TCPIP第二章TCP協(xié)議族

TCP/IP協(xié)議第二講

OSI模型和TCP/IP協(xié)議族本講內(nèi)容分層模型OSI參考模型TCP/IP參考模型編址網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)層和協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的基本模型網(wǎng)絡(luò)功能及其之間關(guān)系的系統(tǒng)模型系統(tǒng)各層的描述機(jī)制相關(guān)的協(xié)議建立網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的目的抽象的討論和研究網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的功能能夠相互獨(dú)立、各自發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)模型層次型以ISO-OSI為代表用嚴(yán)格的層次關(guān)系來(lái)表述網(wǎng)絡(luò)功能的劃分及其之間的關(guān)系所包含的各個(gè)協(xié)議具有很明確的層次依賴關(guān)系。功能型以TCP/IP為代表以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所需的各項(xiàng)功能為主線來(lái)劃分功能間的關(guān)系無(wú)嚴(yán)格的層次界限，所包含的各協(xié)議具有明確的功能依賴關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)分層為什么要進(jìn)行分層？為了減少協(xié)議設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)按層（layer）的方式來(lái)組織。優(yōu)點(diǎn)----分而治之把復(fù)雜的問(wèn)題分解成幾個(gè)子問(wèn)題簡(jiǎn)化相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)操作層與層之間提供標(biāo)準(zhǔn)接口缺點(diǎn)嚴(yán)格按照分層思想設(shè)計(jì)的軟件效率低下協(xié)議協(xié)議的組成：語(yǔ)法（syntax)：數(shù)據(jù)與控制信息的格式、數(shù)據(jù)編碼等語(yǔ)義（semantics)：控制信息的內(nèi)容，需要做出的動(dòng)作及響應(yīng)時(shí)序關(guān)系（timing)：有關(guān)事件順序的說(shuō)明、速度匹配協(xié)議的概念舉例甲要打電話給乙，首先甲撥通乙的電話號(hào)碼，對(duì)方電話振鈴，乙拿起電話，然后甲乙開(kāi)始通話，通話完畢后，雙方掛斷電話。

在這個(gè)過(guò)程中，甲乙雙方都遵守了打電話的協(xié)議。協(xié)議的復(fù)雜性層次結(jié)構(gòu)的通信實(shí)例（1）實(shí)例分析甲乙公司都可以看作是網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)經(jīng)理、助手和秘書(shū)是一個(gè)個(gè)的通信實(shí)體處于不同結(jié)點(diǎn)的相同層次的實(shí)體叫做對(duì)等實(shí)體協(xié)議實(shí)際上是對(duì)等實(shí)體之間的通信規(guī)則的約定

