第3章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1第3章計算機(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，對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計思想、工作原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)建立一個整體的概念，從而能從更高的層次來深刻地理解計算機(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；通過比較，理解兩個參考模型的優(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)的變化不會影響整個系統(tǒng)的工作。這里給出一個簡單例子來說明這個優(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。TCP/IP局域網(wǎng)鏈路層TCP/IP廣域網(wǎng)鏈路層5對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、……不同種類業(yè)務(wù)——分時、交互、實(shí)時、……寶貴的投資和積累——有形、無形、……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)清晰簡化設(shè)計與實(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-to-柜臺：“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)場到達(dá)機(jī)場中間空中交通樞紐飛行航線飛行航線機(jī)票(購買)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))12一個生活中的例子2：外交官問題1.翻譯A把外交官甲的英語翻譯成荷蘭語，然后交給下一層；2.下一層可通過秘書用傳真或電話發(fā)送到對方；3.對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，然后上傳給外交官乙。外交官甲會德語和英語，外交官乙會漢語和日語；無共同語言。翻譯A和翻譯B有共同語言荷蘭語；13

外交官的層次結(jié)構(gòu)14一個生活中的例子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)計把一個大的程序分解為若干個層次的小模塊來實(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計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中也采用了分層方法?！褟?fù)雜的問題劃分為若干個較小的、單一的局部問題，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計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，層、協(xié)議和層間接口的集合被稱為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。換句話說：體系結(jié)構(gòu)包括三個內(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等由國際化標(biāo)準(zhǔn)組織ISO制定的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)國際標(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、實(shí)現(xiàn)和維護(hù)把復(fù)雜的系統(tǒng)分解成若干個涉及范圍小、功能簡單的子單元：使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰，實(shí)現(xiàn)、調(diào)試和維護(hù)變得簡單和容易。使設(shè)計人員能專心設(shè)計和開發(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）對等層：兩個不同系統(tǒng)的同級層次。對等實(shí)體：分別位于不同系統(tǒng)對等層中的兩個實(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，通過接口提供給其相鄰上層（即提供一組原語操作）。服務(wù)訪問點(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)體對等層對等實(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)中的任何一個系統(tǒng)都是按照層次結(jié)構(gòu)來組織的同一網(wǎng)絡(luò)中，任意兩個端系統(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)通信只在對等層間進(jìn)行（間接的、邏輯的、虛擬的），非對等層之間不能互相“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層對等實(shí)體間通信時必須遵循的規(guī)則或約定22對等層通信:網(wǎng)絡(luò)中每一層必須依靠下層提供的服務(wù)來與另一臺主機(jī)的對等層通信。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對等層通信舉例：兩個人收發(fā)信件問題：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)各向誰提供什么樣的服務(wù)？郵局、收發(fā)信人各使用誰提供的什么服務(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信件內(nèi)容的共識對信件如何傳遞的共識對貨物如何運(yùn)輸?shù)墓沧RP3P2P1公路，鐵路，航空郵局運(yùn)輸系統(tǒng)24對等層通信的實(shí)質(zhì):對等層實(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)來與其它主機(jī)上的對等層通信；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:差錯控制使對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)用和分用多個高層的對等層通信會話復(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“我有一個問題.”“現(xiàn)在幾點(diǎn)了?”…

說明發(fā)送的消息…

說明接收到某消息后所應(yīng)采取的行動…

說明動作的次序通信協(xié)議:計算機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)中所有的通信活動都是由協(xié)議所控制協(xié)議：

定義網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間發(fā)送和接收報文的格式、順序以及當(dāng)傳送和接收消息時應(yīng)采取的行動。（語義、語法和時序）28人相互交流的協(xié)議和通信協(xié)議之間的對比HiHiWhat’s

thetime?2:00請求連接傳送文件：xxxxx.xxx<文件>time連接確認(rèn)29通信協(xié)議的三要素:語義對協(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)表示報文的開始和結(jié)束語法協(xié)議元素與數(shù)據(jù)的組合格式，即報文格式。例如：HDLC高級數(shù)據(jù)鏈路控制（HighlevelDataLinkControl)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO3309，F(xiàn)CS（幀校驗(yàn)序列）時序通信過程中，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)連接請求連接確認(rèn)tt時序例：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：每層可能會有若干個協(xié)議一個協(xié)議只屬于一個層次協(xié)議可以由軟件或硬件來實(shí)現(xiàn)：網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議軟件、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序網(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，對等層之間交換的信息報文統(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、長度、分段標(biāo)志、差錯控制信息、…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程實(shí)際上就是不斷封裝的過程。到達(dá)目的地后自下而上遞交的過程就是不斷拆封的過程。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，某一層只能識別由源站對等層封裝的“信封”，而對于被封裝在“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

