第十一章 通信协议与网络模型

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1、PartFourNetworkArchitectures Protocols第四部分网络体系结构与协议 第十一章通信协议与网络模型 ComputerNetworks 本章讲什么What saboutThisChapter 本章介绍网络通信协议和网络模型的一般知识 本章学习的主要内容有 网络通信协议的概念网络通信三大基础协议通信分层的概念网络体系结构 网络模型 的概念OSI参考模型IEEE和TCP IP参考模型 简介 本章主要内容Contents 11 1网络通信协议CommunicationProtocols11 2网络通信的分层结构LayeredArchitecture11 3OSI参考模型

2、OSIReferenceModel11 4IEEE和TCP IP网络体系结构IEEEandTCP IP 11 1网络通信协议CommunicationProtocols 参见教材第1 4节 网络 协议无所不在Networks theWorldofProcotols 网络 双方的信息传输常用协议HTTP WWWFTP 文件下载 文件上传IEEE802 3 局域网通信TCP IP 因特网NetBEUI 文件共享和打印机共享Stop and wait Slidingwindow 流量控制 差错控制HDLC 数据链路控制协议的系统组合 Architecture 网络体系结构 通信协议Communica

3、tionProtocols 通信协议是一种概念必须去学习和理解它的含义 内容 功能是一种原理描述网络通信数据传递的过程是一种标准只有按相同或兼容协议研发和制造的产品才能相互通信新协议的制订标准化组织和有影响的生产厂商因特网所用协议 因特网标准 由因特网协会管理IETF 因特网工程任务组 在线公布IESG 因特网工程指导组 批准为标准RFC出版物RFC791 IP InternetProtocol RFC793 TCP TransmissionControlProtocol 有关知识 RFCMoreaboutRFC 因特网上所有的协议都是以所谓RFC文档形式定义的 RFC RequestForC

4、omments 意即 请求注解 包含了关于Internet的几乎所有重要的文字资料 如果你想成为网络方面的专家 那么RFC无疑是最重要也是最经常需要用到的资料之一 所以RFC享有 网络知识圣经 之美誉 通常 当某家机构或团体开发出了一套标准或提出对某种标准的设想 想要征询外界的意见时 就会在Internet上发放一份RFC 绝大部分网络标准的指定都是以RFC的形式开始 经过大量的论证和修改过程 由主要的标准化组织所指定 一个RFC文件在成为官方标准前一般至少要经历三个阶段 建议标准 草案标准 因特网标准 令人遗憾的是 由国内个人或组织编写的RFC文档几乎没有 如何编写RFC文档 参见文档RFC

5、EditorTutorial pdf或参见网页http www rfc editor org howtopub html 协议的概念ConceptofaProtocol 通信协议用于不同系统中实体之间的通信 所谓 实体 是指能发送或接收信息的各种软件 如各种应用程序 数据库管理系统 e mail软件等 所谓 系统 是指运行一个或多个实体的硬件设备 如各种计算机 终端设备和远程传感器等 通信的内容 通信的方式和通信的时间 所有这些都必须遵循实体之间都能接受的一定规则 这些规则就是所谓 协议 或者说 协议就是指通信双方通信时需要遵循的一组管理规则 协议三要素KeyElementsofaProtoc

6、ol 一个协议主要由语法 语义和时序三个部分组成 语法 如何讲 格式 指通信数据与控制信息的结构或格式 涉及编码方案 信号电平等 如规定数据的前8位 比特 是发送方的地址 其后8位是接收方地址 比特流的其他部分才是信息本身 语义 讲什么 含义 指通信设备之间传送的比特流每一部分的含义 涉及用于协调与差错处理的控制信息 时序 何时讲 次序 包括两个特性 速度匹配和和先后顺序 即数据何时发送 传送速度如何才合适 关于协议AboutProtocols 假定一个与网络相连的设备正向另一个与网络相连的设备发送数据 由于各个厂家有其各自的实现方法 这些设备可能不完全兼容 它们相互之间不可能识别和通信 解决

