【教学课件】第三章网络体系结构.ppt

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1、第三章第三章 网络体系结构网络体系结构 本书所指网络体系结构，是指为实现互连，本书所指网络体系结构，是指为实现互连，而要求网络设备必须实现的通信功能的而要求网络设备必须实现的通信功能的逻逻辑分布结构辑分布结构，以及必须遵守的相关，以及必须遵守的相关通信协通信协议议所组成的一个集合，它是指导网络设备所组成的一个集合，它是指导网络设备制造，构建现代通信网的制造，构建现代通信网的基础基础。3.1 概述概述 3.2 OSI参考模型参考模型 3.3 TCP/IP协议协议 3.4 传送网体系结构传送网体系结构 3.5 电信信息网络体系结构电信信息网络体系结构第三章 网络体系结构3.1 概述3.1.1 网络

2、体系结构定义网络体系结构定义 3.1.2 网络的分层和分段网络的分层和分段3.1.3 网络协议及其功能网络协议及其功能网络体系结构是一套顶层的设计准则，这网络体系结构是一套顶层的设计准则，这套准则是用来指导网络的技术设计，特别套准则是用来指导网络的技术设计，特别是协议和算法的工程设计。是协议和算法的工程设计。可以分为两个层次：可以分为两个层次：网络的构建原则，本层次确定了网络的基本网络的构建原则，本层次确定了网络的基本框架；框架；功能分解和系统的模块化，本层次指出了实功能分解和系统的模块化，本层次指出了实现网络体系结构的方法。现网络体系结构的方法。3.1.1 网络体系结构定义必须完成的具体工作

3、：必须完成的具体工作：按一定规则把网络划分成为许多部分，并明按一定规则把网络划分成为许多部分，并明确每一部分所包含的内容；确每一部分所包含的内容；建立参考模型，将各部分组合成通信网，并建立参考模型，将各部分组合成通信网，并明确各部分间的参考点；明确各部分间的参考点；设置标准化接口，对参考点的接口标准化。设置标准化接口，对参考点的接口标准化。接口标准化，实质就是从整体上使通信网接口标准化，实质就是从整体上使通信网最优化。最优化。3.1.1 网络体系结构定义3.1.1 网络体系结构定义网络体系结构定义 3.1.2 网络的分层和分段网络的分层和分段3.1.3 网络协议及其功能网络协议及其功能3.1

4、概述1 1、分层、分层 任意一个网络总可以从垂直方向分解为若任意一个网络总可以从垂直方向分解为若干独立的层，相邻层之间具有客户干独立的层，相邻层之间具有客户/服务器服务器关系关系 分层的好处分层的好处 各层相互独立各层相互独立 灵活性好灵活性好 实现和维护方便实现和维护方便3.1.2 网络的分层和分段2 2、分段、分段 在分层基础上，再从水平方向把每一层网在分层基础上，再从水平方向把每一层网络化分为若干个分离的部分，这就是分段。络化分为若干个分离的部分，这就是分段。分段的好处分段的好处允许层网络的一部分被层网络的其余部分看成一允许层网络的一部分被层网络的其余部分看成一个单独实体，减少层网络管理

5、控制的复杂性，网个单独实体，减少层网络管理控制的复杂性，网络运营可以自由地改变其子网或使其最佳化，而络运营可以自由地改变其子网或使其最佳化，而不影响层网络的其余部分。不影响层网络的其余部分。分段对于在同一层网络内对网络结构进行规定是分段对于在同一层网络内对网络结构进行规定是十分重要的。十分重要的。3.1.2 网络的分层和分段3.1.1 网络体系结构定义网络体系结构定义 3.1.2 网络的分层和分段网络的分层和分段3.1.3 网络协议及其功能网络协议及其功能3.1 概述3.1.3 网络协议及其功能1 1、协议、协议协议的定义协议的定义 在现代通信网中，要做到有条不紊地交换信息，在现代通信网中，要