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

一個功能完備的計算機(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)對計算機(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）在制定計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)方面，起著很大作用的兩大國際組織是：國際電報與電話咨詢委員會（CCITT）國際標(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)傳輸過程OSI環(huán)境（OSIenvironment）42OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程433.3.4面向連接服務(wù)與無連接服務(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)對網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸所提供的服務(wù)，與整個網(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)傳輸過程必須經(jīng)過連接建立、連接維護(hù)與釋放連接的三個過程；面向連接服務(wù)的在數(shù)據(jù)傳輸過程中，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）無連接服務(wù)的特點(diǎn)無連接服務(wù)的每個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；無連接服務(wù)中的數(shù)據(jù)傳輸過程不需要經(jīng)過連接建立、連接維護(hù)與釋放連接的三個過程；數(shù)據(jù)分組傳輸過程中，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；無連接服務(wù)的可靠性不好，但是協(xié)議相對簡單，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^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)定的時間內(nèi)，如果發(fā)送結(jié)點(diǎn)沒有接收到接收結(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)；無連接與確認(rèn)服務(wù)；無連接與不確認(rèn)服務(wù)；

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

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

TCP/IP協(xié)議已大量應(yīng)用在大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)。人們不會輕易改動協(xié)議。②OSI模型設(shè)計亦有一定缺陷。首先會話層對大多數(shù)應(yīng)用沒有用，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，并沒有提出參考模型；

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個版本，后3個版本是版本

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不是一個單個的協(xié)議，而是由數(shù)十個具有層次結(jié)構(gòu)的協(xié)議組成的一個協(xié)議集。TCP和IP是該協(xié)議集中的兩個最重要的核心協(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Internet是ARPANET）。RFC文檔主要涉及計算處理和計算機(jī)通信方面的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)議、過程、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把報文分解為多個段進(jìn)行傳輸，在目的站再重新裝配這些段，必要時重新傳輸沒有收到或錯誤的段。因此它是“可靠”的。UDP是無連接的傳輸協(xié)議。在數(shù)據(jù)傳輸之前不建立連接；對發(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無連接的

●UDP56FTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCPUDP應(yīng)用層傳輸層TCP和UDP都根據(jù)端口(port)號把信息提交給上層對應(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)報通過最佳路徑送到目的端。網(wǎng)際層的核心協(xié)議——IP，提供了無連接的數(shù)據(jù)報傳輸服務(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)，通過建立物理鏈路來傳輸數(shù)據(jù)信號。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：信號電平，信號的脈沖寬度和頻率，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：信號時序，應(yīng)答關(guān)系，操作過程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)信號是有差錯的；設(shè)計數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的：將有差錯的物理線路改進(jìn)成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路；方法—

差錯檢測差錯控制流量控制作用：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)：在兩個相鄰節(jié)點(diǎn)間可靠地傳輸數(shù)據(jù)，使之對網(wǎng)絡(luò)層呈現(xiàn)為一條無錯的鏈路。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控制幀的透明傳輸尋址

66如何控制對共享信道的訪問？將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為邏輯鏈路控制(LogicalLinkControl,LLC)和介質(zhì)訪問控制(MediaAccessControl,MAC)兩個子層，由MAC子層解決共享介質(zhì)訪問控制問題。LAN使用的兩種主要介質(zhì)訪問控制方法：CSMA/CDTOKENPASSING(3)共享信道問題(LANorWireless)67數(shù)據(jù)鏈路層研究和解決的是相鄰的節(jié)點(diǎn)之間的通信問題，實(shí)現(xiàn)的任務(wù)是在兩個相鄰節(jié)點(diǎn)間透明的，無差錯的，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)傳輸問題。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能，就是實(shí)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的連接，為傳輸層提供整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)兩個終端用戶之間數(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)塊組合差錯檢測與恢復(fù)流量統(tǒng)計和記賬IP協(xié)議：提供無連接的數(shù)據(jù)報服務(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)動態(tài)：運(yùn)行過程中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況自動地動態(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傳輸層是第一個真正用來完成端到端，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控制和流量控制等問題。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：多個傳輸連接共用一條網(wǎng)絡(luò)連接；一條傳輸連接使用多個網(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“無連接”兩種服務(wù)：TCP/IP協(xié)議：TCP和UDP傳輸差錯校驗(yàn)與恢復(fù)；流量控制，防止數(shù)據(jù)傳輸過載。進(jìn)程地址也叫端口號。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中一個進(jìn)程標(biāo)識需要一個三元組來表示：協(xié)議、本地地址和本地端口號。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中一個完整的進(jìn)程通信標(biāo)識需要一個五元組來表示：協(xié)議、本地地址、本地端口號、遠(yuǎn)程地址，遠(yuǎn)程端口號。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態(tài)分配資源可靠性提供可靠的傳輸服務(wù)：無錯、按序、無丟失/無重復(fù)不能防止報文的損壞、失序、丟失和重復(fù)對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報文提供完整的目的地址適用場合在一段時間內(nèi)向同一目的地發(fā)送大量報文;實(shí)時性要求少量零星報文分類及示例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-廣播/組播2.可靠的數(shù)據(jù)報-掛號郵件3.請求應(yīng)答-數(shù)據(jù)庫查詢網(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；為通信過程申請資源。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：會話層和表示層的主要功能：◆會話層的主要功能：會話層就是用戶和網(wǎng)絡(luò)的接口，這是進(jìn)程到進(jìn)程之間通信的層次。會話層允許不同機(jī)器上的用戶建立會話關(guān)系，目的是完成正常的數(shù)據(jù)交換；管理會話即管理數(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)或信息的語法表示方法，即處理在兩個通信系統(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：無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”時代即將來臨，世界上所有物體，都可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行交換。RFID（射頻識別）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