《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)》課件

21世紀(jì)全國(guó)高職高專計(jì)算機(jī)系列有用規(guī)劃教材計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)根底主編：

楊瑞良李平副主編：

邱濤李明龍第3章

網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造與協(xié)議

本章主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造的根本概念開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型TCP/IP的體系構(gòu)造OSI與TCP/IP參考模型的比較3.1網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造的根本概念協(xié)議〔protocol〕:是通信雙方為了實(shí)現(xiàn)通信所進(jìn)展的商定或所作的對(duì)話規(guī)章網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的優(yōu)劣直接影響網(wǎng)絡(luò)的性能網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成語(yǔ)義：做什么〔whattodo〕語(yǔ)法：怎么做〔howtodo〕定時(shí)關(guān)系：何時(shí)做〔whentodo〕3.1.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中存在有多種協(xié)議協(xié)議之間的相互作用:為避開(kāi)重復(fù)工作，每個(gè)協(xié)議應(yīng)當(dāng)處理沒(méi)有被其他;協(xié)議處理過(guò)的通信問(wèn)題;協(xié)議之間可以共享數(shù)據(jù)和信息。實(shí)際郵政系統(tǒng)信件發(fā)送、接收過(guò)程示意圖協(xié)議(Protocol)：它是一種通信規(guī)約。在郵政通信系統(tǒng)中，就存在著很多的通信規(guī)約。層次(Layer)：它是人們對(duì)簡(jiǎn)單問(wèn)題處理的根本方法。接口(Interface)：它是同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間交換信息的連接點(diǎn)。體系構(gòu)造(Architecture)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是依據(jù)層次構(gòu)造模型來(lái)組織的。我們將網(wǎng)絡(luò)層次構(gòu)造模型與各層協(xié)議的集合定義為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造。3.1.2幾個(gè)重要的概念3.1.3網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造的提出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中承受層次構(gòu)造，它有以下一些好處：

各層之間相互獨(dú)立。敏捷性好。各層實(shí)現(xiàn)技術(shù)的轉(zhuǎn)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。3.2開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型(OSI/RM)OSI/RM中的“開(kāi)放”是表示任何兩個(gè)遵守OSI/RM的系統(tǒng)都可以進(jìn)展互連，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)能按OSI/RM與另一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)展通信時(shí)，就稱為該系統(tǒng)為開(kāi)放系統(tǒng)。OSI/RM只給出了一些原則性的說(shuō)明，它并不是一個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)。它將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能劃分成7個(gè)層次，而且在兩個(gè)通信實(shí)體之間的通信必需遵循這7層構(gòu)造，概述1.OSI參考模型的提出2.OSI參考模型的概念OSI/RM的最高層為應(yīng)用層，面對(duì)用戶供給應(yīng)用效勞；最低層為物理層，連接通信媒體實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。層與層之間的聯(lián)系是通過(guò)各層之間的接口來(lái)進(jìn)展的，上層通過(guò)接口向下層提出效勞懇求，而下層通過(guò)接口向上層供給效勞。OSI參考模型以及兩個(gè)通信實(shí)體之間的通信分層構(gòu)造ISO/OSI的7層參考模型OSI參考模型的根本思想:網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)具有一樣的層次；不同節(jié)點(diǎn)的同等層具有一樣的功能；同一節(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間通過(guò)接口通信；每一層可以使用下層供給的效勞，并向其上層供給效勞；不同節(jié)點(diǎn)的同等層依據(jù)協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)等層之間的通信。3.OSI各層的功能概述物理層(PhysicalLayer)：利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層供給物理連接，實(shí)現(xiàn)比特流的透亮傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)：在物理層供給比特流效勞的根底上，線路變成無(wú)過(guò)失的數(shù)據(jù)鏈路。網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)：為數(shù)據(jù)在結(jié)點(diǎn)之間傳輸創(chuàng)立規(guī)律鏈路，通過(guò)路由選擇算法為分組通過(guò)通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂?，以及?shí)現(xiàn)擁塞掌握授、網(wǎng)絡(luò)互連功能。傳輸層(TransportLayer)：向用戶供給端到端(最終用戶到最終用戶)的透亮的、牢靠的數(shù)據(jù)傳輸效勞。