6、做到有条不紊地交换信息，每个节点都必须遵守一些事先确定的规则。这些规每个节点都必须遵守一些事先确定的规则。这些规则明确规定了通信中同步、时序、错误检测和纠正则明确规定了通信中同步、时序、错误检测和纠正等所有有关的细节。这些为网络信息交换而建立的等所有有关的细节。这些为网络信息交换而建立的规则、标准或约定就称为协议。规则、标准或约定就称为协议。协议的要素协议的要素 语法：信息与控制信息的结构或格式；语法：信息与控制信息的结构或格式；语义：需要发出何种控制信息、完成何种动作，语义：需要发出何种控制信息、完成何种动作，以及做出何种应答；以及做出何种应答；同步：事件实现的详细说明及严格的同一时刻通同步

7、：事件实现的详细说明及严格的同一时刻通信问题。信问题。3.1.3 网络协议及其功能2 2、协议的功能、协议的功能分段和组装分段和组装 图3.1数据分段示意图3.1.3 网络协议及其功能封装封装 在分段后形成的数据块上增加控制信息的过程称为在分段后形成的数据块上增加控制信息的过程称为封装，当存在多层协议时，需要按层次进行封装。封装，当存在多层协议时，需要按层次进行封装。每个协议数据单元包含的控制信息有：每个协议数据单元包含的控制信息有：地址：指出发送端或接收端的地址；地址：指出发送端或接收端的地址；错误检测码：包含某种校验序列，对收到的一段错误检测码：包含某种校验序列，对收到的一段信息进行校验；

8、信息进行校验；协议控制：对流量和差错进行控制的信息。协议控制：对流量和差错进行控制的信息。3.1.3 网络协议及其功能连接控制连接控制 数据通信分为无连接和面向连接两种通信方式。数据通信分为无连接和面向连接两种通信方式。面向连接的通信过程可以分为连接建立、数据传送、面向连接的通信过程可以分为连接建立、数据传送、连接拆除三个阶段。连接拆除三个阶段。流量控制流量控制 指接收实体对发送实体送出的数据单元数量或速率指接收实体对发送实体送出的数据单元数量或速率进行限制。进行限制。差错控制差错控制 用来对用来对PDUPDU中的数据和控制信息进行保护。中的数据和控制信息进行保护。寻址寻址 寻址的过程涉及寻址

9、的级别、寻址的范围、连接识寻址的过程涉及寻址的级别、寻址的范围、连接识别符和寻址的模式几个方面。别符和寻址的模式几个方面。3.1.3 网络协议及其功能复用复用 复用是指在一个系统上支持多个连接。复用是指在一个系统上支持多个连接。附加服务附加服务 优先权：优先权：服务等级：对网络的服务质量指标提出要求，服务等级：对网络的服务质量指标提出要求，安全：设置口令权限，以保护系统的安全。安全：设置口令权限，以保护系统的安全。3 3、协议栈、协议栈 协议设计和开发成完整的协作的集合称为协议协议设计和开发成完整的协作的集合称为协议栈（也称协议组或协议族）栈（也称协议组或协议族）3.1.3 网络协议及其功能

10、3.1 概述概述 3.2 OSI参考模型参考模型 3.3 TCP/IP协议协议 3.4 传送网体系结构传送网体系结构 3.5 电信信息网络体系结构电信信息网络体系结构第三章 网络体系结构3.2 OSI参考模型（1 1）应用层（）应用层（ALAL：Application LayerApplication Layer）应用层的作用是提供应用所经常需要的服务。应用层的作用是提供应用所经常需要的服务。（2 2）表示层（）表示层（PLPL：Presentation LayerPresentation Layer）表示层的作用是使应用层能独立于不同数据表表示层的作用是使应用层能独立于不同数据表示方式，它负

11、责定义信息的表示方法。示方式，它负责定义信息的表示方法。（3 3）会话层（）会话层（SLSL：Session LayerSession Layer）会话层通过对话控制增强传输层所提供的可靠会话层通过对话控制增强传输层所提供的可靠传输服务，利用该层可控制数据交换方式。传输服务，利用该层可控制数据交换方式。（4 4）传输层（）传输层（TLTL：Transport LayerTransport Layer）传输层的作用是实现从源端设备会话实体到目传输层的作用是实现从源端设备会话实体到目的端设备会话实体的端到端间报文传送。的端设备会话实体的端到端间报文传送。3.2 OSI参考模型（5 5）网络层（）网

