2010-5-15 计算机网络技术及应用 1
第二章 计算机网络体系结构
本章主要内容
? 网络体系结构的基本概念
? 开放系统互连参考模型
? TCP/IP体系结构
? 计算机局域网协议
2010-5-15 计算机网络技术及应用 2
2.1 网络体系结构的基本概念
1 网络的层次结构
? 计算机网络是一个复杂的系统。为了降低系统设计
和实现的难度，把计算机网络要实现的功能进行结
构化和模块化的设计，将整体功能分为几个相对独
立的子功能层次，各个功能层次间进行有机的连接，
下层为其上一层提供必要的功能服务。这种层次结
构的设计称为网络层次结构模型。
? 网络层次结构模型的好处是：各层之间相互独立，
各层实现技术的改变不影响其他层，易于实现和维
护，有利于促进标准化，为计算机网络协议的设计
和实现提供了很大方便。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 3
2.1 网络体系结构的基本概念
3 网络体系结构
?计算机网络的层次及各层协议的集合,
即是 网络体系结构 （ Architecture）。
具体地说,网络体系结构是关于计算
机网络应设置哪几层，每个层次又应
提供哪些功能的精确定义 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 4
2.1 网络体系结构的基本概念
2 网络协议
? 网络中的两个实体要实现通信, 它们必须具有
相同的语言, 交流什么, 怎样交流及何时交流
等, 必须遵守有关实体间某些相互都能接受的
一些规则, 这些规则的集合称为协议 。
? 为进行网络中的数据交换而建立的规则, 标准
或约定 即为 网络协议 。
?网络协议一般由语法, 语义和时序三要素组
成 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 5
2.2 开放系统互连参考模型
1 开放系统互连参考模型的形成
? 为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，
国际标准化组织 ISO于 1977年提出了一个
试图使各种计算机在世界范围内互连成网的
标准框架，即著名的 开放系统互连参考模型
（ OSI/RM,Open System Interconnection/Reference Model）,
简称为 OSI。, 开放, 是指：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。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 6
2.2 开放系统互连参考模型
2 OSI参考模型层次划分的原则
? 网络中所有节点都划分为相同的层次结构，
每个相同的层次都有相同的功能
? 同一节点内各相邻层次之间通过接口协议进
行通信
? 每一层使用下一层提供的服务，并向它的上
层提供服务
? 不同节点的同等层按照协议实现同等层之间
的通信
2010-5-15 计算机网络技术及应用 7
2.2 开放系统互连参考模型
3 OSI参考模型的七层结构
2010-5-15 计算机网络技术及应用 8
2.2 开放系统互连参考模型
4 OSI参考模型的信息流动
2010-5-15 计算机网络技术及应用 9
2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 物理层（ Physical Layer）
物理层是 OSI参考模型的最低层，它建立在
传输介质上，利用物理传输介质为数据链路
层提供物理连接。
物理层的主要功能是在物理介质上传输二进
制数据比特流；提供为建立、维护和拆除物
理连接所需的机械、电气和规程方面的特性。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 10
2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 数据链路层（ Data Link Layer）
在物理层传送的比特流的基础上, 数据链路层负责建
立相邻节点之间的数据链路, 提供节点之间的可靠
的数据传输 。 这一层将接收到的二进制数据流封装
成帧 （ 包含目的地址, 源地址, 数据段以及其他控
制信息 ）, 然后按顺序传输帧, 并负责处理接收端
发回的确认帧的信息 。
另外, 数据链路层还具有流量控制和检错功能 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 11
2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 网络层（ Network Layer）
数据在网络层被转换为数据分组，然后通过
路径选择、流量、差错、顺序、进 /出路由
等控制，将数据从物理连接的一端传送到另
一端，并负责点到点之间通信联系的建立、
维护和结束。它通过执行路由算法，为分组
通过通信子网选择最适当的路径，还要执行
拥塞控制与网络互连等功能，是 OSI参考模
型中最复杂的一层。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 12
