第04章-TCP及IP協(xié)議1

1、 21. 網絡體系結構的基本概念2. IP協(xié)議的基本內容3. TCP與UDP協(xié)議的基本內容3 了解：網絡體系結構的基本概念 掌握：IP協(xié)議的基本內容 掌握：TCP與UDP協(xié)議的基本內容 41. 網絡體系結構的基本概念2. IP協(xié)議的基本內容3. TCP與UDP協(xié)議的基本內容5 網絡體系結構與通信協(xié)議 OSI參考模型的基本概念 TCP/IP參考模型的基本概念 6 現實生活中的郵政系統(tǒng) 7 物理網：為實現計算機之間的數據通信、協(xié)同工作和資源共享等功能將各自獨立的計算機在物理上互相連接起來,是實現網絡通信的基礎。 計算機網絡是由多個互連的結點組成的，結點之間需要不斷地交換數據與控制信息。要做到有條不

2、紊地交換數據，每個結點都必須遵守一些事先約定好的規(guī)則。這些規(guī)則明確地規(guī)定了所交換數據的格式和時序。這些為網絡數據交換而制定的規(guī)則、約定與標準被稱為網絡協(xié)議 (Protocol)。8 網絡協(xié)議是為網絡數據交換而制定的規(guī)則、約定與標準。網絡協(xié)議由以下3要素組成： 語法：用戶數據與控制信息的結構與格式 語義：需要發(fā)出何種控制信息，完成的動作與作出的響應 時序：對事件實現順序的詳細說明 9 層次(layer) 接口(interface) 體系結構(architecture) 協(xié)議(protocol)10 各層之間相互獨立，高層不需知道低層如何實現，只需知道該層接口提供的服務 當任何一層發(fā)生變化時，只要

3、接口保持不變，其它各層均不受影響 各層均可以采用合適的技術，各層實現技術的改變不影響其它層 整個系統(tǒng)分解為多個易于處理的部分，使系統(tǒng)的實現和維護變得容易 每層的功能與提供的服務已有精確說明，有利于促進標準化過程 11 接口是同一結點中相鄰層之間交換信息的連接點 同一結點的相鄰層之間存在明確規(guī)定的接口，低層向高層通過接口提供服務 只要接口條件不變、低層功能不變，低層功能的具體實現方法與技術變化不會影響整個系統(tǒng)的工作12 計算機網絡需要制定整套復雜的協(xié)議集 網絡協(xié)議是按層次結構來組織 網絡體系結構是網絡層次結構模型與各層協(xié)議的集合 網絡體系結構對計算機網絡應實現的功能進行精確定義 體系結構是抽象的

4、概念，實現是指能運行的硬件和軟件13 在制定計算機網絡標準方面，起著很大作用的兩大國際組織國際電報與電話咨詢委員會(CCITT)：主要考慮通信標準的制定國際標準化組織(ISO)：主要考慮信息處理與網絡體系結構14 ISO組織公布了開放系統(tǒng)互聯(lián)(open system internetwork，OSI)參考模型，它定義網絡互聯(lián)的7層框架 OSI參考模型定義開放系統(tǒng)的層次結構、層次之間的相互關系，以及各層包括的可能的服務15 16 網中各結點都具有相同的層次 不同結點的同等層具有相同的功能 同一結點中的相鄰層之間通過接口通信 每層可以使用下層提供的服務，并且向上層提供服務 不同結點的同等層通過協(xié)議

5、來實現對等層之間的通信17 物理層(physical layer) 利用傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接，負責處理數據傳輸率并監(jiān)控數據出錯率，以便能夠數據流的透明傳輸 數據鏈路層(data link layer) 在通信的實體間建立數據鏈路連接，傳輸以幀為單位的數據包，并提供差錯控制與流量控制方法18 網絡層(network layer) 為分組通過網絡選擇適當的路徑，實現路由選擇、分組轉發(fā)與擁塞控制 傳輸層(transport layer) 為用戶提供可靠的端到端服務，向高層屏蔽下層數據通信的細節(jié) 會話層(session layer) 維護兩個通信計算機之間的傳輸鏈接，以確保點到點傳輸不中斷

