网络体系结构

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1、第2章网络体系结构 与网络协议1计算机科学与技术学院本章主要内容：掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念掌握：网络体系结构的层次化研究方法掌握：OSI参考模型及各层的基本服务功能掌握：TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本服务功能与主要协议了解：OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较2计算机科学与技术学院2.1 网络体系结构的基本概念2.1.1 2.1.2网络协议的概念 网络体系结构的研究方法3计算机科学与技术学院2.1.1 网络协议 的概念 网络协议 是为网络数据交换而制定的规则 、约 定与标准； 网络协议 的三要素：语法 、语义 与时序；语法：数据与控制信息的结构或格式语义

2、 ：即需要发出何种控制信息，完成何种动作 以及做出何种响应 时序：事件实现顺 序的详细说 明4计算机科学与技术学院现实社会存在的邮政系统计算机科学与技术学院52.1.2 网络体系结构的研究方法6计算机科学与技术学院l 层次是人们对复杂问题处 理的基本方法； l 将总体要实现的很多功能分配在不同层次中，对每 个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定； l 不同的系统分成相同的层次，不同系统的最低层之 间存在着“物理”通信；不同系统的对等层次之间存 在着“虚拟”通信；对不同系统的对等层之间的通信 有明确的通信规定； l 高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服 务的具体实现方法。层次（laye

3、r）7计算机科学与技术学院层次结构研究方法的优点：l 各层之间相互独立; l 灵活性好; l 各层都可以采用最合适的技术来实现 ; l 易于实现 和维护 ; l 有利于促进标 准化。接口（interface）l 接口是同一结点内相邻层 之间交换信息的连接点; l 同一个结点的相邻层 之间存在着明确规定的接口， 低层向高层通过接口提供服务; l 只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的 具体实现 方法与技术的变化不会影响整个系统的 工作。8计算机科学与技术学院相邻两层之间的关系n层n-1层n层n-1层层间接口对等实体n+1层协议单位PDU(协议数据单元)n层协议单位PDU(协议数据单元)n-1

4、层协议单位PDU(协议数据单元)SAP (服务访问点)9计算机科学与技术学院各层要完成的功能l 差错控制：使得和网络对等端的相应层次的通信更加可 靠 l 流量控制：使得发送端的发送速率不要太快，要使接收 端来得及接收 l 分段和重组：发送端将要发送的数据块划分为更小的单 位，在接收端将其还原 l 复用和分用：发送端几个高层会话复用一条低层的连接 ， 在接收端再进行分用 l 连接建立和释放：交换数据前先建立一条连接，数据传 送结束后释放连接10计算机科学与技术学院分层的缺点：同一功能会在不同的层次中重复出现2.2 OSI参考模型11计算机科学与技术学院ISO划分七层结 构的基本原则：l 网中各结

5、点都具有相同的层次； l 不同结点的同等层具有相同的功能； l 同一结点内相邻层 之间通过接口通信； l 每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提 供服务； l 不同结点的同等层通过协议 来实现对 等层之间的 通信。OSI参考模型的结构计算机科学与技术学院12OSI参考模型各层的功能物理层的主要功能： l 物理层的数据传输单 元是比特； l 利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放 物 理连接； l 实现比特流的传输，为数据链路层提供数据传输服务； l 物理层的设备主要有 - T型连接器；收发器；双绞线连 接器RJ-45；RS232 接口；网络接口单元； 调制解调器；中继器；集线器等

6、13计算机科学与技术学院数据链路层的主要功能： l 数据链路层的数据传输单元是帧； l 在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的 实 体间建立数据链路连接； l 采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线 路 变成无差错的数据链路。14计算机科学与技术学院网络层的主要功能： l 通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适 当 的路径； l 为数据在结点之间传输创 建逻辑链 路； l 实现网络互连等功能。15计算机科学与技术学院传输层 的主要功能： l 向用户提供端到端（end-to-end）服务； l 处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传 输问题； l 传输层向高层屏蔽了下层数

7、据通信的细节，是计算机 通信体系结构中关键的一层。16计算机科学与技术学院会话层的主要功能： l 负责维护 两个结点之间的传输链 接，以便确保点到 点 传输不中断； l 数据交换的定界和同步。17计算机科学与技术学院表示层的主要功能： l 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式； l 数据格式变换；数据加密与解密；数据压缩与恢复。应用层的主要功能: l 网络应用程序及其应用层协议存留的地方。2.3 TCP/IP参考模型2.3.1 TCP/IP参考模型的发展l在TCP/IP协议研究初期，并没有提出参考模型； l1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型； l80年代Leiner、 C

