求收到电文的友军必须发送确认电文但确要求收到电文的友军必须发送确认电文但确认电文也可能出错试问能否设计出一种协议，认电文也可能出错试问能否设计出一种协议，使得蓝军能实现协同作战因而一定使得蓝军能实现协同作战因而一定( (即即100 %)100 %)取得胜利？取得胜利？明日正午进攻，如何？明日正午进攻，如何？同意收到收到“ “同意同意” ”收到：收到“同意”………………这样的协议无法实现！结论n n这样无限循环下去，两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到n n没有一种协议能够蓝军能 100% 获胜。