計算機網(wǎng)絡(luò)第2章課件7

1、第2章 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)ISBN 978-7-111-30641-2本章學(xué)習(xí)內(nèi)容及要求 了解OSI參考模型、TCP/IP協(xié)議蔟和局域網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特點網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)層次化的研究方法掌握網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、層次、接口、服務(wù)的基本概念，以及相互的聯(lián)系5層計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本知識 2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議2.1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的作用2.1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的要素2.1.3 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的格式2.1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的作用計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通信雙方使用的語言 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計算機網(wǎng)絡(luò)中的計算機設(shè)備之間在相互通信時遵循的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)和約定這里說的計算機設(shè)備可以是主機、路由器、交換機等，也可以認(rèn)為是

2、網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一組控制數(shù)據(jù)通信的規(guī)則 需要說明的是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是需要不斷發(fā)展和完善的隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)內(nèi)容的增加，必須研究和制定新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或修改原有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 2.1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的要素 語法，即信息格式，協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU的結(jié)構(gòu)或格式，包括哪些字段，字段的作用 語義，某些信息位組合的含義，標(biāo)識通信雙方可以理解的確定的意義，PDU給出何種控制信息、完成何種操作、做出何種響應(yīng)，即各字段中若干二進制位0或1的組合代表什么樣的含義 同步（時序），即收、發(fā)雙方能分辨出通信的開始和結(jié)束，哪些動作先執(zhí)行，哪些動作后執(zhí)行。為完成一次通信所需要的不同PDU之間有操作順序規(guī)程。有時同步也稱為規(guī)程

3、語法定義了怎么做，語義定義了做什么，同步時序關(guān)系定義了什么時候做網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與人類通信所使用協(xié)議的比較 人們之間的會話也在使用分層的概念，人們只所以感覺不到是因為人們已經(jīng)習(xí)慣了。以兩個人之間的自然語言通信為例，可以認(rèn)為分為三個層次：傳輸層；語言層；知識層 2.1.3 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的格式在計算機網(wǎng)絡(luò)中用協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU（Protocol Data Unit）描述通信協(xié)議PDU由控制部分和數(shù)據(jù)部分組成控制部分由若干字段組成，表示通信中用到的雙方可以理解和遵循的協(xié)議 2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義2.2.2 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層的原則2.2.3 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的服務(wù)2.2

4、.4 網(wǎng)絡(luò)層次接口和數(shù)據(jù)單元2.2.5 協(xié)議和服務(wù)的關(guān)系2.2.6 對等協(xié)議的通信過程2.2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與層次和對等協(xié)議相聯(lián)系 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是計算機網(wǎng)絡(luò)層次和協(xié)議的集合計算機網(wǎng)絡(luò)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，按照人們解決復(fù)雜問題的方法，把計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的功能分到不同的層次上層與層之間用清晰的接口連接不同系統(tǒng)中的同一層構(gòu)成對等層對等層之間通過理解彼此定義好的規(guī)則和約定，完成對等層通信 2.2.2 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層的原則 根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)兩級子網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，可以看出層次劃分的輪廓。人們把計算機網(wǎng)絡(luò)的功能劃到5個層次：計算機設(shè)備及端系統(tǒng)和通信子網(wǎng)的連接處，以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與節(jié)點之

5、間的物理連接處，應(yīng)劃分一個層次，用于實現(xiàn)物理連接，稱為物理層，位置在各個節(jié)點上 網(wǎng)絡(luò)中相鄰節(jié)點之間實現(xiàn)可靠的傳輸應(yīng)劃分為一個層次，稱為數(shù)據(jù)鏈路層，位置在相鄰節(jié)點上 源主機節(jié)點和目的主機節(jié)點之間實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓δ芸蓜澐譃橐粋€層次，稱為網(wǎng)絡(luò)層，位置在協(xié)議包傳輸路由經(jīng)過的各個節(jié)點上，傳輸路由從源主機節(jié)點、中間經(jīng)過的節(jié)點，到目的主機節(jié)點在源端節(jié)點到目的端節(jié)點，即兩個通信的計算機設(shè)備之間，為實現(xiàn)應(yīng)用進程可靠傳輸所提供的功能劃分為一個層次，稱為運輸層，位置在端節(jié)點上 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之間的可靠傳輸可劃分為一個層次，稱為應(yīng)用層，位置在端節(jié)點上 2.2.3 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的服務(wù) 計算機網(wǎng)絡(luò)中的通信服務(wù)有兩種不同類型一

6、種是面向連接服務(wù)(connection-oriented service)另一種是無連接服務(wù)(connectionless service)計算機網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)類型及應(yīng)用服務(wù)原語 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)用服務(wù)原語描述服務(wù)原語由三部分組成：原語名；原語類型；原語參數(shù)服務(wù)原語的格式為：原語名.原語類型（原語參數(shù)）原語名說明服務(wù)的內(nèi)容原語名和原語類型之間由點進行間隔原語類型說明層與層之間信息傳輸?shù)牧飨蛟Z名用大寫字母表示 服務(wù)原語的4種類型原語類型有4種，用小寫字母表示： 請求request發(fā)送方希望得到某些服務(wù) 指示indication接收方得知某個事件發(fā)生 響應(yīng)response接收方對某個事件應(yīng)答證實confir

