第3章 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

全國高等?？平逃?jì)算機(jī)系列實(shí)用規(guī)劃教材計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用授課人：解瑞云1第3章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議2本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1）了解網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化組織2）理解并識(shí)記網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基本概念3）掌握OSI參考模型及各層的基本功能4）掌握TCP/IP參考模型及各層的基本功能5）理解OSI和TCP/IP參考模型的比較6）理解IPv4標(biāo)準(zhǔn)與IPv6標(biāo)準(zhǔn)的比較33.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化組織

1.標(biāo)準(zhǔn)化組織與機(jī)構(gòu)

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO：OSI參考模型

電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEE：局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3

國際電信聯(lián)盟ITU：V系列建議和X系列建議

電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA：通信和布線標(biāo)準(zhǔn)

美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ANSI：光纖分布式數(shù)據(jù)接口

(FDDI)標(biāo)準(zhǔn)

4ISO(InternationalOrganizationforStandard)

成立于1947年,是世界上最大的國際標(biāo)準(zhǔn)化專門機(jī)構(gòu)，是聯(lián)合國甲級(jí)咨詢機(jī)構(gòu)。它的成員是89個(gè)成員國的國家標(biāo)準(zhǔn)化組織。

美國在ISO中的代表是ANSI:美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(AmericanNationalStandardInstitute,ANSI)

，大家所熟悉的ASCII和C語言的工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，就是由ANSI所制定的。

ISO在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的最突出貢獻(xiàn)就是提出OSI參考模型，該模型是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化組織5IEEE（InstituteofElectricalandElectronicEngineers）

電氣和電子工程師協(xié)會(huì)IEEE是世界上最大的專業(yè)技術(shù)團(tuán)體，由計(jì)算機(jī)和工程學(xué)專業(yè)人士組成。它創(chuàng)辦了許多刊物，定期舉行研討會(huì)，還有一個(gè)專門負(fù)責(zé)制定標(biāo)準(zhǔn)的下屬機(jī)構(gòu)。IEEE在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)界的最大貢獻(xiàn)就是制定了802標(biāo)準(zhǔn)系列，802.3標(biāo)準(zhǔn)將局域網(wǎng)的各種技術(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化組織6

2．RFC文檔和Internet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)3.Internet管理機(jī)構(gòu)

Internet協(xié)會(huì)ISOCInternet體系結(jié)構(gòu)委員會(huì)IAB：下設(shè)IETF和IRTF

Internet網(wǎng)絡(luò)信息中心InterNICWWW聯(lián)盟

3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化組織7RFC文檔

請(qǐng)求評(píng)價(jià)RFC文檔從1969年ARPANET出現(xiàn)時(shí)就開始存在；它們是用于Internet開發(fā)團(tuán)體的最初的技術(shù)文檔系列；任何人都可以提交RFC文檔，但它并不是一定會(huì)成為標(biāo)準(zhǔn)，事實(shí)上很多RFC文檔都沒有實(shí)現(xiàn)；RFC文檔草案對(duì)于從事Internet技術(shù)研究與開發(fā)的技術(shù)人員是獲得技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與動(dòng)態(tài)的重要信息來源；讀者可以很方便地從相關(guān)主機(jī)使用FTP、Web和其他的檢索方式獲取這些文檔。3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化組織83.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)簡介3.2.1協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)的概念協(xié)議原為外交辭令，據(jù)說是為了在國與國之間進(jìn)行順利交流而規(guī)定的約束事項(xiàng)(規(guī)則)。我們平時(shí)進(jìn)行交流時(shí)都要遵循一定的規(guī)則:在法庭，雙方必須按照一定的次序輪流發(fā)言；開車時(shí)，轉(zhuǎn)彎必須打出信號(hào)來通知周圍的車輛；93.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)簡介協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)的概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)議的定義是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)體之間有關(guān)通信規(guī)則約定的集合。協(xié)議有三個(gè)要素，即：（1）語義（Semantics）：控制信息的內(nèi)容，需要做出的動(dòng)作及響應(yīng)。（2）語法（Syntax）：數(shù)據(jù)與控制信息的格式、數(shù)據(jù)編碼等。（3）時(shí)序（Timing）：事件先后順序和速度匹配。10層次（layer）層次是人們對(duì)復(fù)雜問題處理的基本方法；將總體要實(shí)現(xiàn)的很多功能分配在不同層次中；對(duì)每個(gè)層次要完成的服務(wù)及服務(wù)要求都有明確規(guī)定；不同的系統(tǒng)分成相同的層次；不同系統(tǒng)的最低層之間存在著“物理”通信；不同系統(tǒng)的對(duì)等層次之間存在著“虛擬”通信；對(duì)不同系統(tǒng)的對(duì)等層之間的通信有明確的通信規(guī)定；高層使用低層提供的服務(wù)時(shí)，并不需要知道低層服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)方法。

