計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

1、1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議2概述概述l計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的不同計(jì)算機(jī)之間要實(shí)現(xiàn)通信，必須遵守一定的約定，這些約定即是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議l網(wǎng)絡(luò)協(xié)議依賴于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，由硬件和軟件協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的通信3本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容l網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述與相關(guān)概念lOSI參考模型lTCP/IP參考模型lOSI參考模型與TCP/IP參考模型l局域網(wǎng)協(xié)議舉例4基本概念基本概念l網(wǎng)絡(luò)協(xié)議l協(xié)議分層l其他相關(guān)概念5網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議l網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)要想通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源共享、交換信息，必須遵循一些事先制訂好的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)，這就是協(xié)議（Protocol）l計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)議的定義是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)體之間有

2、關(guān)通信規(guī)則約定的集合。協(xié)議有三個(gè)要素：語(yǔ)法：數(shù)據(jù)與控制信息的格式、數(shù)據(jù)編碼等語(yǔ)義：控制信息的內(nèi)容，需要做出的動(dòng)作及響應(yīng)時(shí)序：事件先后順序和速度匹配6協(xié)議分層協(xié)議分層l計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的整套協(xié)議是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，為了便于對(duì)協(xié)議的描述、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，通常采用分層的體系結(jié)構(gòu)l所謂體系結(jié)構(gòu)，是指計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的分層、各層協(xié)議和層間接口的集合，也就是通信網(wǎng)及其部件多應(yīng)完成的功能的精確定義l體系結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的一種抽象的、層次化的功能模型7協(xié)議分層協(xié)議分層l分層的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)將復(fù)雜的協(xié)議分成不同的層次，每一層的功能是不同的，低層功能主要用來(lái)對(duì)用戶提供通信連接，而高層功能保證數(shù)據(jù)以正確的形式進(jìn)行交換并有序的處

3、理數(shù)據(jù)l分層的基本思想是把整套協(xié)議體系分成一些小塊。下層對(duì)其上層提供服務(wù)，每一層本身的功能與下層提供的服務(wù)疊加在一起，從而使最高層能為用戶提供一組完整的服務(wù)，以便實(shí)現(xiàn)通信和分布應(yīng)用8協(xié)議分層協(xié)議分層l分層的基本原則是定義每一層向上層提供的服務(wù)，以保證每層的功能相互獨(dú)立，但不規(guī)定如何完成這些服務(wù)。允許每層在不改變所提供的服務(wù)的前提下，改變其實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的服務(wù)的方法，而不會(huì)影響其他層次9協(xié)議分層協(xié)議分層l計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議采用層次結(jié)構(gòu)有如下好處：各層之間相互獨(dú)立靈活性好各層都可以采用最合適的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，各層技術(shù)的改變不影響其它層易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)有利于促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化10相關(guān)概念相關(guān)概念l系統(tǒng)與實(shí)體系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)

4、中有自治能力的計(jì)算機(jī)或通信設(shè)備，從拓?fù)鋵W(xué)的角度，往往也把它叫做網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)實(shí)體是指每個(gè)層次中能夠發(fā)送和接收信息的任何東西l實(shí)體包括軟件實(shí)體和硬件實(shí)體l位于不同系統(tǒng)的同一層次的實(shí)體叫做對(duì)等實(shí)體11相關(guān)概念相關(guān)概念l協(xié)議棧協(xié)議其實(shí)就是網(wǎng)絡(luò)中對(duì)等實(shí)體之間有關(guān)通信規(guī)則約定的集合協(xié)議棧則是指特定系統(tǒng)中所有層次的協(xié)議的列表12相關(guān)概念相關(guān)概念l網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是指層次結(jié)構(gòu)與協(xié)議的集合，是協(xié)議和層次的一個(gè)有機(jī)整體有了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的規(guī)范，開(kāi)發(fā)人員根據(jù)協(xié)議設(shè)計(jì)每一層的軟件程序和硬件設(shè)備13相關(guān)概念相關(guān)概念l接口和服務(wù)接口是相鄰兩層之間的邊界，低層通過(guò)接口為上層提供服務(wù)，上層通過(guò)接口使用底層提供的服務(wù)l

