计算机网络教程 课件 (第二版) 谢希仁 第2章

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1、单机此处结束page 1第2章 计算机网络的协议与体系 结构计算机网络体系结构的形成2.1协议与划分层次2.2具有五层协议的计算机网络体系结构2.3TCP/IP 的体系结构2.4单机此处结束page 22.1 计算机网络体系结构的形成l考虑虑两台计计算机通信的步骤骤。l相互通信的两个计计算机系统统必须须高度协调协调 工 作才行，而这这种“协调协调 ”是相当复杂杂的。 l“分层层”可将庞庞大而复杂杂的问题问题 ，转转化为为若 干较较小的局部问题问题 ，而这这些较较小的局部问题问题 就比较较易于研究和处处理。 单机此处结束page 31974年，美国的IBM公司宣布了它研制的系 统统网络络体系结结

2、构SNA (System Network Architecture)。现现在它是世界上使用得相当 广泛的一种网络络体系结结构。为为了使不同体系结结构的计计算机网络络都能 互连连，国际标际标 准化组织组织 ISO于1977年成立了 专门专门 机构研究该问题该问题 。单机此处结束page 4关于开放系统互连参考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Mode）国际标际标 准化组织组织 ISO于1977年开始研究协议标协议标 准 ，1983年形成了正式文件，七层协议层协议 ，90年代初完成 了整套的标标准。在市场场化方面 OSI 却失败败了。l

3、OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动 力；lOSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很 低；lOSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标 准生产的设备无法及时进入市场；lOSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多 个层次中重复出现。 单机此处结束page 5两种国际标准l法律上的(de jure)国际标际标 准 OSI并没 有得到市场场的认认可。l非国际标际标 准 TCP/IP 现现在获获得了最广 泛的应应用。 TCP/IP 常被称为事实上的国际标准 。单机此处结束page 6网络协议l计计算机网络络中的数据交换换必须须遵守事先约约 定好的规则规则 。 l这这些规则规

4、则 明确规规定了所交换换的数据的格式 以及有关的同步问题问题 （同步含有时时序的意思 ）。l为进为进 行网络络中的数据交换换而建立的规则规则 、 标标准或约约定即网络协议络协议 (network protocol) ，简简称为协议为协议 。 单机此处结束page 7网络协议的组成要素： l语语法：数据与控制信息的结结构或格式 。 l语义语义 ：需要发发出何种控制信息，完成何种 动动作以及做出何种响应应。 l同步：事件实现顺实现顺 序的详细说详细说 明。 单机此处结束page 8划分层次的概念举例 l主机 1 向主机 2 通过过网络发络发 送文件。可 以将要做的工作进进行如下的划分。l第一类类工

5、作与传传送文件直接有关。n确信对方已做好接收和存储文件的准备 。n双方协调好一致的文件格式。l两个主机将文件传传送模块块作为为最高的一层层 。剩下的工作由下面的模块负责块负责 。单机此处结束page 9两个主机交换文件 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命令 是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块 进行发送把收到的文件交给 上层模块单机此处结束page 10再设计一个通信服务模块 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方把文件交给下层模块 进行发送把收到的文件交给 上层模块通信服务模

6、块通信服务模块单机此处结束page 11再设计一个网络接入模块 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络 接口网络 接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。单机此处结束page 12分层的好处 l各层层之间间是独立的。l灵活性好。l结结构上可分割开。l易于实现实现 和维护维护 。l能促进标进标 准化工作。 单机此处结束page 13层数多少要适当 l若层层数太少，就会使每一层层的协议协议 太 复杂杂。l层层数太多又会在描述和综综合各层层功能 的系统统工程任务时务时 遇到较较多的困难难。

7、单机此处结束page 14计算机网络的体系结构 l计计算机网络络的体系结结构(architecture)是 计计算机网络络的各层层及其协议协议 的集合。 l体系结结构就是这这个计计算机网络络及其部件所 应应完成的功能的精确定义义。l实现实现 (implementation)是遵循这这种体系结结 构的前提下用何种硬件或软软件完成这这些功能 的问题问题 。l体系结结构是抽象的，而实现则实现则 是具体的， 是真正在运行的计计算机硬件和软软件。 单机此处结束page 152.3 具有五层协议的体系结构 lOSI七层协议层协议 体系结结构的概念清楚，理论论比 较较完整，但它既复杂杂又不实实用。lTCP/

