网络系统设计与工程
（一）理论知识回顾
浙江大学计算机学院
邱劲松
计算机网络体系结构
? 本节温习以下内容
– 主流的网络模型
– 常用网络概念
– 常见计算机网络和通信网络
– 常见标准化组织及其相关网络标准
网络分层模型
? OSI
– 国际标准，理论性强，概念清晰
– 网络层以上按标准实现的产品较少
– 低层标准丰富，且应用广泛
? TCP/IP
– 真实世界的事实标准，支持厂商众多
– 丰富的高层实际应用
– 网络互联可操作性强
– 低层依赖其他标准
– 初期考虑不够完善，导致后期补丁很多
? 其他
– 各厂商自定义，相对封闭，如 IBM的 SNA
计算机网络体系结构
OSI参考模型
物理层
数据连路层
网络层
传输层
会话层
表示层
应用层
计算机网络体系结构
OSI各层协议数据单元
计算机网络体系结构
TCP/IP协议栈
应用层
传输层
互联网层
主机至 网络 层
（此层依赖于其他标准）
计算机网络体系结构
TCP/IP常用协议
计算机网络体系结构
局域网分层模型
物理层
数据链路层
网络层
物理层
媒体接入控制 MAC
逻辑链路控制 LLC
运输层
高层
IEEE 802参考模型 OSI参考模型
计算机网络体系结构
局域网数据包的封装
计算机网络体系结构
协议栈
? 概念
– 由同一体系下多个层次的协议共同构成
? 常见协议栈
– TCP/IP
– IPX/SPX
– AppleTalk
– NetBIOS
计算机网络常用概念
服务访问点
? 概念
– 上层访问下层服务的地址
? 例子
– TCP/IP的端口
– 局域网 LLC子层的 LSAP
计算机网络常用概念
服务原语
? 概念
– 上层使用下层服务的接口类型抽象
? 类型
计算机网络常用概念
Higher Layer
Lower Layer
1 4
Higher Layer
Lower Layer
3 2 请求 响应 指示 证实
请求 PDU
响应 PDU
?
?
面向连接服务与无连接服务
? 面向连接服务
– 连接建立、数据传输、连接释放
– 提供服务者需要管理和维持连接
– 例子：文件传输、远程登录、音 /视频流
– 通常是提供可靠的服务，但也不尽然
计算机网络常用概念
面向连接服务与无连接服务
? 无连接服务
– 数据传输时不建立连接
– 例子,IP包转发、域名查询
– 通常不保证服务的可靠性，但也不尽然
计算机网络常用概念
服务质量
? 概念
– 下层向上层提供的服务好坏，简称 QoS
? 范围
– 可靠性
? 可靠服务：保证数据传输的正确性
? 不可靠服务：不保证数据传输的正确性
– 服务质量的评价参数：差错率、丢包率、延迟等
– 实际网络中不太可能同时提供各方面都完全满足要求
的服务质量，只能偏向某一方面
? 不同的应用需要不同的服务质量
– 文件传输：差错率低、允许较大的延迟
– 流媒体：对延迟敏感、可容忍低差错率
计算机网络常用概念
子网
? 通信子网
– 由 OSI模型中的底三层构成的通信网络
? IP子网
– 逻辑上认为的不同 IP网段（物理上也一般为分
开的网络，但不尽然）
– 根据子网掩码计算出是否是不同的子网
计算机网络常用概念
组网模型
? 客户 -服务模型
? 对等网络 (P2P)模型
常见网络
? 局域网
– 以太网
– 无线局域网
? 广域网
– X.25
– 帧中继
? 城域网
– ATM
– 宽带城域网
? Internet
常见计算机网络
以太网
总线式结构
10Base5 10Base2 10BaseT
常见计算机网络
无线局域网
有基站 无基站
多小区
常见计算机网络
X.25
X.25
LAPB
X.21
Packet
Link Access
Physical
User Process
Packet
Link Access
Physical
User Process
X.25
LAPB
X.21
DCE DCE
DTE DTE
Source Destination
1 2
3
4
5
6
7 8 9 10
11
12 14
13
15 16
X.25协议栈
X.25传输确认方式
（逐站确认）
常见计算机网络
帧中继
LAPF Core
I.430/I.431