5、面向連接的服務(wù)和無(wú)連接的服務(wù)面向連接的服務(wù)的提供者需要建立、維護(hù)和拆除連接，但此類服務(wù)的可靠性高，保證數(shù)據(jù)順序傳輸無(wú)連接的服務(wù)的提供者不需要建立、維護(hù)和拆除連接，但此類服務(wù)的可靠性不高，不保證數(shù)據(jù)順序傳輸14相關(guān)概念相關(guān)概念l服務(wù)原語(yǔ)服務(wù)并不是抽象的概念，它通常由一系列的服務(wù)原語(yǔ)來(lái)描述在服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)上，服務(wù)使用者看到的只是幾個(gè)簡(jiǎn)單的原語(yǔ)，至于原語(yǔ)是如何實(shí)現(xiàn)的，完全由服務(wù)提供者負(fù)責(zé)原語(yǔ)的名稱來(lái)源于所謂原子性常用原語(yǔ)的例子有：l請(qǐng)求l指示l響應(yīng)l確認(rèn)15相關(guān)概念相關(guān)概念l服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)相鄰兩層實(shí)體之間通過(guò)接口調(diào)用服務(wù)或提供服務(wù)的聯(lián)系點(diǎn)l接口數(shù)據(jù)單元相鄰層次之間通過(guò)接口傳遞的數(shù)據(jù)單元，也叫做服務(wù)數(shù)據(jù)單元l

6、協(xié)議數(shù)據(jù)單元對(duì)等實(shí)體之間通過(guò)協(xié)議傳送的數(shù)據(jù)單元16相關(guān)概念相關(guān)概念l服務(wù)于協(xié)議的關(guān)系服務(wù)由一系列服務(wù)原語(yǔ)組成，它位于層次接口的位置，表示底層為上層提供哪些操作功能協(xié)議是同一層次對(duì)等實(shí)體之間的，有關(guān)協(xié)議數(shù)據(jù)單元的格式、意義以及控制規(guī)則的集合。實(shí)體使用協(xié)議的最終目的是為了實(shí)現(xiàn)它所要提供的服務(wù)17OSI參考模型參考模型l網(wǎng)絡(luò)參考模型是為了規(guī)范和設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)提出的抽象模型l具有代表性的參考模型有：OSI參考模型和TCP/IP參考模型18網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展l迄今為止，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議經(jīng)歷了20世紀(jì)70年代的各公司為主的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)并存，80年代國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出OSI模型，以及

7、90年代的以Internet體系結(jié)構(gòu)為主要潮流的幾個(gè)發(fā)展階段lIBM公司最先提出了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念，它于1974年提出了世界上第一個(gè)按照分層方法制定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)SNA19OSI模型概述模型概述l以各大公司為主提出的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)大都采用了分層模型，但各有其各自的特點(diǎn)以適應(yīng)各公司的生產(chǎn)和商業(yè)目的，因此造成了系統(tǒng)不兼容的問(wèn)題。l這樣的背景催生了ISO/OSI，為在更大范圍內(nèi)共享資源和通信提供了可以共同參照的標(biāo)準(zhǔn)20OSI模型概述模型概述lOSI模型最大的特點(diǎn)是其開(kāi)放性。不同廠家的產(chǎn)品，只要遵循這個(gè)參考模型，就可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互操作和可移植?；蛘哒f(shuō)，任何遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，只要物理上連接起來(lái)，它們

