二章節(jié)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)課件

1、第二章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 本章主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)協(xié)議 1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念 1 網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。為了降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的難度，把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計(jì)，將整體功能分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子功能層次，各個(gè)功能層次間進(jìn)行有機(jī)的連接，下層為其上一層提供必要的功能服務(wù)。這種層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型。網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型的好處是：各層之間相互獨(dú)立，各層實(shí)現(xiàn)技術(shù)的改變不影響其他層，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)，有利于促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供了很大方

2、便。 2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)實(shí)體要實(shí)現(xiàn)通信，它們必須具有相同的語(yǔ)言，交流什么、怎樣交流及何時(shí)交流等，必須遵守有關(guān)實(shí)體間某些相互都能接受的一些規(guī)則，這些規(guī)則的集合稱(chēng)為協(xié)議。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)或約定即為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一般由語(yǔ)法、語(yǔ)義和時(shí)序三要素組成。 3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念3 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次及各層協(xié)議的集合，即是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（Architecture）。具體地說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)設(shè)置哪幾層，每個(gè)層次又應(yīng)提供哪些功能的精確定義。 4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.2

3、開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型2 OSI參考模型層次劃分的原則網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都劃分為相同的層次結(jié)構(gòu)，每個(gè)相同的層次都有相同的功能 同一節(jié)點(diǎn)內(nèi)各相鄰層次之間通過(guò)接口協(xié)議進(jìn)行通信 每一層使用下一層提供的服務(wù)，并向它的上層提供服務(wù) 不同節(jié)點(diǎn)的同等層按照協(xié)議實(shí)現(xiàn)同等層之間的通信 6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.2 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型3 OSI參考模型的七層結(jié)構(gòu) 7計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.2 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 物理層（Physical Layer） 物理層是OSI參考模型的最低層，它建立在傳輸介質(zhì)上，利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接。 物理層的主要功能是在物理介質(zhì)上傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)

4、比特流；提供為建立、維護(hù)和拆除物理連接所需的機(jī)械、電氣和規(guī)程方面的特性。 9計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.2 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer） 在物理層傳送的比特流的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)建立相鄰節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈路，提供節(jié)點(diǎn)之間的可靠的數(shù)據(jù)傳輸。這一層將接收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流封裝成幀（包含目的地址、源地址、數(shù)據(jù)段以及其他控制信息），然后按順序傳輸幀，并負(fù)責(zé)處理接收端發(fā)回的確認(rèn)幀的信息。 另外，數(shù)據(jù)鏈路層還具有流量控制和檢錯(cuò)功能 。 10計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.2 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 網(wǎng)絡(luò)層（Network Laye

5、r） 數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)層被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)分組，然后通過(guò)路徑選擇、流量、差錯(cuò)、順序、進(jìn)/出路由等控制，將數(shù)據(jù)從物理連接的一端傳送到另一端，并負(fù)責(zé)點(diǎn)到點(diǎn)之間通信聯(lián)系的建立、維護(hù)和結(jié)束。它通過(guò)執(zhí)行路由算法，為分組通過(guò)通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂?，還要執(zhí)行擁塞控制與網(wǎng)絡(luò)互連等功能，是OSI參考模型中最復(fù)雜的一層。 11計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.2 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 傳輸層（Transport Layer） 傳輸層是面向應(yīng)用的高層和與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的低層協(xié)議之間的接口，其下三層與數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)，其上三層與應(yīng)用有關(guān)。傳輸層提供在不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，在網(wǎng)內(nèi)兩實(shí)體間建立端到端通信信道，提供兩端點(diǎn)之間

6、的可靠、透明數(shù)據(jù)傳輸；執(zhí)行端到端差錯(cuò)檢測(cè)和恢復(fù)，順序控制和流量控制功能，并管理多路復(fù)用。 12計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.2 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 會(huì)話層（Session Layer） 會(huì)話層負(fù)責(zé)控制每一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)究竟什么時(shí)間可以傳送與接收數(shù)據(jù)，為不同用戶提供建立會(huì)話關(guān)系，并對(duì)會(huì)話進(jìn)行有效管理。例如，當(dāng)許多用戶同時(shí)收發(fā)信息時(shí)，該層主要控制、決定何時(shí)發(fā)送或接收信息，才不會(huì)有“碰撞”發(fā)生。 13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.2 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 表示層（Presentation Layer） 表示層是為了在不同系統(tǒng)之間的不同信息表示能夠相互理解對(duì)方數(shù)據(jù)的

7、含義以便進(jìn)行通信而設(shè)置的，它負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為發(fā)送方和接收方都能識(shí)別的格式。 另外，表示層還負(fù)責(zé)諸如數(shù)據(jù)壓縮和恢復(fù)、加密和解密等服務(wù)。 14計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用6、實(shí)例： 七層實(shí)例應(yīng)用層比如HTTP協(xié)議 ftp、DNS等表示層比如一些文件格式mp3 avi會(huì)話層應(yīng)該是窗口程序傳輸層TCP網(wǎng)絡(luò)層IP數(shù)據(jù)鏈路層802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)物理層網(wǎng)卡 rj45插頭等等16計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu) OSI參考模型試圖達(dá)到一種理想境界，即全世界的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都遵循這統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所有的計(jì)算機(jī)都能方便的互連和交換數(shù)據(jù)，然而由于OSI標(biāo)準(zhǔn)制定周期長(zhǎng)、協(xié)議實(shí)現(xiàn)過(guò)分復(fù)雜及OSI的層次劃分不太合理等原因

