網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和基本概念

第4章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和基本概念2021/5/914.1簡介建立網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的目的為了減少計算機網(wǎng)絡(luò)的復雜程度，按照結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，計算機網(wǎng)絡(luò)將其功能劃分為若干個層次，較高層次建立在較低層次的基礎(chǔ)上，并為其更高層次提供必要的服務功能。網(wǎng)絡(luò)中的每一層都起到隔離作用，使得低層功能具體實現(xiàn)方法的變更不會影響到高一層所執(zhí)行的功能。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義完成計算機間的通信合作，把每個計算機互聯(lián)的功能劃分成有明確定義的層次，并規(guī)定同層次進程通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口服務；2021/5/924.2計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議協(xié)議（Protocol）協(xié)議就是為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換建立的規(guī)則標準或約定。協(xié)議的中心任務在計算機網(wǎng)絡(luò)的一整套規(guī)則中，任何一種協(xié)議都需要解決3方面的問題。①

協(xié)議的語法（如何講）問題。②

協(xié)議的語義（講什么）問題。③

協(xié)議的定時（講話次序）問題。2021/5/93協(xié)議的功能作為計算機數(shù)據(jù)交換語言的協(xié)議必須具備以下一些功能。（1）

分割與重組協(xié)議的“分割”功能，可以將較大的數(shù)據(jù)單元分割成較小的數(shù)據(jù)單元，其反過程為“重組”，如下圖所示。2021/5/942021/5/95（2）

尋址協(xié)議的“尋址”功能使得設(shè)備彼此識別，同時可以進行路徑選擇，如下圖所示。2021/5/96（3）

封裝與拆封協(xié)議的“封裝”功能是指在數(shù)據(jù)單元（數(shù)據(jù)包）的始端或者末端增加控制信息，其相反的過程是“拆封”（拆裝），如下圖所示。2021/5/97（4）

排序協(xié)議的排序功能是指報文發(fā)送與接收順序的控制，如下圖所示。2021/5/98（5）

信息流控制協(xié)議的流量控制功能是指在信息流過大時，所采取的一系列措施。（6）

差錯控制差錯控制功能使得數(shù)據(jù)按誤碼率要求的指標，在通信線路中正確地傳輸。（7）

同步協(xié)議的同步功能可以保證收發(fā)雙方在數(shù)據(jù)傳輸時的一致性（8）

干路傳輸協(xié)議的干路傳輸功能可以使多個用戶信息共用干路。（9）

連接控制協(xié)議的連接控制功能可以控制通信實體之間建立和終止鏈路的過程。2021/5/99協(xié)議的種類（1）

標準或非標準協(xié)議標準協(xié)議涉及各類的通信環(huán)境；而非標準協(xié)議只涉及專用環(huán)境。（2）

直接或間接協(xié)議當設(shè)備直接進行通信時，需要一種直接通信協(xié)議；而設(shè)備之間，間接通信時，則需要一種間接通信協(xié)議。2021/5/9104.3計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2021/5/911郵政系統(tǒng)的工作流程通信者活動界面通信者活動界面郵局服務業(yè)務郵局服務業(yè)務郵局轉(zhuǎn)運業(yè)務郵局轉(zhuǎn)運業(yè)務運輸部門的（郵件）運輸業(yè)務

書寫信件

粘貼郵票

投遞進信箱

收集信件

加蓋郵戳

郵件分檢

郵件打包

轉(zhuǎn)送運輸

部門

選擇運輸

路徑（路由）轉(zhuǎn)送郵局接收郵件接收郵件郵件拆包郵件投遞郵件分檢信箱取信閱讀郵件發(fā)信者收信者2021/5/912計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特點①

