計算機網(wǎng)絡協(xié)議與體系結構

1、章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-1網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容：1.1. 通信協(xié)議與網(wǎng)絡體系結構基本概念通信協(xié)議與網(wǎng)絡體系結構基本概念2.2. ISO/OSIISO/OSI參考模型及數(shù)據(jù)傳輸過程參考模型及數(shù)據(jù)傳輸過程3.3. TCP/IPTCP/IP參考模型參考模型4.4. 一種建議的參考模型一種建議的參考模型5.5. 各層協(xié)議及其功能各層協(xié)議及其功能第3 章 計算機網(wǎng)絡協(xié)議與體系結構 章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-2網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構3.1 通信協(xié)議與網(wǎng)絡體系結構基本概念1) 網(wǎng)絡協(xié)議 2) 網(wǎng)絡協(xié)議的層次結構 3

2、) 網(wǎng)絡體系結構章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-3網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構1 ) 網(wǎng)絡協(xié)議的基本概念網(wǎng)絡體系結構提出的背景網(wǎng)絡的復雜性、異質(zhì)性？網(wǎng)絡組成不同的通信介質(zhì)光纖、同軸電纜、雙絞線、無線通信設備不同類型的設備主機、路由器、交換機、各種外設不同的操作系統(tǒng)Unix、Windows不同的軟/硬件、接口和通信約定不同種類業(yè)務分時、交互、實時章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-4網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構實例：郵政系統(tǒng)信件收發(fā)示意圖通信者活動郵局服務業(yè)務郵局轉(zhuǎn)送業(yè)務發(fā)信者收信者運輸部門的郵件運輸業(yè)務書寫信件貼郵票送郵箱收集信件蓋郵戳信件分揀信件打包送運輸

3、部門路由選擇運輸轉(zhuǎn)送郵局接收郵包分發(fā)郵件郵件拆包信件投遞信件分揀閱讀信件通信者活動郵局服務業(yè)務郵局轉(zhuǎn)送業(yè)務協(xié)議協(xié)議：文字、語言、書寫規(guī)范；文字、語言、書寫規(guī)范；層次層次：復雜問題分解處理；復雜問題分解處理；接口：接口：郵箱、信箱、郵局規(guī)則。郵箱、信箱、郵局規(guī)則。體系體系結構結構章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-5網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構幾個重要的概念協(xié)議（protocolprotocol）層次（layerlayer）接口（interfaceinterface）對等實體（Peer Entity）體系結構（architecturearchitecture）章：章：節(jié)：節(jié)：Sl

4、ide：2-6網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構協(xié)議（protocol） 協(xié)議：為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標準。協(xié)議具有三要素：語法、語義與時序；語法：規(guī)定用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結構與格式；語義：語義是指對構成的協(xié)議元素含義的解釋，即需要發(fā)出何種控制信息，以及完成的動作與作出的響應。時序：對事件實現(xiàn)順序的詳細說明。簡言之：語義表示要做什么，語法定義了怎么做，而時序則表示做的順序。章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-7網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構SOHSOHHEADHEADSTXSTXTEXTTEXTETXETXBCCBCC章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-8網(wǎng)

5、絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構層次（layer）層次是人們對復雜問題處理的基本方法。層次是人們對復雜問題處理的基本方法。 網(wǎng)絡系統(tǒng)是個非常復雜的系統(tǒng)，為減少設計上的復雜性，亦釆用分層的設網(wǎng)絡系統(tǒng)是個非常復雜的系統(tǒng)，為減少設計上的復雜性，亦釆用分層的設計思想，將相似的功能放在同一層，每層有相應的協(xié)議，相鄰層通過接口計思想，將相似的功能放在同一層，每層有相應的協(xié)議，相鄰層通過接口通信，下層向上層提供服務，上層是下層的用戶。通信，下層向上層提供服務，上層是下層的用戶。優(yōu)點：優(yōu)點：獨立性強獨立性強耦合程度低耦合程度低 上層只需了解下層通過層間接口提供什么服務黑箱方法。適應性強，靈活性好

6、適應性強，靈活性好 只要服務和接口不變，每層的實現(xiàn)方法可任意改變。易于實現(xiàn)和維護易于實現(xiàn)和維護 把復雜的系統(tǒng)分解成若干個涉及范圍小、功能簡單的子單元： 使系統(tǒng)的結構清晰，實現(xiàn)、調(diào)試和維護變得簡單和容易。 使設計人員能專心設計和開發(fā)所關心的功能模塊。有利促進標準有利促進標準章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-9網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構接口（interface）接口是同一結點內(nèi)相鄰層之間交換信息的規(guī)則。接口是同一結點內(nèi)相鄰層之間交換信息的規(guī)則。同一個結點的相鄰層之間存在著明確規(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、各層功能不變，各層功能的具體實現(xiàn)方法與技術的變