6、19 表示層(presentation layer) 處理不同通信系統(tǒng)中信息的表示方式，包括數據格式變換、數據加密與解密、數據壓縮與恢復等功能 應用層(application layer) 為應用軟件提供很多服務，例如文件、數據庫、電子郵件與其它網絡服務 下面看一下各層詳細解釋201物理層 物理層傳輸數據的單位是比特。物理層不是指連接計算機的具體的物理設備或具體的傳輸媒體是什么，因為它們的種類非常多，物理層的作用是盡可能的屏蔽這些差異，對它的高層即數據鏈路層提供統(tǒng)一的服務。所以物理層主要關心的是在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數據的比特流。為了達到這個目的，物理層在設計時涉及的主要問題有：l

7、用多大的電壓代表“1”或“0”，以及當發(fā)送端發(fā)出比特“1”時，在接收端如何識別出這是比特“1”而不是比特“0” 確定連接電纜材質、引線的數目及定義、電纜接頭的幾何尺寸、鎖緊裝置等 指出一個比特信息占用多長時間采用什么樣的傳輸方式初始連接如何建立 當雙方結束通信如何拆除連接。 綜上所述，物理層提供為建立、維護和拆除物理鏈路所需要的機械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性。212數據鏈路層 數據鏈路層傳輸數據的單位是幀，數據幀的幀格式中包括的信息有：地址信息部分、控制信息部分、數據部分、校驗信息部分。數據鏈路層的主要作用是通過數據鏈路層協(xié)議（即鏈路控制規(guī)程），在不太可靠的物理鏈路上實現可靠的數據傳輸。

8、數據鏈路層把一條有可能出差錯的實際鏈路，轉變成為讓網絡層向下看起來好象是一條不出差錯的鏈路。為了完成這一任務，數據鏈路層還要解決如下一些主要問題：（1）代碼透明性的問題。由于物理層只是接收和發(fā)送一串比特流信息而不管其是什么含義。（2）流量控制的問題。在數據鏈路層還要控制發(fā)送方的發(fā)送速率必須使接收方來得及接收。當接收方來不及接收時，就必須及時地控制發(fā)送方的發(fā)送速率，即在數據鏈路層要解決流量控制的問題。 223網絡層 網絡層傳送的數據單位是報文分組或包。在計算機網絡中進行通信的兩個計算機之間可能要經過許多個結點和鏈路，也可能還要經過好幾個路由器所連接的通信子網。網絡層的任務就是要選擇最佳的路由，使

9、發(fā)送站的運輸層所傳下來的報文能夠正確無誤地按照目的地址找到目的站，并交付給目的站的運輸層。這就是網絡層的路由選擇功能。路由選擇的好壞在很大程度上決定了網絡的性能，如網絡吞吐量（在一個特定的時間內成功發(fā)送數據包的數量），平均延遲時間、資源的有效利用率等。 路由選擇是廣域網和網際網中非常重要的問題，局域網則比較簡單，甚至可以不需要路由選擇功能。路由選擇的定義是根據一定的原則和算法在傳輸通路上選出一條通向目的結點的最佳路徑，一個好的路由選擇應有以下特點：23 （1） 信息傳送所用時間最短 （2）使網絡負載均衡 （3）通信量均勻 （4）路由選擇算法應簡單易實現，不致因拓撲的變化，影響報文正 常到達目的

10、結點。 在網絡層還要解決擁塞控制問題。在計算機網絡中的鏈路容量、交換結點中的緩沖區(qū)和處理機等，都是網絡資源。在某段時間，若對網絡中某一資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網絡的性能就要變壞。這種情況叫擁塞。網絡層也要避免這種現象的出現。244傳輸層 OSI（開放式系統(tǒng)互連）所定義的傳輸層正好是七層的中間一層，是通信子網（下面3層）和資源子網（上面3層）的分界線，它屏蔽通信子網的不同，使高層用戶感覺不到通信子網的存在。它完成資源子網中兩結點的直接邏輯通信，實現通信子網中端到端的透明傳輸。傳輸層信息的傳送單位是報文。傳輸層的基本功能是從會話層接收數據報文，并且在當所發(fā)送的報文較長時，在傳輸層