8、之間就可以進(jìn)行通信21OSI模型概述模型概述lOSI模型的一個(gè)成功之處在于，它清晰的區(qū)分了服務(wù)、接口和協(xié)議這三個(gè)概念l在OSI模型中：服務(wù)描述每一層的功能接口定義了某層提供的服務(wù)如何被高層訪問(wèn)協(xié)議是每一層功能的實(shí)現(xiàn)方法22OSI模型概述模型概述lOSI參考模型本身并不是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)和相關(guān)協(xié)議的集合，但在OSI模型中并沒(méi)有精確定義各層的協(xié)議，沒(méi)有討論編程語(yǔ)言、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶界面，只是描述了各層的功能lISO制定的各層上的標(biāo)準(zhǔn)，并不屬于OSI模型本身23OSI模型概述模型概述lOSI模型的分層：應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層24OSI模型概述模

9、型概述lOSI模型的特點(diǎn)每個(gè)層次的對(duì)應(yīng)實(shí)體之間都通過(guò)各自的協(xié)議通信各個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都有相同的結(jié)構(gòu)不同系統(tǒng)的相同層次有相同的功能同一系統(tǒng)的各層之間通過(guò)接口聯(lián)系相鄰的兩層之間，下層為上層提供服務(wù)，同時(shí)上層使用下層提供的服務(wù)25OSI中的七層中的七層l物理層物理層是OSI的最底層，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。物理層保證通信信道上傳輸二進(jìn)制比特流，用以建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體間的連接物理層并不是物理介質(zhì)，它是介于數(shù)據(jù)鏈路層和物理傳輸層之間的一層，起著數(shù)據(jù)鏈路層到物理傳輸介質(zhì)之間的邏輯接口的作用主要提供物理連接服務(wù)、物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元服務(wù)、順序化服務(wù)等26OSI中的七層中的七層l數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能是

10、在物理層提供的比特服務(wù)基礎(chǔ)上，在相鄰節(jié)點(diǎn)之間提供簡(jiǎn)單的通信鏈路，傳輸以幀為單位的數(shù)據(jù)，同時(shí)還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的流量控制、差錯(cuò)控制數(shù)據(jù)鏈路層將本質(zhì)上不可靠的傳輸媒介變成可靠的傳輸通路提供給網(wǎng)絡(luò)層獨(dú)立的數(shù)據(jù)鏈路層產(chǎn)品中最常見(jiàn)的是網(wǎng)卡，網(wǎng)橋也是鏈路層上的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)產(chǎn)品，調(diào)制解調(diào)器的某些功能也被認(rèn)為屬于鏈路層27OSI中的七層中的七層l網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層完成通信子網(wǎng)的運(yùn)行控制。它通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接交換傳輸層實(shí)體發(fā)出的數(shù)據(jù)，是高層的設(shè)計(jì)考慮不依賴數(shù)據(jù)傳送技術(shù)和中繼或路由，同時(shí)也使數(shù)據(jù)傳送和高層隔離網(wǎng)絡(luò)層提供交換和路由功能，以激活、保持和終止網(wǎng)絡(luò)層連接。為了在一條數(shù)據(jù)鏈路上復(fù)用多條網(wǎng)絡(luò)連接，大多采取異步復(fù)用技術(shù)，包括邏輯信

11、道和虛電路網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備主要有路由器和網(wǎng)關(guān)28OSI中的七層中的七層l傳輸層傳輸層的任務(wù)是向用戶提供可靠的、透明的端到端的數(shù)據(jù)傳輸，以及差錯(cuò)控制和流量控制機(jī)制。由于它的存在，網(wǎng)絡(luò)硬件技術(shù)的任何變化對(duì)于高層都是不可見(jiàn)的，也就是在會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層的設(shè)計(jì)中不必考慮底層硬件的細(xì)節(jié)傳輸層是OSI協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的一層，因?yàn)樗窃炊说侥康亩藢?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制從低到高的最后一層，并把實(shí)際使用的通信子網(wǎng)與高層應(yīng)用分開(kāi)，提供源端和目的端之間的可靠無(wú)誤且經(jīng)濟(jì)有效的數(shù)據(jù)傳輸29OSI中的七層中的七層l會(huì)話層會(huì)話層提供兩個(gè)互相通信的應(yīng)用程序之間的會(huì)話機(jī)制，即建立、組織和協(xié)調(diào)雙方的交互，并使會(huì)話獲得同步該層的主要功能

