網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)課件

第二章

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT發(fā)展1：主機終端網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，形成多主機為中心的網(wǎng)絡(luò)CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT發(fā)展2：CCP通信控制處理機，專門處理主機之間的通信任務(wù)。通信任務(wù)從主機中分離。公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT發(fā)展3：由CCP組成的傳輸網(wǎng)絡(luò)——通信子網(wǎng)，為資源子網(wǎng)提供信息傳輸服務(wù)。

一方面反映了計算機系統(tǒng)對信息傳輸、交流的不斷重視與深化。另一方面反映了信息傳輸?shù)膹?fù)雜性（信息自身、節(jié)點差異、多點）。2.2網(wǎng)絡(luò)的標準化1970年代開始的網(wǎng)絡(luò)標準化廠商標準：IBM-SNA,DEC-DNA國際標準：ISO-OSI/RM行業(yè)標準：CCITT-X.25,IEEE-802事實標準：TCP/IP1、國際標準化組織ISOISO是1946年成立的一個自愿的、非條約的組織，負責制定各種國際標準。大多數(shù)國家的國家標準化組織是它的成員。ISO大約有200個技術(shù)委員會（TC）,按建立的順序標號，每個委員會處理專門的主題。如TC97負責計算機和信息處理。每個技術(shù)委員會都下設(shè)分委員會（SC）,分委員會又下設(shè)工作組(WG)。ISO已經(jīng)制定了5000多個各種各樣的標準，其中包括OSI計算機網(wǎng)絡(luò)這樣復(fù)雜的標準，還有小到螺釘螺帽這樣的標準。2、電器和電子工程師協(xié)會IEEE是世界上最大的專業(yè)組織，它每年出版大量的雜志和召開很多次會議，在國際上非常有影響。在電子工程和計算機領(lǐng)域內(nèi)，IEEE有一個標準化組制定各種標準。例如IEEE802關(guān)于局域網(wǎng)的標準是局域網(wǎng)的重要標準，后來ISO以它為基礎(chǔ)制定了ISO8002,成了國際標準。3、電信標準國際電信聯(lián)盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）1865年成立1947年ITU成為聯(lián)合國的一個組織，由三部分組成：ITU-R：無線通信ITU-T：電信標準，ITU-D：開發(fā)1956-1993年稱為CCITT圍繞信息通信，制定了一系列標準：如V.系列，X.系列2.3層次體系結(jié)構(gòu)1974年，美國的IBM公司宣布了它研制的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA（SystemNetworkArchitecture）。國際標準化組織（ISO）于1977年成立了一個專門的機構(gòu)來研究該問題。不久，他們就提出一個試圖使各種計算機在世界范圍內(nèi)互連成網(wǎng)的標準框架，即著名的開放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM（OpenSystemsInterconnectionReferenceModel），簡稱為OSI。1983年ISO的OSI模型正式成為國際標準。層次化方法是處理復(fù)雜問題的基本方法。應(yīng)用程序操作系統(tǒng)OS基本輸入輸出硬件PC的層次結(jié)構(gòu)校院系班大學(xué)的層次結(jié)構(gòu)將總體要實現(xiàn)的很多功能分配在不同層次中；對每個層次要完成的服務(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)的對等層次之間存在著“虛擬”通信；對不同系統(tǒng)的對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)，并不需要知道低層服務(wù)的具體實現(xiàn)方法。網(wǎng)絡(luò)層次模型的思想對于第N層協(xié)議來說，它有如下特性：1.不知道上、下層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；2.獨立完成某種功能；3.為上層提供服務(wù)；4.使用下層提供的服務(wù)。接口、服務(wù)、協(xié)議－接口相鄰兩層之間的邊界，低層通過接口為上層提供服務(wù)。－服務(wù)服務(wù)在形式上是由一組接口原語（或操作）來描述的。服務(wù)原語可分為四種類型： 請求（Request），指示（Indication）， 響應(yīng)（Response），確認（Confirm）

基于連接的服務(wù)

當使用服務(wù)傳送數(shù)據(jù)時，首先建立連接，然后使用該連接傳送數(shù)據(jù)。使用完后，關(guān)閉連接。

特點：順序性好，可靠性高。

無連接服務(wù)