7、化不會影響整個系統(tǒng)的工作。章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-10網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構對等實體在分層結構中，如果每一層次中包括兩個實體，在分層結構中，如果每一層次中包括兩個實體，稱為對等實體稱為對等實體（Peer EntityPeer Entity）。章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-11網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構（network architecture）一個功能完備的計算機網(wǎng)絡需要制定一整套復雜的協(xié)一個功能完備的計算機網(wǎng)絡需要制定一整套復雜的協(xié)議集議集; ;網(wǎng)絡協(xié)議是按層次結構來組織的；網(wǎng)絡協(xié)議是按層次結構來組織的；網(wǎng)絡層次結構模型與

8、各層協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡層次結構模型與各層協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡體系結網(wǎng)絡體系結構構。網(wǎng)絡體系結構對計算機網(wǎng)絡應該實現(xiàn)的功能進行了精確的定義；體系結構是抽象的，而實現(xiàn)是指能夠運行的一些硬件和軟件。 網(wǎng)絡的體系結構及協(xié)議網(wǎng)絡的體系結構及協(xié)議章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-12網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構 3.2 ISO/OSI參考模型（1974年發(fā)布） OSI OSI 參考模型的提出參考模型的提出 OSI OSI 參考模型各層的功能參考模型各層的功能 OSI OSI 環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-13網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡

9、體系結構 OSI參考模型的提出 pOSI 參考模型的提出背景（IBM 74年SNA； DEC DNA；美國國防部的TCP/IP ）pOSI （Open System Interconnection ）-開放系統(tǒng)互連開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI/RM）中定義：一個系統(tǒng)只要能夠遵循OSI標準，就可以與位于世界任何地方同樣遵循這個標準的其他任何系統(tǒng)進行通信。這里提到的系統(tǒng)可以是計算機，也可以是這些計算機相關的軟件以及其他外部設備等集合。p在制定計算機網(wǎng)絡標準方面，起著很大作用的兩大國際組織是：l國際電報與電話咨詢委員會（CCITT）-主要是考慮通信標準的制定；l國際標準化組織（ISO）-主要是考慮信

10、息處理與網(wǎng)絡體系結構。章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-14網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構 OSI參考模型結構應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層物理層數(shù)據(jù)鏈路層應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層物理層數(shù)據(jù)鏈路層章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-15網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構OSI參考模型各層功能應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層物理層數(shù)據(jù)鏈路層 為開放系統(tǒng)與用戶應用程序的接口。 實現(xiàn)不同語法表示的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的加密解密、壓縮與恢復等功能被傳輸數(shù)據(jù)的表示問題。 實現(xiàn)兩個會話進程之間的數(shù)據(jù)傳輸同步，并管理數(shù)據(jù)交換。 提供端到

11、端的可靠、透明的數(shù)據(jù)傳輸服務。 主要功能是分組、為分組選擇最適當?shù)穆窂健?建立數(shù)據(jù)鏈路鏈接、采用差錯控制、流量控制為網(wǎng)絡層提供無差錯的數(shù)據(jù)幀傳輸服務。 提供物理連接，通過傳輸介質(zhì)傳送比特流。章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-16網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構OSI模型的術語-協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit，PDU）網(wǎng)絡體系結構中，對等層之間交換的信息報文統(tǒng)稱。PDU由協(xié)議控制信息（協(xié)議頭）和數(shù)據(jù)組成:協(xié)議頭部中含有完成數(shù)據(jù)傳輸所需的控制信息:地址、序號、長度、分段標志、差錯控制信息、協(xié)議控制信息協(xié)議控制信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)章：章：節(jié)：節(jié)：Sli