2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 传输层（ Transport Layer）
传输层是面向应用的高层和与网络有关的低
层协议之间的接口，其下三层与数据传输有
关，其上三层与应用有关。传输层提供在不
同系统间数据传输服务，在网内两实体间建
立端到端通信信道，提供两端点之间的可靠、
透明数据传输；执行端到端差错检测和恢复，
顺序控制和流量控制功能，并管理多路复用。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 13
2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 会话层（ Session Layer）
会话层负责控制每一网络节点究竟什么时间
可以传送与接收数据，为不同用户提供建立
会话关系，并对会话进行有效管理。例如，
当许多用户同时收发信息时，该层主要控制、
决定何时发送或接收信息，才不会有, 碰撞,
发生。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 14
2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 表示层（ Presentation Layer）
表示层是为了在不同系统之间的不同信息表
示能够相互理解对方数据的含义以便进行通
信而设置的，它负责将数据转换为发送方和
接收方都能识别的格式。
另外，表示层还负责诸如数据压缩和恢复、
加密和解密等服务。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 15
2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 应用层（ Application Layer）
应用层是 OSI参考模型的最高层, 它与用户直
接联系, 负责网络中应用程序与网络操作系
统之间的联系 。 监督并且管理相互连接起来
的应用系统以及所使用的应用资源 。 例如为
用户提供各种服务, 包括文件传输, 远程登
录, 电子邮件及网络管理等 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 16
2.3 TCP/IP体系结构
? OSI参考模型试图达到一种理想境界，即全
世界的计算机网络都遵循这统一的标准，所
有的计算机都能方便的互连和交换数据，然
而由于 OSI标准制定周期长、协议实现过分
复杂及 OSI的层次划分不太合理等原因。当
到了 20世纪 90年代初期，虽然整套的 OSI
标准都已制定出来，但当时的 Internet在全
世界的范围形成规模，因此网络体系结构得
到广泛应用的并不是国际标准的 OSI，而是
应用在 Internet上的非国际标准的 TCP/IP
体系结构。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 17
2.3 TCP/IP体系结构
1 TCP/IP与 OSI体系结构的对照关系
2010-5-15 计算机网络技术及应用 18
2.3 TCP/IP体系结构
2 TCP/IP参考模型各层功能
? 主机至网络层
主机至网络层（网络接口层）是 TCP/IP模型
的最低层。它负责网际层与硬件设备间的联
系，指出主机必须使用某种协议与网络相连。
? 网际层
它是整个体系结构的关键部分，网际层的功
能就是把 IP分组发送到它应该去的地方，分
组路由和避免拥塞是网际层主要解决的问题。
网际层使用的主要协议是 IP协议 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 19
2.3 TCP/IP体系结构
2 TCP/IP参考模型各层功能
? 传输层
传输层解决的是, 端到端, 的通信问题。它的功能
是使源端和目的端主机上的对等实体可以进行会话，
和 OSI的传输层一样，传输层定义了两个端到端的
协议。第一个是 传输控制协议 TCP，它是一个面向
连接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错
地发往互联网上的其他机器。第二个协议是 用户数
据报协议 UDP，它是一个不可靠的、无连接协议。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 20
2.3 TCP/IP体系结构
2 TCP/IP参考模型各层功能
? 应用层
应用层提供一组常用的应用程序给用户，应用程序
和传输层协议相配合，完成发送或接收数据。每个
应用程序都有自己的数据格式，它可以是一系列报
文或字节流，但不管采用哪种格式，都要将数据传
送给传输层以便交换。
应用层包含所有的高层协议，如文件传输协议 FTP、
电子邮件协议 SMTP、超文本传输协议 HTTP等 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 21
2.4 计算机局域网协议
? 从总体上看, 局域网协议较为简单, 一般仅有二层
或三层 。 物理层与 OSI定义的类似, 国际标准化组
