2-網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議.ppt

1、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,2,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標(biāo)準(zhǔn)； 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三要素：語義、語法與時序； 語義：用于解釋比特流的每一部分的意義； 語法：語法是用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格 式，以及數(shù)據(jù)出現(xiàn)的順序的意義； 時序：事件實現(xiàn)順序的詳細說明。,3,郵政系統(tǒng),4,計算機網(wǎng)絡(luò)的四個重要的概念,層次（layer） 協(xié)議（protocol） 接口（interface） 體系結(jié)構(gòu)（architecture）,5,層次（layer）,層次是人們對復(fù)雜問題處理的基本方法； 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

2、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)時，并不需要知道低層服務(wù)的具體實現(xiàn)方法。,6,接口（interface）,接口是同一結(jié)點內(nèi)相鄰層之間交換信息的連接點; 同一個結(jié)點的相鄰層之間存在著明確規(guī)定的接口，低層向高層通過接口提供服務(wù); 只要接口條件不變、低層功能不變，低層功能的具體實現(xiàn)方法與技術(shù)的變化不會影響整個系統(tǒng)的工作。,7,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（network architecture）,一個功能完備的計算機網(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；

3、 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)對計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該實現(xiàn)的功能進行了精確的定義； 體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實現(xiàn)是指能夠運行的一些硬件和軟件。,8,層次結(jié)構(gòu)研究方法的優(yōu)點,各層之間相互獨立; 靈活性好; 各層都可以采用最合適的技術(shù)來實現(xiàn); 易于實現(xiàn)和維護; 有利于促進標(biāo)準(zhǔn)化。,9,OSI參考模型,在制定計算機網(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 （Consultative Committee on InternationalTelegraph and Telephone，CCITT ）； 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 （International S

4、tandards Organization ，ISO）。 CCITT與ISO的工作領(lǐng)域是不同的： 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)。,10,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)的其他任何系統(tǒng)進行通信； OSI標(biāo)準(zhǔn)中，采用的是三級抽象： 體系結(jié)構(gòu)（architecture）； 服務(wù)定義（service definition）； 協(xié)議說明（protocol specification）。,OSI參考模型的基本概念,11,體系結(jié)構(gòu),開放系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、層次之間的相互關(guān)系及各層所包括的可能的服務(wù)

5、； 作為一個框架來協(xié)調(diào)和組織各層協(xié)議的制定； 對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)最精煉地概括與描述。,12,服務(wù)定義,詳細地說明了各層所提供的服務(wù)； 某一層的服務(wù)就是該層及其以下各層的一種能力； 低層的服務(wù)是通過接口向上一層提供的; 各層所提供的服務(wù)與這些服務(wù)是如何實現(xiàn)的無關(guān)； 定義了層與層之間的接口與各層使用的原語，但不涉及接口是具體實現(xiàn)的。,13,協(xié)議說明,OSI標(biāo)準(zhǔn)中的各種協(xié)議明確地定義了： 應(yīng)該發(fā)送什么樣的控制信息； 如何解釋這個控制信息。 協(xié)議的規(guī)程說明具有最嚴格的約束。,14,OSI參考模型只是描述了一些概念，用來協(xié)調(diào)進程間通信標(biāo)準(zhǔn)的制定； 在OSI的范圍內(nèi)，只有各種的協(xié)議是可以被實現(xiàn)的，而各種產(chǎn)品只

6、有和OSI的協(xié)議相一致時才能互連； OSI參考模型并不是一個標(biāo)準(zhǔn)，而是一個在制定標(biāo)準(zhǔn)時所使用的概念性的框架。,15,劃分七層結(jié)構(gòu)的基本原則,網(wǎng)中各結(jié)點都具有相同的層次； 不同結(jié)點的同等層具有相同的功能； 同一結(jié)點內(nèi)相鄰層之間通過接口通信； 每一層可以使用下層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)； 不同結(jié)點的同等層通過協(xié)議來實現(xiàn)對等層之間的通信。,16,OSI參考模型的結(jié)構(gòu),17,OSI參考模型各層的功能,物理層的主要功能： 利用傳輸介質(zhì)為通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點之間建立、管 理和釋放物理連接； 實現(xiàn)比特流的透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù) 據(jù)傳輸服務(wù)； 物理層的數(shù)據(jù)傳輸單元是比特。,18,數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能：

7、在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)鏈路層在 通信的實體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接； 傳輸以“幀”為單位的數(shù)據(jù)包； 采用差錯控制與流量控制方法，使有差錯的 物理線路變成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。,19,網(wǎng)絡(luò)層的主要功能： 通過路由選擇算法為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂剑?為數(shù)據(jù)在結(jié)點之間傳輸創(chuàng)建邏輯鏈路； 實現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互連等功能。 傳輸層的主要功能： 向用戶提供可靠端到端（end-to-end）服務(wù)； 處理數(shù)據(jù)包錯誤、數(shù)據(jù)包次序，以及其他一些關(guān)鍵傳輸問題； 傳輸層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細節(jié)，是計算機通信體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的一層。,20,會話層的主要功能： 負責(zé)維護兩個結(jié)點之間的傳輸鏈接，以便確保點到點傳輸