12、de：2-17網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構下層把上層的下層把上層的PDUPDU作為本層的數(shù)據(jù)加以作為本層的數(shù)據(jù)加以封裝封裝，然后加入本層的，然后加入本層的協(xié)議頭部（和尾部）形成本層的協(xié)議頭部（和尾部）形成本層的PDUPDU。封裝：就是在數(shù)據(jù)前面加上特定的協(xié)議頭部。因此，數(shù)據(jù)在源站自上而下遞交的過程實際上就是不斷封裝的因此，數(shù)據(jù)在源站自上而下遞交的過程實際上就是不斷封裝的過程。到達目的地后自下而上遞交的過程就是不斷拆封的過過程。到達目的地后自下而上遞交的過程就是不斷拆封的過程。程。類比：發(fā)送信件類比：發(fā)送信件數(shù)據(jù)在傳輸時，其外面實際上要被包封多層“信封”。數(shù) 據(jù)協(xié)議頭數(shù) 據(jù)N

13、+1層PDUN層PDU章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-18網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構傳輸層及以下各層的PDU另外還有各自特定的名稱：應用層應用層PDU表示層表示層PDU會話層會話層PDU傳輸層段（Segment） 或報文網(wǎng)絡層分組/包（Packet）數(shù)據(jù)鏈路層幀（Frame）物理層比特（Bit）章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-19網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 段頭段頭數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 段頭段頭數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包頭包頭幀頭幀頭 段頭段頭數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包頭包頭幀尾幀尾數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)段段數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包幀幀比特比特電脈沖電脈沖0111010000110000101001011110

14、10110數(shù)據(jù)多層封裝數(shù)據(jù)多層封裝封裝封裝拆封拆封章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-20網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層物理層數(shù)據(jù)鏈路層應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層物理層數(shù)據(jù)鏈路層應用進程A應用進程B章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-21網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)流應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層物理層數(shù)據(jù)鏈路層應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層物理層數(shù)據(jù)鏈路層應用進程A應用進程BHPDUDPDUHPDU HPDUHPDUHDH PDUHPDUHP

15、DUHPDUPDUHPDUHHPDU0100101011010101010110100101D：數(shù)據(jù)H：報頭章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-22網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構3.3 TCP/IP參考模型特點：特點：開放性開放性-協(xié)議標準開放，免費使用；協(xié)議標準開放，免費使用；獨立性獨立性獨立于特定硬件、獨立于特定硬件、OSOS；統(tǒng)一的網(wǎng)絡地址分配方案；統(tǒng)一的網(wǎng)絡地址分配方案；可靠性可靠性-標準化的高層協(xié)議提供多種標準化的高層協(xié)議提供多種可靠的用戶服務?？煽康挠脩舴?。章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-23網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構TCP/IP參考模型及功能

16、 包含所有高層協(xié)議。 負責在應用進程之間建立端- 端通信。 負責將源主機的報文分組發(fā)送、接收數(shù)據(jù)報、路徑選擇、流量控制、擁塞控制 負責通過網(wǎng)絡發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報。章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-24網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構 OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較1 1、分層結構分層結構 OSIOSI參考模型與參考模型與TCP/IPTCP/IP協(xié)議都采用了分層結構，都是基協(xié)議都采用了分層結構，都是基于獨立的協(xié)議棧的概念。于獨立的協(xié)議棧的概念。OSIOSI參考模型有參考模型有7 7層，而層，而TCP/IPTCP/IP協(xié)議只有協(xié)議只有4 4層層 。2 2、標準的特色、標

17、準的特色 OSIOSI參考模型的標準最早是由參考模型的標準最早是由ISOISO和和CCITCCIT制定，有深厚的制定，有深厚的通信系統(tǒng)的特色，比如對服務質(zhì)量（通信系統(tǒng)的特色，比如對服務質(zhì)量（QoSQoS）、差錯率的）、差錯率的保證，只考慮了面向連接的服務。并且是先定義一套功保證，只考慮了面向連接的服務。并且是先定義一套功能完整的構架，再根據(jù)該構架來發(fā)展相應的協(xié)議與系統(tǒng)。能完整的構架，再根據(jù)該構架來發(fā)展相應的協(xié)議與系統(tǒng)。 TCP/IPTCP/IP協(xié)議產(chǎn)生于對協(xié)議產(chǎn)生于對InternetInternet網(wǎng)絡的研究與實踐中，是網(wǎng)絡的研究與實踐中，是應實際需求而產(chǎn)生的，再由應實際需求而產(chǎn)生的，再由IA