12、络层（NLNL：Network LayerNetwork Layer）网络层的功能是提供经通信网的分组数据传送，选网络层的功能是提供经通信网的分组数据传送，选择通信路由，将分组数据从源节点通过一个或多个通择通信路由，将分组数据从源节点通过一个或多个通信网（数据网或电话网等）送到目的节点，在系统间信网（数据网或电话网等）送到目的节点，在系统间实现实现“透明透明”的数据传送。的数据传送。（6 6）数据链路层（）数据链路层（DLDL：Data link LayerData link Layer）数据链路层的作用是在直连两节点的传输链路上传送数据链路层的作用是在直连两节点的传输链路上传送帧或信息块。帧

13、或信息块。（7 7）物理层）物理层 物理层的主要功能是保证要传送的信息比特逐个从物理层的主要功能是保证要传送的信息比特逐个从链路一端进入物理媒质，到达链路的另一端。链路一端进入物理媒质，到达链路的另一端。3.2 OSI参考模型图3.6OSI网络数据单元的格式3.2 OSI参考模型网络传输部分就好像一根网络传输部分就好像一根“透明的管道透明的管道”，将数据单元，将数据单元从信源沿这从信源沿这“管道管道”路由及时传送到目的地路由及时传送到目的地信宿；信宿；高功能层部分只在于正确地以帧形式收发数据，并不关高功能层部分只在于正确地以帧形式收发数据，并不关心网络传送部分的具体情况。下图为传输网络心网络传

14、送部分的具体情况。下图为传输网络“透明管透明管道道”服务服务3.2 OSI参考模型 3.1 概述概述 3.2 OSI参考模型参考模型 3.3 TCP/IP协议协议 3.4 传送网体系结构传送网体系结构 3.5 电信信息网络体系结构电信信息网络体系结构第三章 网络体系结构3.3.1 TCP/IP体系结构体系结构 3.3.2 用户数据报协议用户数据报协议(UDP)3.3.3 传输控制协议传输控制协议(TCP)3.3.4 应用层协议应用层协议3.3 TCP/IP协议 (a)(b)图3.8TCP/IP体系结构(1)(1)应用层应用层TCP/IPTCP/IP的的应用层应用层整合了整合了OSIOSI模型的

15、模型的高三层高三层的功能，的功能，应用层应用层-TCP/IPTCP/IP协议的最高层，规定了应用程序怎样使协议的最高层，规定了应用程序怎样使用互联网。用互联网。(2)(2)传输层传输层传输层传输层-负责应用进程之间的端负责应用进程之间的端端通信。提供两种基端通信。提供两种基本类型的服务：本类型的服务：1 1、TCP/IPTCP/IP体系结构体系结构3.3.1 TCP/IP体系结构 传输控制协议传输控制协议(TCP)(TCP)-为字节流提供面向连接的可靠传为字节流提供面向连接的可靠传输；输；用户数据报协议用户数据报协议(UDP)(UDP)-为各个消息提供尽力而为的无为各个消息提供尽力而为的无连接

16、传输。连接传输。(3)(3)互联网层互联网层 互联网层互联网层-负责将数据报送到目的主机。包括：负责将数据报送到目的主机。包括：处理来自传输层的分组发送请求；处理来自传输层的分组发送请求；处理接收的数据报，检查目的地址，若需要转发，则处理接收的数据报，检查目的地址，若需要转发，则选择发送路径转发，若目的地址为本结点地址，则除去选择发送路径转发，若目的地址为本结点地址，则除去报头，将分组交送报头，将分组交送传输层传输层处理；处理；处理互连网路径、流控与拥塞问题。处理互连网路径、流控与拥塞问题。3.3.1 TCP/IP体系结构 图3.9互联网层与网络接口层(4)(4)网络接口层网络接口层网络接口层

17、网络接口层-是是TCP/IPTCP/IP的最低层，该层的协议提供的最低层，该层的协议提供了一种数据传送的方法，了一种数据传送的方法，3.3.1 TCP/IP体系结构 2 2TCP/IPTCP/IP协议协议族族图3.10TCP/IP协议族3.3.1 TCP/IP体系结构 3.3.1 TCP/IP体系结构体系结构 3.3.2 用户数据报协议用户数据报协议(UDP)3.3.3 传输控制协议传输控制协议(TCP)3.3.4 应用层协议应用层协议3.3 TCP/IP协议 图3.12UDP数据报UDPUDP是一个不可靠的无连接的传输层协议，只提供在是一个不可靠的无连接的传输层协议，只提供在IPIP的范围外