织已经对物理介质, 附属设备和层间接口做了定义
说明 。 由于局域网多采用广播通信技术, 需要很好
地解决信道争用问题, 故数据链路层的一些细节问
题与 OSI定义的不同 。 OSI的网络层主要解决路径选
择问题, 而局域网没有路由问题, 一个节点发出的
信息其他节点都可以收到, 所以局域网一般不设该
层, OSI网络层的其他功能合并到数据链路层 。 对
于第四到第七层, 局域网系统没有明确的定义, 故
高层仍用 OSI的协议标准, 多把其他高层作为一层
来处理 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 22
2.4 计算机局域网协议
1 IEEE802标准简介
? 在 ISO/OSI参考模型中，其低三层协议是依赖具体网络的，计算机局
域网是一种具体的网络，共享信道是它的特性。遵循 ISO/OSI参考模
型的原则,IEEE802系列标准协议主要解决局域网低三层的功能，其
对应的 LAN/RM如下图所示。
网际层
LLC子层
MAC子层
物理层
2010-5-15 计算机网络技术及应用 23
2.4 计算机局域网协议
1 IEEE802标准简介
? 在 ISO/OSI参考模型中，数据链路层的功能简单，它只负责
把数据从一个节点可靠地传输到相邻的节点。但在局域网中，
多个站点共享传输介质，在节点间传输数据之前必须首先解
决由哪个设备使用传输介质，因此数据链路层要有介质访问
控制功能。由于介质的多样性，所以必须提供多种介质访问
控制方法。为此 IEEE802标准把数据链路层划分为两个子层：
逻辑链路控制（ LLC）子层和介质访问控制（ MAC）子层。
LLC子层负责向网际层提供服务，它提供的主要功能是寻址、
差错控制和流量控制等； MAC子层的主要功能是控制对传输
介质的访问，不同类型的 LAN，需要采用不同的控制法。并
且在发送数据时负责把数据组装成带有地址和差错校验段的
帧，在接收数据时负责把帧拆封，执行地址识别和差错校验。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 24
2.4 计算机局域网协议
2 IEEE802标准系列
? 对于使用不同传输介质的不同局域网,IEEE局域网标
准委员会分别制定了不同的标准，适用于不同的网络环
境，这些标准如下表所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 25
2.4 计算机局域网协议
3 IEEE802标准与 OSI参考模型之间的关系
第二章 计算机网络体系结构
本章主要内容
? 网络体系结构的基本概念
? 开放系统互连参考模型
? TCP/IP体系结构
? 计算机局域网协议
2010-5-15 计算机网络技术及应用 2
2.1 网络体系结构的基本概念
1 网络的层次结构
? 计算机网络是一个复杂的系统。为了降低系统设计
和实现的难度，把计算机网络要实现的功能进行结
构化和模块化的设计，将整体功能分为几个相对独
立的子功能层次，各个功能层次间进行有机的连接，
下层为其上一层提供必要的功能服务。这种层次结
构的设计称为网络层次结构模型。
? 网络层次结构模型的好处是：各层之间相互独立，
各层实现技术的改变不影响其他层，易于实现和维
护，有利于促进标准化，为计算机网络协议的设计
和实现提供了很大方便。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 3
2.1 网络体系结构的基本概念
3 网络体系结构
?计算机网络的层次及各层协议的集合,
即是 网络体系结构 （ Architecture）。
具体地说,网络体系结构是关于计算
机网络应设置哪几层，每个层次又应
提供哪些功能的精确定义 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 4
2.1 网络体系结构的基本概念
2 网络协议
? 网络中的两个实体要实现通信, 它们必须具有
相同的语言, 交流什么, 怎样交流及何时交流
等, 必须遵守有关实体间某些相互都能接受的
一些规则, 这些规则的集合称为协议 。
? 为进行网络中的数据交换而建立的规则, 标准
或约定 即为 网络协议 。
?网络协议一般由语法, 语义和时序三要素组
成 。
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2.2 开放系统互连参考模型
1 开放系统互连参考模型的形成
? 为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，
国际标准化组织 ISO于 1977年提出了一个
试图使各种计算机在世界范围内互连成网的
标准框架，即著名的 开放系统互连参考模型
（ OSI/RM,Open System Interconnection/Reference Model）,
简称为 OSI。, 开放, 是指：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。
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2.2 开放系统互连参考模型
