第3章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1第3章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

主要內(nèi)容:3.1

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念3.2

開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI/RM）3.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)3.4OSI和TCP/IP的主要層概述3.5

物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)2本章知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展OSITCP/IP五層網(wǎng)絡(luò)參考模型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層原理網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基本概念3教學(xué)目的和要求掌握網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思想、工作原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)建立一個(gè)整體的概念，從而能從更高的層次來(lái)深刻地理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。教學(xué)要求掌握層次、協(xié)議、接口、服務(wù)、封裝等基本概念理解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次化研究方法了解OSI參考模型和TCP/IP參考模型的層次劃分及各層功能；通過(guò)比較，理解兩個(gè)參考模型的優(yōu)缺點(diǎn)。掌握五層網(wǎng)絡(luò)參考模型4本章重點(diǎn)為什么要分層？分層的優(yōu)點(diǎn)是什么？分層原理？幾個(gè)關(guān)鍵的概念：實(shí)體、協(xié)議、接口、服務(wù)、協(xié)議數(shù)據(jù)單元、封裝信息是如何在端到端之間傳輸?shù)?？協(xié)議的三要素，協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中的重要性五層網(wǎng)絡(luò)參考模型本章難點(diǎn)協(xié)議、層次、接口、服務(wù)的概念“物理”通信vs.“邏輯”通信面向連接服務(wù)vs.無(wú)連接的通信分層的優(yōu)點(diǎn)之一是靈活性好：只要接口不變，低層功能不變，低層功能的實(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。這里給出一個(gè)簡(jiǎn)單例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)優(yōu)點(diǎn)。局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的鏈路層差別很大，但層次結(jié)構(gòu)使得TCP/IP協(xié)議能夠很好地運(yùn)行在局域網(wǎng)鏈路層和廣域網(wǎng)鏈路層之上，而不用做任何改動(dòng)。TCP/IP局域網(wǎng)鏈路層TCP/IP廣域網(wǎng)鏈路層5對(duì)一些重要概念的解讀網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議——通信實(shí)體間“交互”的規(guī)則對(duì)等層通信的概念鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的基本功能五層參考模型63.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念3.1.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)提出的背景

——計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性、異質(zhì)性不同的通信介質(zhì)——有線、無(wú)線、……不同種類的設(shè)備——主機(jī)、路由器、交換機(jī)、復(fù)用設(shè)備、……不同的操作系統(tǒng)——Unix、Windows、……不同的軟/硬件、接口和通信約定（協(xié)議）不同的應(yīng)用環(huán)境——固定、移動(dòng)、……不同種類業(yè)務(wù)——分時(shí)、交互、實(shí)時(shí)、……寶貴的投資和積累——有形、無(wú)形、……用戶業(yè)務(wù)的延續(xù)性——不允許出現(xiàn)大的跌宕起伏7結(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)便于更新與維護(hù)較強(qiáng)的獨(dú)立性和適應(yīng)性對(duì)于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用什么方法能合理地組織網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到：

解決：分而治之！

一個(gè)生活中的例子1：空中旅行的組織8空中旅行的組織一系列的步驟機(jī)票(購(gòu)買)行李(托運(yùn))旅客(出發(fā))飛機(jī)(起飛)飛行航線機(jī)票(投訴)行李(認(rèn)領(lǐng))旅客(到達(dá))飛機(jī)(著陸)飛行航線飛行航線9空中旅行的組織:

從另一種不同的角度觀察層次的觀點(diǎn)：

每層實(shí)現(xiàn)一種特定的服務(wù)通過(guò)自己內(nèi)部的功能依賴自己的下層提供的服務(wù)機(jī)票(購(gòu)買)行李(托運(yùn))旅客(出發(fā))飛機(jī)(起飛)飛行航線機(jī)票(投訴)行李(認(rèn)領(lǐng))旅客(到達(dá))飛機(jī)(著陸)飛行航線飛行航線10分層的空中旅行組織:服務(wù)從出發(fā)地到目的地的航線：導(dǎo)航服務(wù)柜臺(tái)-to-柜臺(tái)：“旅客+行李”

票務(wù)服務(wù)行李托運(yùn)-to-行李認(rèn)領(lǐng)：行李服務(wù)登機(jī)入口-to-到達(dá)出口：旅客乘務(wù)服務(wù)