直接使用服務(wù)傳送數(shù)據(jù)，不需要事先建立連接，每個包獨立進行路由選擇。

特點：順序性差，可靠性較低。2.4OSI網(wǎng)絡(luò)模型層次傳輸數(shù)據(jù)的單位是比特。物理層的作用是盡可能的屏蔽設(shè)備（低層）的差異，對它的高層即數(shù)據(jù)鏈路層提供統(tǒng)一的服務(wù)。為了達到這個目的，物理層在設(shè)計時涉及的主要問題有：機械方面：接口連接器的大小、形狀、各引腳的幾何分布，傳輸介質(zhì)的參數(shù)和特性等。電氣方面：線路的最大傳輸速率，信號允許傳輸?shù)淖畲缶嚯x，信號的波形和電壓大小等。功能方面：接口連接器各引腳的功能、電路的作用等。過程方面：比特流傳輸時，應(yīng)按什么順序執(zhí)行整個通信過程。綜上所述，物理層提供為建立、維護和拆除物理鏈路所需要的機械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性。一.物理層數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)的單位是幀，數(shù)據(jù)幀的幀格式中包括的信息有：地址信息部分、控制信息部分、數(shù)據(jù)部分、校驗信息部分。數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用是通過數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議（即鏈路控制規(guī)程），在不太可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層要解決如下一些主要問題：（1）建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接。（2）流量控制的問題。在數(shù)據(jù)鏈路層還要控制發(fā)送方的發(fā)送速率必須使接收方來得及接收。當接收方來不及接收時，就必須及時地控制發(fā)送方的發(fā)送速率，即在數(shù)據(jù)鏈路層要解決流量控制的問題。（3）差錯控制。具備發(fā)現(xiàn)差錯和糾正差錯的功能，可以重發(fā)或向上層報告。錯誤。二、數(shù)據(jù)鏈路層

網(wǎng)絡(luò)層傳送的數(shù)據(jù)單位是報文分組或包。在計算機網(wǎng)絡(luò)中進行通信的兩個計算機之間可能要經(jīng)過許多個結(jié)點和鏈路，也可能還要經(jīng)過好幾個路由器所連接的通信子網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是要選擇最佳的路由，使發(fā)送站的運輸層所傳下來的報文能夠正確無誤地按照目的地址找到目的站，并交付給目的站的運輸層。網(wǎng)絡(luò)層還需解決擁塞控制問題路由選擇的定義是根據(jù)一定的原則和算法在傳輸通路上選出一條通向目的結(jié)點的最佳路徑，一個好的路由選擇應(yīng)有以下特點： 信息傳送所用時間最短 使網(wǎng)絡(luò)負載均衡 通信量均勻 路由選擇算法應(yīng)簡單易實現(xiàn)，不致因拓撲的變化，影響報文正常到達目的結(jié)點。三、網(wǎng)絡(luò)層

