第二章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

第2章

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

本章主要內(nèi)容

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念開放系統(tǒng)互連參考模型

TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)

OSI與TCP/IP參考模型的比較2.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念

協(xié)議（protocol）:是通信雙方為了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、約定和標(biāo)準(zhǔn)。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

語義：做什么（whattodo）語法：怎么做（howtodo）定時關(guān)系：何時做（whentodo）2.1.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中存在有多種協(xié)議協(xié)議之間的相互作用:為避免重復(fù)工作，每個協(xié)議應(yīng)該處理沒有被其他協(xié)議處理過的通信問題;協(xié)議之間可以共享數(shù)據(jù)和信息。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)：它是人們對復(fù)雜問題處理的基本方法。接口(Interface)：它是同一結(jié)點內(nèi)相鄰層之間交換信息的連接點。

體系結(jié)構(gòu)(Architecture)：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是按照層次結(jié)構(gòu)模型來組織的。我們將網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型與各層協(xié)議的集合定義為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

2.1.2幾個重要的概念計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用層次結(jié)構(gòu)，它有以下一些好處：

各層之間相互獨(dú)立。

靈活性好。

各層實現(xiàn)技術(shù)的改變不影響其他層。易于實現(xiàn)和維護(hù)。有利于促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化。

2.2開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI/RM)OSI/RM中的“開放”是表示任何兩個遵守OSI/RM的系統(tǒng)都可以進(jìn)行互連，當(dāng)一個系統(tǒng)能按OSI/RM與另一個系統(tǒng)進(jìn)行通信時，就稱為該系統(tǒng)為開放系統(tǒng)。OSI/RM只給出了一些原則性的說明，它并不是一個具體的網(wǎng)絡(luò)。它將整個網(wǎng)絡(luò)的功能劃分成7個層次，而且在兩個通信實體之間的通信必須遵循這7層結(jié)構(gòu)，

2.2.1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，面向用戶提供應(yīng)用服務(wù)；最低層為物理層，連接通信媒體實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。層與層之間的聯(lián)系是通過各層之間的接口來進(jìn)行的，上層通過接口向下層提出服務(wù)請求，而下層通過接口向上層提供服務(wù)。

OSI參考模型以及兩個通信實體之間的通信分層結(jié)構(gòu)ISO/OSI的7層參考模型OSI參考模型的基本思想（劃分層次原則）網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點具有相同的層次；不同節(jié)點的同等層具有相同的功能；同一節(jié)點內(nèi)相鄰層之間通過接口通信；每一層可以使用下層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)；不同節(jié)點的同等層按照協(xié)議實現(xiàn)對等層之間的通信。兩個通信實體之間的層次結(jié)構(gòu)OSI各層的主要功能層號層的名稱層的英文名稱功能簡述

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處理兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，對用戶數(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會話層SessionLayer組織兩個會話進(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)并終止兩臺計算機(jī)之間的通信3網(wǎng)絡(luò)層NetworkLayer實現(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，采用差錯和數(shù)據(jù)流量控制方法使有差錯的物理線路變成無差錯的數(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完整的OSI數(shù)據(jù)傳遞與流動過程2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2.3.1.TCP/IP概述

TCP/IP是Internet上所有網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)之間進(jìn)行交流所使用得共同“語言”，是Internet上使用得一組完整的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議。通常所說的TCP/IP協(xié)議實際上包含了大量的協(xié)議和應(yīng)用，且由多個獨(dú)力定義的協(xié)議組合在一起，因此，更確切地說，應(yīng)該稱其為TCP/IP協(xié)議集。

TCP/IP協(xié)議的主要特點：開放的協(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)地址分配方案，使得整個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，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。

2.3.2TCP/IP的分層結(jié)構(gòu)

OSI模型與TCP/IP模型的對照TCP/IP體系結(jié)構(gòu)與OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中各層的功能