跑道-to-跑道：飛機(jī)“航運(yùn)”服務(wù)11層次功能的分布式實(shí)現(xiàn)飛機(jī)(起飛)飛機(jī)(著陸)飛行航線起飛機(jī)場(chǎng)到達(dá)機(jī)場(chǎng)中間空中交通樞紐飛行航線飛行航線機(jī)票(購(gòu)買)機(jī)票(投訴)行李(托運(yùn))行李(認(rèn)領(lǐng))旅客(出發(fā))旅客(到達(dá))12一個(gè)生活中的例子2：外交官問(wèn)題1.翻譯A把外交官甲的英語(yǔ)翻譯成荷蘭語(yǔ)，然后交給下一層；2.下一層可通過(guò)秘書用傳真或電話發(fā)送到對(duì)方；3.對(duì)方秘書把收到的信息送給翻譯B；4.翻譯B把內(nèi)容翻譯成漢語(yǔ)，然后上傳給外交官乙。外交官甲會(huì)德語(yǔ)和英語(yǔ)，外交官乙會(huì)漢語(yǔ)和日語(yǔ)；無(wú)共同語(yǔ)言。翻譯A和翻譯B有共同語(yǔ)言荷蘭語(yǔ)；13

外交官的層次結(jié)構(gòu)14一個(gè)生活中的例子3：郵政系統(tǒng)15層次化方法在其它領(lǐng)域的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)把一個(gè)大的程序分解為若干個(gè)層次的小模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，如操作系統(tǒng)。郵政系統(tǒng)郵遞員、郵政分局、郵政總局、郵政運(yùn)輸銀行系統(tǒng)。。。163.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中也采用了分層方法。——把復(fù)雜的問(wèn)題劃分為若干個(gè)較小的、單一的局部問(wèn)題，在不同層上予以解決。網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)方法要解決的問(wèn)題：網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有哪些層次？每一層的功能是什么？（分層與功能）各層之間的關(guān)系是怎樣的？它們?nèi)绾芜M(jìn)行交互？（服務(wù)與接口）通信雙方的數(shù)據(jù)傳輸要遵循哪些規(guī)則？（協(xié)議）17計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，層、協(xié)議和層間接口的集合被稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)：體系結(jié)構(gòu)包括三個(gè)內(nèi)容：分層結(jié)構(gòu)

與每層的功能，服務(wù)與層間接口，協(xié)議。最早的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)源于IBM的SNA；其它的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)還有DEC的DNA等由國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織ISO制定的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是OSI/RM；實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)18層次結(jié)構(gòu)方法的優(yōu)點(diǎn):獨(dú)立性強(qiáng)上層只需了解下層通過(guò)層間接口提供什么服務(wù)。適應(yīng)性強(qiáng)只要服務(wù)和接口不變，每層的實(shí)現(xiàn)方法可任意改變。易于設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和維護(hù)把復(fù)雜的系統(tǒng)分解成若干個(gè)涉及范圍小、功能簡(jiǎn)單的子單元：使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰，實(shí)現(xiàn)、調(diào)試和維護(hù)變得簡(jiǎn)單和容易。使設(shè)計(jì)人員能專心設(shè)計(jì)和開發(fā)所關(guān)心的功能模塊。193.1.3

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層原理相關(guān)的基本概念：實(shí)體：每一層中實(shí)現(xiàn)該層功能的軟件或硬件。（可以是進(jìn)程、硬件設(shè)備，也可能是人）對(duì)等層：兩個(gè)不同系統(tǒng)的同級(jí)層次。對(duì)等實(shí)體：分別位于不同系統(tǒng)對(duì)等層中的兩個(gè)實(shí)體接口：相鄰兩層之間交互的界面，定義相鄰兩層之間的操作及下層對(duì)上層的服務(wù)。服務(wù)：某一層及其以下各層的一種能力，通過(guò)接口提供給其相鄰上層（即提供一組原語(yǔ)操作）。服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)：同一結(jié)點(diǎn)中，相鄰兩層的實(shí)體相互作用的地方。是上下層實(shí)體之間信息交換的接口。（簡(jiǎn)稱SAP）協(xié)議：通信雙方在通信中必須遵守的規(guī)則。20系統(tǒng)A系統(tǒng)B實(shí)體對(duì)等層對(duì)等實(shí)體接口服務(wù)物理網(wǎng)絡(luò)21網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)P3P2P121321物理通信線路3N+1NN-1N+1NN-1Pn-1PnPn+1系統(tǒng)A系統(tǒng)B網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)系統(tǒng)都是按照層次結(jié)構(gòu)來(lái)組織的同一網(wǎng)絡(luò)中，任意兩個(gè)端系統(tǒng)必須具有相同的層次每層使用其下層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)通信只在對(duì)等層間進(jìn)行（間接的、邏輯的、虛擬的），非對(duì)等層之間不能互相“通信”實(shí)際的物理通信只在最底層完成Pn：第n層協(xié)議，即第n層對(duì)等實(shí)體間通信時(shí)必須遵循的規(guī)則或約定22對(duì)等層通信:網(wǎng)絡(luò)中每一層必須依靠下層提供的服務(wù)來(lái)與另一臺(tái)主機(jī)的對(duì)等層通信。上層使用下層提供的服務(wù)——Serviceuser；下層向上層提供服務(wù)——Serviceprovider。第n+1層是第n層的服務(wù)用戶，第n-1層是第n層的服務(wù)提供者第n層的服務(wù)也依賴于第n-1層以及以下各層的服務(wù)例：郵政通信23對(duì)等層通信舉例：兩個(gè)人收發(fā)信件問(wèn)題：收信人與發(fā)信人之間、郵局之間，他們是在直接通信嗎？郵局、運(yùn)輸系統(tǒng)各向誰(shuí)提供什么樣的服務(wù)？郵局、收發(fā)信人各使用誰(shuí)提供的什么服務(wù)？信件內(nèi)容郵件地址貨物地址發(fā)信人郵局運(yùn)輸系統(tǒng)信件內(nèi)容郵件地址貨物地址收信人對(duì)信件內(nèi)容的共識(shí)對(duì)信件如何傳遞的共識(shí)對(duì)貨物如何運(yùn)輸?shù)墓沧R(shí)P3P2P1公路，鐵路，航空郵局運(yùn)輸系統(tǒng)24對(duì)等層通信的實(shí)質(zhì):對(duì)等層實(shí)體之間實(shí)現(xiàn)的是虛擬的邏輯通信；下層向上層提供服務(wù)；上層依賴下層提供的服務(wù)來(lái)與其它主機(jī)上的對(duì)等層通信；實(shí)際通信在最底層完成。

