举例：某人给他的朋友写一封信
邮
政 袋 箱 邮 政 信 袋
信 封
信
数据链路层 网络层 传输层 应用层 物理层
协议分层
Layer 5 层5/4 接口 Layer 4 层4/3 接口 层3/2 接口 层4 协议 层3 协议 Layer4 层5 协议 Layer 5 水平通信 虚拟通信
理解虚拟通信和实际通信之间的关系 Layer 3 Layer 3 理解协议和接口之间的差异 层2 协议
2.2.5 (N)协议
开放系统A (N+1)层 (N+1)实体 提供 服务 (N)实体 (N)服务用户 (N+1)协议 开放系统B (N+1)实体 提供 服务 (N)实体
(N)层
提供(N)服务 (N)协议 提供(N-1)服务
(N-1)层 通过(N-1)连接进行通信 (N)服务提供者 协议与服务的概念
分用的目的
在有多条N-1连接可用时,提高可靠性;提高吞吐量和其 他服务质量;利用廉价的多条N-1连接提高经济效益
连接的复用与分用
连接的映射关系
一对一映射：每条N连接建立在对应得一条N-1连接上 多对一映射（复用）：若干条N连接建立在同一条N-1 连接上 一对多映射（分用）：一条N连接建立在若干条N-1连 接上, N连接的通信量可以分解到若干条N-1连接上.
复用的目的
提高使用效率,节省费用;在只有一条N-1连接时,提供多 条N连接.
常规释放：对等N+1实体间完成数据传送后，任何一 方N+1实体均可发起释放N连接。 有序释放：在OSI的有些层中，设有令牌释放，只有持 有令牌的N+1实体才有权发起释放N连接，未持有令牌 的N+1实体无权发起释放N连接。 异常释放：当发生异常情况时，不能再进行N连接上的 数据传输，此时也必须发起释放N连接。
分层的另一个主要目的是保证层次之间的独立


2.2.1 层的概念




N层 用N层表示协议的某一层，N+1层表示其相邻的高一层，N-1层 表示其相邻的低一层，同等的N子系统构成OSI/RM中的N层 N层协议 一台机器上的第N层与另一台机器上的第N层进行通话，通话 中采用的规则和约定 N层实体 一个N子系统内部的一个活动要素（如一个TCP连接），一个 N子系统可以看作由一个或多个N实体组成。 接口(interface) 每一相邻层间有一个接口，该接口定义下层向上层提供的原语 操作和服务
层次结构的特点
具有一定的层次 层次之间呈单向依赖关系 上层起着隐藏下层细节和统一下层差异的作用 结构性特点
层次性特点
本课程的网络模型
结合ISO/OSI七层模型和TCP/IP四层模型 的特点的五层网络模型
OSI 7 6 5 4 3 2 1
应用 表示 会话 传输 网络 数据链路 物理 传输 互联网 主机至网络 传输 网络
第二章 协议分层的基本原理 掌握分层相关的基本概念 掌握分层的基本原理
一个邮政通信的例子
清华大学 浙江大学 邮局
小张
邮局 北京 上海 杭州 老王
小张
应用 投递信件 传输控制 盖发送邮戳 打包、分拣 选择下一站 接收 发送 业务 邮包
邮政通信功能划分
老王 客户 客户 目的支局
中转 应用 接收信件 传输控制 盖接收邮戳 到站

在OSI参考模型中，明确地区分了三个重要概 念：服务、层间接口和协议。
协议 提供服务 7 原语交互 7 提供服务
6
5 4 3
6
5 4 3 层接口
2
1 物理媒体 服务、接口与协议的关系
2
1
服务分类
面向连接服务
具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段 在数据交换之前,必须先建立连接, 数据交换结束后,必须终止这个连接 传送数据时,按顺序传送. 文件传输等服务比较适合于面向连接的服务。
应用程序 应用程序 网络界面
通信软件
物理连接 物理连接 应用程序完全了解本机 网络连接的内部细节， 并直接通过网络连接与 其他应用程序通信。 采用包交换机制在系统中增加了若 干中间层次 ( 主要是网络层 ) ，使应 用程序不直接处理硬件连接。
协议体系结构—为什么要分层
协议分层与问题简化
硬件故障 网络拥塞 包延迟或丢失 数据损坏 数据重复或失序 “分而治之” 每一层的目的都是向它的 上一层提供一定的服务而 把如何实现这一服务的细 节对上层加以屏蔽。
经中继开放系统的互连环境示意图