應(yīng)用層是OSI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的最高層，是計算機網(wǎng)絡(luò)與最終用戶的界面，為網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信提供專用的程序。應(yīng)用層則提供完成特定網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)所需要的各種應(yīng)用協(xié)議。五、應(yīng)用層應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層傳輸介質(zhì)系統(tǒng)A系統(tǒng)B用戶數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)OSI網(wǎng)絡(luò)模型評價OSI是80年代計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的主流。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中占有重要的地位。OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的貢獻：分層模型服務(wù)、接口、協(xié)議批評：Badtiming（toolate）Badtechnology（boththemodelandtheprotocolareflawed）Badimplementations（huge，unwieldy，andslow）Badpolitics（governmentandorganizationsbureaucrats）2.5TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型2．網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層有四個主要的協(xié)議：網(wǎng)際協(xié)議IP：無連接的數(shù)據(jù)報傳送和數(shù)據(jù)報的路由選擇，即IP協(xié)議提供主機間不可靠的、無連接數(shù)據(jù)報傳送。Internet控制報文協(xié)議ICMP：測試目的地的可達性和狀態(tài)、報文不可達的目的地、數(shù)據(jù)報的流量控制、路由器路由改變請求等。地址解析協(xié)議APR：地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP的任務(wù)是查找與給定IP地址相對應(yīng)主機的網(wǎng)絡(luò)物理地址逆地址解析協(xié)議RARP：物理網(wǎng)絡(luò)地址到IP地址的轉(zhuǎn)換3．運輸層TCP/IP的運輸層提供了兩個主要的協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP，它的功能是使源主機和目的主機的對等實體之間可以進行會話。TCP是面向連接的協(xié)議。所謂連接，就是兩個對等實體為進行數(shù)據(jù)通信而進行的一種結(jié)合。面向連接服務(wù)是在數(shù)據(jù)交換之前，必須先建立連接。當數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，則應(yīng)終止這個連接。面向連接服務(wù)具有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放這三個階段。在傳送數(shù)據(jù)時是按序傳送的。用戶數(shù)據(jù)協(xié)議UDP是無連接的服務(wù)。在無連接服務(wù)的情況下，兩個實體之間的通信不需要先建立好一個連接，因此其下層的有關(guān)資源不需要事先進行預(yù)定保留。這些資源將在數(shù)據(jù)傳輸時動態(tài)地進行分配。無連接服務(wù)的優(yōu)點是靈活方便和比較迅速。但無連接服務(wù)不能防止報文的丟失、重復(fù)或失序。無連接服務(wù)特別適合于傳送少量零星的報文。DCEDCEHigh-LevelFunctionsPacketLevelFrameLevelPhysicalLevelHigh-LevelFunctionsPacketLevelFrameLevelPhysicalLevelPADTDTEDTEX.25X.29X.3X.28128.10.0.1128.211.6.115路由器192.5.48.8510.0.0.372.智能和決策定位不同

X.25認為網(wǎng)絡(luò)是提供傳輸服務(wù)的工具,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的提供者控制各個環(huán)節(jié),主機應(yīng)盡量少介入網(wǎng)絡(luò)操作.而TCP/IP要求主機參與絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理.TCP/IP是Internet的支撐協(xié)議，是目前使用最廣泛的協(xié)議。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點：簡單、靈活、易于實現(xiàn)充分考慮不同用戶的需求AndrewS.Tanenbaum在書中評價TCP/IP：沒有明顯地區(qū)分出協(xié)議、接口和服務(wù)的概念不通用，只能描述它本身主機-網(wǎng)絡(luò)層只是個接口不區(qū)分物理層和數(shù)據(jù)鏈路層有缺陷的協(xié)議很難被替換對TCP/IP的評價

在Internet的發(fā)展初期面對的主要需求是網(wǎng)絡(luò)互相連通，網(wǎng)絡(luò)的健壯性、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的異構(gòu)性、分布式的管理、低成本和容易上網(wǎng)，因此當時確定的Internet網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是無連接的分組交換結(jié)構(gòu)（dumbnetwork），高層的功能放在網(wǎng)絡(luò)邊緣，采用路由機制和盡力服務(wù)（besteffort）原則。20世紀80年代初總結(jié)出Internet邊緣論原則的MIT教授DavidClark（ITB首屆主席）最近發(fā)表了一篇要重新思考Internet設(shè)計原則的重要論文。20年前他提出的End-to-EndArgument表述為：“一種應(yīng)用功能只有當其知識和幫助置于通信系統(tǒng)的邊緣才能完全和正確地實現(xiàn)，因此將提出這種應(yīng)用功能作為通信系統(tǒng)本身的性質(zhì)是不可能的?！碑敃r提出這種論斷的依據(jù)是網(wǎng)絡(luò)是不可靠的，最終檢查是否正確執(zhí)行只能在處于傳輸終端的應(yīng)用層。讓網(wǎng)絡(luò)核心部分只做最通用的數(shù)據(jù)傳輸而不實現(xiàn)特殊應(yīng)用有不少優(yōu)點：如降低核心網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，便于升級；提高網(wǎng)絡(luò)通用性和靈活性，增加新應(yīng)用不必改變核心網(wǎng)絡(luò)；提高可靠性等等。

2.6關(guān)于下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的思考但是20年后網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境已大大改變。由于用戶急劇增加而互不了解，Internet已變成沒有信用的世界，必須在網(wǎng)絡(luò)的核