第二章第5講網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

1、第5講：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 四、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 1. 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標(biāo)準(zhǔn)被稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下3個要素組成：（重點、易考點） （1） 語法規(guī)定用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)和格式； （2） 語義規(guī)定需要發(fā)出何種控制信息以及完成的動作與做出的響應(yīng)； （3） 時序即對事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用層次結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點在于： （1） 各層之間相互獨立。高層并不需要知道低層是如何實現(xiàn)的，僅需要知道該層通過層間的接口所提供的服務(wù)； （2） 靈活性好。當(dāng)任何一層發(fā)生變化時，只要接口保持不變，則在這層以上或以下的各層均不受影響； （3） 各層都可以

2、采用最合適的技術(shù)來實現(xiàn)，各層實現(xiàn)技術(shù)的改變不會影響其他層； （4） 易于實現(xiàn)和維護(hù)； （5） 有利于促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化。這主要是因為每一層的功能和所提供的服務(wù)都已有了精確的說明。世界上第一個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是IBM公司于1974年提出的，命名為“系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(SNA)”。 例題：（2010年3月）在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議要素中，規(guī)定用戶數(shù)據(jù)格式的是 A)語法 B)語義 C)時序 D)接口 多智網(wǎng)校試題解析：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的要素組成，語法規(guī)定用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)和格式；語義規(guī)定需要發(fā)出何種控制信息以及完成的動作與做出的響應(yīng)；時序是對事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。所以本題選A。 2. IS0OSI參考模型 （1） 開放系統(tǒng)

3、互連(OSI)參考模型 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)發(fā)布的最著名的IS0標(biāo)準(zhǔn)是IS0IEC 7498，又稱為X200建議。該體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)定義了網(wǎng)絡(luò)互連的7層框架，即開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型。“開放系統(tǒng)互連”中的“開放”是指只要遵循0S1標(biāo)準(zhǔn)，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這一標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信。在OSI中，采用了三級抽象，即體系結(jié)構(gòu)、服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)格說明。 OSI參考模型定義了開放系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、層次之間的相互關(guān)系及各層所包括的可能的服務(wù)。它是作為一個框架來協(xié)調(diào)和組織各層協(xié)議的制定，也是對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)最精煉的概括與描述。OSI的服務(wù)定義詳細(xì)地說明了各層所提供的服務(wù)。某

4、一層的服務(wù)就是該層及其以下各層的一種能力，它通過接口提供給更高一層。各層所提供的服務(wù)與這些服務(wù)是怎樣實現(xiàn)的無關(guān)。同時，各種服務(wù)定義還定義了層與層之間的接口和各層所使用的原語，但不涉及接口是怎樣實現(xiàn)的。 在制定計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)方面起著很大作用的兩大國際組織是CCITT與IS0（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）。 （2） OSI參考模型的結(jié)構(gòu)與各層的主要功能 IS0將整個通信功能劃分為7個層次，劃分層次的原則如下。 A、網(wǎng)中各結(jié)點都有相同的層次； B、不同結(jié)點的同等層具有相同的功能； C、同一結(jié)點內(nèi)相鄰層之間通過接口通信； D、每一層使用下層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)； E、不同結(jié)點的同等層按照協(xié)議實現(xiàn)對等層之

5、間的通信。 OSI模型各層的具體功能如下：（重點、易考點） a、物理層(Physical Layer)：物理層處于0SI參考模型的最低層。物理層的主要功能是利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，以便透明地傳送比特流。 b、數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)：在物理層提供比特流傳輸服務(wù)的基礎(chǔ)上，在通信的實體之間建立數(shù)據(jù)鏈路連接，傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)，并且采用差錯控制與流量控制方法，使有差錯的物理線路變成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。 c、網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer)：網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是通過路由選擇算法，為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂?。網(wǎng)絡(luò)層要實現(xiàn)路由選擇、擁塞控制與網(wǎng)絡(luò)互連等功能。

6、 d、傳輸層(Transport Layer)：傳輸層的主要任務(wù)是向用戶提供可靠的端到端(End-to-End)服務(wù)，透明地傳送報文。它向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，因而是計算機(jī)通信體系結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的一層。 e、會話層(Session Layer)：會話層的主要任務(wù)是組織兩個會話進(jìn)程之間的通信，并管理數(shù)據(jù)的交換。3階段：建立、維持、拆除。 f、表示層(Presentation Layer)：表示層主要用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式。它包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。 g、應(yīng)用層(Application Layer)：應(yīng)用層是OSI參考模型中的最高層。應(yīng)用層