3.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)簡介11接口（interface）接口是同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間交換信息的連接點(diǎn);同一個(gè)結(jié)點(diǎn)的相鄰層之間存在著明確規(guī)定的接口，低層向高層通過接口提供服務(wù);只要接口條件不變、低層功能不變，低層功能的具體實(shí)現(xiàn)方法與技術(shù)的變化不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。3.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)簡介12網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（networkarchitecture）一個(gè)功能完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)需要制定一整套復(fù)雜的協(xié)議集;網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是按層次結(jié)構(gòu)來組織的；網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型與各層協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了精確的定義；體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)是指能夠運(yùn)行的一些硬件和軟件。3.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)簡介13網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層原理：

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用層次化的體系結(jié)構(gòu)，層次的劃分按照層內(nèi)功能內(nèi)聚，層間耦合松散的原則。將功能相近的模塊放置在同一層，使層次間的信息流動(dòng)盡量最小。這種層次結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)越性：（1）各層之間相互獨(dú)立：只享受服務(wù)，不管實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。（2）靈活性好：各層實(shí)現(xiàn)技術(shù)的改變不影響替他層次。（3）易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)：化繁為簡，各層功能相對(duì)簡單。（4）有利于網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化：各層的功能和所提供的服務(wù)有了精確的說明，所以標(biāo)準(zhǔn)化變得較為容易。3.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)簡介14社會(huì)上存在的郵政系統(tǒng)151.OSI參考模型概述

1）OSI參考模型的提出

20世紀(jì)70年代，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的要求，成立了SC16委員會(huì)，在研究、吸取了各計(jì)算機(jī)廠商網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制定了開放系統(tǒng)互聯(lián)（OpenSystemsInterconnectionOSI）參考模型，從而形成了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的國際標(biāo)準(zhǔn)。

OSI參考模型是一個(gè)概念性的框架，并非指一個(gè)現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)。3.3OSI參考模型162）OSI參考模型的結(jié)構(gòu)

OSI參考模型從低到高順序的7層為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。按照OSI參考模型，網(wǎng)絡(luò)中各結(jié)點(diǎn)都有相同的層次；不同結(jié)點(diǎn)的同等層具有相同的功能；同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層通過接口進(jìn)行通信；不同結(jié)點(diǎn)的同等層通過協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信。

3.3OSI參考模型17ISO將整個(gè)通信功能劃分為七個(gè)層次，劃分層次的主要原則是：⑴網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)都有相同的層次。⑵不同節(jié)點(diǎn)的同等層具有相同的功能。⑶一個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間通過接口通信。⑷每一層可以使用下一層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)。⑸不同節(jié)點(diǎn)的同等層通過協(xié)議來實(shí)現(xiàn)對(duì)等層之間的通信。3.3OSI參考模型18協(xié)議說明OSI標(biāo)準(zhǔn)中的各種協(xié)議明確地定義了：應(yīng)該發(fā)送什么樣的控制信息；如何解釋這個(gè)控制信息。協(xié)議的規(guī)程說明具有最嚴(yán)格的約束。

3.3OSI參考模型19OSI參考模型只是描述了一些概念，用來協(xié)調(diào)進(jìn)程間通信標(biāo)準(zhǔn)的制定；在OSI的范圍內(nèi)，只有各種的協(xié)議是可以被實(shí)現(xiàn)的，而各種產(chǎn)品只有和OSI的協(xié)議相一致時(shí)才能互連；OSI參考模型并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而是一個(gè)在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所使用的概念性的框架。