3

2

1

N+1

N

N-1

2

1

3

N+1

N

N-1源進(jìn)程傳送消息到目標(biāo)進(jìn)程的過(guò)程：消息送到源系統(tǒng)的最高層；從最高層開始，自上而下逐層封裝；經(jīng)物理線路傳輸?shù)侥繕?biāo)系統(tǒng)；目標(biāo)系統(tǒng)將收到的信息自下而上逐層處理并拆封；由最高層將消息提交給目標(biāo)進(jìn)程。目標(biāo)進(jìn)程源進(jìn)程P3P2P1物理通信線路Pn-1PnPn+1消息消息邏輯通信26在各層中實(shí)現(xiàn)的主要功能:差錯(cuò)控制使對(duì)等層的通信更加可靠流量控制控制發(fā)送端的速率，使接收端能來(lái)得及接收分段和重裝發(fā)送端將數(shù)據(jù)塊分成更小的單位，并在接收端重新組合復(fù)用和分用多個(gè)高層的對(duì)等層通信會(huì)話復(fù)用一條低層連接建立連接和釋放連接273.1.4

通信協(xié)議人際交流的協(xié)議:人類之間“我有一個(gè)問(wèn)題.”“現(xiàn)在幾點(diǎn)了?”…

說(shuō)明發(fā)送的消息…

說(shuō)明接收到某消息后所應(yīng)采取的行動(dòng)…

說(shuō)明動(dòng)作的次序通信協(xié)議:計(jì)算機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)中所有的通信活動(dòng)都是由協(xié)議所控制協(xié)議：

定義網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文的格式、順序以及當(dāng)傳送和接收消息時(shí)應(yīng)采取的行動(dòng)。（語(yǔ)義、語(yǔ)法和時(shí)序）28人相互交流的協(xié)議和通信協(xié)議之間的對(duì)比HiHiWhat’s

thetime?2:00請(qǐng)求連接傳送文件：xxxxx.xxx<文件>time連接確認(rèn)29通信協(xié)議的三要素:語(yǔ)義對(duì)協(xié)議中各協(xié)議元素的含義的解釋，例如：在HDLC協(xié)議中，標(biāo)志Flag(7EH)表示報(bào)文的開始和結(jié)束語(yǔ)法協(xié)議元素與數(shù)據(jù)的組合格式，即報(bào)文格式。例如：HDLC高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（HighlevelDataLinkControl)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO3309，F(xiàn)CS（幀校驗(yàn)序列）時(shí)序通信過(guò)程中，通信雙方操作的執(zhí)行順序和規(guī)則(也稱同步，即實(shí)體通信實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明