LAPD LAPF
Core
Physical
Network
LAPD LAPF
Core
Physical
Network
End System End System FR Network
LAPF Core
I.430/I.431
Source Destination
1
8
2
7
3
6
5
4
帧中继传输确认方式
（端对端确认）
帧中继协议栈
常见计算机网络
ATM
? 结合了分组交换和电路交换的优点
? 交换单位信元 (Cell)为固定大小
? 采用异步传输模式，避免浪费空闲信道
User Data Header
5 48 Bytes
ATM Cell
125ms
Synchronous
Transfer Mode
Asynchronous
Transfer Mode
常见计算机网络
宽带城域网
集团用户 /企业
CPE
宽带 IP骨干网
RPR/DWDM/SDH
GSR
GE
GE
GE
VDSL FE
N*FX
GE/FX
小区
商住大厦 SOHO
家庭用户
IDC AAA Portal
GE
常见计算机网络
Internet
? 采用 TCP/IP协议栈
? 概貌图
常见计算机网络
常见通信网络
? 公用电话网 PSTN
? 公用陆地移动通信网 PLMN
– 2G/2.5G/3G/4G
? 卫星网
– 全球星
? 数字数据网 DDN
PSTN
分级的 PSTN网状结构
PSTN构成单元,
常见通信网络
PLMN
? GSM
– GPRS
? CDMA
– CDMA1X
? 3G
– WCDMA
– CDMA2000
– TD-SCDMA
MSC VLR HLR
BSC BS
BS
Cell MS
BS
MS
MS
常见计算机网络
全球星
常见计算机网络
常见标准组织
? IEEE
– 源于美国的国际学术组织
– 典型标准：局域网、城域网的 802系列
? IETF
– Internet协会的下属机构，专门进行协议开发和标准化
– 典型标准,RFC xxx
? ITU
– 联合国下属的国际电信组织（官方）
– 典型标准,X.nnn系列,Q.nnn系列建议书
? ISO
– 国际标准化组织
– 典型标准,ISO系列（ 如 OSI模型）
（一）理论知识回顾
浙江大学计算机学院
邱劲松
计算机网络体系结构
? 本节温习以下内容
– 主流的网络模型
– 常用网络概念
– 常见计算机网络和通信网络
– 常见标准化组织及其相关网络标准
网络分层模型
? OSI
– 国际标准，理论性强，概念清晰
– 网络层以上按标准实现的产品较少
– 低层标准丰富，且应用广泛
? TCP/IP
– 真实世界的事实标准，支持厂商众多
– 丰富的高层实际应用
– 网络互联可操作性强
– 低层依赖其他标准
– 初期考虑不够完善，导致后期补丁很多
? 其他
– 各厂商自定义，相对封闭，如 IBM的 SNA
计算机网络体系结构
OSI参考模型
物理层
数据连路层
网络层
传输层
会话层
表示层
应用层
计算机网络体系结构
OSI各层协议数据单元
计算机网络体系结构
TCP/IP协议栈
应用层
传输层
互联网层
主机至 网络 层
（此层依赖于其他标准）
计算机网络体系结构
TCP/IP常用协议
计算机网络体系结构
局域网分层模型
物理层
数据链路层
网络层
物理层
媒体接入控制 MAC
逻辑链路控制 LLC
运输层
高层
IEEE 802参考模型 OSI参考模型
计算机网络体系结构
局域网数据包的封装
计算机网络体系结构
协议栈
? 概念
– 由同一体系下多个层次的协议共同构成
? 常见协议栈
– TCP/IP
– IPX/SPX
– AppleTalk
– NetBIOS
计算机网络常用概念
服务访问点
? 概念
– 上层访问下层服务的地址
? 例子
– TCP/IP的端口
– 局域网 LLC子层的 LSAP
计算机网络常用概念
服务原语
? 概念
– 上层使用下层服务的接口类型抽象
? 类型
计算机网络常用概念
Higher Layer
Lower Layer
1 4
Higher Layer
Lower Layer
3 2 请求 响应 指示 证实
请求 PDU
响应 PDU
?
?