會(huì)話層(SessionLayer)：為表示層供給建立、維護(hù)和完畢會(huì)話連接的功能，并供給會(huì)話治理效勞等功能。表示層(PresentationLayer)：用于處理在兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，主要包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。應(yīng)用層(ApplicationLayer)：為網(wǎng)絡(luò)用戶或應(yīng)用程序供給各種效勞，如文件傳輸(FTP)、電子郵件(E－mail)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)以及網(wǎng)絡(luò)治理等。兩個(gè)通信實(shí)體之間的層次構(gòu)造OSI各層的主要功能層號(hào)層的名稱層的英文名稱功能簡(jiǎn)述

7應(yīng)用層ApplicationLayer在用戶進(jìn)程之間交互用戶信息，直接為用戶提供服務(wù)

上層6表示層PresentationLayer處理兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等5會(huì)話層SessionLayer組織兩個(gè)會(huì)話進(jìn)程之間的通信，管理數(shù)據(jù)的交換4傳輸層TransportLayer從端到端經(jīng)網(wǎng)絡(luò)透明地傳送數(shù)據(jù)，建立、維護(hù)并終止兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信3網(wǎng)絡(luò)層NetworkLayer實(shí)現(xiàn)路由選擇、擁塞控制和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等功能下層2數(shù)據(jù)鏈路層DataLinkLayer建立數(shù)據(jù)鏈路連接，進(jìn)行信息幀傳送，采用差錯(cuò)和數(shù)據(jù)流量控制方法使有差錯(cuò)的物理線路變成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路1物理層PhysicalLayer利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，以便透明地傳輸比特流4.OSI/RM的信息流淌3.2.2物理層物理層是OSI/RM的最低層，物理層保證通信信道上傳輸0和1二進(jìn)制比特流，用以建立、維護(hù)和釋放數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體間的連接。物理層并不是指物理傳輸介質(zhì)，它是介于數(shù)據(jù)鏈路層和物理傳輸介質(zhì)之間的一層，起著數(shù)據(jù)鏈路層到物理傳輸介質(zhì)之間的規(guī)律接口的作用。3.2.3數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層OSI/RM的第2層，它通過(guò)物理層供給的比特流效勞，在相鄰節(jié)點(diǎn)之間建立鏈路，傳送以幀(Frame)為單位的數(shù)據(jù)信息，并且對(duì)傳輸中可能消失的過(guò)失進(jìn)展檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，向網(wǎng)絡(luò)層供給無(wú)過(guò)失的透亮傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層涉及到的具體內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：1.成幀數(shù)據(jù)鏈路層要將網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)分成可以治理和掌握的數(shù)據(jù)單元，稱其為幀。2.物理地址尋址數(shù)據(jù)幀在不同的網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)，需要標(biāo)識(shí)動(dòng)身送數(shù)據(jù)幀和接收數(shù)據(jù)幀的節(jié)點(diǎn)。3.流量掌握數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的速率必需進(jìn)展掌握，假設(shè)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀太多，就會(huì)使目的節(jié)點(diǎn)來(lái)不及處理而造成數(shù)據(jù)喪失。4.過(guò)失掌握為了保證物理層傳輸數(shù)據(jù)的牢靠性，數(shù)據(jù)鏈路層需要在數(shù)據(jù)幀中使用一些掌握方法，檢測(cè)出錯(cuò)或重復(fù)的數(shù)據(jù)幀，并對(duì)錯(cuò)誤的幀進(jìn)展糾錯(cuò)或重發(fā)。5.接入掌握當(dāng)兩個(gè)或者更多的節(jié)點(diǎn)共享通信鏈路時(shí)，由數(shù)據(jù)鏈路層確定在某一時(shí)間內(nèi)該由哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，接入掌握技術(shù)也稱為媒體訪問(wèn)掌握技術(shù)。數(shù)據(jù)鏈路層的物理地址網(wǎng)絡(luò)層

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層就是通信子網(wǎng)的最高層，它在數(shù)據(jù)鏈路層供給效勞的根底上向資源子網(wǎng)供給效勞。網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層的關(guān)系

