計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信()

1、 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信劉文霞輸配電研究所 第2章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第2章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)n2.1 概述n2.2 OSI體系結(jié)構(gòu)n2.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)n2.4 五層體系結(jié)構(gòu) 2.1 概述為什么要建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為了能夠使不同地理分布、且功能相對獨(dú)立的計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)資源共享，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要涉及和解決許多復(fù)雜的問題，包括信號傳輸、差錯(cuò)控制、尋址、數(shù)據(jù)交換和提供用戶接口等一系列問題。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是我們?yōu)楹喕@些問題的研究、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)而抽象出來的一種結(jié)構(gòu)模型。采用層次化結(jié)構(gòu)。在層次模型中，往往將系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜功能分化為若干個(gè)相對簡單的細(xì)小功能，每一項(xiàng)分功能以相對獨(dú)立的方式去

2、實(shí)現(xiàn)。這樣就有助于我們將復(fù)雜的問題簡化為若干個(gè)相對簡單的問題，從而達(dá)到分而治之、各個(gè)擊破的目的。舉例說明，汽車制造劃分層次的概念舉例 n計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件。n可以將要做的工作進(jìn)行如下的劃分。n第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。n確信對方已做好接收和存儲文件的準(zhǔn)備。n雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。n兩個(gè)計(jì)算機(jī)將文件傳送模塊作為最高的一層 。剩下的工作由下面的模塊負(fù)責(zé)。兩個(gè)計(jì)算機(jī)交換文件 文件傳送模塊計(jì)算機(jī) 1計(jì)算機(jī) 2文件傳送模塊只看這兩個(gè)文件傳送模塊好像文件及文件傳送命令是按照水平方向的虛線傳送的把文件交給下層模塊進(jìn)行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊再設(shè)計(jì)一個(gè)通信服務(wù)模塊 文件傳送

3、模塊計(jì)算機(jī) 1計(jì)算機(jī) 2文件傳送模塊只看這兩個(gè)通信服務(wù)模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對方把文件交給下層模塊進(jìn)行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊再設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入模塊 文件傳送模塊計(jì)算機(jī) 1計(jì)算機(jī) 2文件傳送模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接入模塊負(fù)責(zé)做與網(wǎng)絡(luò)接口細(xì)節(jié)有關(guān)的工作例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷?，幀的最大長度等。 2.1 概述n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)描述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總總體架構(gòu)體架構(gòu)，是網(wǎng)絡(luò)功能的結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)性的劃分。n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)及各層協(xié)議的集合統(tǒng)稱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(Architecture)。具有同樣具有同樣

4、體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)才能無縫地互連體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)才能無縫地互連。 體系結(jié)構(gòu)就是這個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功功能能的精確定義精確定義。 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)(implementation)是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。 體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的，是真正在運(yùn)行的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。 2.1 概述n世界上第一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu): IBM公司于1974年提出系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(SNA)( Digital-Digital-DNA;Honeywell-DSA)DNA;Honeywell-DSA)。n1977年ISO開始研究，1983年形成標(biāo)準(zhǔn)-開放系統(tǒng)互連參

5、考模型(OSI/RM)分為分為七層七層。n1983，ARPANET-TCP/IP體系結(jié)構(gòu)為四個(gè)層次四個(gè)層次。n五層網(wǎng)絡(luò)五層網(wǎng)絡(luò):綜合OSI和 TCP/IP，形成五層體系結(jié)構(gòu)（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層）（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層）。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層模型 結(jié)構(gòu)模型中的一些基本概念n實(shí)體和對等實(shí)體（每一層中實(shí)現(xiàn)該層功能的軟件或硬件；虛擬傳輸）每一層中實(shí)現(xiàn)該層功能的軟件或硬件；虛擬傳輸）n協(xié)議和協(xié)議數(shù)據(jù)單元n協(xié)議(Protocol)是某一個(gè)層次中指導(dǎo)實(shí)體之間通信的規(guī)則。包含三個(gè)方面的要素：n語法(syntax)：格式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) whatn語義(semantics)