面向连接服务与无连接服务
? 面向连接服务
– 连接建立、数据传输、连接释放
– 提供服务者需要管理和维持连接
– 例子：文件传输、远程登录、音 /视频流
– 通常是提供可靠的服务，但也不尽然
计算机网络常用概念
面向连接服务与无连接服务
? 无连接服务
– 数据传输时不建立连接
– 例子,IP包转发、域名查询
– 通常不保证服务的可靠性，但也不尽然
计算机网络常用概念
服务质量
? 概念
– 下层向上层提供的服务好坏，简称 QoS
? 范围
– 可靠性
? 可靠服务：保证数据传输的正确性
? 不可靠服务：不保证数据传输的正确性
– 服务质量的评价参数：差错率、丢包率、延迟等
– 实际网络中不太可能同时提供各方面都完全满足要求
的服务质量，只能偏向某一方面
? 不同的应用需要不同的服务质量
– 文件传输：差错率低、允许较大的延迟
– 流媒体：对延迟敏感、可容忍低差错率
计算机网络常用概念
子网
? 通信子网
– 由 OSI模型中的底三层构成的通信网络
? IP子网
– 逻辑上认为的不同 IP网段（物理上也一般为分
开的网络，但不尽然）
– 根据子网掩码计算出是否是不同的子网
计算机网络常用概念
组网模型
? 客户 -服务模型
? 对等网络 (P2P)模型
常见网络
? 局域网
– 以太网
– 无线局域网
? 广域网
– X.25
– 帧中继
? 城域网
– ATM
– 宽带城域网
? Internet
常见计算机网络
以太网
总线式结构
10Base5 10Base2 10BaseT
常见计算机网络
无线局域网
有基站 无基站
多小区
常见计算机网络
X.25
X.25
LAPB
X.21
Packet
Link Access
Physical
User Process
Packet
Link Access
Physical
User Process
X.25
LAPB
X.21
DCE DCE
DTE DTE
Source Destination
1 2
3
4
5
6
7 8 9 10
11
12 14
13
15 16
X.25协议栈
X.25传输确认方式
（逐站确认）
常见计算机网络
帧中继
LAPF Core
I.430/I.431
LAPD LAPF
Core
Physical
Network
LAPD LAPF
Core
Physical
Network
End System End System FR Network
LAPF Core
I.430/I.431
Source Destination
1
8
2
7
3
6
5
4
帧中继传输确认方式
（端对端确认）
帧中继协议栈
常见计算机网络
ATM
? 结合了分组交换和电路交换的优点
? 交换单位信元 (Cell)为固定大小
? 采用异步传输模式，避免浪费空闲信道
User Data Header
5 48 Bytes
ATM Cell
125ms
Synchronous
Transfer Mode
Asynchronous
Transfer Mode
常见计算机网络
宽带城域网
集团用户 /企业
CPE
宽带 IP骨干网
RPR/DWDM/SDH
GSR
GE
GE
GE
VDSL FE
N*FX
GE/FX
小区
商住大厦 SOHO
家庭用户
IDC AAA Portal
GE
常见计算机网络
Internet
? 采用 TCP/IP协议栈
? 概貌图
常见计算机网络
常见通信网络
? 公用电话网 PSTN
? 公用陆地移动通信网 PLMN
– 2G/2.5G/3G/4G
? 卫星网
– 全球星
? 数字数据网 DDN
PSTN
分级的 PSTN网状结构
PSTN构成单元,
常见通信网络
PLMN
? GSM
– GPRS
? CDMA
– CDMA1X
? 3G
– WCDMA
– CDMA2000
– TD-SCDMA
MSC VLR HLR
BSC BS
BS
Cell MS
BS
MS
MS
常见计算机网络
全球星
常见计算机网络
常见标准组织
? IEEE
– 源于美国的国际学术组织
– 典型标准：局域网、城域网的 802系列
? IETF
– Internet协会的下属机构，专门进行协议开发和标准化
– 典型标准,RFC xxx
? ITU
– 联合国下属的国际电信组织（官方）
– 典型标准,X.nnn系列,Q.nnn系列建议书
? ISO
– 国际标准化组织
– 典型标准,ISO系列（ 如 OSI模型）