8、IP 是四层层的体系结结构：应应用层层、运输输 层层、网际层际层 和网络络接口层层。实际实际 上最下面网 络络接口层层并没有设设么具体内容。l因此往往采取折中的办办法，即综综合 OSI 和 TCP/IP 的优优点，采用一种只有五层协议层协议 的体 系结结构 。 单机此处结束page 16五层协议的体系结构 应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer) 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层单机此处结束pa

9、ge 17（1）应用层 (application layer) 应应用层层是体系结结构中的最高层层。应应 用层层直接为为用户户的应应用进进程提供服务务 。这这里的进进程就是指正在运行的程序。 在因特网中的应应用层协议层协议 很多，如 支持万维维网应应用的HTTP，支持电电子邮邮件 的SMTP，支持文件传传送的FTP等。 单机此处结束page 18（2）运输层 (transport layer) 运输层输层 的任务务就是负责负责 向两个主机 中进进程之间间的通信提供服务务。运输层输层 有 复用和分用的功能。多个应应用层进层进 程可 以同时时使用下面的运输层输层 服务务。运输输 层层也可把收到的信

10、息分别别交付给给上面应应 用层层中相应应的进进程。单机此处结束page 19 传输传输 控制协议协议 TCP (Transmission Control Protocol) 面向连连接的，数据 传输传输 的单单位是报报文段 (segment)，能够够保证证 提供可靠的交付。 用户户数据报协议报协议 UDP (User Datagram Protocol) 无连连接的，数据传输传输 的单单位是 用户户数据报报，不保证证提供可靠的交付，只能提 供“尽最大努力交付 (best-effort delivery)”。单机此处结束page 20（3）网络层 (network layer) 网络层负责为络层

11、负责为 分组组交换换网上的不 同主机提供通信服务务。在发发送数据时时， 网络层络层 把运输层产输层产 生的报报文段或用户户 数据报报封装成分组组或包进进行传传送。 网络层络层 具有路由选择选择 功能，提供 的是“尽最大努力交付”的服务务。单机此处结束page 21因特网是一个很大的互联联网，它由 大量的异构 (heterogeneous) 网络络通 过过路由器 (router)相互连连接起来。因 特网主要的网络层协议络层协议 是无连连接的网 际协议际协议 IP（Internet Protocol）和许许 多种路由选择协议选择协议 ，因此，因特网的网 络层络层 也叫做网际层际层 或IP层层。 单

12、机此处结束page 22（4）数据链路层 (data link layer) 常简简称为链为链 路层层。两个结结点之间传间传 送数 据时时，数据链链路层层将网络层络层 交下来的IP数据 报组报组 装成帧帧 (framing)，在两个相邻结邻结 点间间 的链链路上“透明”地传传送以帧帧 (frame) 为单为单 位的数据。每一帧帧包括数据和必要的控制信 息（如同步信息、地址信息、差错错控制等） 。 单机此处结束page 23“透明”是一个很重要的术语术语 ，它 表示：某一个实际实际 存在的事物看起来却 好像不存在一样样。“在数据链链路层层透明 传传送帧帧”表示无论论用什么样样的比特组组合 构成的

13、帧帧都能够够通过这过这 个数据链链路。即 这这个数据链链路层对这层对这 个帧帧来说说是透明 的。 单机此处结束page 24（5）物理层 (physical layer) 物理层层的任务务就是透明地传传送比特 流。在物理层层上所传传数据的单单位是比特 。传传送信息所利用的一些物理媒体，并 不在物理层层之内，而是在物理层层下面。 单机此处结束page 25在因特网所使用的各种协议协议 中，最重要 的和最著名的就是TCP和IP两个协议协议 。现现在人 们经们经 常提到的TCP/IP并不一定是指TCP和IP这这 两个具体的协议协议 ，而往往是表示因特网所使 用的体系结结构或是指整个的TCP/IP族

14、(protocol suite) 。单机此处结束page 26图2-3 数据在各层之间的传递过程单机此处结束page 27OSI参考模型把对等层次之间传送的 数据单位称为该层的协议数据单元 PDU(Protocol data Unit)单机此处结束page 28主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2 应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU单机此处结束page 29主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文单机此处结束page 30主机

15、 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）单机此处结束page 31主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧单机此处结束page 32主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体单机此处结束page 33主机 1 向主机 2 发送数据 应应用层层(application layer) 543

16、2154321物理传输媒体主机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理层主机 2单机此处结束page 34主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层单机此处结束page 35主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部 取出数据部分，上交给网络层单机此处结束page 36主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去首部，取出数据部分 上交给运输层单机此处结束page 37主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去首部，取出数据部分 上交给应用层单机此处结束page 38主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据 上交给应用进程单机此处结束page 39主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机