7、方法之一是在同一个网络中全部使用某一厂家的专有技术和设备 在网络互连的今天已不可行 另一种方法就是制定一套实现互连的规范 标准 即所谓 协议 该标准允许每个厂家以不同的方式完成互连产品的开发 设计与制造 当按同一协议制造的设备连入同一网络时 它们完全兼容 仿佛是由同一厂家生产的一样 所以 协议 通常也指网络上不同计算机之间为了协调互相通信而使用的技术规范 即通信技术标准 也是软硬件厂商开发网络产品的标准 为什么有许许多多的网络通信协议 TooManyCommunicationProtocols 理论上只要有一套协议即可 但由于网络技术在不断发展 应用领域在不断拓宽 加上历史的原因 年代各大计算

8、机公司在网络领域 诸侯割据 纷纷推出自己的网络通信协议 既为网络技术的发展作出了贡献 亦造成协议品种杂多的局面 所以目前尚无一套统一可用的网络协议 正如理论上人类只要一种语言就可以相互沟通 但实际上却有许许多多的语言存在一样 学习网络的重要任务之一就是了解各种常用的通信协议 对于网络开发 集成工程师 则需要深入理解甚至精通工程中所涉及到的各种协议 对于普通网络用户 则只需知道访问网络资源你的系统或机器上需要配备何种协议 而无须知道这些协议的具体含义 封闭协议和开放协议ClosedandOpenprotocols 协议可分为封闭协议 closedprotocol 协议内容不对公众公布 只能由制定

9、协议的厂家使用 开放协议 openprotocol 协议内容对公众公布 不同厂家均可采用 从网络角度看 未连网的计算机都是所谓 信息孤岛 型的计算机系统 只按某一公司 厂商的网络通信协议连网 使用封闭协议的网络 的属于 封闭系统 而采用开放协议的网络可以使不同公司 厂商生产的计算机系统实现网络互连 甚至在全球范围内互连起来 称为 开放系统 现代网络技术领域有成千上万种与网络通信有关的协议 其中对网络技术影响最大的是由有关的国际性组织制定的各种基础协议 网络通信中三个最具影响的基础协议MostImportantBasicProtocols 其中三个最具影响力的国际性组织为网络通信制定了各自的协议

10、 OSI 开放系统互连 协议ISO 国际标准化组织 81年公布 理论标准 IEEE802LAN协议IEEE 电气和电子工程师学会 802委员会 80年2月成立 制定 其部分标准已被ISO正式确定为局域网的国际标准TCP IP 网际互连 传输控制 协议美国防部高级计划研究局 DARPA 83年为 阿帕 网 ARPAnet 今发展为Internet 而开发 用于通过UNIX系统控制实现异种计算机网络的互连 乃很多大学 如斯坦福大学 及研究所经多年研究及商业化后得出的结果 现为最通用的网际互连协议 亦为公认的工业标准 Theoreticaldirection理论指导 LANBuilding局域网组网

11、 Internetworking网络互连 11 2网络通信的分层结构LayeredArchitecture 通信分层的概念LayeredArchitecture 可以将人与人的 通信 分为三个相关的层次 认识层 语言层 传输层 例1 如果让一莆田老妪与北京一科学家进行如下的 通信 莆田老妪北京科学家结果用网络术语表达结果谈论内容莆田城内菜价计算机网络技术 不可理喻 认识层 协议 不兼容所用语言莆田方言英语 不知所云 语言层 协议 不兼容通信方式电话电脑 不可沟通 传输层 协议 不兼容 例2 如果让一莆田老妪与北京的莆田藉科学家闵桂荣进行如下的 通信 莆田老妪闵桂荣院士结果用网络术语表达结果谈论

