{通信公司管理}通信协议

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1、第3章 计算机网络协议与体系结构,计算机网络技术基础 高等教育出版社,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,本章学习目标：, 了解：计算机网络协议 了解：网络系统的分层体系结构 掌握：ISO的OSI七层参考模型 了解：网络的3个著名标准化组织 掌握：ARPA的TCP/IP四层模型,3.1网络协议,3.1.1协议的本质 网络中的计算机之间进行通信时，的语言被称为“协议”。只有能够讲，而且可以理解这些“语言”的计算机才能在网络上与其他计算机彼此通信。从这个意义上讲，“协议”就是网络的本质。 协议定义了网络上的各种计算机和设备之间相互通信、数据管理、数据交换的整套规则。,3.1.2协议的中心任务,在

2、计算机网络的一整套规则中，任何一种协议都需要解决语义、语法和定时的问题。 1.协议的语法（如何讲）问题 2.协议的语义（讲什么）问题 3.协议的定时（讲话次序）问题,3.1.3协议的功能和种类,1.协议的功能 （1）分割与重组 协议的“分割”功能将较大的数据单元分割成较小的数据包，其反过程为“重组”如图3-1所示。,图3-1 分割与重组,1.协议的功能,（2）寻址 协议的“寻址”功能使得设备彼此识别，同时可以进行路径选择，如图3-2。,图3-2 路径选择,1.协议的功能,（3）封装与拆装 协议的“封装”功能是指在数据单元（数据包）的始端或者末端增加控制信息，其相反的过程是“拆装”，如图3-3。

3、,图3-3 数据封装与拆装,1.协议的功能,（4）排序,图3-4 排序,1.协议的功能,（5）信息流控制 协议的流量控制功能是指在信息流过大时，所采取的一系列措施，如图3-5示。,图3-5 信息流控制,1.协议的功能,（6）差错控制 （7）同步 （8）干路传输 （9）连接控制 2.协议的分类 （1）标准或非标准协议 （2）直接或间接协议 （3）整体的协议或分层的结构化协议,3.2计算机网络体系结构,3.2.1计算机网络体系结构工作流程 计算机网络体系结构的工作流程与图2-6所示的邮政系统的工作流程十分相似。 图2-6中，清楚地表明了信件发送和接收的过程，以及怎样利用邮政系统来发送和接收信件。

4、在图2-6所示的邮政系统中，将发信端和收信端从上到下分为A、B、C、D四个层次。,3.2计算机网络体系结构,1.发送端（发件人所在地区） 在“发信人端”是按照从上至下，即ABCD的顺序进行处理的。在每一层，都是按照本层和下层联系的要求，依次封装成新的邮包，并加入本层特有的标签；之后，再传递到下一层指定的位置。 2.接收端（收件人所在地区） 在接收端是按照由下至上，即DCBA，的顺序进行处理的。在每一层，都是依次拆封收到的包装，完成本层应当完成的功能。,图3-6 邮政系统中信件传递工作过程示意图,3.2计算机网络体系结构,这种分层体系结构的最大优点是层与层相互独立。而且每层无须知道其他层次的功能

5、；改变某一层的功能不会影响其他层的工作。 3.2.2计算机网络体系结构概述 1.层次化体系结构中的几个基本概念 （1）协议（protocol） （2）层次（layer） （3）接口（interface）,3.2计算机网络体系结构,（4）层次性模型结构 一个功能完备的计算机网络系统，采用了层次性结构；每层都会包含一个或多个协议。为此，我们将网络层次性结构模型与各层次协议的集合定义为计算机网络的体系结构。 （5）实体（Entity） 实体通常是通信时能发送和接收信息的具体的软硬件设施。,3.2计算机网络体系结构,（6）数据单元（Data Unit） 在OSI参考模型的不同结点内的对等层传送的是相同