18、的两种额外服务：解复用和数据差错检查。的范围外的两种额外服务：解复用和数据差错检查。3.3.2 用户数据报协议(UDP)3.3.1 TCP/IP体系结构体系结构 3.3.2 用户数据报协议用户数据报协议(UDP)3.3.3 传输控制协议传输控制协议(TCP)3.3.4 应用层协议应用层协议3.3 TCP/IP协议 TCPTCP在在IPIP的基础上提供可靠的面向连接的流服务，它使的基础上提供可靠的面向连接的流服务，它使用选择性重发用选择性重发ARQARQ（ARQARQ：Automatic Repeat Automatic Repeat reQuestreQuest）和算法进行拥塞控制，）和算法进

19、行拥塞控制，3.3.3 传输控制协议(TCP)1 1TCPTCP的可靠流服务的可靠流服务 在数据报网络上的两个应用层的进程之间，在数据报网络上的两个应用层的进程之间，TCPTCP提供提供了逻辑上的全双工连接。了逻辑上的全双工连接。TCPTCP向这些应用进程提供面向向这些应用进程提供面向连接的、可靠而有序的字节流服务。此外，连接的、可靠而有序的字节流服务。此外，TCPTCP还提供还提供流量控制，流量控制，2 2TCPTCP协议协议图3.13TCP数据段3.3.3 传输控制协议(TCP)（1 1）TCPTCP数据段数据段（2 2）连接的建立）连接的建立图3.14三次握手3.3.3 传输控制协议(T

20、CP)（3 3）数据传送）数据传送图3.16TCP窗口的流量控制3.3.3 传输控制协议(TCP)3.3.3 传输控制协议(TCP)（4 4）TCPTCP连接终止连接终止图3.17TCP的礼貌释放3.3.1 TCP/IP体系结构体系结构 3.3.2 用户数据报协议用户数据报协议3.3.3 传输控制协议传输控制协议3.3.4 应用层协议应用层协议3.3 TCP/IP协议 3.3.4 应用层协议1 1远程登录远程登录 远程登录（TELNET）提供像当地用户一样访问远地设备资源的标准方法，能够适应许多计算机和操作系统的差异。2 2文件传送协议文件传送协议FTP提供交互式的访问，允许客户指明文件的类型

21、与格式，并允许文件具有存取权限。同TELNET类似，它可工作于不同的主机，甚至那些运行不同的操作系统或具有不同的文件结构的主机均可使用。图3.18FTP传输文件过程3.3.4 应用层协议3 3万维网和超文本传送协议万维网和超文本传送协议 万维网（WWW：World Wide Web）为访问存储于网络计算机中的文档和资源提供了框架。这些文档包括文本、图表和其他媒介，它通过内部的超链接或链接而互相连接起来。HTTP定义了客户端如何通过请求来获取某一个目标（一般是文档），以及服务器应该如何用响应消息来回复这个请求。3.3.4 应用层协议 3.1 概述概述 3.2 OSI参考模型参考模型 3.3 TC

22、P/IP协议协议 3.4 传送网体系结构传送网体系结构 3.5 电信信息网络体系结构电信信息网络体系结构第三章 网络体系结构 由于通信网络的特殊性，整个通信网的体系结构可由于通信网络的特殊性，整个通信网的体系结构可以分成以分成高功能层和传送层高功能层和传送层两大部分，前者包括两大部分，前者包括高级接高级接续业务功能和网络运行管理维护操作功能续业务功能和网络运行管理维护操作功能；后者主要；后者主要是关于传送用户信息方面的功能，涉及是关于传送用户信息方面的功能，涉及用户信息传输用户信息传输和交换网络逻辑功能和交换网络逻辑功能的所有内容。的所有内容。传送网主要用于传送网主要用于传输和交换用户信息传输