6、：對各元素的解釋，比如鏈路層；控制 hown同步（時(shí)序，timing）：順序 whenn協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Protocol Data Unit, PDU)由兩部分組成：本層的協(xié)議控制信息和用戶數(shù)據(jù)。n服務(wù)、服務(wù)訪問點(diǎn)和服務(wù)原語nN層實(shí)體在N層協(xié)議的控制下可以向N+1層實(shí)體提供服務(wù)(Service)實(shí)現(xiàn)N+1層所需要的某種功能服務(wù)有如下兩種形式：n面向連接的服務(wù)面向連接的服務(wù)(Connection-Oriented Service) ： 建立連接，維護(hù)連接，拆除連接。優(yōu)點(diǎn)：可靠性高。像打電話n無連接的服務(wù)無連接的服務(wù)(Connectionless Service): 像發(fā)郵件。不能馬上確認(rèn)對方是否已

7、經(jīng)收到， 可靠性也低，不能保證數(shù)據(jù)的正確傳輸順序。n服務(wù)訪問點(diǎn)(Service Access Point, SAP)是上下層實(shí)體之間信息交換的接口。n服務(wù)原語(Service Primitive)描述提供的服務(wù)，定義服務(wù)規(guī)范，規(guī)定通過SAP所必需傳遞的信息。（request-請求下層提供服務(wù) indication-通知上層事件 response-上層對下層實(shí)體指示的響應(yīng) confirm- 下層實(shí)體向上層實(shí)體確認(rèn)，是否完成？） 打電話：撥號請求；鈴響指示；拿起電話響應(yīng)；振鈴音變通話音確認(rèn)。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)分層模型的一個(gè)類比關(guān)于網(wǎng)絡(luò)分層模型的一個(gè)類比 2.2 OSI體系結(jié)構(gòu)2.2.1 開放系統(tǒng)互連參考模型

8、n層次化結(jié)構(gòu)的好處： 各層之間相互獨(dú)立，高層不必更新低層的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只有 知道低層所提供的服務(wù)，以及本層向上層提供的服務(wù)即可。 每層都建立在其下層之上，目的是給上層提供服務(wù)。 利于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)，某個(gè)層次實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的變化不會(huì)對其它層 次產(chǎn)生影響。 易于標(biāo)準(zhǔn)化：允許多個(gè)廠家開發(fā)設(shè)備。 簡化了網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，各層只和上下層聯(lián)系 （了解數(shù)據(jù)在源和目的之間的傳輸過程，同時(shí)知道設(shè)備的用途和使用） 2.2.1 開放系統(tǒng)互連參考模型層號中文名稱英文名稱英文名稱縮寫7應(yīng)用層application layerA6表示層presentation layerP5會(huì)話層session layerS4傳輸層transpor

9、t layerT3網(wǎng)絡(luò)層network layerN2數(shù)據(jù)鏈路層data Link layerDL1物理層physical layerPHn物理層 設(shè)備間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，說明設(shè)備接口、電壓、速度、電纜 EIA/TIA RSC-232.V.35n數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)組合成幀；用地址訪問介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤但不糾正；802.2，802.3，HDLCn網(wǎng)絡(luò)層 用路由器決定路徑的邏輯尋址。n傳輸層 可靠或不可靠的數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)重傳或糾正；TCP/UDPn應(yīng)用層 用戶接口，HTTP,FTPn表示層 數(shù)據(jù)編碼；加密處理等 ASCII,EBCDIC,JPEGn會(huì)話層 提供不用應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)區(qū)分，QQ,HTTP,F

10、ET 2.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)TCP/IP模型是由美國國防部創(chuàng)建的，所以有時(shí)又稱DOD(Department of Defense)模型，分為四層，分別為網(wǎng)絡(luò)訪問層、網(wǎng)際層、傳輸層、應(yīng)用層。 它是OSI模型之前得產(chǎn)物，沒有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。在TCP/IP模型中并不存在與OSI中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層相對應(yīng)的部分，相反，由于其主要目的致力于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接，所以在OSI中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層相對應(yīng)的部分沒做任何限定。 2.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)TCP/IP 四層協(xié)議的表示方法舉例 應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層主機(jī)A主機(jī)B路由器網(wǎng)絡(luò) 2網(wǎng)絡(luò) 1應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層4321 2