比如兩個(gè)公司的秘書(shū)之間就有收發(fā)傳真、和普通信函的協(xié)議，高級(jí)助理之間都遵照標(biāo)準(zhǔn)公函的協(xié)議，經(jīng)理之間當(dāng)然也有協(xié)議。各層向它上層提供服務(wù)分層的三大原則完備、高效的原則增值服務(wù)的原則（N）層的服務(wù)基于（N-1）層的服務(wù)，又多于（N-1）層的服務(wù)。各層之間存在單向的功能依賴關(guān)系，保證不會(huì)出現(xiàn)循環(huán)調(diào)用的現(xiàn)象。同等層通信的原則信息交換只能依賴于同等層的協(xié)議對(duì)等層之間的通信是實(shí)體之間的通信實(shí)體之間的通信又是其實(shí)例之間的通信虛通信－不同主機(jī)的對(duì)等層之間不能直接通信，實(shí)際通信是在最底層完成的。層的特性對(duì)于第N層協(xié)議來(lái)說(shuō)，它有如下特性：不知道上、下層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；獨(dú)立完成某種功能；為上層提供服務(wù)；使用下層提供的服務(wù)。PDU和SDU協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU（ProtocolDataUnit）第N層實(shí)體通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給它的對(duì)等實(shí)體的信息單元；PDU由上層的服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU或其分段和協(xié)議控制信息PCI（ProtocolControlInformation)組成；傳輸層及以下各層的PDU另外還有各自特定的名稱：傳輸層——數(shù)據(jù)段（數(shù)據(jù)報(bào)）（Segment）網(wǎng)絡(luò)層——分組（數(shù)據(jù)包）（Packet）數(shù)據(jù)鏈路層——數(shù)據(jù)幀（Frame）物理層——比特（Bit）SDU和PDU的關(guān)系全局與局部的關(guān)系包含與被包含的關(guān)系數(shù)據(jù)封裝層次結(jié)構(gòu)的通信實(shí)例（2）對(duì)等進(jìn)程/對(duì)等實(shí)體（PeerEntity）對(duì)等進(jìn)程/對(duì)等實(shí)體（PeerEntity）對(duì)等層PeerLayer對(duì)等層PeerLayer接口Interface對(duì)等層協(xié)議Peer-to-PeerProtocol對(duì)等層協(xié)議Peer-to-PeerProtocol層次結(jié)構(gòu)的通信類比信件郵局分揀郵包郵政網(wǎng)絡(luò)郵政運(yùn)輸交通運(yùn)輸信件郵局分揀郵包郵政網(wǎng)絡(luò)郵政運(yùn)輸信件格式寄信方式分揀郵包規(guī)則郵路選擇運(yùn)輸方式同層間需要約定規(guī)則——協(xié)議2.2OSI參考模型ISO標(biāo)準(zhǔn)ISO：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，專門就一些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成世界范圍的一致。OSI：OpenSystemInterconnection，開(kāi)放系統(tǒng)互連RM：ReferenceModel，參考模型目的使兩個(gè)不同的系統(tǒng)能夠通信，而不需要改變底層的硬件或軟件邏輯ISO是一個(gè)組織，OSI是一個(gè)模型OSI不是協(xié)議，是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念模型OSI分層原則根據(jù)不同層次進(jìn)行抽象分層每一層應(yīng)當(dāng)定義明確的功能每層功能的選擇應(yīng)有利于制訂協(xié)議的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)各層邊界的選擇應(yīng)盡量減少跨過(guò)接口的通信量層數(shù)應(yīng)足夠多，以避免不同功能混雜在同一層，但層數(shù)又不能太多，否則體系結(jié)構(gòu)過(guò)于臃腫。OSI分層結(jié)構(gòu)OSI參考模型（1984年提出）應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層用戶支持層網(wǎng)絡(luò)支持層7654321OSI各層功能向用戶提供接口和服務(wù)ApplicationPresentationSessionTransportNetworkDataLinkPhysical信息轉(zhuǎn)換，包括信息壓縮、加密、與標(biāo)準(zhǔn)格式的轉(zhuǎn)換建立、管理、中止會(huì)話提供進(jìn)程間通信機(jī)制，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸路由選擇、流量控制、網(wǎng)絡(luò)互連幀定位、檢錯(cuò)、糾錯(cuò)、流量控制、介質(zhì)訪問(wèn)控制物理介質(zhì)、機(jī)械、電氣接口2.3TCP/IP參考模型應(yīng)用層傳輸層互連層網(wǎng)絡(luò)接口層4321應(yīng)用層表示層會(huì)化層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321ISO－OSI參考模型TCP/IP參考模型網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層（主機(jī)—網(wǎng)絡(luò)層）－Host-to-networkLayer在TCP/IP參考模型中并沒(méi)有詳細(xì)定義這一層的功能通信主機(jī)必須采用某種協(xié)議連接到網(wǎng)絡(luò)上，并且能夠傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分組。沒(méi)有規(guī)定具體使用那種協(xié)議。根據(jù)主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，局域網(wǎng)基本上采用了802系列的協(xié)議，如802.3以太網(wǎng)協(xié)議、802.5令牌環(huán)網(wǎng)協(xié)議；廣域網(wǎng)較常采用的協(xié)議有幀中繼、X.25等。網(wǎng)絡(luò)層互連層（InternetLayer）的主要功能是負(fù)責(zé)在互連網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)分組。與OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層相對(duì)應(yīng)?；ミB層是TCP/IP參考模型中最重要的一層，它是通信的樞紐從底層來(lái)的數(shù)據(jù)包要由它來(lái)選擇繼續(xù)傳給其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)或是直接交給傳輸層