7、m發(fā)送方得知請求的結(jié)果 服務(wù)原語的圖示2.2.4 網(wǎng)絡(luò)層次接口和數(shù)據(jù)單元 在相鄰層次之間交換信息要遵循一組規(guī)則，這組規(guī)則涉及到一組相關(guān)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU、協(xié)議控制信息PCI、接口控制信息ICI、接口數(shù)據(jù)單元IDU、協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU等 2.2.5 協(xié)議和服務(wù)的關(guān)系 服務(wù)和協(xié)議是兩個完全不同的概念服務(wù)要靠協(xié)議來實現(xiàn)，通過服務(wù)原語的描述，可以清晰的給出上、下層接口和對等層之間的聯(lián)系服務(wù)是各層為上層提供的一組原語操作，但未涉及這些操作如何完成協(xié)議是定義同層對等實體之間交換的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（位流、幀、分組、報文段、報文）的格式及意義的一組約定和規(guī)則 2.2.6 對等協(xié)議的通信過程 在發(fā)送端

8、協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU經(jīng)過從上層向下層的封裝到達(dá)對方后，再經(jīng)由底層向上，每一層去掉協(xié)議頭，稱為拆包，此時相當(dāng)于對等層彼此理解 2.3 OSI參考模型2.3.1 OSI參考模型概述2.3.2 OSI參考模型的結(jié)構(gòu)2.3.3 OSI參考模型各層的功能2.3.4 OSI參考模型中的數(shù)據(jù)傳輸2.3.1 OSI參考模型概述OSI參考模型概述 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO在1974年制定的OSI開放系統(tǒng)互連參考模型分為7個層次框架OSI模型本身不是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的全部內(nèi)容它并未確切描述用于各層的協(xié)議和服務(wù)，僅是告訴每一層應(yīng)該做什么OSI的國際標(biāo)準(zhǔn)號為ISO 7498 開放系統(tǒng)互連OSI圖示2.3.2 OSI參考模型的結(jié)

9、構(gòu) OSI參考模型采用3級抽象：體系結(jié)構(gòu)；服務(wù)定義；協(xié)議規(guī)范OSI參考模型體系結(jié)構(gòu)是作為一個框架來組織和協(xié)調(diào)各層協(xié)議的制定，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的規(guī)程說明比較精練 服務(wù)定義詳細(xì)地說明各層提供的服務(wù)，提供的服務(wù)與這些服務(wù)的具體實現(xiàn)無關(guān) 協(xié)議規(guī)范給出一組控制數(shù)據(jù)通信的規(guī)則2.3.3 OSI參考模型各層的功能 物理層：對等物理層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元為比特流。物理層協(xié)議用4個特性描述和定義數(shù)據(jù)鏈路層：涉及到相鄰節(jié)點之間可靠傳輸，需要完成的功能有鏈路管理、成幀、差錯控制、流量控制和丟失等網(wǎng)絡(luò)層：涉及到源節(jié)點到目的訪問節(jié)點之間可靠的傳輸，是通信子網(wǎng)的最高層次，需要完成的功能包括路由選擇，網(wǎng)絡(luò)尋址、網(wǎng)絡(luò)互連等運輸層及：涉及到

10、端（主機）到端（主機）之間可靠的運輸，起著承上啟下的作用，為高層屏蔽掉下面通信子網(wǎng)的差異 會話層：允許主機上的用戶建立會話關(guān)系，在一次會話連接中可以有多個會話內(nèi)容單元，提供會話同步表示層：關(guān)心所傳輸數(shù)據(jù)信息的格式定義，即信息的語法和語義應(yīng)用層：為應(yīng)用進程提供訪問計算機網(wǎng)絡(luò)的途徑，構(gòu)成不同的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元2.3.4 OSI參考模型中的數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)的實際傳輸方向是垂直的但在每一層編程時卻好像是水平理解和傳輸?shù)?DMAC SMACTR協(xié)議封裝（Encapsulation）DataHSenderReceiverSA DASP DPDataTDataOSI中數(shù)據(jù)傳輸L7 dataH6L7 data

11、L6 dataH5L5 dataH4L4 dataH3L3 dataH2T20101010101011010L7 dataH6L7 dataL6 dataH5L5 dataH4L4 dataH3L3 dataH2T20101010101011010Transmission mediumData flowSenderReceiverAPSTNDLPh2.4 TCP/IP協(xié)議參考模型2.4.1 TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)生背景2.4.2 TCP/IP協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)2.4.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的捆綁2.4.4 OSI與TCP/IP的比較2.4.1 TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)生背景1972年美國加州大學(xué)洛杉磯分校的Vin