各層之間相互獨立。這樣，某一高層只需知道如何通過接口（界面）向下一層提出服務請求，并使用下層提供的服務，并不需要了解下層執(zhí)行時的細節(jié)。②

結(jié)構(gòu)上獨立分割。由于各層獨立劃分，因此，每層都可以選擇最合適的實現(xiàn)技術(shù)。③

靈活性好。如果某一層發(fā)生變化，只要接口的條件不變、則以上各層和以下各層的工作均不受影響，這樣，有利于技術(shù)進步和模型的修改。④

易于實現(xiàn)和維護。整個系統(tǒng)被分割為多個部分，系統(tǒng)變得容易實現(xiàn)、管理和維護。⑤

有益于標準化的實現(xiàn)。由于每一層都有明確的定義，十分利于標準化的實施。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)化分的基本原則是：把應用程序和網(wǎng)絡(luò)通信管理程序分開；同時又按照信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)倪^程，將通信管理程序分為若干個模塊；把原來專用的通信接口轉(zhuǎn)變?yōu)楣玫摹藴驶耐ㄐ沤涌凇?021/5/9134.4ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)國際標準化組織（InternationalStandardsOrganization，ISO）于1981年頒布了開放系統(tǒng)互連OSI參考模型（OpenSystemInterconnectionReferenceModel，OSI/RM）的格式，通常簡稱為“七層模型”，參見下圖2021/5/914OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的示意圖2021/5/915OSI參考模型各層的功能OSI參考模型每一層的功能、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元，以及特點如下：1.

物理層（PhysicalLayer）物理層是OSI模型的第1層，該層傳輸以“位”為單位的數(shù)據(jù)流，其主要功能用一句話表示就是“確定如何使用物理傳輸介質(zhì)，實現(xiàn)兩個節(jié)點間的物理連接，透明地傳送比特位流?！??！f明：第一，物理層直接與物理信道相連接，因此物理層是7層中惟一的“實連接層”；而其他各層由于都間接地使用到物理層的功能，因此為“虛連接層”。第二，“透明”是一個很重要的術(shù)語。它表示的是某一個實際存在的事物看起來卻好像不存在一樣。2021/5/916OSI參考模型各層的功能（續(xù)）2.

數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）數(shù)據(jù)鏈路層是OSI模型的第2層，該層傳輸以“幀”為單位的數(shù)據(jù)單元，其主要功能用一句話表示就是“在物理層服務的基礎(chǔ)上，通過各種控制協(xié)議，將有差錯的實際物理信道變?yōu)闊o差錯的、能可靠傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈路”。3.網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）網(wǎng)絡(luò)層是OSI模型的第3層，該層傳輸以“分組”為單位的數(shù)據(jù)單元，其主要任務用一句話表示就是“為數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)建立邏輯鏈接，即該層通過路由選擇算法，為報文、或分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當?shù)穆窂?，并提供網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)及擁塞控制功能”。2021/5/917OSI參考模型各層的功能（續(xù)）4.傳輸層（TransportLayer）傳輸層是OSI模型的第4層，該層傳輸以“報文”為單位的數(shù)據(jù)單元，其主要任務用一句話表示就是“向用戶提供可靠的端到端的差錯和流量控制，保證報文的正確傳輸”。傳輸層的目的是向高層屏蔽下層數(shù)據(jù)通信的細節(jié)，即向用戶透明地傳送報文。一般，OSI模型下3層的主要任務是數(shù)據(jù)通信，上3層的任務是數(shù)據(jù)處理。由于傳輸層（transportlayer）位于OSI模型的第4層，因此，也是計算機通信體系結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的一層，它是通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的接口和橋梁，起到承上啟下的作用。2021/5/918OSI參考模型各層的功能（續(xù)）5.會話層（SessionLayer）會話層是OSI模型的第5層，它是用戶應用程序和網(wǎng)絡(luò)之間的接口，其主要任務用一句話表示就是“負責維護節(jié)點間的傳輸鏈接，確保點到點的數(shù)據(jù)傳輸與交換”。6.

表示層（PresentationLayer）表示層是OSI模型的第6層，它的主要功能用一句話表示就是“處理節(jié)點間或通信系統(tǒng)間信息表示方式方面的問題，如數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、壓縮與恢復，及加密與解密等”。7.