7、將確定進(jìn)程之間通信的性質(zhì)，以滿足用戶的需要。應(yīng)用層不僅要提供應(yīng)用進(jìn)程所需要的信息交換和遠(yuǎn)程操作，而且還要作為應(yīng)用進(jìn)程的用戶代理(User Agent)，來完成一些為進(jìn)行信息交換所必需的功能。它包括：文件傳送訪問和管理、虛擬終端、事務(wù)處理、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫訪問、制造業(yè)報文規(guī)范、目錄服務(wù)等協(xié)議。 例題：（2010年3月）關(guān)于OSI參考模型各層功能的描述中，錯誤的是 A)物理層基于傳輸介質(zhì)提供物理連接服務(wù) B)網(wǎng)絡(luò)層通過路由算法為分組選擇傳輸路徑 C)數(shù)據(jù)鏈路層為用戶提供可靠的端到端服務(wù) D)應(yīng)用層為用戶提供各種高層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù) 多智網(wǎng)校試題解析：根據(jù)OSI模型各層的具體功能。物理層的主要功能是利用物理傳

8、輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，以便透明地傳送比特流。網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是通過路由選擇算法，為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂健＞W(wǎng)絡(luò)層要實現(xiàn)路由選擇、擁塞控制與網(wǎng)絡(luò)互連等功能。數(shù)據(jù)鏈路層傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)，并且采用差錯控制與流量控制方法，使有差錯的物理線路變成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。傳輸層的主要任務(wù)是向用戶提供可靠的端到端(End-to-End)服務(wù)，透明地傳送報文。應(yīng)用層不僅要提供應(yīng)用進(jìn)程所需要的信息交換和遠(yuǎn)程操作，而且還要作為應(yīng)用進(jìn)程的用戶代理(User Agent)，來完成一些為進(jìn)行信息交換所必需的功能。所以本題選C。 3. TCP/IP模型 RPANET是最早出現(xiàn)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之一，現(xiàn)代計算機(jī)

9、網(wǎng)絡(luò)的很多概念與方法都是從ARPANET的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。雖然TCP協(xié)議與IP協(xié)議都不是IS0標(biāo)準(zhǔn)，但它們是當(dāng)前的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或“事實上的標(biāo)準(zhǔn)”。在TCPIP協(xié)議出現(xiàn)后，出現(xiàn)了TCPIP參考模型。1974年，Kahn最早定義了TCPIP參考模型。 TCPIP協(xié)議具有以下幾個特點： （1）開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費使用，并且獨立于特定的計算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)； （2）獨立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)中，更適用于互聯(lián)網(wǎng)中； （3）統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個TCPIP設(shè)備在網(wǎng)中都具有唯一的地址； （4）標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。 TCPIP與OSl參考模型的層次的對

10、應(yīng)關(guān)系：（易考點） 互聯(lián)層的功能主要表現(xiàn)在以下3個方面： （1）處理來自傳輸層的分組發(fā)送請求。在接收到分組發(fā)送請求之后，將分組裝入IP數(shù)據(jù)報、填充報頭與選擇發(fā)送路徑，然后將數(shù)據(jù)報發(fā)送到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)輸出線路； （2）處理接收的數(shù)據(jù)報。在接收到其他主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)報之后，檢查目的地址，如需要轉(zhuǎn)發(fā)，則選擇發(fā)送路徑轉(zhuǎn)發(fā)出去；如果目的地址為本結(jié)點的IP地址，則除去報頭并將分組傳送到傳輸層處理； （3）處理互聯(lián)的路徑、流控與擁塞問題。 傳輸層的主要功能是負(fù)責(zé)應(yīng)用進(jìn)程之間的端到端通信。TCPIP模型中設(shè)計傳輸層的主要目的是在互聯(lián)網(wǎng)中源主機(jī)與目的主機(jī)的對等實體之間建立用于會話的端到端連接。從這點上來看，TCPIP