11、先要把它分割成若干個報文分組，然后再交給它的下一層（即網絡層）進行傳輸。另外，這一層還負責報文錯誤的確認和恢復，以確保信息的可靠傳遞。 傳輸層在高層用戶請求建立一條傳輸的虛擬連接時，通過網絡層在通信子網中建立一條獨立的網絡連接，但如果高層用戶要求比較高的吞吐量時，傳輸層也可以同時建立多條網絡連接來維持一條傳輸連接請求，這種技術叫“分流技術”。有時為了節(jié)省費用，對速度要求不是很高的高層用戶請求，傳輸層也可以將多個傳輸通信合用一條通信子網的網絡連接。這種技術叫“復用技術”。傳輸層除了有以上功能和作用外，它還要處理端到端的差錯控制和流量控制的問題。 255會話層 如果不看表示層，在OSI開放式系統(tǒng)互

12、連的會話層就是用戶和網絡的接口，這是進程到進程之間的層次。會話層允許不同機器上的用戶建立會話關系，目的是完成正常的數據交換，并提供了對某些應用的增強服務會話，也可被用于遠程登錄到分時系統(tǒng)或在兩個機器間傳遞文件。會話層對高層提供的服務主要是“管理會話”。一般，兩個用戶要進行會話，首先雙方都有必須接受對方，以保證雙方有權參加會話；其次是會話雙方要確定通信方式，即會話允許信息同時雙向傳輸或任一時刻僅能單向傳輸，若是后者，會話層將記錄此刻由哪一個用戶進程來發(fā)送數據，為了保證單向傳輸的正確性，即在某一個時刻僅能一方發(fā)送，會話層提供了令牌管理，令牌可以在雙方之間交換，只有持有令牌的一方才可以執(zhí)行發(fā)送報文這

13、樣的操作。會話層提供的另一種服務叫“同步服務”。綜上所述，會話層的主要功能歸結為：允許在不同主機上的各種進程間進行會話。266表示層 在計算機與計算機的用戶之間進行數據交換時，并非是隨機的交換數據比特流，而是交換一些有具體意義的數據信息，這些數據信息有一定的表示格式，例如表示人名用字符型數據，表示貨幣數量用浮點數數據等等。那么不同的計算機可能采用不同的編碼方法來表示這些數據類型和數據結構，為讓采用不同編碼方法的計算機能夠進行交互通信，能相互理解所交換數據的值，可以采用抽象的標準法來定義數據結構，并采用標準的編碼形式。表示層管理這些抽象數據結構，并且在計算機內部表示和網絡的標準表示法之間進行轉換

14、，也即表示層關心的是數據傳送的語義和語法兩個方面的內容。但其僅完成語法的處理，而語義的處理是由應用層來完成的。表示層的另一功能是數據的加密和解密，為了防止數據在通信子網中傳輸時敵意的竊聽和篡改，發(fā)送方的表示層將要傳送的報文進行加密后再傳輸，接收方的表示層在收到密文后，對其進行解密，把解密后還原成的原始報文傳送給應用層。表示層所提供的功能還有文本的壓縮功能，文本壓縮的目的是為了把文本非常大的數據量利用壓縮技術使其數據量盡可能的減小，以滿足一般通信帶寬的要求，提高線路利用率，從而節(jié)省經費。綜上所述，表示層是為上層提供共同需要數據或信息語法的表示變換。 277應用層 應用層是OSI網絡協(xié)議體系結構的

15、最高層，是計算機網絡與最終用戶的界面，為網絡用戶之間的通信提供專用的程序。OSI的7層協(xié)議從功能劃分來看，下面6層主要解決支持網絡服務功能所需要的通信和表示問題，應用層則提供完成特定網絡功能服務所需要的各種應用協(xié)議。應用層的一個主要解決是虛擬終端的問題。大家都知道世界上有上百種互不兼容的終端，要把它們組裝成網絡，即讓一個廠家的主機與另一個廠家的終端通信，就不得不在主機方設計一個專用的軟件包，以實現異種機、終端的連接。如果一個網絡中有N種不同類型的終端和M種不同類型的主機，為實現它們之間的交互通信，要求每一臺主機都得為每一種終端設計一個專用的軟件包，最壞情況下，需要配置M x N個專用的軟件包，顯然這種方法實現起來很困難，為此，可采用建立一個統(tǒng)一的終端協(xié)議方法，使所有不同類型的終端都能通過這種終端協(xié)議與網絡主機互連。這種終端協(xié)議就稱為虛擬終端協(xié)議。 應用層的另一個功能是文件傳輸協(xié)議FTP。計算機網絡中各計算機都有自己的文件管理系統(tǒng)，由于各臺機器的字長、字符集、編碼等存在著差異，文件的組織和數據表示又因機器而各