11、.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu) 對應(yīng)的OSI TCP/IP TCP/IP主要協(xié)議高層（57）應(yīng)用層（application layer）TELNET FTP SMTP HTTP DNS TFTP NFS SNMP傳輸層（4）傳輸層 (transport layer) TCP UDP網(wǎng)絡(luò)層（）網(wǎng)際層（internet layer）IGMP互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議 ; ICMP網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議 ; IP ; ARP地址解析協(xié)議 ; RARP逆向地址解析協(xié)議低層（12）網(wǎng)絡(luò)接口層 (network interface layer) 可使用各種網(wǎng)絡(luò)OSI 與 TCP/IP 不同的地方 2.4 五層體系結(jié)構(gòu)nAnd

12、rew S. Tanenbaum 建議了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的五層體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)Internet的實(shí)際情況，以TCP/IP體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，綜合了TCP/IP和OSI兩種體系結(jié)構(gòu)。n自下而上分別為: 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。ISO/OSI 五層體系結(jié)構(gòu) TCP/IP 高層（57）應(yīng)用層（application layer ）應(yīng)用層傳輸層（4）傳輸層（transport layer）傳輸層網(wǎng)絡(luò)層（3）網(wǎng)絡(luò)層（network layer）網(wǎng)際層數(shù)據(jù)鏈路層（2）數(shù)據(jù)鏈路層（data link layer）網(wǎng)絡(luò)接口層物理層（1）物理層（physical layer） 2.4 五層體系結(jié)構(gòu)n五個(gè)

13、層次的功能簡述如下：n物理層n為數(shù)據(jù)鏈路層提供透明的比特流(Bit Stream)傳輸服務(wù)，向下與物理媒體相連，規(guī)定連接物理媒體的網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)范。n物理層涉及網(wǎng)絡(luò)接口機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的規(guī)范。n數(shù)據(jù)鏈路層n負(fù)責(zé)在單個(gè)鏈路上的節(jié)點(diǎn)間傳送稱為幀(Frame)的PDU，在不太可靠的物理鏈路上可以實(shí)現(xiàn)可靠的傳輸。n對于廣播鏈路進(jìn)行鏈路的訪問控制。n為了實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?，可以提供流量控制和差錯(cuò)控制。n提供傳輸透明性。 2.4 五層體系結(jié)構(gòu)n網(wǎng)絡(luò)層n負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)間的通信，在分組交換網(wǎng)絡(luò)上傳送稱為分組或包(Packet)的PDU，從源結(jié)點(diǎn)通過中間轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)逐跳地(Hop by Hop)將分組傳送到目的結(jié)

14、點(diǎn)。n實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，路由優(yōu)化。n傳輸層n負(fù)責(zé)應(yīng)用進(jìn)程間的通信，為兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端(End to End)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。為應(yīng)用進(jìn)程提供一條端到端的邏輯信道, 在源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)的兩個(gè)傳輸層實(shí)體之間，不涉及線路中間的路由器等中間系統(tǒng)。n通信連接，流量控制、擁塞控制和差錯(cuò)控制。n應(yīng)用層n對應(yīng)OSI的高三層，對應(yīng)TCP/IP的應(yīng)用層，提供面向用戶的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層 PDU計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2

15、應(yīng)用層 PDU 再傳送到運(yùn)輸層加上運(yùn)輸層首部，成為運(yùn)輸層報(bào)文計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2運(yùn)輸層報(bào)文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報(bào)（或分組）計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2IP 數(shù)據(jù)報(bào)再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) n應(yīng)用層(application laye

16、r) 5432154321物理傳輸媒體計(jì)算機(jī) 1AP2AP1電信號（或光信號）在物理媒體中傳播從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層計(jì)算機(jī) 2計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運(yùn)輸層計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP

17、2AP1計(jì)算機(jī) 2運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?，取出?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進(jìn)程計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2我收到了 AP1 發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)應(yīng)用層首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒?yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5

18、應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4運(yùn)輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 210100110100101 比 特 流 110101110101計(jì)算機(jī) 2 的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層H2T2H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù)

19、據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運(yùn)輸層H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2運(yùn)輸層剝?nèi)?bào)文首部后把報(bào)文的數(shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層 PDU 首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2我收到了 AP1 發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！2.5 小結(jié) n實(shí)體(entity) 表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。 n協(xié)議是控制兩個(gè)對等實(shí)體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合。 n在協(xié)議的控制下，兩個(gè)對等實(shí)體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。n要實(shí)現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。 n本層的服務(wù)