8、。當(dāng)?shù)搅?0世紀(jì)90年代初期，雖然整套的OSI標(biāo)準(zhǔn)都已制定出來(lái)，但當(dāng)時(shí)的Internet在全世界的范圍形成規(guī)模，因此網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用的并不是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的OSI，而是應(yīng)用在Internet上的非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)。 17計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2 TCP/IP參考模型各層功能主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層 (網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層） 主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層（網(wǎng)絡(luò)接口層）是TCP/IP模型的最低層。它負(fù)責(zé)網(wǎng)際層與硬件設(shè)備間的聯(lián)系，指出主機(jī)必須使用某種協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)相連。網(wǎng)際層 它是整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，網(wǎng)際層的功能就是把IP分組發(fā)送到它應(yīng)該去的地方，分組路由和避免擁塞是網(wǎng)際層主要解決的問(wèn)題。 網(wǎng)際

9、層使用的主要協(xié)議是IP協(xié)議。 19計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2 TCP/IP參考模型各層功能傳輸層 （主機(jī)主機(jī)層） 傳輸層解決的是“端到端”的通信問(wèn)題。它的功能是使源端和目的端主機(jī)上的對(duì)等實(shí)體可以進(jìn)行會(huì)話，和OSI的傳輸層一樣，傳輸層定義了兩個(gè)端到端的協(xié)議。第一個(gè)是傳輸控制協(xié)議TCP，它是一個(gè)面向連接的協(xié)議，允許從一臺(tái)機(jī)器發(fā)出的字節(jié)流無(wú)差錯(cuò)地發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其他機(jī)器。第二個(gè)協(xié)議是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP，它是一個(gè)不可靠的、無(wú)連接協(xié)議。 20計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2 TCP/IP參考模型各層功能應(yīng)用層 應(yīng)用層提供一組常用的應(yīng)用程序給用戶，應(yīng)用程序和傳輸層

10、協(xié)議相配合，完成發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。每個(gè)應(yīng)用程序都有自己的數(shù)據(jù)格式，它可以是一系列報(bào)文或字節(jié)流，但不管采用哪種格式，都要將數(shù)據(jù)傳送給傳輸層以便交換。 應(yīng)用層包含所有的高層協(xié)議，如文件傳輸協(xié)議FTP、電子郵件協(xié)議SMTP、超文本傳輸協(xié)議HTTP等 。 21計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)3、IP地址 在以TCP/IP為通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上，每臺(tái)主機(jī)都有唯一的IP地址，IP地址用來(lái)唯一標(biāo)示一臺(tái)主機(jī)，也隱含著網(wǎng)絡(luò)間的路徑信息。IP地址共占用32個(gè)位，一般是以4個(gè)十進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，每個(gè)數(shù)字稱(chēng)為一個(gè)字節(jié)，字節(jié)與字節(jié)之間用點(diǎn)隔開(kāi)，例如：，因?yàn)樵赥CP/IP網(wǎng)絡(luò)上是利用IP地址來(lái)標(biāo)示每一臺(tái)主機(jī)，每一臺(tái)

11、主機(jī)都必須擁有唯一的IP地址。22計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用類(lèi)網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)W取值支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)支持主機(jī)數(shù)AWX.Y.Z1-12612616,777,214BW.XY.Z128-1911638465,534CW.X.YZ192-2232,097,152254D224-239E240-25423計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用A 55B 55C 55D 55E 520 網(wǎng)絡(luò)地址 主機(jī)地址10 網(wǎng)絡(luò)地址 主機(jī)地址110 網(wǎng)絡(luò)地址 主機(jī)地址1110 組播地址11110 保留24計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)協(xié)議1 IEEE802標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 在ISO/OSI參考模型中，其低三層協(xié)議是依賴具體網(wǎng)絡(luò)的，計(jì)算機(jī)局域

12、網(wǎng)是一種具體的網(wǎng)絡(luò)，共享信道是它的特性。遵循ISO/OSI參考模型的原則，IEEE802系列標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議主要解決局域網(wǎng)低三層的功能，其對(duì)應(yīng)的LAN/RM如下圖所示。 網(wǎng)際層LLC子層MAC子層物理層26計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)協(xié)議1 IEEE802標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 在ISO/OSI參考模型中，數(shù)據(jù)鏈路層的功能簡(jiǎn)單，它只負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)可靠地傳輸?shù)较噜彽墓?jié)點(diǎn)。但在局域網(wǎng)中，多個(gè)站點(diǎn)共享傳輸介質(zhì)，在節(jié)點(diǎn)間傳輸數(shù)據(jù)之前必須首先解決由哪個(gè)設(shè)備使用傳輸介質(zhì)，因此數(shù)據(jù)鏈路層要有介質(zhì)訪問(wèn)控制功能。由于介質(zhì)的多樣性，所以必須提供多種介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。為此IEEE802標(biāo)準(zhǔn)把數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個(gè)子層：邏輯鏈路控制（LLC）子層和介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）子層。LLC子層