3.3OSI參考模型20OSI參考模型各層的功能

物理層的主要功能：利用傳輸介質(zhì)為通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間建立、管理和釋放物理連接；實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；物理層的數(shù)據(jù)傳輸單元是比特。3.3OSI參考模型21數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能：在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)鏈路層在通信的實(shí)體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接；傳輸以“幀”為單位的數(shù)據(jù)包；采用差錯(cuò)控制與流量控制方法，使有差錯(cuò)的物理線路變成無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。3.3OSI參考模型22網(wǎng)絡(luò)層的主要功能：通過路由選擇算法為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂剑皇怯?jì)算機(jī)通信體系結(jié)構(gòu)中最核心的一層。為數(shù)據(jù)在結(jié)點(diǎn)之間傳輸創(chuàng)建邏輯鏈路；傳輸包。實(shí)現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互連等功能。傳輸層的主要功能：向用戶提供可靠端到端（end-to-end）服務(wù)；處理數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)包次序，以及其他一些關(guān)鍵傳輸問題；傳輸段。傳輸層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，是計(jì)算機(jī)通信體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的一層。3.3OSI參考模型23會(huì)話層的主要功能：負(fù)責(zé)維護(hù)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的傳輸鏈接，以便確保點(diǎn)到點(diǎn)傳輸不中斷；管理數(shù)據(jù)交換。表示層的主要功能：用于處理在兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式；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)。3.3OSI參考模型24應(yīng)用層的主要功能:為應(yīng)用程序提供了網(wǎng)絡(luò)服務(wù);應(yīng)用層需要識(shí)別并保證通信對(duì)方的可用性，使得協(xié)同工作的應(yīng)用程序之間的同步;建立傳輸錯(cuò)誤糾正與保證數(shù)據(jù)完整性的控制機(jī)制。3.3OSI參考模型25OSI參考模型應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)表示

主機(jī)間通信端到端的連接路徑選擇及邏輯尋址幀和介質(zhì)訪問控制信號(hào)和介質(zhì)關(guān)鍵詞3.3OSI參考模型26OSI參考模型應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層較高層：與應(yīng)用有關(guān)較低層：與數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)3.3OSI參考模型27應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層PDU協(xié)議數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)幀比特3.3OSI參考模型282.OSI環(huán)境中數(shù)據(jù)的傳輸

1）OSI環(huán)境在研究OSI參考模型時(shí)，我們首先要清楚它所描述的范圍，這個(gè)范圍就是OSI環(huán)境。一般來說，物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的大部分功能可以用硬件來實(shí)現(xiàn)，而高層基本上是通過軟件方式來實(shí)現(xiàn)的。

2）接口和服務(wù)對(duì)等層協(xié)議之間交換的信息叫做協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU),PDU加上協(xié)議控制信息（PCI）組成服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）,相鄰層傳遞的是服務(wù)數(shù)據(jù)單元信息。相鄰層通過服務(wù)訪問點(diǎn)（SAP)來提供服務(wù)，它是一個(gè)邏輯接口。3.3OSI參考模型29

3）數(shù)據(jù)的封裝與解封當(dāng)數(shù)據(jù)需要通過網(wǎng)絡(luò)從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，必須在數(shù)據(jù)的頭部（和尾部）加入特定的協(xié)議頭（和協(xié)議尾）。這種增加數(shù)據(jù)頭部（和尾部）的過程叫做數(shù)據(jù)的封裝。同樣，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)接收方時(shí)，接收方要識(shí)別和提取協(xié)議信息，這個(gè)過程叫做數(shù)據(jù)的解封。網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的封裝與解封過程和生活中信件的發(fā)送接收過程十分相似。3.3OSI參考模型30網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的封裝與解封3.3OSI參考模型31生活中信件的封裝、傳遞與解封3.3OSI參考模型32

4）完整的OSI數(shù)據(jù)流動(dòng)過程段分組幀比特3.3OSI參考模型33分層的好處：使網(wǎng)絡(luò)變得更簡單將網(wǎng)絡(luò)部件標(biāo)準(zhǔn)化有利于模塊化設(shè)計(jì)保證不同類型部件的互操作性加快了技術(shù)發(fā)展的速度簡化了教育和學(xué)習(xí)3.3OSI參考模型343.物理層