18、BIAB、IETFIETF等組織標準化，等組織標準化，而并不是之前定義一個嚴謹?shù)目蚣?。而且而并不是之前定義一個嚴謹?shù)目蚣堋６襎CP/IPTCP/IP最早是最早是在在UNIXUNIX系統(tǒng)中實現(xiàn)的，考慮了計算機網(wǎng)絡的特點，比較系統(tǒng)中實現(xiàn)的，考慮了計算機網(wǎng)絡的特點，比較適合計算機實現(xiàn)和使用。適合計算機實現(xiàn)和使用。 章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-25網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構3 3、連接服務、連接服務 功能基本相似，但是尋址方式有較大的區(qū)別。功能基本相似，但是尋址方式有較大的區(qū)別。OSIOSI的地址空的地址空間為不固定的可變長，最長可間為不固定的可變長，最長可160byte1

19、60byte，可以容納非常大的，可以容納非常大的網(wǎng)絡，因而具有較大的成長空間。網(wǎng)絡，因而具有較大的成長空間。 TCP/IPTCP/IP網(wǎng)絡的地址空間網(wǎng)絡的地址空間為固定的為固定的4byte4byte（在目前常用的（在目前常用的IPV4IPV4中是這樣，在中是這樣，在IPV6IPV6中將中將擴展到擴展到16byte16byte） 4 4、傳輸服務、傳輸服務 OSIOSI與與TCP/IPTCP/IP的傳輸層都對不同的業(yè)務采取不同的傳輸策略的傳輸層都對不同的業(yè)務采取不同的傳輸策略 5 5、應用范圍、應用范圍 OSIOSI由于體系比較復雜，而且設計先于實現(xiàn)，有許多設計由于體系比較復雜，而且設計先于實現(xiàn)

20、，有許多設計過于理想，不太方便計算機軟件實現(xiàn)，因而完全實現(xiàn)過于理想，不太方便計算機軟件實現(xiàn)，因而完全實現(xiàn)OSIOSI參參考模型的系統(tǒng)并不多，應用的范圍有限。而考模型的系統(tǒng)并不多，應用的范圍有限。而 TCP/IPTCP/IP協(xié)議最協(xié)議最早在計算機系統(tǒng)中實現(xiàn)，在早在計算機系統(tǒng)中實現(xiàn)，在UNIXUNIX、WindowsWindows平臺中都有穩(wěn)定平臺中都有穩(wěn)定的實現(xiàn)，并且提供了簡單方便的編程接口（的實現(xiàn)，并且提供了簡單方便的編程接口（APIAPI），可以在），可以在其上開發(fā)出其上開發(fā)出 豐富的應用程序，因此得到了廣泛的應用。豐富的應用程序，因此得到了廣泛的應用。TCP/IPTCP/IP協(xié)議已成為目前

21、網(wǎng)際互聯(lián)事實上的國際標準和工業(yè)協(xié)議已成為目前網(wǎng)際互聯(lián)事實上的國際標準和工業(yè)標準。標準。 章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-26網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構3.43.4 一種建議的參考模型一種建議的參考模型應 用 層傳 輸 層網(wǎng) 絡 層數(shù)據(jù)鏈路層物 理 層 五層模型五層模型章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-27網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構小結n網(wǎng)絡體系結構：分層分層協(xié)議協(xié)議接口接口n網(wǎng)絡體系結構的層次模型：為何要分層？優(yōu)點是什么？n網(wǎng)絡體系結構的一些基本概念n對等層通信的實質(zhì)：信息是如何在端到端之間傳輸?shù)?？n網(wǎng)絡體系結構主要層次的功能：應用層應用層、傳輸層傳輸

22、層、網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層、物理層物理層nTCP/IP參考模型 章：章：節(jié)：節(jié)：Slide：2-28網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構3.5 各層協(xié)議及其功能OSIOSI模型各層協(xié)議模型各層協(xié)議 應用層應用層TELNET FTP TFTP SMTP SNMP HTTP DHCP TELNET FTP TFTP SMTP SNMP HTTP DHCP 表示層表示層 文本：文本：ASCIIASCII，EBCDIC EBCDIC 圖形：圖形：TIFFTIFF，JPEGJPEG，GIFGIF，PICTPICT聲音：聲音：MIDIMIDI，MPEGMPEG，QUICKTIME QUICKTIME 會話層會話層 NFS SQL RPC X-WINDOWS ASPNFS SQL RPC X-WINDOWS ASP（APPTALKAPPTALK會會話協(xié)議）話協(xié)議） SCP SCP 傳輸層傳輸層 TCPTCP和和UDP UDP 網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層 IP IPX IP IPX 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 以太網(wǎng)以太網(wǎng) IEEE802.3 IEEE802.3 令牌環(huán)令牌環(huán) IEEE802.5 IEEE802.