8、不中斷； 管理數(shù)據(jù)交換。 表示層的主要功能： 用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式； 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)。,21,應(yīng)用層的主要功能: 為應(yīng)用程序提供了網(wǎng)絡(luò)服務(wù); 應(yīng)用層需要識別并保證通信對方的可用性，使得協(xié)同工作的應(yīng)用程序之間的同步; 建立傳輸錯誤糾正與保證數(shù)據(jù)完整性的控制機制。,22,OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程,23,OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程,24,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)對主機間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃运峁┑谋ＷC機制；

9、通信服務(wù)可以分為兩大類： 面向連接服務(wù) （connect-oriented service）； 無連接服務(wù)（connectless service）。,25,理解網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需要注意的問題,面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)對實現(xiàn)服務(wù)的傳輸可靠性與協(xié)議復(fù)雜性有很大的影響； 根據(jù)主機間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸蠛托实牟煌?，設(shè)計者可以選擇面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)的類型； 在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鲗?，如物理層、?shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層都會涉及面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)的問題。,26,面向連接服務(wù)的特點,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

10、帶目的結(jié)點的地址； 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。,27,無連接服務(wù)的特點,無連接服務(wù)的每個分組都攜帶完整的目的結(jié)點地址，各分組在系統(tǒng)中是獨立傳送的； 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。,28,確認和重傳機制的特點,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸话阃ㄟ^確認和重傳機制保證； 確認是指數(shù)據(jù)分組的接收

11、結(jié)點在正確地接收到每個分組后，要求向發(fā)送結(jié)點發(fā)回接收分組的確認信息； 在規(guī)定的時間內(nèi)，如果發(fā)送結(jié)點沒有接收到接收結(jié)點的確認信息，就認為該數(shù)據(jù)分組發(fā)送失敗，發(fā)送結(jié)點重新發(fā)送該數(shù)據(jù)分組； 確認和重傳機制可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕撬枰贫ㄝ^為復(fù)雜的確認和重傳協(xié)議，并且需要增加網(wǎng)絡(luò)額外的通信負荷，占用網(wǎng)絡(luò)帶寬。,29,服務(wù)類型與服務(wù)質(zhì)量,通信協(xié)議四種類型： 面向連接與確認服務(wù)； 面向連接與不確認服務(wù)； 無連接與確認服務(wù)； 無連接與不確認服務(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。,30,TCP/IP參考模型,在TCP/IP協(xié)議研究時，并沒有提出參考模型； 1974年Kahn定義

12、了最早的TCP/IP參考模型； 20世紀(jì)80年代Leiner、 Clark等人對TCP/IP參考模型進一步的研究； 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，它的網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議一般記作IPv4 ； 版本6的網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議一般記作IPv6（或IPng, IP next generation）； IPv6被稱為下一代的IP協(xié)議。,31,TCP/IP協(xié)議的特點,開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn); 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)中都具有惟一

13、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)。,32,TCP/IP參考模型各層的功能,應(yīng)用層（application layer） 傳輸層（transport layer） 互連層（internet layer） 主機-網(wǎng)絡(luò)層（host-to-network layer）,33,TCP/IP 參考模型與 OSI 參考模型的對應(yīng)關(guān)系,34,主機-網(wǎng)絡(luò)層,參考模型的最低層，負責(zé)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報; 允許主機連入網(wǎng)絡(luò)時使用多種現(xiàn)成的與流行的協(xié)議，如局域網(wǎng)的Ethernet、令牌網(wǎng)、分組交換網(wǎng)的X.25、幀中繼、ATM協(xié)議等; 當(dāng)一種物理網(wǎng)被用作傳送IP數(shù)據(jù)包的通道時，就可以認為是

14、這一層的內(nèi)容; 充分體現(xiàn)出TCP/IP協(xié)議的兼容性與適應(yīng)性，它也為TCP/IP的成功奠定了基礎(chǔ)。,35,互連層,相當(dāng)OSI參考模型網(wǎng)絡(luò)層無連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)； 處理互連的路由選擇、流控與擁塞問題； IP協(xié)議是無連接的、提供“盡力而為”服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。,36,傳輸層,主要功能是在互連網(wǎng)中源主機與目的主機的對等實體間建立用于會話的端-端連接； 傳輸控制協(xié)議TCP是一種可靠的面向連接協(xié)議； 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP是一種不可靠的無連接協(xié)議。,37,應(yīng)用層,應(yīng)用層協(xié)議主要有： 網(wǎng)絡(luò)終端協(xié)議Telnet； 文件傳輸協(xié)議FTP； 簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP； 域名系統(tǒng)DNS； 簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP； 超文本傳輸協(xié)議HTTP。,38,對OSI參考模型的評價,層次數(shù)量與內(nèi)容選擇不是很好，會話層很少用到，表示層幾乎是空的，數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層有很多的子層插入； 尋址、流控與差錯控制在每一層里都重復(fù)出現(xiàn)，降低系統(tǒng)效率； 數(shù)據(jù)安全性、加密與網(wǎng)絡(luò)管理在參考模型的