12、ton G. Cerf(溫特瑟夫)和Bobert E. Kahn(鮑伯卡恩)進行了“網(wǎng)絡(luò)互連項目”研究 TCP/IP協(xié)議具有的特點TCP/IP協(xié)議具有以下特點：是一個開放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議蔟，免費使用做到與計算機硬件與操作系統(tǒng)無關(guān)，與特定的網(wǎng)絡(luò)硬件無關(guān)做到與低層通信子網(wǎng)平臺無關(guān)，低層網(wǎng)絡(luò)可以是廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、無線網(wǎng)等提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)邏輯地址IP地址，用于標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中的一個連接，使得異種計算機、異種計算機網(wǎng)絡(luò)互連成為可能運輸層協(xié)議TCP提供可靠的端到端數(shù)據(jù)傳輸，可以屏蔽通信子網(wǎng)的差異。應(yīng)用層協(xié)議內(nèi)容豐富2.4.2 TCP/IP協(xié)議的層次結(jié)構(gòu) TCP/IP協(xié)議結(jié)構(gòu)為4個層次：網(wǎng)絡(luò)接口層NIL；IP層；TCP層

13、；應(yīng)用層 ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData linkPhysicalTCP/IP協(xié)議簇（ Protocol Suite）TCPUDPIPICMPIGMPARPRARPProtocols defined by the underlying networksSMTPFTPTELNETDNSSNMPNFSRPCTFTPApplicationsTCP/IP協(xié)議簇及聯(lián)系TelnetFTPSMTPSNMPTFTPTCPUDPICMPIPARPEthernet softwareEthernet hardwarePortProtocol ID

14、TypeMAC2321251616961710800H0806HTCP/IP中層次和地址ProcessTCPUDPIP and other protocolsUnderlying physical networksApplication layerTransport layerNetwork layerData link layerPhysical layerPhysical addressIP addressPort addressDomain address2.4.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的捆綁 人們可能會問在具體組網(wǎng)時TCP/IP協(xié)議在哪里呢？TCP/IP協(xié)議與底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間是怎樣聯(lián)系的？在配置網(wǎng)

15、絡(luò)協(xié)議時，先配置底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議這需要安裝網(wǎng)卡和網(wǎng)卡驅(qū)動程序再綁定IP層協(xié)議、TCP層協(xié)議和應(yīng)用層協(xié)議這些操作可以在相應(yīng)的操作系統(tǒng)中指定所采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，設(shè)置IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)地址等，從而完成整個TCP/IP協(xié)議設(shè)置要清楚網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次綁定的概念綁定是按自底向上的順序進行的 2.4.4 OSI與TCP/IP的比較 TCP/IP模型與OSI模型的一個重要區(qū)別是可靠性問題OSI模型在所有各層都進行差錯校驗和處理。而TCP/IP僅在TCP層，即僅在端到端進行差錯控制2.5 局域網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型2.5.1 局域網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次2.5.2 局域網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各層的功能2.5.3 局域網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特

16、點2.5.1 局域網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次局域網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次與5層體系結(jié)構(gòu)的對應(yīng) 2.5.2 局域網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各層的功能 MAC子層用來描述一個具體的LAN，只有看到了MAC，才能知道這是一個什么樣的LAN 2.5.3 局域網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特點 局域網(wǎng)絡(luò)中的通信牽涉到三個方面：進程；站點（節(jié)點）；網(wǎng)絡(luò)進程與兩個計算機系統(tǒng)之間應(yīng)用程序聯(lián)系。站點通過網(wǎng)絡(luò)互相連接，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)從一個站點傳輸?shù)搅硪粋€站點 2.6計算機網(wǎng)絡(luò)實例2.6.1 ARPANET網(wǎng)絡(luò)2.6.2 X.25網(wǎng)絡(luò)2.6.3 Internet與Internet 22.6.1 ARPANET網(wǎng)絡(luò)ARPANET是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的里程碑 ARPANET

17、網(wǎng)在1969年建成， 1983年1月TCP/IP協(xié)議成為ARPANET正式協(xié)議， 1990年ARPANET網(wǎng)退出使用，演變?yōu)镮nternet2.6.2 X.25網(wǎng)絡(luò) 分組交換網(wǎng)采用X.25協(xié)議，在交換節(jié)點對分組進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)X.25協(xié)議實際包含了對應(yīng)OSI低3個層次的協(xié)議，是一個通信子網(wǎng)2.6.3 Internet與Internet 2 Internet與Internet 2由來 萬維網(wǎng)要解決關(guān)鍵問題 Internet的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷的推進 Internet研制過程中的貢獻(xiàn)Internet2 中國下一代網(wǎng)絡(luò)示范工程CNGIInternet的多級結(jié)構(gòu) 目前對Internet的批評 一個批評是Internet好像是一個“大垃圾山” 人們很難找到所需要的東西。而萬維網(wǎng)的初衷是把垃圾變成金子 另一個批評是，Internet就像一個只有神經(jīng)細(xì)胞的低等生物它沒有大腦，五十多年過去了，人們并沒有實現(xiàn)利克萊德在1960年勾畫出的把電腦網(wǎng)絡(luò)建成“思維中心”的設(shè)想 2.7 小結(jié) 計算機網(wǎng)絡(luò)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，采用層次結(jié)構(gòu)把復(fù)雜的功能要求分解到每一個層次每個層次獨立設(shè)計，層次之間通過清晰的接口聯(lián)系 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有三個要