中继开放系统是数据通信网中交换节点的层次结构的抽象。中继系统只 包含低三层（或低二层），这些层次都处于OSI环境之内。
端开放实系统 端实系统 AP 端开放系统 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 物理媒介 网络环境 中继开 放系统 连接 OSI环境 端开放实系统 端开放系统 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 物理媒介 AP 端实系统
当作为N服务用户的N+1实体发生异常情况时，由它发 起异常释放 当N服务提供者发生异常情况时，则由它发起异常释放
2.3.3 连接的复用与分用



一对一映射 多对一映射 （复用） 一对多映射 （分用） 复用和分用 的主要目的
(N)CEP
(N)层
(N-1)CEP
一对一
复用
分用
(N)连接与(N-1)连接的映射关系
2.1 OSI/RM概述

1.
2.1.1 OSI/RM的目的
提供概念和功能的抽象模型，作为研究制定系统互连标准的基础， 便于专家在这个基础上进行创造性的独立工作。 为研究制定OSI各层标准规定了范围，为所有有关标准的一致性提 供共同的参考。 为提供技术的发展和用户要求的扩展，以及现存系统能向OSI标准 逐步过渡，提供充分的灵活性。
2.
3.
但OSI/RM不规定实现它所描述的功能和和特定层的具体 规范，不提供互连结构设施和协议的精确定义，不能作为 评价和检测具体实现的一致性根据。
2.1 OSI/RM概述

2.1.2 开放系统的基本概念

实系统 开放的实系统 开放系统是开放实系统中与OSI有关的部分
OSI的体系结构 OSI的服务定义 OSI的协议规范 包括所有可能 的协议及其实 现 包括所有可能 的 实现 图2-1 OSI/RM的三级抽象示意 包括所有可能的服 务、协议及其实现
TCP/IP
应用
本课程模型 应用
数据链路
物理
网络体系结构的基本概念

协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或 约定。 协议的三大要素： 语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及 作出何种响应 语法：定义数据和控制信息的结构或格式 时序：即事件实现顺序的详细说明 做什么？怎么做？何时做？
源支局
驿站 运输 汽车
选择下一站 接收 业务 发送 邮包
驿站 运输 航空
拆包 接收 业务 发送 邮包
清华大学
北京总局
浙江大学
协议体系结构—为什么要分层
票务 行李 门口 起/降 购买机票 检查行李 登机 起飞 飞行 投诉(如晚点) 认领行李 出口 降落
协议体系结构—为什么要分层
点对点连接：实体之间仅有一个连接 多端点连接：实体之间可有多个连接（如广播通信）
在同一对SAP之间也可以存在若干条连接。这些连接彼 此之间的区分是通过连接端点来标识的。 在一个(N)SAP上的一条连接的端点称为(N)连接端点， (N)CEP。 (N)连接端点标识符由两部分组成： (N)CEP所在的(N)SAP标识符（即(N)地址）； (N)CEP后缀，相当于(N)连接端点的局部名，它在该 (N)SAP内是唯一的。
协议分层的概念

对等实体(peers)

不同机器中组成相应协议层的实体，一层中的实 体表示了该层在执行某功能时的分布处理能力。 网络通信功能的层次构成、各层的通信协议规范 和相邻层的接口协议规范的集合模型 特定系统使用的一组协议

网络体系结构


协议栈

2.2.2 虚拟通信与实信息流
图2-6 OSI环境中的数据流向
2.3 连接及其操作

2.3.1 (N)连接

两个或多个对等N+1实体之间交换数据时，必须 在N层内使用N协议在N+1实体之间建立联系。
(N+1)实 体 (N+1)实 体 (N)SAP (N+1)实 体 (N+1)实 体
(N+1)层
(N)服务
(N)层
(N)CEP
(N)连接
(N)连接的概念