)FlagAddressCtrlDataFCSFlagHDLC30確認(rèn)釋放連接釋放確認(rèn)釋放確認(rèn)連接確認(rèn)數(shù)據(jù)連接請(qǐng)求連接確認(rèn)tt時(shí)序例：釋放連接數(shù)據(jù)傳輸建立連接31網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中：每層可能會(huì)有若干個(gè)協(xié)議一個(gè)協(xié)議只屬于一個(gè)層次協(xié)議可以由軟件或硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)：網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議軟件、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序網(wǎng)絡(luò)硬件常用協(xié)議組：TCP/IP（Windows、Unix、Linux、…）NetBEUI（Windows）IPX/SPX（NetWare、Windows）32協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，對(duì)等層之間交換的信息報(bào)文統(tǒng)稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ProtocolDataUnit，PDU）。傳輸層及以下各層的PDU另外還有各自特定的名稱：傳輸層——段（Segment）網(wǎng)絡(luò)層——分組/包（Packet）數(shù)據(jù)鏈路層——幀（Frame）物理層——比特（Bit）PDU由協(xié)議控制信息（協(xié)議頭）和數(shù)據(jù)（SDU）組成:協(xié)議頭部中含有完成數(shù)據(jù)傳輸所需的控制信息:地址、序號(hào)、長(zhǎng)度、分段標(biāo)志、差錯(cuò)控制信息、…協(xié)議控制信息數(shù)據(jù)（SDU）33下層把上層的PDU作為本層的數(shù)據(jù)加以封裝，然后加入本層的協(xié)議頭部（和尾部）形成本層的PDU。封裝：就是在數(shù)據(jù)前面加上特定的協(xié)議頭部。因此，數(shù)據(jù)在源站自上而下遞交的過(guò)程實(shí)際上就是不斷封裝的過(guò)程。到達(dá)目的地后自下而上遞交的過(guò)程就是不斷拆封的過(guò)程。數(shù)據(jù)協(xié)議頭數(shù)據(jù)N+1層PDUN層PDU34數(shù)據(jù)多層封裝數(shù)據(jù)

段頭數(shù)據(jù)

段頭數(shù)據(jù)分組頭幀頭

段頭數(shù)據(jù)分組頭幀尾封裝段分組幀拆封35

TCP頭應(yīng)用層數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)

TCP頭應(yīng)用層數(shù)據(jù)IP頭幀頭

TCP頭應(yīng)用層數(shù)據(jù)IP頭幀尾實(shí)例：TCP/IP協(xié)議的封裝過(guò)程應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層36在目的站，某一層只能識(shí)別由源站對(duì)等層封裝的“信封”，而對(duì)于被封裝在“信封”內(nèi)部的“數(shù)據(jù)”僅僅是拆封后將其提交給上層，本層不作任何處理。每一層只處理本層的協(xié)議頭部！37

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)總結(jié)：

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(lái)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。383.2.1OSI參考模型的基本概念

（1）在制定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)方面，起著很大作用的兩大國(guó)際組織是：國(guó)際電報(bào)與電話咨詢委員會(huì)（CCITT）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）（2）CCITT與ISO的工作領(lǐng)域不同：CCITT主要是考慮通信標(biāo)準(zhǔn)的制定；ISO主要是考慮信息處理與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。（3）在OSI中的“開放”是指只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以與位于世界上任何地方、同樣遵循同一標(biāo)準(zhǔn)的其它任何系統(tǒng)進(jìn)行通信；3.2開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI/RM）39OSI/RM參考模型的結(jié)構(gòu)分為7層應(yīng)用層Application表示層Presentation會(huì)話層Session傳輸層Transport物理層Physical數(shù)據(jù)鏈路層DataLink網(wǎng)絡(luò)層Network7654321為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供服務(wù)數(shù)據(jù)表示（加密、壓縮等）在用戶間建立會(huì)話關(guān)系不同主機(jī)進(jìn)程間的通信在主機(jī)間傳輸分組在節(jié)點(diǎn)間可靠地傳輸幀位流的傳輸3.3.2OSI/RM參考模型的結(jié)構(gòu)40413.3.3OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程OSI環(huán)境（OSIenvironment）42OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程433.3.4面向連接服務(wù)與無(wú)連接服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中討論的服務(wù)可以分為通信子網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸所提供的服務(wù)，與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為用戶提供的服務(wù)；通信子網(wǎng)的服務(wù)是指通信子網(wǎng)對(duì)主機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃运峁┑谋ＷC機(jī)制；通信服務(wù)可以分為兩大類：