應用層（ApplicationLayer）應用層是OSI參考模型的最高層，即第7層，它提供用戶應用程序和網(wǎng)絡(luò)之間的接口，其主要功能用一句話表示為“直接向用戶提供服務，完成用戶希望在網(wǎng)絡(luò)上完成的各種工作”。這一層還為用戶提供各種服務，包括文件傳送、遠程登錄、電子函件，及網(wǎng)絡(luò)管理等。2021/5/9194.5Internet網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型研究的初衷是希望為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議的發(fā)展提供一種國際標準，但由于Internet在全世界的飛速發(fā)展，使得TCP/IP協(xié)議得到了廣泛的應用，雖然TCP/IP不是ISO標準，但廣泛的使用也使TCP/IP成為一種“實際上的標準”，并形成了TCP/IP參考模型。不過，ISO的OSI參考模型的制定，也參考了TCP/IP協(xié)議集及其分層體系結(jié)構(gòu)的思想。而TCP/IP在不斷發(fā)展的過程中也吸收了OSI標準中的概念及特征。2021/5/920TCP/IP協(xié)議的特點開放的協(xié)議標準，可以免費使用，并且獨立于特定的計算機硬件與操作系統(tǒng)；獨立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運行在局域網(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；標準化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務。2021/5/921TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)TCP/IP分為四個層次，分別是通信子網(wǎng)層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層和應用層。2021/5/922TCP/IP協(xié)議與OSI協(xié)議的對比2021/5/923基于TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)變化2021/5/924TCP/IP協(xié)議集運輸層應用層TCPUDPSMTPFTPDNSSNMPNFSHTTPTEL-NET通信子網(wǎng)層LANMANWAN網(wǎng)絡(luò)層IPICMPIGMPARPRARP2021/5/925應用層協(xié)議（一）遠程終端協(xié)議TELNET

本地主機作為仿真終端，登錄到遠程主機上運行應用程序；文件傳輸協(xié)議FTP實現(xiàn)主機之間的文件傳送；簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP實現(xiàn)主機之間電子郵件的傳送；域名服務DNS用于實現(xiàn)主機名與IP地址之間的映射；動態(tài)主機配置協(xié)議DHCP實現(xiàn)對主機的地址分配和配置工作。2021/5/926應用層協(xié)議（二）路由信息協(xié)議RIP用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間交換路由信息；超文本傳輸協(xié)議HTTP用于Internet中的客戶機與WWW服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸；網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS實現(xiàn)主機之間的文件系統(tǒng)的共享；引導協(xié)議BOOTP用于無盤主機或工作站的啟動簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的管理；2021/5/927OSI與TCP/IP參考模型的比較OSI和TCP/IP有著許多的共同點：采用了協(xié)議分層方法，將龐大且復雜的問題劃分為若干個較容易處理的范圍較小的問題；各協(xié)議層次的功能大體上相似，都存在網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應用層。兩者都可以解決異構(gòu)網(wǎng)的互連，實現(xiàn)世界上不同廠家生產(chǎn)的計算機之間的通信；都是計算機通信的國際性標準，雖然OSI是國際通用的，但TCP/IP是當前工業(yè)界使用最多的；都能夠提供面向連接和無連接兩種通信服務機制；都基于一種協(xié)議集的概念，協(xié)議集是一簇完成特定功能的相互獨立的協(xié)議。2021/5/928OSI和TCP/IP的差異1、OSI體系結(jié)構(gòu)層次分明，而TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的應用層和通信子層的劃分比較模糊。2、OSI體系結(jié)構(gòu)對服務、協(xié)議和接口的定義是很清楚的，而TCP/IP體系結(jié)構(gòu)對這些概念區(qū)分不清楚。3、TCP/IP充分考慮了對異構(gòu)網(wǎng)的互聯(lián)與互操作問題，做到了兼容并蓄，而OSI設(shè)計的初期只強調(diào)了統(tǒng)一性標準。4、TCP/IP全面支持面向連接和無連接兩種服務，而OSI設(shè)計初期只支持面向連接服務。5、TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)管理功能優(yōu)于OSI體系結(jié)構(gòu)。2021/5/9294.8地址4.8.1用戶地址、網(wǎng)絡(luò)層地址與物理地址用戶地址：各種應用程序的連接接口地址。網(wǎng)絡(luò)地址：網(wǎng)絡(luò)體系中唯一標識計算機的識別地址。物理地址：真正完成數(shù)據(jù)的傳輸與接受的地址。2021/5/930各種地址之