12、内容莆田城市变化家乡情况OK认识层 协议 兼容所用语言莆田方言莆田方言OK语言层 协议 兼容通信方式电话电话OK传输层 协议 兼容 通信分层 另一个例子Layered AnotherExample P18图2 1 任务分层LayeredTasks 人们为了能够彼此交流思想 需借助一个分层次的通信结构 其次 层次之间不是相互孤立的 而是密切相关的 上层的功能是建立在下层的基础上 下层为上层提供某些服务 而且每层还应有一定的规则 网络通信情况同样如此 只是区分更细一些 网络通信分层的概念Twocommunicationmodes 计算机之间的通信可归纳为两种基本方式 点 点通信 P P 相邻节点之

13、间通过直达通路的通信 线路通信 端 端通信 E E 不相邻节点之间通过中间节点链接起来所形成间接可达通路的通信 链路通信 点 点通信是端 端通信的基础端 端通信是点 点通信的延伸 点 点通信的分层LayeredforPoint to Point 两台相邻计算机通过直达通信线路通信时 其所用通信软件将自然分成两个相对独立的模块 层 用户服务层处理用户的通信应用请求 通信服务层通过通信线路收发数据分层的优点 用户服务层的模块设计可相对独立于具体的通信线路和通信硬件接口的差别 如铜线 同轴电缆 光纤等 而通信服务层的模块设计又可相对独立于具体用户应用要求的不同 如文件传输 电子邮件等 b 端 端通信

14、的分层LayeredforEnd to End 端 端通信是把若干点 点相邻节点间的通信线路通过中间节点链接起来 所以还需解决 1 中间节点应具有路由转接功能 按报文所附目标地址转发 2 端节点应具有启动 建立和维护端 端链路的功能启动 发送端发送一个带目标端节点地址的联系控制报文建立 目标端节点返回一个同意通信联系的报文 建立了双方的联系维护 通信过程差错控制 流量控制等为此需在用户服务层和通信服务层之间增加一个新层 网络服务层 即通信服务层实现相邻节点间的点 点通信 网络服务层实现不相邻节点间的端 端链路通信 用户服务层处理用户应用软件的通信请求与服务 特定层的标准Layer Specif

15、icStandards 整个通信功能被分解成不同的层次 也就是说 整体功能被分解为若干模块 在每一层 都有三个问题最为关键 做什么 层间服务 怎么做 层协议 怎么建立联系 层间寻址 协议的制订ProtocolSpecification 不同系统同层的两个实体能通过某个协议进行协同工作 由于涉及两个不同的系统 这个协议必须准确制订 协议的内容包括相交换的 协议数据单元 PDU 的格式 各字段的含义 以及PDU的正确顺序 层间服务 service 分层通信体系中 下层通信实体 服务提供者 为上层实体 服务用户 提供的通信功能 Service whatistobedone butnothowtodo

16、it N层向相邻的高层 N 1层 提供服务 N层是服务提供者 N层向相邻的低层 N 1层 调用服务 N层是服务用户 相邻的高层协议通过服务访问点 SAP 调用低层协议 层间服务的概念WhatisService 服务Services 层间寻址 服务访问点Addressing ServiceAccessPoints 每一层为其上一层各个实体提供各种服务 这些实体通过某个 服务访问点 SAP 来寻访 服务原语ServicePrimitives 在一个分层通信系统中 相邻层之间的服务可以用 服务原语 和 参数 来表达 服务原语定义了所要执行的功能 参数则用于传递数据和控制信息 在网络通信标准中 使用了四种服务原语来定义一个分层通信系统中相邻层间的相互交流 每种服务原语代表一种通信操作 request 请求 indication 指示 response 响应 confirm 证实 Request 请求 由服务用户发出 用于调用某种服务 并传送所需的参数 以明确所请求的服务 Indication 指示 由服务提供者发出 主要用于 指示某个进程已被在线的对方服务用户调用 并提供相关的参数或用于向服务