面向連接服務(wù)（connect-orientedservice）

無(wú)連接服務(wù)（connectlessservice）

44（1）面向連接服務(wù)的特點(diǎn)面向連接服務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程必須經(jīng)過(guò)連接建立、連接維護(hù)與釋放連接的三個(gè)過(guò)程；面向連接服務(wù)的在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，各分組可以不攜帶目的結(jié)點(diǎn)的地址；面向連接服務(wù)的傳輸連接類似一個(gè)通信管道，發(fā)送者在一端放入數(shù)據(jù)，接收者從另一端取出數(shù)據(jù)；面向連接數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖瞻l(fā)數(shù)據(jù)順序不變，傳輸可靠性好，但是協(xié)議復(fù)雜，通信效率不高。45（2）無(wú)連接服務(wù)的特點(diǎn)無(wú)連接服務(wù)的每個(gè)分組都攜帶完整的目的結(jié)點(diǎn)地址，各分組在系統(tǒng)中是獨(dú)立傳送的；無(wú)連接服務(wù)中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程不需要經(jīng)過(guò)連接建立、連接維護(hù)與釋放連接的三個(gè)過(guò)程；數(shù)據(jù)分組傳輸過(guò)程中，目的結(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)分組可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失的現(xiàn)象；無(wú)連接服務(wù)的可靠性不好，但是協(xié)議相對(duì)簡(jiǎn)單，通信效率較高。46（3）確認(rèn)和重傳機(jī)制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸话阃ㄟ^(guò)確認(rèn)和重傳機(jī)制保證；確認(rèn)是指數(shù)據(jù)分組的接收結(jié)點(diǎn)在正確地接收到每個(gè)分組后，要求向發(fā)送結(jié)點(diǎn)發(fā)回接收分組的確認(rèn)信息；在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，如果發(fā)送結(jié)點(diǎn)沒(méi)有接收到接收結(jié)點(diǎn)的確認(rèn)信息，就認(rèn)為該數(shù)據(jù)分組發(fā)送失敗，發(fā)送結(jié)點(diǎn)重新發(fā)送該數(shù)據(jù)分組；確認(rèn)和重傳機(jī)制可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，但是它需要制定較為復(fù)雜的確認(rèn)和重傳協(xié)議，并且需要增加網(wǎng)絡(luò)額外的通信負(fù)荷，占用網(wǎng)絡(luò)帶寬。47（4）服務(wù)類型與服務(wù)質(zhì)量通信協(xié)議四種類型面向連接與確認(rèn)服務(wù)；面向連接與不確認(rèn)服務(wù)；無(wú)連接與確認(rèn)服務(wù)；無(wú)連接與不確認(rèn)服務(wù)；

設(shè)計(jì)者可以根據(jù)不同的通信要求，決定選擇不同的服務(wù)類型。

48

OSI模型的缺陷①OSI模型協(xié)議制定的時(shí)機(jī)較晚，OSI協(xié)議出現(xiàn)時(shí)，

TCP/IP協(xié)議已大量應(yīng)用在大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)。人們不會(huì)輕易改動(dòng)協(xié)議。②OSI模型設(shè)計(jì)亦有一定缺陷。首先會(huì)話層對(duì)大多數(shù)應(yīng)用沒(méi)有用，表示層幾乎是空的；而數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層功能太多③OSI模型以及與其相關(guān)的服務(wù)定義和協(xié)議極其復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難且操作效率不高。493.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)3.3.1TCP/IP參考模型的發(fā)展

在TCP/IP協(xié)議研究時(shí)，并沒(méi)有提出參考模型；

1974年Kahn定義了最早的TCP/IP參考模型；

80年代Leiner、Clark等人對(duì)TCP/IP參考模型進(jìn)一步的研究；

TCP/IP協(xié)議一共出現(xiàn)了6個(gè)版本，后3個(gè)版本是版本

4、版本5與版本6；

目前我們使用的是版本4，一般被稱為IPv4

；

IPv6被稱為下一代的IP協(xié)議。50TCP/IP體系結(jié)構(gòu)分為4層：應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層＝數(shù)據(jù)鏈路層＋物理層applicationtransportInternetnetworkinterfacedatalinkphysical注：TCP/IP體系結(jié)構(gòu)有時(shí)也采用5層表示方法，即用數(shù)據(jù)鏈路層和物理層代替網(wǎng)絡(luò)接口層。3.3.2TCP/IP參考模型的結(jié)構(gòu)51