網(wǎng)絡(luò)層涉及的概念有以下幾個(gè)：規(guī)律地址尋址數(shù)據(jù)鏈路層的物理地址只是解決了在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的尋址問(wèn)題，假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)包從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)跨越到另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，就需要使用網(wǎng)絡(luò)層的規(guī)律地址。路由功能路由選擇就是依據(jù)肯定的原則和算法在傳輸通路中選出一條通向目的節(jié)點(diǎn)的最正確路由。流量掌握在數(shù)據(jù)鏈路層中介紹過(guò)流量掌握，在網(wǎng)絡(luò)層同樣也存在流量掌握問(wèn)題。擁塞掌握在通信子網(wǎng)中，由于消失過(guò)量的數(shù)據(jù)包而引起網(wǎng)絡(luò)性能下降的現(xiàn)象稱為擁塞。其他各層簡(jiǎn)介1.傳輸層傳輸層是資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)的接口和橋梁，它完成了資源子網(wǎng)中兩節(jié)點(diǎn)間的直接規(guī)律通信，實(shí)現(xiàn)了通信子網(wǎng)端到端的牢靠傳輸。2.會(huì)話層會(huì)話層是利用傳輸層供給的端到端的效勞向表示層或會(huì)話用戶供給會(huì)話效勞。3.表示層表示層處理的是OSI系統(tǒng)之間用戶信息的表示問(wèn)題。4.應(yīng)用層應(yīng)用層是OSI/RM的最高層，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與最終用戶間的接口，它包含了系統(tǒng)治理員治理網(wǎng)絡(luò)效勞所涉及的全部問(wèn)題和根本功能。完整的OSI數(shù)據(jù)傳遞與流淌過(guò)程3.3TCP/IP體系構(gòu)造概述TCP/IP是Internet上全部網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)之間進(jìn)展溝通所使用得共同“語(yǔ)言”，是Internet上使用得一組完整的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議。通常所說(shuō)的TCP/IP協(xié)議實(shí)際上包含了大量的協(xié)議和應(yīng)用，且由多個(gè)獨(dú)力定義的協(xié)議組合在一起，因此，更準(zhǔn)確地說(shuō)，應(yīng)當(dāng)稱其為TCP/IP協(xié)議集。TCP/IP協(xié)議的主要特點(diǎn)：開(kāi)放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費(fèi)使用，并且獨(dú)力于特定的計(jì)算機(jī)硬件于操作系統(tǒng)。獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)中，更適用于互聯(lián)網(wǎng)中。統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址安排方案，使得整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有惟一的地址。標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以供給多種牢靠的用戶效勞。3.3.2TCP/IP的分層構(gòu)造OSI模型與TCP/IP模型的比照TCP/IP體系構(gòu)造與OSI參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系1.網(wǎng)絡(luò)接口層TCP/IP模型的最低層是網(wǎng)絡(luò)接口層，也被稱為網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層，它包括了能使用TCP/IP與物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展通信的協(xié)議，且對(duì)應(yīng)著OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。2.網(wǎng)際層網(wǎng)際層是在Internet標(biāo)準(zhǔn)中正式定義的第一層。網(wǎng)際層所執(zhí)行的主要功能是處理來(lái)自傳輸層的分組，將分組形成數(shù)據(jù)包(IP數(shù)據(jù)包)，并為該數(shù)據(jù)包進(jìn)展路徑選擇，最終將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)發(fā)送到目的主機(jī)。3.傳輸層TCP/IP的傳輸層也被稱為主機(jī)至主機(jī)層，與OSI的傳輸層類似，它主要負(fù)責(zé)主機(jī)到主機(jī)之間的端到端通信，該層使用了兩種協(xié)議來(lái)支持兩種數(shù)據(jù)的傳送方法，它們是TCP協(xié)議和UDP協(xié)議。4.應(yīng)用層在TCP/IP模型中，應(yīng)用程序接口是最高層，它與OSI模型中的高3層的任務(wù)一樣，都是用于供給網(wǎng)絡(luò)效勞，比方文件傳輸(FTP)、遠(yuǎn)程登錄(TELNET)、域名效勞DNS)和簡(jiǎn)潔網(wǎng)絡(luò)治理(SNMP)等。TCP/IP體系構(gòu)造中各層的功能

層的名稱

功能簡(jiǎn)述

應(yīng)用層向用戶提供一組常用的應(yīng)用程序，如文件傳輸、電子郵件等

傳輸層(TCP)提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)