2 OSI参考模型层次划分的原则
? 网络中所有节点都划分为相同的层次结构，
每个相同的层次都有相同的功能
? 同一节点内各相邻层次之间通过接口协议进
行通信
? 每一层使用下一层提供的服务，并向它的上
层提供服务
? 不同节点的同等层按照协议实现同等层之间
的通信
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2.2 开放系统互连参考模型
3 OSI参考模型的七层结构
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2.2 开放系统互连参考模型
4 OSI参考模型的信息流动
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2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 物理层（ Physical Layer）
物理层是 OSI参考模型的最低层，它建立在
传输介质上，利用物理传输介质为数据链路
层提供物理连接。
物理层的主要功能是在物理介质上传输二进
制数据比特流；提供为建立、维护和拆除物
理连接所需的机械、电气和规程方面的特性。
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2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 数据链路层（ Data Link Layer）
在物理层传送的比特流的基础上, 数据链路层负责建
立相邻节点之间的数据链路, 提供节点之间的可靠
的数据传输 。 这一层将接收到的二进制数据流封装
成帧 （ 包含目的地址, 源地址, 数据段以及其他控
制信息 ）, 然后按顺序传输帧, 并负责处理接收端
发回的确认帧的信息 。
另外, 数据链路层还具有流量控制和检错功能 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 11
2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 网络层（ Network Layer）
数据在网络层被转换为数据分组，然后通过
路径选择、流量、差错、顺序、进 /出路由
等控制，将数据从物理连接的一端传送到另
一端，并负责点到点之间通信联系的建立、
维护和结束。它通过执行路由算法，为分组
通过通信子网选择最适当的路径，还要执行
拥塞控制与网络互连等功能，是 OSI参考模
型中最复杂的一层。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 12
2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 传输层（ Transport Layer）
传输层是面向应用的高层和与网络有关的低
层协议之间的接口，其下三层与数据传输有
关，其上三层与应用有关。传输层提供在不
同系统间数据传输服务，在网内两实体间建
立端到端通信信道，提供两端点之间的可靠、
透明数据传输；执行端到端差错检测和恢复，
顺序控制和流量控制功能，并管理多路复用。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 13
2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 会话层（ Session Layer）
会话层负责控制每一网络节点究竟什么时间
可以传送与接收数据，为不同用户提供建立
会话关系，并对会话进行有效管理。例如，
当许多用户同时收发信息时，该层主要控制、
决定何时发送或接收信息，才不会有, 碰撞,
发生。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 14
2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 表示层（ Presentation Layer）
表示层是为了在不同系统之间的不同信息表
示能够相互理解对方数据的含义以便进行通
信而设置的，它负责将数据转换为发送方和
接收方都能识别的格式。
另外，表示层还负责诸如数据压缩和恢复、
加密和解密等服务。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 15
2.2 开放系统互连参考模型
5 OSI参考模型各层功能
? 应用层（ Application Layer）
应用层是 OSI参考模型的最高层, 它与用户直
接联系, 负责网络中应用程序与网络操作系
统之间的联系 。 监督并且管理相互连接起来
的应用系统以及所使用的应用资源 。 例如为
用户提供各种服务, 包括文件传输, 远程登
录, 电子邮件及网络管理等 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 16
2.3 TCP/IP体系结构
? OSI参考模型试图达到一种理想境界，即全
世界的计算机网络都遵循这统一的标准，所
有的计算机都能方便的互连和交换数据，然