3.3.3TCP/IP協(xié)議綜述

開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn);獨(dú)立于特定的計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(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)，更適用于互連網(wǎng)中；統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有唯一的地址；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)。（1）TCP/IP協(xié)議的特點(diǎn)52TCP/IP不是一個(gè)單個(gè)的協(xié)議，而是由數(shù)十個(gè)具有層次結(jié)構(gòu)的協(xié)議組成的一個(gè)協(xié)議集。TCP和IP是該協(xié)議集中的兩個(gè)最重要的核心協(xié)議。TCP/IP是Internet上的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議集。TCP/IP以“請(qǐng)求注釋”（RFC）文檔發(fā)布：TCP[RFC768],UDP[RFC793]IP[RFC791]DNS[RFC1034,1035],FTP[RFC959,1635]（2）TCP/IP協(xié)議概述RFC(RequestForComments)包含了關(guān)于Internet的幾乎所有重要的文字資料，制定于1969年（當(dāng)時(shí)Internet是ARPANET）。RFC文檔主要涉及計(jì)算處理和計(jì)算機(jī)通信方面的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)議、過(guò)程、程序和理論概念。這種英特網(wǎng)協(xié)議組規(guī)范文檔，由Internet工程任務(wù)組（IETF）及Internet工程指導(dǎo)小組（IESG）共同制定，命名為RFC。53Message（報(bào)文）Segment（段）Packet（分組）Frame（幀）Bit（比特）TCP/IP協(xié)議棧PDU應(yīng)用層HTTP,FTP,SMTP,DNS,Telnet傳輸層TCP,UDP網(wǎng)絡(luò)層IP,ICMP,ARP,RARP網(wǎng)絡(luò)接口（數(shù)據(jù)鏈路層+物理層）PPP,Ethernet,Tokenring,ATM54

TCP/IP的應(yīng)用層應(yīng)用層協(xié)議為文件傳輸、電子郵件、遠(yuǎn)程登錄、網(wǎng)絡(luò)管理、Web瀏覽等應(yīng)用提供了支持。應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層文件傳輸

●FTP、TFTP、NFS電子郵件

●SMTP、POP3WWW應(yīng)用

●HTTP遠(yuǎn)程登錄

●Telnet、rlogin網(wǎng)絡(luò)管理

●SNMP名字管理

●DNS55

TCP/IP的傳輸層傳輸層的主要功能：提供進(jìn)程間可靠的傳輸服務(wù)。傳輸層包括TCP和UDP兩種傳輸協(xié)議：TCP是面向連接的傳輸協(xié)議。在數(shù)據(jù)傳輸之前建立連接：人際交往協(xié)議：Hello,helloback把報(bào)文分解為多個(gè)段進(jìn)行傳輸，在目的站再重新裝配這些段，必要時(shí)重新傳輸沒(méi)有收到或錯(cuò)誤的段。因此它是“可靠”的。UDP是無(wú)連接的傳輸協(xié)議。在數(shù)據(jù)傳輸之前不建立連接；對(duì)發(fā)送的段不進(jìn)行校驗(yàn)和確認(rèn)。因此它是“不可靠”的。應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)際層面向連接的

●TCP無(wú)連接的

●UDP56FTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCPUDP應(yīng)用層傳輸層TCP和UDP都根據(jù)端口(port)號(hào)把信息提交給上層對(duì)應(yīng)的協(xié)議（進(jìn)程）。port57

TCP/IP的網(wǎng)際層主要功能是把數(shù)據(jù)報(bào)通過(guò)最佳路徑送到目的端。網(wǎng)際層的核心協(xié)議——IP，提供了無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸服務(wù)（不保證送達(dá)，不保序）。其它重要協(xié)議：ICMP（InternetControlMessageProtocol）：主要用于傳遞控制消息；ARP（AddressResolutionProtocol）：為已知的IP

地址確定相應(yīng)的MAC地址；RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）：為已知的MAC地址確定相應(yīng)的IP地址。58網(wǎng)際層的四個(gè)主要協(xié)議:應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)際層●IP●ICMP●ARP●RARPTCPUDP617IP傳輸層網(wǎng)際層IP分組中的協(xié)議域確定目的端的上層協(xié)議59應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層7654321OSI/RM應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層TCP/IPPPP,HDLC,FDDI,Ethernet,802.3,802.5等等TCP/IP支持所有標(biāo)準(zhǔn)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議3.4OSI和TCP/IP的主要層概述3.4.1TCP/IP與OSI/RM的對(duì)應(yīng)關(guān)系60一種建議的參考模型

------有的也稱原理體系結(jié)構(gòu)61

一.物理層（physicallayer）

物理層是數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)，通過(guò)建立物理鏈路來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。任務(wù)：在物理媒體(介質(zhì))上正確地、透明地傳送比特流。功能：建立、維護(hù)和拆除物理連接，位流傳輸和管理等。協(xié)議(標(biāo)準(zhǔn))：規(guī)定了物理接口的各種特性：機(jī)械：物理連接器的尺寸、形狀、規(guī)格電氣：信號(hào)電平，信號(hào)的脈沖寬度和頻率，數(shù)據(jù)傳送速率，最大傳輸距離等功能：接口引（線）腳的功能和作用規(guī)程：信號(hào)時(shí)序，應(yīng)答關(guān)系，操作過(guò)程3.4.2OSI/RM和TCP/IP相結(jié)合的5層結(jié)構(gòu)

