项目三网络体系结构剖析

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1、项目三 网络体系结构 课程目标 学习完本课程，您应该能够： u了解网络协议的基本概念 u理解网络体系结构分层的原则 u理解通信信息流动过程 u掌握计算机网络的定义 u掌握OSI/RM各层的基本功能 u掌握流量控制技术 u掌握路由选择技术 u掌握TCP/IP各层对应的协议 u能总结OSI/RM与TCP/IP的区别 u能根据网络需要进行流量控制 u能区分静态路由和动态路由 u能利用Packet Tracer分析ARP协议 目录 u任务一 认识网络体系结构 u任务二 认识OSI/RM参考模型 u任务三 认识TCP/IP协议 u任务四 利用PT软件分析ARP协议 u习题与实验 本任务要点 掌握OSI参

2、考模型的结构和各层功能。 了解网络体系结构分类、功能特点。 掌握TCP/IP体系结构的层次和功能。 掌握IP地址管理和子网划分的方法。 网络络通信 通信的概念 v通信，指人与人或人与自然之间通过某种行 为或媒介进行的信息交流与传递，从广义上 指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的 情况下无论采用何种方法，使用何种媒质， 将信息从某方准确安全传送到另方。 塞缪尔莫尔斯（ Samuel Finley Breese Morse， 1791年4月27日- 1872年4月2日) 是一名享有盛誉 的美国画家、电 报之父。 亚历山大贝尔是一位美国发 明家和企业家。他获得了世 界上第一台可用的电话机的 专利

3、权（发明者为意大利人 安东尼奥梅乌奇），创建了 贝尔电话公司（AT&T公司 的前身）。其被世界誉为“电 话之父”。 世界上第一台计计算机ENIAC 早期的计计算机系统统通信 数据信息和数据通信 v数据信息 数据是信息的载体，它是客观事实、概念或 图像等用于通信的一种形式化的表现。 v数据通信 简单地说，数据通信就是将数据信息通过适 当的传输线 路从一台机器传送到另一机器。 8 数据传输传输 方式 v 基带传输 所谓基带就是电信号所固有的基本频率。例如，电视 信号的基 本频带为 0-6MHz，数字信号的基本频带为 零至若千兆赫兹， 由传输 速率而定。当利用数据传输 系统直接传输 基带信号时， 则

4、称之为基带传输 。 v 频带传输 所谓频带传输 ，就是利用调制器把二进制信号调制成能在公共 电话线 上传输 的音频信号（模拟信号），将音频信号在传输 介质中传送到接收端后，再经过 解调器的解调，把音频信号还 原成二进制的电信号。 v 宽带传输 宽带是指比音频带宽 更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱。使用 这种宽频带进 行传输的系统，称为宽带传输 系统。 9 网络络通信要素 v通信的目的是传送消息（message）。数据（ data）是运送消息的实体。信号（signal）则 是数据的电气的或电磁的表现。 第一个要素是消息来源，即发送方。 第二个通信要素是消息的目的地址，即接收 方。 第三个要素称

5、为通道，包括提供消息传送 途径的介质。 通信的三个要素： 我们们把打电话电话 的过过程设设置为为通信过过程 发送方接收方 传输介质 满满足了三要素，是否能进进行网络络通信？ 啥意思？ 所以，我们还应对数据进行编 码 那么，编码编码 完成，是否能进进行网络络通信 呢？ 通信之前，还应该设计通信策 略！ 消息分段主要有两个优优点： v首先，通过从源设备向目的设备发 送一个个小 片段，就可以在网络上交替发送许多不同会话 。 v第二，分段可以增强网络通信的可靠性。每个 消息的独立片段无需经过网络中的同一条路径 从源设备传 送到目的设备。因此，如果某条路 径因数据流量过大或故障而堵塞，仍可以使用 备用路

6、径将各个消息片段转发到目的设备。如 果有部分消息未能传送到目的，则只需重新传 输丢失的部分。 报报文交换换 v不要求在两个通通信结点之间建立专用通路。 结点把要发送的信息组织成一个数据包报 文，该报文中含有目标结点的地址，完整的报 文在网络中一站一站地向前传送。 图 2.1 网络传输络传输 介质质 v双绞线 v同轴电缆 v光纤 v无线电波 v微波 v红外线 v激光 选择选择 数据传输传输 介质质 v吞吐量 v成本 v尺寸和可扩展性 v中间设备 v抗噪性 网络协议络协议 v为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、 标准或约定的集合。 标标准化组织组织 v ISO（国际标 准化组织 Interna

7、tional Organization for Standardization） v CCITT（国际电报电话 咨询委员会International Telephone and Telegraph Consultative Committee） v ECMA（欧洲计算机制造商协会） v ANSI（美国全国标准协会American National Standards Institute） v IEEE（电气和电子工程师协 会Institute of Electrical and Electronic Engneers） v EIA（电子工业协 会Electronic Industries As

8、sociation） v 国家标准和技术协 会(NIST，National Institute of Standards and Technology) v 国际商用机器公司(IBM，International Business Machine) 2.3 网络络体系结结构概述 v网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网 络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准 。它广泛采用的是国际标准化组织（ISO）在 1979年提出的开放系统互连（OSI-Open System Interconnection)的参考模型。 计计算机网络络体系机构的形成 v阿帕网为美国国防部高级研究计划署开发的世 界上第