1）物理層的基本概念在物理信道實(shí)體之間合理的通過中間系統(tǒng)，為比特傳輸所需的物理連接的建立、保持和釋放提供機(jī)械的、電氣的、功能特性和規(guī)程特性的手段。物理層為數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸創(chuàng)造環(huán)境，但不負(fù)責(zé)傳輸?shù)臋z錯(cuò)和糾錯(cuò)任務(wù)。物理層協(xié)議規(guī)定了為此目的進(jìn)行建立、維持和拆除物理信道的有關(guān)功能和特性。

注意：物理層不是指連接計(jì)算機(jī)的具體的物理設(shè)備或傳輸介質(zhì)。

2）物理層的功能（1）物理連接的建立和拆除（2）物理層數(shù)據(jù)的傳輸3.3OSI參考模型35

3）物理層的特性（1）機(jī)械特性：規(guī)定了接口所用接線器的形狀和尺寸，接口引腳的個(gè)數(shù)、功能和排列，固定裝置等等。

（2）電氣特性：主要規(guī)定了每種信號(hào)的電平、信號(hào)的脈沖寬度、允許的數(shù)據(jù)傳輸速率和最大傳輸距離等。

（3）功能特性：規(guī)定了接口電路各個(gè)引腳的功能和作用。

（4）規(guī)程特性：反映了利用接口進(jìn)行傳輸比特流的全過程及事件發(fā)生的可能順序，它涉及到信號(hào)的傳輸方式，主要規(guī)定的是接口電路信號(hào)發(fā)出的時(shí)序、應(yīng)答關(guān)系和操作過程。

3.3OSI參考模型36

4）物理層的標(biāo)準(zhǔn)

DTE（Dataterminalequipment）數(shù)據(jù)終端設(shè)備：處理用戶數(shù)據(jù)的設(shè)備，它發(fā)出的信號(hào)往往不能直接送到傳輸介質(zhì)上，要借助于DCE設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。典型的DTE設(shè)備有計(jì)算機(jī)。

DCE（Datacircuitterminatingequipment）數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備：將DTE設(shè)備發(fā)出的信號(hào)變?yōu)檫m合在介質(zhì)上傳輸?shù)男问?。典型的DCE設(shè)備是調(diào)制解調(diào)器。我們需要對(duì)DTE和DCE接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，這種接口的標(biāo)準(zhǔn)就是物理層協(xié)議。（1）EIA-232-E接口標(biāo)準(zhǔn)（2）CCITT的DTE/DCE接口標(biāo)準(zhǔn)

3.3OSI參考模型374.數(shù)據(jù)鏈路層

1）數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念將實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的軟硬件加到物理鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。因此，數(shù)據(jù)鏈路是一個(gè)邏輯鏈路。

2）數(shù)據(jù)鏈路層的功能

數(shù)據(jù)鏈路層的功能就是實(shí)現(xiàn)實(shí)體間信息的正確傳輸，通過進(jìn)行必要的同步控制、差錯(cuò)控制、流量控制，為網(wǎng)絡(luò)層提供可靠的、無錯(cuò)的數(shù)據(jù)信息。

（1）鏈路管理：指的是對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層連接的建立、維持和釋放。

3.3OSI參考模型38

（2）幀同步：接收方應(yīng)當(dāng)從收到的比特流中準(zhǔn)確的區(qū)分出一幀的開始和結(jié)束。

（3）流量控制:控制發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率,避免超過接收方接受能力。

（4）差錯(cuò)控制：常用的差錯(cuò)控制方法有前向糾錯(cuò)、檢錯(cuò)重發(fā)，并利用計(jì)時(shí)器等控制技術(shù)。

（5）透明傳輸：無論傳輸數(shù)據(jù)是由什么樣的比特組合起來的，都能在數(shù)據(jù)鏈路上傳送，這就是透明傳輸。

（6）尋址：基于幀的目標(biāo)MAC地址，有別于網(wǎng)絡(luò)層基于數(shù)據(jù)包的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址。