12、是會(huì)話管理、數(shù)據(jù)流同步和重新同步30OSI中的七層中的七層l表示層表示層的作用之一是為異種主機(jī)通信提供一種公共語(yǔ)言，以便能進(jìn)行相互操作。用戶數(shù)據(jù)可以從兩個(gè)側(cè)面來(lái)分析，一個(gè)是語(yǔ)義，即數(shù)據(jù)的含義，一個(gè)是語(yǔ)法，即數(shù)據(jù)的表示形式。表示層中定義了一種抽象語(yǔ)法以及編碼規(guī)則，以便通信雙方有一致的數(shù)據(jù)形式，能夠互相認(rèn)識(shí)31OSI中的七層中的七層l應(yīng)用層應(yīng)用層是OSI的最高層，這一層的協(xié)議直接為應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)，管理開(kāi)放系統(tǒng)的互聯(lián)，包括系統(tǒng)的啟動(dòng)、維持和終止，并保持應(yīng)用程序間建立連接所需要的數(shù)據(jù)記錄，其他層都是為支持這一層的功能而存在的32七層總述七層總述lOSI模型的七層可以傳輸層為界劃分為高三層和第三層l低

13、三層屬于通信子網(wǎng)，涉及為用戶提供透明連接，操作主要以每條鏈路為基礎(chǔ)，在節(jié)點(diǎn)間的各條數(shù)據(jù)鏈路上進(jìn)行通信。由網(wǎng)絡(luò)層來(lái)控制各條鏈路上的通信33l高三層屬于資源子網(wǎng)，主要涉及保證信息以正確的可理解的形式傳送。l傳輸層是高三層和低三層之間的接口，它是第一個(gè)端到端的層次，保證透明的端到端連接，滿足用戶的服務(wù)質(zhì)量要求，并向高三層提供合適的信息形式34OSI模型中的數(shù)據(jù)傳輸模型中的數(shù)據(jù)傳輸l所謂數(shù)據(jù)單元是指各層傳輸數(shù)據(jù)的最小單位l數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，在發(fā)送端自上而下逐層增加頭（尾）信息，而在目的端又自下而上逐層去掉頭（尾）信息。這一過(guò)程叫做封裝，封裝是在網(wǎng)絡(luò)中很常見(jiàn)的手段35服務(wù)數(shù)據(jù)單元與寫(xiě)意數(shù)據(jù)單元的關(guān)系服務(wù)數(shù)

14、據(jù)單元與寫(xiě)意數(shù)據(jù)單元的關(guān)系l服務(wù)數(shù)據(jù)單元是用于層與層接口的概念l協(xié)議數(shù)據(jù)單元用于描述一層對(duì)等實(shí)體之間交換的數(shù)據(jù)l實(shí)際上，第n層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元要作為第n層與n-1層接口的服務(wù)數(shù)據(jù)單元傳遞給n-1層36TCP/IP參考模型參考模型lTCP/IP協(xié)議模型這一體系的誕生和發(fā)展源自ARPANETlTCP/IP協(xié)議經(jīng)過(guò)不懈的完善，成為了Internet網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的核心，現(xiàn)今幾乎所有工作站和主機(jī)都采用TCP/IP，從而使眾多的異種主機(jī)互聯(lián)成為可能。TCP/IP成為了最成功的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議規(guī)程lTCP/IP本身是兩種協(xié)議，但實(shí)際上它是一組協(xié)議，也稱為T(mén)CP/IP協(xié)議簇37TCP/IP模型的分層模型的分層l應(yīng)用層l傳輸層l網(wǎng)絡(luò)互連層l主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層38OSI與與TCP/IP的比較的比較l兩者都采用