11、與OSI參考模型的傳輸層功能是相似的。TCPIP模型的傳輸層定義了兩種協(xié)議：傳輸控制協(xié)議(Transport Control Protocol，TCP)與用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(User Datagram Protocol，UDP)。TCP協(xié)議是一種可靠的面向連接的協(xié)議，它允許將一臺主機(jī)的字節(jié)流(Byte Stream)無差錯地傳送到目的主機(jī)。TCP協(xié)議將應(yīng)用層的字節(jié)流分成多個字節(jié)段(Byte Segment)，然后將一個一個的字節(jié)段傳送到互聯(lián)層，發(fā)送到目的主機(jī)。當(dāng)互聯(lián)層將接收到的字節(jié)段傳送給傳輸層時，傳輸層再將多個字節(jié)段還原成字節(jié)流傳送到應(yīng)用層。TCP協(xié)議同時要完成流量控制功能，協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的發(fā)送與

12、接收速度，達(dá)到正確傳輸?shù)哪康摹?UDP協(xié)議是一種不可靠的無連接協(xié)議，它主要用于不要求分組順序到達(dá)的傳輸中，分組傳輸順序的檢查與排序由應(yīng)用層完成。 傳輸速度快于TCP協(xié)議，用于實時傳輸。應(yīng)用層協(xié)議主要包括如下幾個：（易考點） 遠(yuǎn)程登錄協(xié)議(Telnet)用于實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)中的遠(yuǎn)程登錄功能； 文件傳輸協(xié)議(File Transfer Protocol，F(xiàn)TP)，用于實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)中的交互式文件傳輸功能； 簡單郵件傳輸協(xié)議(Simple Mail Transfer Protocol，SMTP)，用于實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)中的電子郵件發(fā)送功能； 域名服務(wù)(Domain Name Service，DNS)，用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

13、名字到IP地址映射的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)； 路由信息協(xié)議(Router Information Protocol，RIP)，用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間交換路由信息； 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)(Network File System，NFS)，用于網(wǎng)絡(luò)中不同主機(jī)間的文件共享； 超文本傳輸協(xié)議(Hypertext Transfer Protocol，HTTP)，用于實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)中的WWW服務(wù)。 4. 0SI參考模型與TCPIP參考模型的比較 OSI參考模型與TCPIP參考模型的共同之處是它們都采用了層次結(jié)構(gòu)的概念，在傳輸層中兩者定義了相似的功能。但是，兩者在層次劃分、使用的協(xié)議上有很大的區(qū)別。 （1） OSI模型的缺陷 會話層在大多

14、數(shù)應(yīng)用中很少用到，表示層幾乎是空的；在數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層有很多子層插入，每個子層都有不同的功能； OSI參考模型將“服務(wù)”與“協(xié)議”的定義相結(jié)合，使得參考模型變得格外復(fù)雜，實現(xiàn)起來更加困難； 尋址、流量與差錯控制在每層中重復(fù)出現(xiàn)，必然要降低系統(tǒng)效率； 關(guān)于數(shù)據(jù)安全性、加密與網(wǎng)絡(luò)管理等方面的問題也在參考模型的設(shè)計初期被忽略； 很多“原語”在軟件的很多高級語言中實現(xiàn)起來容易，但是嚴(yán)格按照層次模型編程，軟件開發(fā)效率低。 （2） TCP/IP模型的缺點 它在服務(wù)、接EI與協(xié)議的區(qū)別上就不是很清楚； 主機(jī)一網(wǎng)絡(luò)層本身并不是實際的一層，它定義了網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層的接口。物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的劃分是必要和合理

15、的，一個好的參考模型應(yīng)該將它們區(qū)分開，而TCPIP參考模型卻沒有做到這點。 TCPIP協(xié)議的成功促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展又進(jìn)一步擴(kuò)大TCPIP協(xié)議的影響。TCPIP首先在學(xué)術(shù)界爭取大批的用戶，同時也越來越受到計算機(jī)產(chǎn)業(yè)界的青睞。IBM、DEC等大公司紛紛宣布支持TCPIP協(xié)議，局域網(wǎng)操作系統(tǒng)NetWare、LAN Manager競相將TCPIP納入自己的體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫Oracle支持TCPIP協(xié)議，UNIX、POSIX操作系統(tǒng)也一如既往地支持TCPIP協(xié)議。相比之下，0SI參考模型與協(xié)議顯得有些勢單力薄。 例題：（2010年3月）關(guān)于TCP/IP模型與OSI模型對應(yīng)關(guān)系的描述中，正確的是 A)TCP/IP模型的應(yīng)用層對應(yīng)于OSI模型的傳輸層 B)TCP/IP模型的傳輸層對應(yīng)于OSI模型的物理層 C)TCP/IP模型的互聯(lián)層對應(yīng)于OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層 D)TCP/IP模型的主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層對應(yīng)于OSl模型的應(yīng)用層 多智