3.3OSI參考模型39

3）數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議

面向字符的通信控制規(guī)程：以字符為傳輸信息的基本單位，通過控制字符來控制信息傳輸，控制字符要避免與用戶信息混淆，在早期的通信中應(yīng)用較廣泛。

典型的協(xié)議有IBM公司的BSC協(xié)議。

面向比特的通信控制規(guī)程：數(shù)據(jù)和控制信息獨(dú)立，統(tǒng)一以幀為傳輸單位，傳輸效率高，可靠性強(qiáng)。典型的協(xié)議有高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC)協(xié)議。

3.3OSI參考模型405.網(wǎng)絡(luò)層

1）網(wǎng)絡(luò)層的功能網(wǎng)絡(luò)層是通信子網(wǎng)的最高層，它的主要用途是實(shí)現(xiàn)通信子網(wǎng)內(nèi)源結(jié)點(diǎn)和目標(biāo)結(jié)點(diǎn)之間網(wǎng)絡(luò)連接的建立、維持和終止，并傳送分組。網(wǎng)絡(luò)層是體系結(jié)構(gòu)中的核心層次。

2）網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)及典型協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)有兩種類型：面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和面向無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。面向連接的服務(wù)和電話系統(tǒng)的工作模式相似，典型的服務(wù)是虛電路，采用虛電路服務(wù)的典型三層協(xié)議是X.25協(xié)議。面向無連接的服務(wù)和郵政系統(tǒng)中信件的投遞過程相似，典型的服務(wù)是數(shù)據(jù)報(bào)，采用數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的典型三層協(xié)議是IP協(xié)議。

+3.3OSI參考模型41

3）路由選擇

路由選擇就是根據(jù)一定的原則和算法，在傳輸路徑上找出一條通往目的結(jié)點(diǎn)的最佳路徑。路由選擇是網(wǎng)絡(luò)層最主要的功能，路由選擇協(xié)議的核心是路由選擇算法。路由選擇算法必須滿足如下要求：正確性、簡單性、健壯性、穩(wěn)定性、公平性和最優(yōu)化。路由選擇算法大致上可分為兩類：靜態(tài)路由選擇算法和動(dòng)態(tài)路由選擇算法。（詳細(xì)內(nèi)容見第7章）

3.3OSI參考模型426.傳輸層

1）端對(duì)端通信的概念傳輸層是為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中主機(jī)的應(yīng)用層應(yīng)用進(jìn)程提供端到端進(jìn)程通信服務(wù)的，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層組成的通信子網(wǎng)則只提供主機(jī)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，如源主機(jī)－路由器、路由器－路由器、路由器－目的主機(jī)，不會(huì)涉及到程序或應(yīng)用進(jìn)程的概念。3.3OSI參考模型433.3OSI參考模型44

2）傳輸層的功能

傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層的接口既是層次間的接口，也是通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的接口，所以，傳輸層是體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵層次。傳輸層反映并擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)功能，屏蔽掉了各類通信子網(wǎng)的差異，向用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的接口。在網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)上，完成端對(duì)端數(shù)據(jù)的可靠性傳輸。3.3OSI參考模型

3）傳輸層的協(xié)議在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)質(zhì)量簡稱QoS。它反映了傳輸質(zhì)量及服務(wù)的可用性，它是用于衡量傳輸層性能的。服務(wù)質(zhì)量主要包括：連接建立延遲、連接建立失敗概率、吞吐量、傳輸延遲、殘留差錯(cuò)率、安全保護(hù)。

457.會(huì)話層

1）會(huì)話層的概念在OSI環(huán)境中，一次會(huì)話就是兩個(gè)用戶進(jìn)程之間為完成一次通信而建立的會(huì)話連接。應(yīng)用進(jìn)程之間為完成某項(xiàng)處理任務(wù)而需進(jìn)行一系列內(nèi)容相關(guān)的信息交換，會(huì)話層就是為有序的、方便地控制這種信息交換提供控制機(jī)制。

2）會(huì)話層的功能會(huì)話層位于傳輸層和表示層之間，其基本功能是在傳輸層提供服務(wù)的基礎(chǔ)上再為表示層提供服務(wù)。包括會(huì)話方式、會(huì)話協(xié)調(diào)、會(huì)話同步等內(nèi)容。