2.3.2 连接的建立与释放


(N)层对等实体间建立一条(N)连接的条件为：
在提供支持的(N)实体之间有一条(N-1)连接； 两边(N)实体应处于能交换连接建立协议的状态。 （1）常规释放 （2）有序释放 （3）异常释放

连接释放的三种情况：

连接及其操作
释放N连接的三种情况
Layer 2 层2/1 接口 Layer 1 层1 协议 Layer 1 Layer2
对等实体进 行的通信。
垂直通信 实际通信
相邻层进行 的通信。
物
理
媒
体
2.2.3 服务与服务访问点

服务提供者与服务用户

N层实体实现的服务为N+1层所使用； N层可利用第N-1层服务来提供它自已的服务。 N层的SAP是N+1层可以访问N层服务的地方
服务与协议的关系
服务(上下关系) 服务是各层向它的上层提供的一组原语(操作) 服务定义了该层能代表它的用户完成的操作 服务只与两层之间的接口有关 协议(水平关系) 协议是一组规则 决定同层对等实体交换帧、包和报文的格式和意义 实体用协议来实现它们的服务定义 服务和协议是 完全分离的
(N)服务用户 (N)服务用户

服务访问点(Service Access Points)

请求服务
提供服务
(N)SAP
(N+1)层 (N)层
(N)服务提供者
层服务的抽象表示
2.2.4 实体通过SAP传递服务的规则

相邻层的实体通过服务访问点传递服务时，必须遵守的两条 规则


一个（N）SAP只能被一个N实体所使用，并且 只能被一个N+1实体所使用 一个N实体可以使用多个（N）SAP，而且一个 N+1实体也可以使用多个（N）SAP

(N)服务访问点的标识符称为(N)地址。 使用(N)地址可以唯一地标识与某个(N+1) 实体相连的一个特定(N)SAP。当该(N+1) 实体与这个(N)SAP脱离时，该(N)地址就不 再提供对该(N+1)实体的访问。
2.2.7 地址映射



(N)层内的一个(N)实体可以与一个或多个 (N-1)SAP以及与一个或多个(N)SAP相连。 这时，就需要确定(N)SAP和(N-1)SAP之间 的对应关系。 在(N)层中建立这种对应关系的(N)功能称为 (N)地址映射。也就是说，(N)地址映射负责 建立(N)地址和与(N)实体有关联的(N-1)地 址之间的映射。 在一层内可存在两种(N)地址映射，即层次映 射和表格映射。
2.1 OSI/RM概述

2.1.3 开放系统互连环境

（1）网络环境 （2）开放系统互连环境，即OSI环境（OSIE） （3）实系统环境
计算机 A AP 面向应用功能 面向网络功能 互连通信 计算机 B AP 面向应用功能 面向网络功能
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数据通信网络（或系统） 网络环境 OSI环境 实系统环境 图2-3 计算机的运行环境
图2-4 开放系统互连环境的示意图
2.2 分层原理

分层是一种构造技术




把网络看成是一些逻辑上相连（垂直排列）的层次组 成 每层都在下层提供的服务上增加一定的功能，这些功 能加到一起为上一层提供服务 分层能把一个完整的问题，分成许多较小的问题 只规定每一层向它的上一层提供的服务，而与如何完 成这些服务无关，从而允许某一层的操作有所变化， 只要向上一层提供的服务保持不变即可 类似于结构化程序设计，其中每一模块的用户只需知 道它所执行的功能，而不必弄清它的内部结构细节
无连接服务
两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接 它不需要通信的两个实体同时是活跃的(active) 灵活方便,比较迅速; 不能防止报文的丢失、丢失或失序，不可靠服务
2.2.6 标识符


对一层内或相邻层的边界上的对象（如实体 、服务访问点），我们必须能唯一地识别它 们。 名称是一个对象的永久性标识符。 名称域是名称空间的一个子集。 在OSI环境中，实体的局部名是一个实体在 层内被唯一标识的名称。实体的全局名则是 该实体在OSI环境内的唯一名称，它包括一 个层名称域名和一个局部名两部分，因此不 具有二义性。