9、一个运营的封包交换网络，它是全球互 联网的始祖。 3. 1 没有协议就没有网络，每一种计算机网络都有 一套协议支持着。由于计算机网络的种类多，所以 协议的种类也很多。 所有协议的目的和功能是一样的，都是保证网 络上的信息能畅通无阻、准确无误地传输到目的地。 网络协议的重要性： 1.网络协议 任务一 认识网络体系结构 v网络协议定义 网络协议是计算机间交流的语言，为 计算机网络中进行数据交换而建立的规 则、标准或约定的集合。通过通信设备 和通信线路连接起来的计算机要做到有 条不紊地进行数据通信，交流什么、怎 样交流及何时交流都必须遵循事先约定 的、都能接受的一组规则。 网络协议包括三要素：语法、

10、语义和 时序。 网络协议的3要素：语法、语义和同步 语法语法（Syntax）:规定通信双方“如何讲”， 确定数据与控制信息的结构、格式、信号电平等， 一般以二进制形式表示。 语义语义（Semantics）:规定通信双方“讲什么”， 确定协议元素的种类，即需要发出何种控制信息， 完成何种动作及做出何种应答。 同步同步（Timing）:包括速度匹配和排序等， 即事件实现顺序的详细说明。 任务一 认识网络体系结构 v 计算机网络定义 计算机网络是将分布在不同地理位置上的多个具有独立功能的 计算机，利用通信设备和通信线路连接起来，在网络系统软件和通 信协议的控制下，实现信息传递、资源共享的计算机系统。

11、 1、从物理结构上看 独立功能的计算机 终端设备 数据传输设备 2、从应用和资源共享上看 相互共享 共同完成某项任务 任务一 认识网络体系结构 v 网络体系结构 网络体系结构是指用分层研究方法定义的网络各层的功能、 各层协议和接口的集合。 任务一 认识网络体系结构 v 分层原则 1、功能划分 2、数目适当 3、接口清晰 v 分层优点 1、各层之间相互独立。 2、网络结构清晰，灵活性好。 3、各层都可以采用最合适的技术来实现，不会影响其它层。 4、便于实现和维护。 5、有利于促进标准化。 （2）层次结构的优点 各层之间相互独立，复杂程度下降。 结构上可分隔开:各层都可以采用最合适的 技术来实现。

12、 易于实现和维护:系统已被分解为若干个相 对独立的子系统。 灵活性好:一层发生变化其他各层不受影响 能促进标准化工作:每一层的功能及所提供的 服务都有精确的说明。 3. 选择通信协议的原则 所选择的协议要与网络结构和功能相一致。 除特殊情况外，一个网络应该尽量只选择一种 通信协议。 每个版本的协议都有它最适合的网络环境。 两台实现互连的计算机之间进行通信，它们使 用的通信协议必须相同。 4. 接口和服务 每一层中活动的元素称为实体。可以是软件，如进程每一层中活动的元素称为实体。可以是软件，如进程 ，也可以是硬件，如芯片等。，也可以是硬件，如芯片等。 不同机器上位于同一层次、完成相同功能的实体。

13、不同机器上位于同一层次、完成相同功能的实体。 实实 体体 对等实体对等实体 正是通过接口和服务将各层的协议连接为整体，完成 网络通信的全部功能。 在网络分层结构模型中，每一层为相邻的上一层所在网络分层结构模型中，每一层为相邻的上一层所 提供的功能称为服务。提供的功能称为服务。 服务是通过接口完成，在同一系统中相邻两层的实体进服务是通过接口完成，在同一系统中相邻两层的实体进 行交互的地方行交互的地方, ,通常称为服务访问点通常称为服务访问点SAPSAP（Service Access Service Access PointPoint）。每个）。每个SAPSAP都有个标识，称为端口（都有个标识，称

14、为端口（PortPort）或套接字）或套接字 。 服服 务务 接接 口口 5. 数据单元 上下层实体之间交换的数据传输单元称为数据单 元，数据单元分三种。 协议数据单元1 接口数据单元2 服务数据单元3 协议数据单元（PDU） 协议数据单元（协议数据单元（Protocol Data UnitProtocol Data Unit）是 在不同系统的对等层实体之间根据协议所交换的 数据单位。n层的PDU通常表示为（n）PDU。 协议数据单元协议数据单元包括该层用户数据和该层的协议 控制信息（PCI，Protocol Control Information） 接口数据单元（IDU） 接口数据单元（接口

15、数据单元（IDUIDU）由两部分组成：一部分是 经过层间接口的PDU本身，另一部分是接口控制 信息（ICI，Interface Control Information） 。ICI是对PDU怎样通过接口的说明，仅PDU通 过接口是有用。 接口数据单元（接口数据单元（Interface Data UnitInterface Data Unit）是在同一 系统的相邻两层实体通过接口所交换的数据单元。 服务数据单元（SDU） vv服务数据单元（服务数据单元（Service Data UnitService Data Unit）是为了 实现上一层实体请求的功能，下层实体服务所需 设置的数据单元。 v一个

16、服务数据单元服务数据单元就是一个服务所要传送的逻辑 数据单位。 6.网络体系结构 网络体系结构的概念1 网络体系结构的功能 2 网络体系结构的特点 3 网络体系结构的种类4 网络体系结构的概念 v计算机网络各层、对等进程通信的协议的集合称 为计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构(architecture)(architecture)，它是 计算机网络及其部件所应完成功能的比较精确的 定义。从功能的角度描述计算机网络的结构。 v体系结构只定义网络及其部件通过协议应当完成 的功能，不定义协议的实现细节和各层协议之间 的接口关系。 网络体系结构的功能 v1、连接源节点和目的节点的物理传输线路，可 以经过中间节点。 v2、每条线路两端的节点应当进行二进制通信。 v3、保证无差错的信息传送。 v4、多个用户共享一条物理线路。 v5、路由选择。 网络体系结构的特点 v1、以功能作为划分层次的基础。 v2、第N层的实体在实现自身定义的功能时，只 能使用第N-1层提供的服务。 v3、第N层在向第