6、名称的数据包。这种网络中传输的数据包，被称为“数据单元”。由于每一个层次完成的功能不同，处理的数据单元的大小、名称和内容也就不相同，如，帧、分组、报文等；另外，数据单元不同，地址的类型也不相同，如，物理（MAC）地址、IP地址、端口号等。,2.网络体系结构的研究意义与划分原则,各层之间相互独立。 结构上独立分割。 灵活性好。 易于实现和维护。 有益于标准化的实现。,3.3ISO的七层参考模型,3.3.1 OSI七层参考模型的层次划分原则与功能 1.OSI参考模型的基本知识 国际标准化组织（ISO）颁布的开放系统互连参考模型（OSI/RM），即七层网络通信模型。 OSI/RM体系结构七层模型从上

7、到下依次为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，参见图3-7。,图3-7 OSI/RM网络模型的结构示意图,2.OSI参考模型的层次划分原则,网络中各结点都划分为7个相同的层次结构。 不同结点的相同层次都有相同的功能。 同一结点内各相邻层次之间通过层间接口，并按照接口协议进行通信。 每一层直接使用下面一层提供的服务，间接的使用下面所有层的协议。 每一层都向上一层提供服务。 不同结点之间按同等层的同层协议的规定，实现对等层之间的通信。 网络中还有其他的体系结构的模型的分层数目虽然各不相同；但目的和分层思想都是类似的。,3.OSI/RM七层模型的各层的功能,（1）应用层（Ap

8、plication） 功能：为了满足用户的需要，根据进程之间的通信性质，负责完成用户要完成的各种程序或网络服务的接口工作。 处理的数据单元：报文。 处理的地址：进程标识，端口号。,3.OSI/RM七层模型的各层的功能,（2）表示层（Presentation） 功能：处理结点间或通信系统间信息表示方式方面的问题。 处理的数据单元：报文。 （3）会话层（Session） 功能：会话层的主要作用是组织、协商、管理两个应用进程之间的会话。 会话的含义：就是在不同主机的应用进程之间建立、维持联系。 处理的数据单元：报文。,3.OSI/RM七层模型的各层的功能,（4）运输层（Transport） 功能：在

9、两个端系统（源站和目的站）的会话层之间，建立一条可靠或不可靠的运输连接，以透明的方式传送报文。 处理的数据单元：报文段。 处理的地址：进程标识，TCP和UDP端口号。,3.OSI/RM七层模型的各层的功能,（5）网络层（Network） 功能：使用逻辑地址（IP地址）进行寻址，通过路由选择算法为数据分组通过通信子网选择最适当的路径，并提供网络互联及拥塞控制功能。 处理的数据单元：分组。 处理的地址：逻辑地址，如，IP地址。,3.OSI/RM七层模型的各层的功能,（6）数据链路层（Data Link） 功能：负责在两个相邻结点间的线路上，无差错地传送以“帧”为单位的数据。 处理的数据单元：数据帧

10、。 处理的地址：硬件的物理地址。,3.OSI/RM七层模型的各层的功能,（7）物理层（Physical） 功能：为“数据链路层”提供一个物理连接。物理层定义了以下4个规章特性，用以确定如何使用物理传输介质来实现两个结点间的物理连接。 物理层协议 处理的数据：二进制比特信号，如，二进制的基带信号或模拟信号。 处理的地址：直接面向物理端口的各个管脚，如RS-232的管脚。,4.OSI参考模型的各个部分,（1）OSI模型在功能上分为3个部分 （2）OSI模型从控制上分为2个部分 第1、2、3层：即物理层、数据链路层和网络层属于通信子网，负责处理数据的传输、转发、交换等通信方面的问题； 第4、5、6、

11、7层：即传输层、会话层、表示层和应用层属于资源子网，负责数据的处理、网络服务、网络资源的访问和服务方面的问题。,3.3.2OSI参考模型结点间的数据流,在OSI环境中，主机与主机之间通信时，实际的数据流是如何传递的呢？ 1.OSI参考模型主机结点间通信的数据流 不同的主机之间在没有中间结点设备时，主机之间数据通信的数据流动参见图3-8。,图3-8 OSI环境中主机结点之间传输的数据流,3.3.2 OSI参考模型结点间的数据流,（1）发送结点 在发送方结点内的上层和下层之间传输数据时，每经过一层都对数据附加一个信息头部，即“封装”，而该层的功能正是通过这个“控制头”（附加的各种控制信息，）来实现