3.3OSI參考模型46

3）會(huì)話層提供的服務(wù)

會(huì)話層提供的服務(wù)主要是會(huì)話連接的管理和會(huì)話數(shù)據(jù)交換兩個(gè)方面。會(huì)話連接管理服務(wù)使得一個(gè)應(yīng)用層的進(jìn)程在一個(gè)完整的活動(dòng)中，通過表示層提供的服務(wù)，建立和維持一條暢通的通信信道。數(shù)據(jù)交換服務(wù)為兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程提供在信道上交換會(huì)話單元的手段。會(huì)話單元是一次活動(dòng)中數(shù)據(jù)的基本交換單位。3.3OSI參考模型478.表示層

1）表示層的概念表示層是OSI的第6層，它的目的是處理有關(guān)被傳送數(shù)據(jù)的表示問題。

2）表示層的功能（1）數(shù)據(jù)語法轉(zhuǎn)換（2）數(shù)據(jù)語法的表示（3）連接管理（4）數(shù)據(jù)壓縮（5）數(shù)據(jù)加密（6）數(shù)據(jù)編碼3.3OSI參考模型489.應(yīng)用層

1）應(yīng)用層的概念

應(yīng)用層是OSI參考模型的最高層，它直接與用戶和應(yīng)用程序打交道，為用戶使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供了接口。應(yīng)用層是直接為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)的。但是需要注意，應(yīng)用層并不等同于一個(gè)應(yīng)用程序。

3.3OSI參考模型492）應(yīng)用層的協(xié)議（1）虛擬終端協(xié)議（VTP）：虛擬終端協(xié)議就是在對(duì)等實(shí)體之間實(shí)施的一套通信約定，其目的就是把實(shí)際終端的特性變成標(biāo)準(zhǔn)的形式，即網(wǎng)絡(luò)虛擬終端的形式。（2）文件傳輸協(xié)議（FTP）和簡單文件傳輸協(xié)議（TFTP）：FTP是用于文件傳輸?shù)腎nternet標(biāo)準(zhǔn)，它支持文本文件和面向二進(jìn)制流的文件結(jié)構(gòu)，適合于遠(yuǎn)距離、可靠性較差線路上的文件傳輸。TFTP通常用于比較穩(wěn)定、可靠的局域網(wǎng)內(nèi)部，進(jìn)行文件傳輸。（3）其他常用應(yīng)用層協(xié)議：簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP、Telnet、HTTP、WWW、DNS。3.3OSI參考模型501.TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的層次劃分

1）TCP/IP的產(chǎn)生和發(fā)展

TCP/IP協(xié)議不是某一標(biāo)準(zhǔn)化組織提出的正式標(biāo)準(zhǔn)，但已經(jīng)被公認(rèn)為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

TCP/IP協(xié)議從發(fā)展到現(xiàn)在，一共出現(xiàn)了6個(gè)版本，目前我們使用的主要是版本4，它的網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議一般記作Ipv4。版本5是基于OSI模型提出的，由于層次變化大，代價(jià)高，只是處于建議階段，并未形成標(biāo)準(zhǔn)。版本6我們稱為下一代的IP協(xié)議，記作IPv6。

3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)51

2）TCP/IP的特點(diǎn)（1）開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：可以免費(fèi)使用，并且獨(dú)立與特定的計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)。（2）統(tǒng)一分配網(wǎng)絡(luò)地址：使整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中具有唯一的IP地址。（3）適應(yīng)性強(qiáng)：可同時(shí)適用于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)中。（4）標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議：可為用戶提供多種可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)52

3）TCP/IP參考模型的層次劃分

TCP/IP體系結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)劃分為應(yīng)用層、傳輸層、互連層、和網(wǎng)絡(luò)接口層四層。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)53TCP/IP體系結(jié)構(gòu)與OSI參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)542.TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中各層的功能

1）網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層是最低層，它負(fù)責(zé)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報(bào)。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)并未對(duì)網(wǎng)絡(luò)接口層使用的協(xié)議做硬性的規(guī)定，它允許主機(jī)連入網(wǎng)絡(luò)時(shí)使用多種現(xiàn)成的與流行的協(xié)議，例如局域網(wǎng)協(xié)議或其他一些協(xié)議。

