第2章 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1、第二章 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)本章知識點n網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與協(xié)議分層n計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)nOSI/RM模型和TCP/IP 模型n數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳遞過程網(wǎng)絡(luò)通信的復(fù)雜性n發(fā)送方如何確定接收方愿意接收數(shù)據(jù)或已經(jīng)準備好了接收數(shù)據(jù)？n發(fā)送方和接收方之間可能間隔了多個網(wǎng)絡(luò)，如何在網(wǎng)絡(luò)之間找到一條正確的路，使得數(shù)據(jù)能夠到達接收方？n數(shù)據(jù)在傳輸過程中可能受了干擾而產(chǎn)生了差錯，如何檢測差錯？出了差錯如何處理？n數(shù)據(jù)在傳輸過程中可能會丟失，如何檢測丟失，丟失以后如何處理？網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的必要性和復(fù)雜性n在網(wǎng)絡(luò)通信中雙方必須對通信中可能出現(xiàn)的各種情況進行明確的商定，必須遵守相同的規(guī)則，這些規(guī)則稱為協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)中的主機、設(shè)備必須要遵循

2、相同的協(xié)議才能通信。 n網(wǎng)絡(luò)通信是一個非常復(fù)雜的問題，這就決定了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也是非常復(fù)雜的。 如何構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)協(xié)議？n采用分層的方法。n現(xiàn)實生活中的例子：寄信。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 n網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通信雙方為了實現(xiàn)通信而商定的一些規(guī)則。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以理解為由三部分組成： n語法：通信時雙方交換數(shù)據(jù)和控制信息的格式。n語義：每部分控制信息和數(shù)據(jù)所代表的含義。n時序：通信如何發(fā)起；在收到一個數(shù)據(jù)后，下一步要做什么。 協(xié)議分層 協(xié)議分層n不同主機上的同一個層次稱為對等層n每一層中實現(xiàn)了協(xié)議的元素稱為實體，實體既可以是軟件，也可以是硬件。n對等層內(nèi)的實體稱為對等實體。n每一層都有特定的功能，使用下一層為它提供的服務(wù)，同時也為自

3、己的高層提供服務(wù)。數(shù)據(jù)傳遞過程數(shù)據(jù)傳遞過程n數(shù)據(jù)從發(fā)送端的最高層開始，層層向下，層層封裝，直到發(fā)送方的最底層，轉(zhuǎn)換為電磁信號后經(jīng)過物理鏈路到達接收端的最底層，再層層向上，層層解封裝，最后到達接收方的最高層，整個通信過程是垂直的。 n某一層添加的首部，在到達對等層后，就會被剝掉，剩余的部分會繼續(xù)向上傳遞，直至最高層。n高層使用了低層的服務(wù)，低層向高層提供服務(wù)，高層通過低層提供的服務(wù)接口訪問低層的服務(wù)。 數(shù)據(jù)傳遞過程n在概念上可以認為通信是水平的，數(shù)據(jù)好像由對等層的一端直接到達了另一端。n通信的目的就是要實現(xiàn)對等層之間的水平通信，雖然事實上水平通信要依賴垂直通信來實現(xiàn)。n在理解問題時忽略中間的過程

4、直接去考慮水平通信會更簡單。 協(xié)議分層的優(yōu)點n將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)分解為若干個比較容易處理的子問題，降低了復(fù)雜度，易于實現(xiàn)和維護。n每個層次都可以單獨實現(xiàn)，只要提供的服務(wù)和實現(xiàn)的功能不變，與相鄰層次的接口也不變，那么采用何種技術(shù)實現(xiàn)是每個層次內(nèi)部的事情，更有利于采用新的技術(shù)去解決問題。n層次明確也更有利于標準化。 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)n計算機網(wǎng)絡(luò)的各個層次以及每個層次協(xié)議的集合稱為計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。n各個層次的所有協(xié)議也被稱為協(xié)議棧。n世界上第一個計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是美國IBM公司于1974年提出的SNA（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）n其他的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：Digital公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)DNA、Hone

5、ywell公司的分布式體系結(jié)構(gòu)DSA等。 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)n采用不同體系結(jié)構(gòu)的兩個網(wǎng)絡(luò)之間很難通信 。n為使所有的網(wǎng)絡(luò)都能互連互通，國際標準化組織ISO于1983年提出了開放系統(tǒng)互連參考模型（Open Systems Interconnection Reference Model，OSI/RM），簡稱OSI參考模型。nTCP/IP協(xié)議體系也在實際的連網(wǎng)實踐中發(fā)展起來，并成為了事實上的網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議標準。 OSI參考模型OSI參考模型n應(yīng)用層：實現(xiàn)具體的應(yīng)用。n表示層：對應(yīng)用層的數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換。n會話層：管理會話過程，包括會話的建立、維持和結(jié)束。n運輸層：為兩個通信進程之間提供端到端的通信服務(wù)

6、。n網(wǎng)絡(luò)層：為分組選路。n數(shù)據(jù)鏈路層：在相鄰的節(jié)點間傳輸幀。n物理層：在物理鏈路上傳輸0，1比特流。TCP/IP模型TCP/IP協(xié)議體系n應(yīng)用層：相當于OSI參考模型的應(yīng)用層，具體的協(xié)議有超文本傳輸協(xié)議（HTTP）、文件傳輸協(xié)議（FTP）等。n運輸層：nTCP協(xié)議：為應(yīng)用程序提供面向連接的可靠的通信，具有流量控制和擁塞控制的功能。nUDP協(xié)議：提供無連接的不可靠通信，但是效率較高。TCP/IP協(xié)議體系n互聯(lián)網(wǎng)層：相當于OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層，要為數(shù)據(jù)找到一條正確的路到達目的地，主要的協(xié)議是IP。n網(wǎng)絡(luò)接口層：相當于OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。TCP/IP協(xié)議棧TCP/IP協(xié)議棧OSI參

7、考模型和TCP/IP模型比較 nOSI參考模型和TCP/IP模型都采用了分層結(jié)構(gòu)，OSI參考模型分為7層，TCP/IP模型分為4層。n在TCP/IP模型中沒有表示層和會話層，TCP/IP模型的應(yīng)用層相當于綜合了OSI參考模型中應(yīng)用層、表示層和會話層的功能。 nTCP/IP模型沒有數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，網(wǎng)絡(luò)接口層包含了這兩層的功能。 OSI參考模型和TCP/IP模型比較nOSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層可以提供無連接和面向連接的兩種服務(wù)，TCP/IP模型的互聯(lián)網(wǎng)層只提供無連接的數(shù)據(jù)報服務(wù) 。nOSI的運輸層提供面向連接的可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，TCP/IP模型中的運輸層有兩個協(xié)議TCP和UDP，TCP提供面向連接的可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，UDP提供無連接的不可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。 nOSI參考模型，具有濃厚的通信背景，強調(diào)服務(wù)質(zhì)量，強調(diào)對差錯的控制，先定義了一套完整的框架，然后才發(fā)展相應(yīng)的協(xié)議。TCP/IP協(xié)議產(chǎn)生于因特網(wǎng)的連網(wǎng)需求，是先有了具體的協(xié)議的基礎(chǔ)上，進一步完善了其框架體系，從而也更適合計算機網(wǎng)絡(luò)的特點。 OSI參考模型和TCP/IP模型比較nOSI模型體系比較復(fù)雜，設(shè)計先于實現(xiàn)，完全實現(xiàn)OSI參考模型的系統(tǒng)并不多，應(yīng)用的范圍有限，多限于理論研究和教學(xué)。nTCP/IP協(xié)議是在實踐中產(chǎn)生和發(fā)