網(wǎng)際層(IP)定義數(shù)據(jù)報(bào)，處理路由

網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層接收網(wǎng)際層數(shù)據(jù)報(bào)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送；從網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)送交IP層3.3.3TCP/IP協(xié)議集網(wǎng)際層的協(xié)議(1)網(wǎng)際協(xié)議(InternetProtocol，IP)IP協(xié)議的任務(wù)是對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)展相應(yīng)的尋址和路由，并從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。(2)網(wǎng)際掌握?qǐng)?bào)文協(xié)議(InternetControlMessageProtocol，ICMP)網(wǎng)際掌握?qǐng)?bào)文協(xié)議ICMP為IP協(xié)議供給過(guò)失報(bào)告。(3)網(wǎng)際主機(jī)組治理協(xié)議(InternetGroupManagementProtocol，IGMP)IP協(xié)議只是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)包傳輸，而點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)包傳輸則要依靠網(wǎng)際主機(jī)組治理協(xié)議IGMP來(lái)完成。(4)地址解析協(xié)議(AddressResolutionProtocol，ARP)和反向地址解析協(xié)議RARP計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各主機(jī)之間要進(jìn)展通信時(shí)，必需要知道彼此的物理地址(OSI模型中數(shù)據(jù)鏈路層的地址)。2.傳輸層協(xié)議(1)傳輸掌握協(xié)議(TransmissionControlProtocol，TCP)

TCP協(xié)議是傳輸層的一種面對(duì)連接的通信協(xié)議，它可供給牢靠的數(shù)據(jù)傳送。對(duì)于大量數(shù)據(jù)的傳輸，通常都要求有牢靠的傳送。(2)用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UserDatagramProtocol，UDP)

UDP協(xié)議是一種面對(duì)無(wú)連接的協(xié)議，因此，它不能供給牢靠的數(shù)據(jù)傳輸，而且UDP不進(jìn)展過(guò)失檢驗(yàn)，必需由應(yīng)用層的應(yīng)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)牢靠性機(jī)制和過(guò)失掌握，以保證端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。3.應(yīng)用層協(xié)議TELNET：本地主機(jī)作為仿真終端登錄到遠(yuǎn)程主機(jī)上運(yùn)行應(yīng)用程序。FTP：實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間文件的傳送。SMTP：實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間電子郵件的傳送。DNS：用于實(shí)現(xiàn)主機(jī)名與IP地址之間的映射。DHCP：實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的地址安排和配置工作。RIP：用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間交換路由信息。HTTP：用于Internet中的客戶機(jī)與WWW效勞器之間的數(shù)據(jù)傳輸。BOOTP：用于無(wú)盤主機(jī)或工作站的啟動(dòng)。SNMP：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的治理。3.4OSI與TCP/IP參考模型的比較3.4.1共同點(diǎn)承受了協(xié)議分層方法，將浩大且簡(jiǎn)單的問(wèn)題劃分為假設(shè)干個(gè)較簡(jiǎn)潔處理的范圍較小的問(wèn)題。各協(xié)議層次的功能大體上相像，都存在網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。兩者都可以解決異構(gòu)網(wǎng)的互連，實(shí)現(xiàn)世界上不同廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)之間的通信。兩者都是計(jì)算機(jī)通信的國(guó)際性標(biāo)準(zhǔn)，雖然這種標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)(OSI)原則上是國(guó)際通用的，一個(gè)(TCP/IP)是當(dāng)前工業(yè)界使用最多的。兩者都能夠供給面對(duì)連接和無(wú)連接的兩種通信效勞機(jī)制。兩者都是基于一種協(xié)議集的概念，協(xié)議集是一簇完成特定功能的相互獨(dú)力的協(xié)議。3.4.2OSI和TCP/IP的主要差異模型設(shè)計(jì)的差異層數(shù)和層間調(diào)用關(guān)系不同最初設(shè)計(jì)的差異對(duì)牢靠性的強(qiáng)調(diào)不同標(biāo)準(zhǔn)的效率和性能上存在差異市場(chǎng)應(yīng)用和支持上不同TCP/IP的主要問(wèn)題：網(wǎng)絡(luò)接口層并不是實(shí)際的一層；各層的功能定義與實(shí)現(xiàn)方法沒(méi)能區(qū)分開(kāi)來(lái)等。3.4.3一種建議的參考模型

小結(jié)網(wǎng)絡(luò)體系