——原理體系結(jié)構(gòu)：

應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層

62常見(jiàn)的物理層的標(biāo)準(zhǔn)有RS-232C、RS-422、RS-423、RS-449，CCITTX.21等。其中最著名和廣泛采用的是RS-232C。63

1.為什么要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層在原始物理傳輸線路上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)是有差錯(cuò)的；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的：將有差錯(cuò)的物理線路改進(jìn)成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路；方法—

差錯(cuò)檢測(cè)差錯(cuò)控制流量控制作用：改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，屏蔽物理層采用的傳輸技術(shù)的差異性向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的服務(wù)。任務(wù)：在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間可靠地傳輸數(shù)據(jù)，使之對(duì)網(wǎng)絡(luò)層呈現(xiàn)為一條無(wú)錯(cuò)的鏈路。二.數(shù)據(jù)鏈路層（datalinklayer）642.數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念(1)物理線路與數(shù)據(jù)鏈路線路—鏈路物理線路—數(shù)據(jù)鏈路65(2)數(shù)據(jù)鏈路控制

鏈路管理幀同步流量控制差錯(cuò)控制幀的透明傳輸尋址

66如何控制對(duì)共享信道的訪問(wèn)？將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為邏輯鏈路控制(LogicalLinkControl,LLC)和介質(zhì)訪問(wèn)控制(MediaAccessControl,MAC)兩個(gè)子層，由MAC子層解決共享介質(zhì)訪問(wèn)控制問(wèn)題。LAN使用的兩種主要介質(zhì)訪問(wèn)控制方法：CSMA/CDTOKENPASSING(3)共享信道問(wèn)題(LANorWireless)67數(shù)據(jù)鏈路層研究和解決的是相鄰的節(jié)點(diǎn)之間的通信問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)的任務(wù)是在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間透明的，無(wú)差錯(cuò)的，幀信息的傳送。數(shù)據(jù)鏈路層不能解決由多條鏈路組成的通路的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能，就是實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的連接，為傳輸層提供整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)兩個(gè)終端用戶之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?。網(wǎng)絡(luò)層關(guān)心的是通信子網(wǎng)的運(yùn)行與控制，主要解決如何使數(shù)據(jù)分組跨越通信子網(wǎng)從源端傳送到目的端的問(wèn)題，這就需要在通信子網(wǎng)中進(jìn)行路由選擇。三.網(wǎng)絡(luò)層（networklayer，internetlayer）68任務(wù)：選擇合適的路由，把分組從源端傳送到目的端。功能與服務(wù)：在源端與目的端之間建立、維護(hù)、終止網(wǎng)絡(luò)的連接路由選擇和分組中轉(zhuǎn)流量控制和擁塞控制多路復(fù)用：為多個(gè)傳輸層實(shí)體提供網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)分段與組合：大數(shù)據(jù)塊分段，小數(shù)據(jù)塊組合差錯(cuò)檢測(cè)與恢復(fù)流量統(tǒng)計(jì)和記賬IP協(xié)議：提供無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)69路由選擇如何在多條通信路徑中找一條最佳路徑？依據(jù)：速度,距離,價(jià)格,擁塞程度等路由器——路由表建立與維護(hù)靜態(tài)：人工設(shè)置，只適用于小型網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)：運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況自動(dòng)地動(dòng)態(tài)維護(hù)路由算法——建立與維護(hù)路由表的方法距離向量算法：RIP、CGP等鏈路狀態(tài)算法：OSPF等鏈路層的任務(wù)兩節(jié)點(diǎn)間可靠的數(shù)據(jù)傳輸Ethernet,X.25,ATM,…網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)沿兩端點(diǎn)間的最佳路由傳輸數(shù)據(jù)（主機(jī)間的邏輯通信）Ethernet,X.25,ATM,…71傳輸層是第一個(gè)真正用來(lái)完成端到端，也就是主機(jī)到主機(jī)通信的層次。

