[高等教育]計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用-第二講課件

1、第二講 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)南京財經(jīng)大學(xué) 江蘇省電子商務(wù)重點實驗室伍之昂提綱OSI/RM 開放系統(tǒng)互連基本參考模型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP體系結(jié)構(gòu)協(xié)議和服務(wù)OSI/RM 開放系統(tǒng)互連基本參考模型（1）相互通信的兩個計算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的。 “分層”可將龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。 只要遵循 OSI 標(biāo)準(zhǔn)，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信。在市場化方面 OSI 卻失敗了。OSI 的專家們在完成 OSI 標(biāo)準(zhǔn)時沒有商業(yè)驅(qū)動力；OSI 的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運(yùn)行效率

2、很低；OSI 標(biāo)準(zhǔn)的制定周期太長，因而使得按 OSI 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備無法及時進(jìn)入市場；OSI 的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個層次中重復(fù)出現(xiàn)。 OSI/RM 開放系統(tǒng)互連基本參考模型（2）OSI是七層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，卻未得到廣泛應(yīng)用。真正流行的是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)。同學(xué)們在此需要記住兩點：知道OSI七層網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)是什么。OSI七層網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)與TCP/IP體系結(jié)構(gòu)是不矛盾的。提綱OSI/RM 開放系統(tǒng)互連基本參考模型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP體系結(jié)構(gòu)協(xié)議和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（1）協(xié)議(protocol)是為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。協(xié)議也就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network proto

3、col)。協(xié)議精確地規(guī)定在網(wǎng)絡(luò)通信中使用的各種控制信息的格式、意義以及各種事件出現(xiàn)的先后順序。協(xié)議在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中起著非常重要的作用。協(xié)議是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主線，把握住了協(xié)議，就能學(xué)好計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（2）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議非常復(fù)雜協(xié)議必須保證在任何復(fù)雜的情況下都能正確工作，因此網(wǎng)絡(luò)協(xié)議非常復(fù)雜。協(xié)議必須把所有不利的條件事先都估計到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。 我們在日常生活中所使用的許多約定，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的要求，因此經(jīng)常會使約定失敗。看一個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是否正確，不能光看在正常情況下是否正確，而且還必須非常仔細(xì)地檢查這個協(xié)議能否應(yīng)付各種異常情況。 總之，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議必須考慮如何對付各種異

4、常情況的出現(xiàn)。下面看一個例子。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（3）占據(jù)東、西兩個山頂?shù)乃{(lán)軍1和藍(lán)軍2與駐扎在山谷的白軍作戰(zhàn)。其力量對比是：單獨的藍(lán)軍1或藍(lán)軍2打不過白軍，但藍(lán)軍1和藍(lán)軍2協(xié)同作戰(zhàn)則可戰(zhàn)勝白軍?，F(xiàn)藍(lán)軍1擬于次日正午向白軍發(fā)起攻擊。于是用計算機(jī)發(fā)送電文給藍(lán)軍2。但通信線路很不好，電文出錯或丟失的可能性較大（沒有電話可使用）。因此要求收到電文的友軍必須送回一個確認(rèn)電文。但此確認(rèn)電文也可能出錯或丟失。試問能否設(shè)計出一種協(xié)議使得藍(lán)軍1和藍(lán)軍2能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)因而一定（即100 %而不是99.999%）取得勝利？ 藍(lán)軍聯(lián)合進(jìn)攻白軍必勝藍(lán)軍單獨進(jìn)攻白軍必敗明日正午進(jìn)攻?同意收到“同意”收到：收到“同意”協(xié)議無法保

5、證必勝！計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。 劃分層次網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)就是這個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。實現(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)是抽象的，而實現(xiàn)則是具體的，是真正在運(yùn)行的計算機(jī)硬件和軟件。 提綱OSI/RM 開放系統(tǒng)互連基本參考模型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP體系結(jié)構(gòu)協(xié)議和服務(wù)TCP/IP體系結(jié)構(gòu)（1）TCP/IP體系結(jié)構(gòu)分為五層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、應(yīng)用層。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)也可以認(rèn)為是四層：將物理層和數(shù)據(jù)鏈路層合

6、并為網(wǎng)絡(luò)接口層。使用五層原理體系結(jié)構(gòu)來闡明網(wǎng)絡(luò)的工作原理較為合適。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)（2）TCP/IP體系結(jié)構(gòu)（3）54321數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層Application layerTransport layerInternet layerData link layerPhysical layer網(wǎng)絡(luò)接口層IP各種應(yīng)用層協(xié)議HTTP, FTP, SMTP, DNS 等TCP網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)輸層UDP應(yīng)用層TCP: 傳輸控制協(xié)議(Transmission ControlProtocol)IP: 網(wǎng)際協(xié)議UDP: 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(User DatagramProtocol)主機(jī) 1 向主機(jī)

7、2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(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主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2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)輸層報文主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2運(yùn)輸層報文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報（或分組）主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2IP 數(shù)據(jù)報再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 54321

8、54321主機(jī) 1AP2AP1主機(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主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 應(yīng)用層(application layer) 5432154321物理傳輸媒體主機(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主機(jī) 2主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(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)層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154

9、321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分上交給運(yùn)輸層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(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)程主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2我收到了 AP1 發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)應(yīng)用層首部H510100110100101 比 特 流 11

10、0101110101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鏈路層尾部主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 210100110100101 比 特 流 110101110101計算機(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)主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊?/p>

11、后把幀的數(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) 據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(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)主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2運(yùn)輸層剝?nèi)笪氖撞亢蟀褕笪牡臄?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)主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層 PDU 首部后

12、把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2我收到了 AP1 發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！提綱OSI/RM 開放系統(tǒng)互連基本參考模型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP體系結(jié)構(gòu)協(xié)議和服務(wù)協(xié)議和服務(wù)（1）實體(entity) 表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。 協(xié)議是控制兩個對等實體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合。 在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。 協(xié)議和服務(wù)（2）本層的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)而無法看見下面的協(xié)議，下面的協(xié)議對上面的服務(wù)用戶是透明的。協(xié)議是“內(nèi)在的”，服務(wù)是“表面的”。 協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對等實體之間通信的規(guī)則。服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過層間接口提供的。同一系統(tǒng)相鄰兩層的實體進(jìn)行交互的地方，稱為服務(wù)訪問點 SAP (Service Access Point)。 協(xié)議和服務(wù)（3）協(xié)議(n + 1)SAPSAP交換原語交換原語實體(n + 1)服務(wù)提供者第 n 層第 n + 1 層實體(n + 1)服務(wù)用戶實體(n)實體(n)協(xié)議(n)什么是原語？是由若干多機(jī)器指令構(gòu)成的完成某種特定功能的一段程序，具有不可分割性。原語的執(zhí)行必須是連續(xù)的，在執(zhí)行過程中不允許被中斷。不同層次之間對話的語言稱為原語