12、的。 （2）接收结点 在接收方结点内，这七层的功能又依次发挥作用，并将各自的“控制头”去掉，即“拆封”，同时完成各层相应的功能。 不同的主机之间在有中间结点（网络互联设备）时，主机之间进行数据通信的实际传输的数据流动参见图3-9。,图3-9 OSI环境中含有中间结点的主机系统间传输的数据流,3.4TCP/IP参考模型,3.4.1TCP/IP参考模型概述 1.模型的名称与制定者 （1）TCP/IP的名称 中文名称是“传输控制协议互连网络协议”。TCP/IP模型是一个协议集。 （2）制定者 ARPA的英文全称是“Advanced Research Projects Agency”，其中文名称是“美

13、国国防部高级研究计划局”。,2.TCP/IP四层参考模型：,参见表3-1和表3-2。,表3-2 OSI与TCP/IP标准比较,3.4.2TCP/IP协议簇,TCP/IP四层参考模型，虽然不是ISO的标准，是Internet上使用的主要标准，因而成为一种“实际上的工业标准”。 1. 网络接口层 TCP/IP的最低层是网络接口层。该层可以直接兼容常用的局域网和广域网协议。 2. 网际层（Internet）,3.4.2TCP/IP协议簇,网际层又被称为互联层、互联网络层或网间网络层。主要负责相邻结点之间，数据分组的逻辑（IP）地址寻址与路由。 IP（Internet Protocol，网际协议）：为

14、IP数据包进行寻址和路由。 ICMP（Internet Control Message Protocol，网际控制报文协议）：用于处理路由、协助IP层实现报文传送的控制机制，并为IP协议提供差错报告。,3.4.2TCP/IP协议簇,ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）：用于完成主机的IP（Internet）地址向物理地址的转换。 RARP（Reverse Address Resolution Protocol，逆向地址解析协议）：用来完成主机的物理地址到IP地址的转换或映射功能。,3.传输层（Transport）,传输层又称运输层。提供端到端的可靠或不

15、可靠的通信服务。端到端的通信服务通常是指网络结点间应用程序之间的连接服务。 TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议：是一种面向连接的、高可靠性的、提供流量与拥塞控制的传输层协议。 UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议：是一种面向无连接的、不可靠的、没有流量控制的传输层层协议。,3.传输层（Transport）,TCP或UDP端口号（port） 定义：不同的进程用进程号或进程标识惟一地标识出来。进程标识符就是“端口号”，又被称为“进程地址”。 端口号的表示：端口号的长度定义为16位二进制，其值可以是065535之间的任意十

16、进制整数。 全局端口号：又称“默认端口号”或“公认端口号”，每个客户进程都知道相应服务器的全局端口号。默认端口号的值定义在01023范围内。 端口号与传输层协议的关联： TCP和UDP有各自独立的端口号，如表3-3和表3-4所示。,表3-3 TCP端口号与服务进程,端口号服务进程说明 20FTP文件传输协议（数据连接） 21FTP文件传输协议（控制连接） 23Telnet远程登录或仿真（虚拟）终端协议 25SMTP简单邮件传输协议 53DNS域名服务 80HTTP超文本传输协议 110POP邮局协议 111RPC远程过程调用 ,表3-4 UDP端口号与服务进程,端口号服务进程说明 53DNS域名服务 67BOOTP引导程序协议又称自举协议 67DHCP动态主机配置协议69TFTP简单文件传输协议 111RPC远程过程调用 123NTP网络时间协议 161SNMP简单网络管理协议,套接字（Socket）,套接字（Socket）：套接字中的IP地址组件可以协助标识和定位目标计算机，而其中的端口则决定数据所要送达的具体应用程序。 定义：套接字，即Socket地址，又称“套接字”