8、lark等人对TCP/IP参考模型进一步的研究； TCP/IP协议一共出现了6个版本，后3个版本是版本4、版本5与 版本6； l目前我们使用的是版本4，它的网络层IP协议一般记作IPv4 ； 版本6的网络层IP协议一般记作IPv6（或IPng, IP next generation）。18计算机科学与技术学院TCP/IP协议 的特点l 开放的协议标 准; l 独立于特定的计算机硬件与操作系统； l 独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、 广域网，更适用于互连网中； l 统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设 备在网中都具有唯一的地址； l 标准化的高层协议 ，可以提供多种可靠的用户

9、服务。19计算机科学与技术学院2.3.2 TCP/IP参考模型各层的功能应用层（application layer）传输层 （transport layer）互联层 （internet layer）主机-网络层 （host-to-network layer）或网络接口层20计算机科学与技术学院TCP/IP 参考模型与 OSI 参考模型的对应关系 计算机科学与技术学院21主机-网络层 (网络接口层)l 参考模型的最低层，负责 通过网络发 送和接收IP 数据报; l 允许主机连入网络时 使用多种现成的与流行的协 议，如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网 的X.25、帧中继、ATM协议等；

10、 l 充分体现出TCP/IP协议 的兼容性与适应性，它也 为TCP/IP的成功奠定了基础。22计算机科学与技术学院互联层 （互联网络层 ）l 处理互联的路由选择、流控与拥塞问题； l 处理接收的数据报；（目的地址是否为本结点IP 地址） l 处理来自传输层的分组发送请求； l 网络层协议是IP协议。IP协议是无连接的、提供“尽 力而为”的服务。（协议数据 单元PDU为IP分组）23计算机科学与技术学院传输层l 主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等 实体间建立的端-端连接； l 传输 控制协议 TCP是一种可靠的面向连接协议； l 用户数据报协议 UDP是一种不可靠的无连接协 议。24计算

11、机科学与技术学院应用层应用层协议 主要有：l 远程登录协议 Telnet l 文件传输协议 FTP l 简单邮 件传输协议 SMTP l 域名系统 DNS l 简单 网络管理协议 SNMP l 超文本传输协议 HTTP25计算机科学与技术学院因特网的五层协议的体系结构应用层(application layer)传输层 (transport layer)网络层 (network layer)数据链路层(data link layer)物理层(physical layer)54321应用层传输层网络层数据链路层物理层26计算机科学与技术学院主机1向主机2发送数据27计算机科学与技术学院主机1 向主

12、机2 发送数据28计算机科学与技术学院主机1 向主机2 发送数据29计算机科学与技术学院主机1 向主机2 发送数据30计算机科学与技术学院主机1 向主机2 发送数据31计算机科学与技术学院主机1 向主机2 发送数据32计算机科学与技术学院TCP/IP体系结构的运行路由器在转发分组时最高只用到网络层 而没有使用传输层 和应用层。33计算机科学与技术学院沙漏计时器形状的TCP/IP协议族34计算机科学与技术学院IP over Everything IP可应用到各式各样的网络上35计算机科学与技术学院2.4 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较2.4.1 对OSI参考模型的评价l 层次数量不是

13、最佳选择 ，会话层 很少用到，表示层 几 乎是空的，数据链路层与网络层 有很多的子层插入 ； l 寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降 低 系统效率； l 数据安全性、加密与网络管理在参考模型的设计 初 期 被忽略了； l 参考模型的设计 更多是被通信的思想所支配，不适 合 于计算机与软件的工作方式； l 严格按照层次模型编程的软件效率很低。36计算机科学与技术学院2.4.2 对TCP/IP参考模型评价l 在服务、接口与协议的区别上不很清楚，参考模 型不适合于其它非TCP/IP协议族； l TCP/IP参考模型的主机-网络层本身并不是实际的 一层，物理层与数据链路层的划分是必要和合理 的，而 TCP/IP参考模型却没有做到这点。37计算机科学与技术学院小结l 网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的 概念； l 网络中计算机之间要做到有条不紊地交换数据就必须 遵守一些事先约定好的规则。这些为网络数据交换而 制定的规则、约定与标准被称为网络协议。功能完备 的网络需要制定一系列的协议； l 网络协议按照层次结构模型来组织，网络层次结构模 型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构； l ISO定义的开放系统互联(OSI)参考模型对推动网络协 议标准化的研究起到了重要的作用； l Internet的广泛应用使TCP/IP协议成为事实上的标准。38计算机科学与技术学院