對(duì)從傳輸層來(lái)的數(shù)據(jù)包，要負(fù)責(zé)按照數(shù)據(jù)分組的格式填充報(bào)頭，選擇發(fā)送路徑，并交由相應(yīng)的線路發(fā)送出去。在互連層，定義了互連協(xié)議（IP）它的主要功能是路由及網(wǎng)絡(luò)選擇。本層還定義了地址解析協(xié)議ARP和反向地址解析協(xié)議RARP以及ICMP協(xié)議。傳輸層傳輸層（TransportLayer）的主要功能是負(fù)責(zé)端到端的對(duì)等實(shí)體之間進(jìn)行通信。TCP/IP的傳輸層定義了兩個(gè)協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（TransportControlProtocol）TCP，參見(jiàn)RFC793；用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UserDatagramProtocol）UDP，參見(jiàn)RFC768。

TCP協(xié)議是可靠的、面向連接的協(xié)議它用于包交換的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)、互連系統(tǒng)以及類似的網(wǎng)絡(luò)上，保證通信主機(jī)之間有可靠的字節(jié)流傳輸。UDP是一種不可靠的、無(wú)連接協(xié)議。它最大的優(yōu)點(diǎn)是協(xié)議簡(jiǎn)單，額外開(kāi)銷小，效率較高；缺點(diǎn)是不保證正確傳輸，也不排除重復(fù)信息的發(fā)生。UDP不是面向連接的。需要可靠數(shù)據(jù)傳輸保證的應(yīng)用應(yīng)選用TCP協(xié)議；相反，對(duì)數(shù)據(jù)精確度要求不是太高，而對(duì)速度、效率要求很高的環(huán)境，如聲音、視頻的傳輸，應(yīng)該選用UDP協(xié)議。應(yīng)用層應(yīng)用層（ApplicationLayer）是TCP/IP協(xié)議族的最高層。它包含了所有OSI參考模型中會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層這些的高層的協(xié)議的功能?；ミB網(wǎng)絡(luò)上將建的應(yīng)用層協(xié)議有下面幾種：電子郵件協(xié)議（SMTP）超文本傳輸協(xié)議（HTTP）網(wǎng)絡(luò)終端協(xié)議（TELNET）文件傳輸協(xié)議（FTP）網(wǎng)絡(luò)新聞傳輸協(xié)議（NNTP）域名系統(tǒng)（DNS）簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)SocketFTPHTTPSMTPDNSTCPUDPIPLANsMANsWANsDNSTFTPSNMPICMPIGMPARPRARPOSI模型和TCP/IP模型的比較相似之處：基于獨(dú)立的協(xié)議棧概念各層功能大體類似差別：層次的差別OSI模型的協(xié)議、接口、服務(wù)概念明確OSI參考模型先有模型，后有協(xié)議，沒(méi)有偏向于任何特定的協(xié)議；TCP/IP參考模型先有協(xié)議，模型實(shí)際上是對(duì)已有協(xié)議的表述。2.4TCP/IP中的地址與層次關(guān)系ProcessTCPUDPIPandotherprotocolsUnderlyingphysicalnetworksApplicationlayerTransportlayerNetworklayerNetworkAccesslayerPhysicaladdressIPaddressPortaddress編址地址物理地址PhysicaladdressIP地址IPaddress端口地址Portaddress標(biāo)識(shí)通信節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)所屬LAN或WAN指定LAN或WAN內(nèi)唯一鏈路地址/硬件地址0x0005.5D06.1418標(biāo)識(shí)通信節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連接Internet指定Internet內(nèi)唯一網(wǎng)絡(luò)地址4標(biāo)識(shí)通信進(jìn)程操作系統(tǒng)指定一臺(tái)計(jì)算機(jī)內(nèi)唯一21,23,25,808080,10000單播、多播、廣播單播（Unicast）一個(gè)接收者例：0x0005.5D06.1418;4多播（Multicast）一組接收者例：0x0100.5E00.0002;廣播（Broadcast）網(wǎng)絡(luò)中的所有系統(tǒng)例：0xFFFF.FFFF.FFFF，55TCP/IP的版本Version4目前正在使用的版本地址空間不足和低效率：32位的地址對(duì)服務(wù)質(zhì)量和安全等方面支持較弱Version5基于OSI模型層次改變大，代價(jià)高，從沒(méi)有實(shí)用過(guò)Version6（IPng）僅改動(dòng)