2）互連層互連層是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的第二層，它實(shí)現(xiàn)的功能相當(dāng)于OSI參考模型網(wǎng)絡(luò)層的無連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)?；ヂ?lián)層負(fù)責(zé)把源主機(jī)的數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到目的主機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)傳輸。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)55互連層的主要功能包括：（1）處理來自傳輸層的分組發(fā)送請(qǐng)求。在收到請(qǐng)求后，將分組裝入IP數(shù)據(jù)報(bào)，填充報(bào)頭，選擇路徑，然后將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口。（2）處理接收的數(shù)據(jù)報(bào)。在收到其他主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)后，檢查目的地址，需要轉(zhuǎn)發(fā)則選擇路徑轉(zhuǎn)發(fā)出去；如目的地址為本結(jié)點(diǎn)IP地址，則除去報(bào)頭送交傳輸層處理。（3）處理互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，路徑、流量控制、擁塞控制等問題。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)56

3）傳輸層傳輸層是TCP/IP參考模型的第三層，在互聯(lián)層之上，主要處理應(yīng)用進(jìn)程之間的端到端的通信。這和OSI參考模型中的傳輸層的功能是相似的。

4）應(yīng)用層

TCP/IP參考模型省略了會(huì)話層和表示層，應(yīng)用層位于傳輸層之上，是其最高層，它通過使用傳輸層所提供的服務(wù)，直接向用戶（用戶的應(yīng)用程序）提供服務(wù)。它包括了所有的高層協(xié)議，并不斷有新的協(xié)議加入，基于這些協(xié)議，應(yīng)用層向用戶提供眾多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)573.TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中的協(xié)議棧

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)層次的協(xié)議形成了一種從上到下的依賴關(guān)系。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，從上至下相互依賴的各種協(xié)議就形成了網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議棧。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)58TCP/IP參考模型TCP/IP協(xié)議棧3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)59OSI和TCP/IP的比較：1.共同點(diǎn)層次化的結(jié)構(gòu)。2.OSI的主要問題定義復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難，有些功能在每一層重復(fù)出現(xiàn)，效率低下。3.TCP/IP的主要問題網(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)方法沒能區(qū)分開來等。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)60對(duì)OSI參考模型的評(píng)價(jià)層次數(shù)量與內(nèi)容選擇不是很好，會(huì)話層很少用到，表示層幾乎是空的，數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層有很多的子層插入；尋址、流控與差錯(cuò)控制在每一層里都重復(fù)出現(xiàn)，降低系統(tǒng)效率；數(shù)據(jù)安全性、加密與網(wǎng)絡(luò)管理在參考模型的設(shè)計(jì)初期被忽略了；參考模型的設(shè)計(jì)更多是被通信的思想所支配，不適合于計(jì)算機(jī)與軟件的工作方式；嚴(yán)格按照層次模型編程的軟件效率很低。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)61對(duì)TCP/IP參考模型評(píng)價(jià)在服務(wù)、接口與協(xié)議的區(qū)別上不很清楚，一個(gè)好的軟件工程應(yīng)該將功能與實(shí)現(xiàn)方法區(qū)分開，參考模型不適合于其他非TCP/IP協(xié)議族；TCP/IP參考模型的主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層本身并不是實(shí)際的一層；物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的劃分是必要和合理的，而TCP/IP參考模型卻沒有做到這點(diǎn)。

3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)62一種建議的參考模型

3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)634.IPv4標(biāo)準(zhǔn)概述

1）IP協(xié)議的特點(diǎn)（1）IP協(xié)議是一種不可靠的、面向無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳送服務(wù)的協(xié)議。

（2）IP協(xié)議向傳輸層隱藏了低層物理網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)。（3）IP協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)信息的跨網(wǎng)傳輸。

（4）IP協(xié)議使用統(tǒng)一的、全局的地址描述法。

3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)64

2）IP數(shù)據(jù)報(bào)格式

IP數(shù)據(jù)報(bào)是IP協(xié)議使用的數(shù)據(jù)單元，互聯(lián)層數(shù)據(jù)信息和控制信息的傳遞都需要通過IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行。

IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式可分為報(bào)頭區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)兩大部分，如下頁圖所示。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)653.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)版本(4bit)頭部長度(4bit)服務(wù)類型(8bit)總長度(16bit)標(biāo)識(shí)(16bit)標(biāo)志(3bit)片偏移(13bit)生存時(shí)間(8bit)協(xié)議(8bit)頭部校驗(yàn)和(16bit)源地址(32bit)目的地址(32bit)

選項(xiàng)數(shù)據(jù)區(qū)IPv4數(shù)據(jù)報(bào)格式66IP數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭中各字段的主要功能：（1）版本和協(xié)議版本表示該數(shù)據(jù)報(bào)對(duì)應(yīng)的IP協(xié)議的版本號(hào)，目前是IPv4。協(xié)議指的是使用此數(shù)據(jù)報(bào)的高層協(xié)議類型，如TCP或UDP等。（2）長度報(bào)頭長度：報(bào)頭區(qū)的長度（以32bit為單位），總長度：整個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的長度（以8bit為單位）。（3）服務(wù)類型用于規(guī)定轉(zhuǎn)發(fā)過程中對(duì)該數(shù)據(jù)報(bào)的處理方式。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)67（4）生存時(shí)間

IP數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中的生存時(shí)間。（5）頭部校驗(yàn)和頭部校驗(yàn)和字段用來保證IP數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭的完整性。（6）地址地址字段包括源地址和目的地址，表示發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)的主機(jī)和接收數(shù)據(jù)報(bào)的主機(jī)的地址。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)68（7）標(biāo)識(shí)、標(biāo)志和片偏移這3個(gè)字段和數(shù)據(jù)報(bào)的分片重組有關(guān)，我們?cè)诤竺鎲为?dú)介紹。（8）選項(xiàng)選項(xiàng)字段主要用于控制和測試兩個(gè)目的，用戶可以根據(jù)需要來選擇是否使用該字段。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)693）IP數(shù)據(jù)報(bào)的分片和重組（1）最大傳輸單元MTU和IP數(shù)據(jù)報(bào)的分片

MTU：網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的一個(gè)幀最多能夠攜帶的數(shù)據(jù)量。

IP數(shù)據(jù)報(bào)的長度只有小于或等于網(wǎng)絡(luò)的MTU，才能在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸。與路由器連接的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的MTU可能不同，若數(shù)據(jù)報(bào)來自一個(gè)MTU值較大的局域網(wǎng)，要發(fā)往一個(gè)MTU值較小的局域網(wǎng)，我們就必須把它分成多個(gè)較小的部分，使它們小于局域網(wǎng)的MTU值繼續(xù)傳送，這個(gè)過程就叫做數(shù)據(jù)報(bào)的分片。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)70（2）分片重組數(shù)據(jù)報(bào)分片像正常的IP數(shù)據(jù)報(bào)一樣經(jīng)過獨(dú)立的路由選擇處理，最終到達(dá)目的主機(jī)。IP協(xié)議規(guī)定，目的主機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)分片進(jìn)行重組。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)71（3）分片控制①標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)是源主機(jī)賦予IP數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識(shí)符，是分片識(shí)別的標(biāo)記，分片時(shí)該字段需不加修改的復(fù)制到各分片的報(bào)頭中。②標(biāo)志該字段由3個(gè)標(biāo)志位組成。用來表示該數(shù)據(jù)報(bào)能否被分片，若已被分片，則該分片是否是最后一個(gè)分片。③片偏移指出本片數(shù)據(jù)在初始IP數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)區(qū)的相對(duì)位置，偏移量以8B為單位。3.4TCP/IP體系結(jié)構(gòu)725.IPv6標(biāo)準(zhǔn)概述

1）IPv4的局限性隨著Internet規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，IPv4暴露出它的不足和局限性：地址數(shù)量的不足；報(bào)頭復(fù)雜，不易擴(kuò)充；缺少安全與保密方法等，其中最主要的問題是32位的IP地址不夠用。要解決IP地址枯竭的問題，可以有三方面的措施：采用無分類編址CIDR，使IP地址的分配更加合理；采用網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)化NAT技術(shù)，節(jié)省IP地址的使