23、和交换用户信息，它是网络逻，它是网络逻辑功能的集合，要求具有严格的辑功能的集合，要求具有严格的实时性实时性。图3.19广义传送功能3.4 传送网体系结构层网 传送网具有多层结构。存在于多层传送网中的一个单传送网具有多层结构。存在于多层传送网中的一个单层内的网，称为层网。层内的网，称为层网。输入输出端就是层网上的访问点或接入点，层网是一输入输出端就是层网上的访问点或接入点，层网是一组完全同类型的访问点的逻辑实体。组完全同类型的访问点的逻辑实体。在层网中，除了要提供各种连接形式的传送能力外，在层网中，除了要提供各种连接形式的传送能力外，还需要提供诸如信息转换质量的测度，支持连接的有效还需要提供诸如

24、信息转换质量的测度，支持连接的有效性，有些层网连接输出端特征信息结构的监控等功能。性，有些层网连接输出端特征信息结构的监控等功能。信踪表示传输路径或传输段一类传输实体的属性。信踪表示传输路径或传输段一类传输实体的属性。在一个层网中，拓扑邻接子网间的连接性由链路提供。在一个层网中，拓扑邻接子网间的连接性由链路提供。同时，又由另一层中的信踪提供。提供信踪连接的层称同时，又由另一层中的信踪提供。提供信踪连接的层称为服务员层，提供链路连接的层称为客户层。为服务员层，提供链路连接的层称为客户层。3.4 传送网体系结构图3.20层网模型示意图3.4 传送网体系结构图3.21SDH传送网分层模型3.4 传送

25、网体系结构 3.1 概述概述 3.2 OSI参考模型参考模型 3.3 TCP/IP协议协议 3.4 传送网体系结构传送网体系结构 3.5 电信信息网络体系结构电信信息网络体系结构第三章 网络体系结构3.5 电信信息网络体系结构 TINATINA提出了一种基于分布式计算技术的逻辑框架体系提出了一种基于分布式计算技术的逻辑框架体系结构，将电信业务与管理业务综合到同一种体系结构结构，将电信业务与管理业务综合到同一种体系结构中，使电信业务与电信网络技术分离，从而使新业务中，使电信业务与电信网络技术分离，从而使新业务的引入与管理不受厂商网络环境的影响。的引入与管理不受厂商网络环境的影响。vTINATIN

26、A逻辑体系结构逻辑体系结构计算体系结构（CA）定义了设计和构造分布式软件和软件支撑环境的概定义了设计和构造分布式软件和软件支撑环境的概念和原则，用于交互式组件的规范和通信。念和原则，用于交互式组件的规范和通信。业务体系结构（SA）定义了电信业务设计、规范、实现和管理的概念和定义了电信业务设计、规范、实现和管理的概念和原则，用于与业务有关的电信软件规格分析、设计及操原则，用于与业务有关的电信软件规格分析、设计及操作作。网络体系结构（NA）定义了传输网（包括传输和交换技术）设计、规范、定义了传输网（包括传输和交换技术）设计、规范、实现和管理的概念和原则，用于为网络资源提供通信组实现和管理的概念和原

27、则，用于为网络资源提供通信组件，包括业务所用资源的高层抽象及管理原则。件，包括业务所用资源的高层抽象及管理原则。3.5 电信信息网络体系结构管理体系结构（MA）定义了管理相关业务资源、软件和支撑技术的软件的定义了管理相关业务资源、软件和支撑技术的软件的设计、规范和实现概念和原则。设计、规范和实现概念和原则。它分成两种基本的管理类型：计算管理和电信管理。它分成两种基本的管理类型：计算管理和电信管理。计算管理包含本地计算与通信环境计算管理包含本地计算与通信环境(NCCE)(NCCE)、DPEDPE及运及运行于行于DPEDPE上的软件的管理，它主要关心安装、配置及上的软件的管理，它主要关心安装、配置

28、及软件运行和计算节点。软件运行和计算节点。电信管理同电信管理同TMNTMN相似，主要包含服务、资源及元素管相似，主要包含服务、资源及元素管理。理。3.5 电信信息网络体系结构vTINATINA物理体系结构物理体系结构3.5 电信信息网络体系结构vTINATINA分层体系结构分层体系结构3.5 电信信息网络体系结构图3.23TINA体系结构 TINATINA体系结构体系结构可以从网络资源和计算资源两个独立的抽可以从网络资源和计算资源两个独立的抽象层次上理解。象层次上理解。3.5 电信信息网络体系结构TINATINA电信应用软件组件可分为三类：电信应用软件组件可分为三类：（1 1）业务组件：描述了