傳輸層提供的是端到端的透明數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，使高層用戶不必關(guān)心通信子網(wǎng)的工作方式，由此高層軟件便可運(yùn)行于任何通信子網(wǎng)上。傳輸層還要處理端到端的差錯(cuò)控制和流量控制等問(wèn)題。在傳輸層即以上的高層中，數(shù)據(jù)傳送的單位不再另外命名，通稱為報(bào)文。四.傳輸層（transportlayer）72任務(wù)：在源端與目的端之間提供可靠的透明數(shù)據(jù)傳輸，使上層服務(wù)用戶不必關(guān)系通信子網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。傳輸層的特點(diǎn)以上各層：面向應(yīng)用，本層及以下各層：面向傳輸；與網(wǎng)絡(luò)層的部分服務(wù)有重疊交叉，功能取舍取決于網(wǎng)絡(luò)層功能的強(qiáng)弱；只存在于端主機(jī)中；實(shí)現(xiàn)源主機(jī)到目的主機(jī)“端到端”的連接；在這一點(diǎn)上與網(wǎng)絡(luò)層的區(qū)別是什么？網(wǎng)絡(luò)層：為主機(jī)之間提供邏輯傳輸傳輸層：為應(yīng)用進(jìn)程之間提供邏輯傳輸73功能：地址映射：源端進(jìn)程地址映射到網(wǎng)絡(luò)地址，或反之；多路復(fù)用與分割：多個(gè)傳輸連接共用一條網(wǎng)絡(luò)連接；一條傳輸連接使用多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接；進(jìn)行數(shù)據(jù)分段并在目的端重新組裝；傳輸連接的建立與釋放；提供“面向連接”和“無(wú)連接”兩種服務(wù)：TCP/IP協(xié)議：TCP和UDP傳輸差錯(cuò)校驗(yàn)與恢復(fù)；流量控制，防止數(shù)據(jù)傳輸過(guò)載。進(jìn)程地址也叫端口號(hào)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中一個(gè)進(jìn)程標(biāo)識(shí)需要一個(gè)三元組來(lái)表示：協(xié)議、本地地址和本地端口號(hào)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中一個(gè)完整的進(jìn)程通信標(biāo)識(shí)需要一個(gè)五元組來(lái)表示：協(xié)議、本地地址、本地端口號(hào)、遠(yuǎn)程地址，遠(yuǎn)程端口號(hào)。74傳輸層兩種服務(wù)的比較:ConnectionOrientedConnectionless參考模式電話系統(tǒng)郵政系統(tǒng)特點(diǎn)靜態(tài)分配資源；傳輸前需要建立連接動(dòng)態(tài)分配資源可靠性提供可靠的傳輸服務(wù)：無(wú)錯(cuò)、按序、無(wú)丟失/無(wú)重復(fù)不能防止報(bào)文的損壞、失序、丟失和重復(fù)對(duì)目的地址的要求僅在連接階段需要完整的目的地址需要為每一個(gè)報(bào)文提供完整的目的地址適用場(chǎng)合在一段時(shí)間內(nèi)向同一目的地發(fā)送大量報(bào)文;實(shí)時(shí)性要求少量零星報(bào)文分類及示例1.可靠消息流-文件傳輸2.可靠字節(jié)流-遠(yuǎn)程登錄3.不可靠連接-數(shù)字化聲音1.數(shù)據(jù)報(bào)-廣播/組播2.可靠的數(shù)據(jù)報(bào)-掛號(hào)郵件3.請(qǐng)求應(yīng)答-數(shù)據(jù)庫(kù)查詢網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)沿兩端點(diǎn)間的最佳路由傳輸數(shù)據(jù)（主機(jī)間的邏輯通信）Ethernet,X.25,ATM,…傳輸層的任務(wù)……兩端點(diǎn)間可靠的透明數(shù)據(jù)傳輸（應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信）通信子網(wǎng)舉例類比：76任務(wù)：為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)。功能：提供各種不同的應(yīng)用協(xié)議以滿足應(yīng)用進(jìn)程的需求；識(shí)別并證實(shí)目的通信方的可用性；使協(xié)同工作的應(yīng)用進(jìn)程之間進(jìn)行同步；為通信過(guò)程申請(qǐng)資源。應(yīng)用層協(xié)議的例子：OSI:VTP、MHS、FTAM、DS、…TCP/IP:Telnet、SMTP、FTP、DNS、HTTP、…五.應(yīng)用層（applicationlayer）77附：會(huì)話層和表示層的主要功能：◆會(huì)話層的主要功能：會(huì)話層就是用戶和網(wǎng)絡(luò)的接口，這是進(jìn)程到進(jìn)程之間通信的層次。會(huì)話層允許不同機(jī)器上的用戶建立會(huì)話關(guān)系，目的是完成正常的數(shù)據(jù)交換；管理會(huì)話即管理數(shù)據(jù)交換。◆表示層的主要功能：表示層為上層用戶提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)或信息的語(yǔ)法表示方法，即處理在兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式（一般用編碼的方式）；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)等。783.5物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)1.物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展2005年，ITU正式提出了物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的概念。ITU指出：無(wú)所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代即將來(lái)臨，世界上所有物體，都可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行交換。RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)等，將得到更加廣泛的應(yīng)用。792.物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景IBM公司認(rèn)為：IT產(chǎn)業(yè)下一階段的任務(wù)是把