而由于 OSI标准制定周期长、协议实现过分
复杂及 OSI的层次划分不太合理等原因。当
到了 20世纪 90年代初期，虽然整套的 OSI
标准都已制定出来，但当时的 Internet在全
世界的范围形成规模，因此网络体系结构得
到广泛应用的并不是国际标准的 OSI，而是
应用在 Internet上的非国际标准的 TCP/IP
体系结构。
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2.3 TCP/IP体系结构
1 TCP/IP与 OSI体系结构的对照关系
2010-5-15 计算机网络技术及应用 18
2.3 TCP/IP体系结构
2 TCP/IP参考模型各层功能
? 主机至网络层
主机至网络层（网络接口层）是 TCP/IP模型
的最低层。它负责网际层与硬件设备间的联
系，指出主机必须使用某种协议与网络相连。
? 网际层
它是整个体系结构的关键部分，网际层的功
能就是把 IP分组发送到它应该去的地方，分
组路由和避免拥塞是网际层主要解决的问题。
网际层使用的主要协议是 IP协议 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 19
2.3 TCP/IP体系结构
2 TCP/IP参考模型各层功能
? 传输层
传输层解决的是, 端到端, 的通信问题。它的功能
是使源端和目的端主机上的对等实体可以进行会话，
和 OSI的传输层一样，传输层定义了两个端到端的
协议。第一个是 传输控制协议 TCP，它是一个面向
连接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错
地发往互联网上的其他机器。第二个协议是 用户数
据报协议 UDP，它是一个不可靠的、无连接协议。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 20
2.3 TCP/IP体系结构
2 TCP/IP参考模型各层功能
? 应用层
应用层提供一组常用的应用程序给用户，应用程序
和传输层协议相配合，完成发送或接收数据。每个
应用程序都有自己的数据格式，它可以是一系列报
文或字节流，但不管采用哪种格式，都要将数据传
送给传输层以便交换。
应用层包含所有的高层协议，如文件传输协议 FTP、
电子邮件协议 SMTP、超文本传输协议 HTTP等 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 21
2.4 计算机局域网协议
? 从总体上看, 局域网协议较为简单, 一般仅有二层
或三层 。 物理层与 OSI定义的类似, 国际标准化组
织已经对物理介质, 附属设备和层间接口做了定义
说明 。 由于局域网多采用广播通信技术, 需要很好
地解决信道争用问题, 故数据链路层的一些细节问
题与 OSI定义的不同 。 OSI的网络层主要解决路径选
择问题, 而局域网没有路由问题, 一个节点发出的
信息其他节点都可以收到, 所以局域网一般不设该
层, OSI网络层的其他功能合并到数据链路层 。 对
于第四到第七层, 局域网系统没有明确的定义, 故
高层仍用 OSI的协议标准, 多把其他高层作为一层
来处理 。
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2.4 计算机局域网协议
1 IEEE802标准简介
? 在 ISO/OSI参考模型中，其低三层协议是依赖具体网络的，计算机局
域网是一种具体的网络，共享信道是它的特性。遵循 ISO/OSI参考模
型的原则,IEEE802系列标准协议主要解决局域网低三层的功能，其
对应的 LAN/RM如下图所示。
网际层
LLC子层
MAC子层
物理层
2010-5-15 计算机网络技术及应用 23
2.4 计算机局域网协议
1 IEEE802标准简介
? 在 ISO/OSI参考模型中，数据链路层的功能简单，它只负责
把数据从一个节点可靠地传输到相邻的节点。但在局域网中，
多个站点共享传输介质，在节点间传输数据之前必须首先解
决由哪个设备使用传输介质，因此数据链路层要有介质访问
控制功能。由于介质的多样性，所以必须提供多种介质访问
控制方法。为此 IEEE802标准把数据链路层划分为两个子层：
逻辑链路控制（ LLC）子层和介质访问控制（ MAC）子层。
LLC子层负责向网际层提供服务，它提供的主要功能是寻址、
差错控制和流量控制等； MAC子层的主要功能是控制对传输
介质的访问，不同类型的 LAN，需要采用不同的控制法。并
且在发送数据时负责把数据组装成带有地址和差错校验段的
帧，在接收数据时负责把帧拆封，执行地址识别和差错校验。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 24
2.4 计算机局域网协议
2 IEEE802标准系列
? 对于使用不同传输介质的不同局域网,IEEE局域网标
准委员会分别制定了不同的标准，适用于不同的网络环
境，这些标准如下表所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 25
2.4 计算机局域网协议
3 IEEE802标准与 OSI参考模型之间的关系