層的名稱

功能簡述

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，處理路由

網(wǎng)絡(luò)訪問層接收網(wǎng)際層數(shù)據(jù)報，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送；從網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)送交IP層2.3.3TCP/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)是對數(shù)據(jù)包進(jìn)行相應(yīng)的尋址和路由，并從一個網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡(luò)。

(2)網(wǎng)際控制報文協(xié)議(InternetControlMessageProtocol，ICMP)

網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP為IP協(xié)議提供差錯報告。

(3)網(wǎng)際主機(jī)組管理協(xié)議(InternetGroupManagementProtocol，IGMP)IP協(xié)議只是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中點到點的數(shù)據(jù)包傳輸，而點到多點的數(shù)據(jù)包傳輸則要依靠網(wǎng)際主機(jī)組管理協(xié)議IGMP來完成。

(4)地址解析協(xié)議(AddressResolutionProtocol，ARP)和反向地址解析協(xié)議RARP

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各主機(jī)之間要進(jìn)行通信時，必須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)傳輸控制協(xié)議(TransmissionControlProtocol，TCP)

TCP協(xié)議是傳輸層的一種面向連接的通信協(xié)議，它可提供可靠的數(shù)據(jù)傳送。對于大量數(shù)據(jù)的傳輸，通常都要求有可靠的傳送。(2)用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UserDatagramProtocol，UDP)

UDP協(xié)議是一種面向無連接的協(xié)議，因此，它不能提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而且UDP不進(jìn)行差錯檢驗，必須由應(yīng)用層的應(yīng)用程序來實現(xiàn)可靠性機(jī)制和差錯控制，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：實現(xiàn)主機(jī)之間文件的傳送。SMTP：實現(xiàn)主機(jī)之間電子郵件的傳送。DNS：用于實現(xiàn)主機(jī)名與IP地址之間的映射。DHCP：實現(xiàn)對主機(jī)的地址分配和配置工作。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服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。BOOTP：用于無盤主機(jī)或工作站的啟動。SNMP：實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的管理。2.4OSI與TCP/IP參考模型的比較2.4.1共同點采用了協(xié)議分層方法，將龐大且復(fù)雜的問題劃分為若干個較容易處理的范圍較小的問題。各協(xié)議層次的功能大體上相似，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，實現(xiàn)世界上不同廠家生產(chǎn)的計算機(jī)之間的通信。兩者都是計算機(jī)通信的國際性標(biāo)準(zhǔn)，雖然這種標(biāo)準(zhǔn)一個(OSI)原則上是國際通用的，一個(TCP/IP)是當(dāng)前工業(yè)界使用最多的。兩者都能夠提供面向連接和無連接的兩種通信服務(wù)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。2.4.2OSI和TCP/IP的主要差別模型設(shè)計的差別

層數(shù)和層間調(diào)用關(guān)系不同

最初設(shè)計的差別

對可靠性的強(qiáng)調(diào)不同

標(biāo)準(zhǔn)的效率和性能上存在差別

市場應(yīng)用和支持上不同

TCP/IP的主要問題：網(wǎng)絡(luò)接口層并不是實際的一層；各層的功能定義與實現(xiàn)方法沒能區(qū)分開來等。2.4.3一種建議的參考模型

五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層(applicationlayer)運(yùn)輸層(transportlayer)網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)數(shù)據(jù)鏈路層5應(yīng)用層4運(yùn)輸層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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)輸層報文計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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）計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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)鏈路層幀計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)應(yīng)用層(applicationlayer)5432154321物理傳輸媒體計算機(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算機(jī)

2計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(jī)

2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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)層計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(jī)

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運(yùn)輸層計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(jī)

2運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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)程計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(jī)

2我收到了

AP1

發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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鏈路層尾部計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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)計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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)計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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)計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(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)程計算機(jī)

1

向計算機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321計算機(jī)

1AP2AP1計算機(jī)

2我收到