29、业务的核心功能（业务逻辑）业务组件：描述了业务的核心功能（业务逻辑）以及业务接入和管理，业务可通过资源组件间的交互使以及业务接入和管理，业务可通过资源组件间的交互使用共同的资源；用共同的资源；（2 2）资源组件：从高层描述可用资源的抽象并提供管）资源组件：从高层描述可用资源的抽象并提供管理资源的机制；理资源的机制；（3 3）单元组件：单个资源如传输、交换设备及计算机）单元组件：单个资源如传输、交换设备及计算机等的软件抽象。等的软件抽象。业务角度业务角度从业务角度出发，从业务角度出发，TINATINA业务作为电信与计算机应用系业务作为电信与计算机应用系统的基本成分，体现为彼此交互的业务组件，而任

30、何统的基本成分，体现为彼此交互的业务组件，而任何业务或业务的组成均可视为构造和重用的单元，业务或业务的组成均可视为构造和重用的单元，3.5 电信信息网络体系结构图图3.243.24通用业务组件模型通用业务组件模型（1 1）业务核心部分：定义业务组件内在本质操作的逻）业务核心部分：定义业务组件内在本质操作的逻辑和数据；辑和数据；（2 2）使用部分：对使用该业务组件的外部组件提供访）使用部分：对使用该业务组件的外部组件提供访问接口，该问接口，该USCMUSCM实体充当服务器，而外部组件作为客户实体充当服务器，而外部组件作为客户通过此接口进行访问；通过此接口进行访问；（3 3）管理部分：将此业务组件

31、）管理部分：将此业务组件作为被管理对象而向管理者作为被管理对象而向管理者提供的接口；提供的接口；（4 4）实体部分：提供该）实体部分：提供该USCMUSCM实实体所能够使用的外部组件的体所能够使用的外部组件的内部表示。内部表示。3.5 电信信息网络体系结构1 1业务体系结构业务体系结构SASA描述了分布业务如何构造以便给用户提供它的功能。描述了分布业务如何构造以便给用户提供它的功能。有三种主要的会晤：有三种主要的会晤：（1 1）接入会晤接入会晤专用于处理用户的鉴别与授权，专用于处理用户的鉴别与授权，可支持终端用户的移动性（如移动通信终端），支持可支持终端用户的移动性（如移动通信终端），支持用户

32、优先权机制，还可以对业务的交互进行控制；用户优先权机制，还可以对业务的交互进行控制；（2 2）业务会晤业务会晤给用户提供一个业务执行的环境；给用户提供一个业务执行的环境；（3 3）通信会晤通信会晤为用户业务建立通信连接。为用户业务建立通信连接。3.5 电信信息网络体系结构2 2网络体系结构网络体系结构图3.25网络资源信息模型3.5 电信信息网络体系结构3 3计算体系结构计算体系结构CACA是是TINATINA的核心部分，提供对的核心部分，提供对SASA、NANA的支持。的支持。4 4管理体系结构管理体系结构为管理为管理TINATINA系统的实体定义一套原则，然后将这些系统的实体定义一套原则，

33、然后将这些原则与概念应用于网络、计算、业务结构中去，由原则与概念应用于网络、计算、业务结构中去，由它们各自实施相应的管理。它们各自实施相应的管理。3.5 电信信息网络体系结构TINATINA与与TMNTMN的对比：的对比：（1 1）TMNTMN是外在的管理，与被管理网络之间有接口问是外在的管理，与被管理网络之间有接口问题；题；TINATINA则是内在的管理，二网合一；则是内在的管理，二网合一；（2 2）TINATINA建模采用完全的面向对象技术，支持动态建模采用完全的面向对象技术，支持动态结构经，而结构经，而TMNTMN不支持动态结构；不支持动态结构；（3 3）TMNTMN的被管理对象定义采用被管对象定义指南半的被管理对象定义采用被管对象定义指南半形式化方式，形式化方式，TINATINA则采用对象定义语言来定义；则采用对象定义语言来定义；（4 4）TINATINA的网络环境是分布式计算与处理环境，终的网络环境是分布式计算与处理环境，终端环境从低级终端进化到智能终端。端环境从低级终端进化到智能终端。3.5 电信信息网络体系结构