网络体系结构与网络协议剖析课件

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1、1,第2章 网络体系结构与网络协议,2,本章学习要求： 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。 了解：网络协议标准组织，RFC文档、Internet草案与Internet协议标准的制定过程。,3,2.1计算机网络体系结构的形成,在计算机网络的基本概念中，分层次的体系结构是最基本的。 2.1计算机网络体系结构的形成 计算机网络是一个很复杂的系统。为了说明这一点，用一个简单的实例来说明，

2、连接在网络上的两台计算机要互相传送文件。 首先，在两台计算机之间必修有一条传送数据的通路，但是有了这个还不够，至少还要完成下面的工作:见教材p20。 由该实例，我们知道，互相通信的两台计算机的系统必须是高度协调工作的。为了实现这种高度协调的工作，提出了采用“分层”的方法， “分层”可以将一个庞大而复杂的问题转化成为很多较小的局部问题，这些较小的问题比较容易研究和处理。,4,2.1计算机网络体系结构的形成,计算机网络体系结构的形成的过程： 1974年，IBM宣布了它研制的系统网络体系结构SNA，该网络标准就是按照层次的方法制定的，它是世界上使用得相当广泛的一种网络体系结构。 早期的问题：各个生产

3、厂家各种产品的相互兼容的问题，以及大厂家的垄断问题。 随后，国际标准化组织ISO于1974年成立专门的机构研究这个问题，并提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架。这一个标准就是著名的开放系统互连基本参考模型OSI。 “开放”指的是： “系统”指的是： OSI参考模型是一个抽象的概念。在1983年形成了OSI参考模型的正式文件，它是一个七层协议的体系结构。,5,2.1计算机网络体系结构的形成,OSI参考模型试图达到一种理想的境界，既成为全世界的计算机网络都遵循的统一标准。但是它事与愿违，现在全世界上使用最多的网络协议不是OSI参考模型。 它失败的原因是： OSI参考模型的专家缺

4、乏实际经验。 OSI参考模型没有什么商业驱动力。 OSI参考模型的协议实现起来较过于复杂，运行效率低， OSI标准制定的周期太长，是按照该标准制定的产品设备无法按时进入市场。 现在使用最多的网络体系结构标准是TCP/IP这个非国际标准的结构。它被称为事实上的 国际标准。它是一个四层结构的网络协议。,6,2.2 网络体系结构的基本概念 2.2.1 网络协议的概念,计算机网络中要很好的实现数据的通信，就必须遵守一些事先约定的规则。这些规则要明确的规定所交换的数据的格式以及有关的同步问题。这里的“同步”不是狭义的同频或同频同相，是广义的同步，含有有时序的意思。 网络协议：为了进行网络中的数据交换而建

5、立的规则、标准或约定就称为网络协议。 网络协议主要由三个要素组成： 1、语法：数据与控制信息的结构或格式； 2、语义：既需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应； 3、同步：既事件实现顺序的详细说明,7,2.2 网络体系结构的基本概念 2.2.1 网络协议的概念,另外的一种说法： 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：语义、语法与时序； 语义：用于解释比特流的每一部分的意义； 语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格 式，以及数据出现的顺序的意义； 时序：事件实现顺序的详细说明。,8,社会上存在的邮政系统,9,协议和划分层次,如书上例子：P22来说明要

6、划分层次的概念,10,协议和划分层次,由上面的例子我们可以更好的理解分层带来的好处： 1、各层之间是独立的； 2、更好的灵活性； 3、结构上可以分割开； 4、易于维护； 5、能促进标准化工作。 在分层时，也要注意每一层的功能非常明确，层数不能太少，这样会使每一层的协议太复杂，但是层数也能太多，这样又会使描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。,11,协议和划分层次,通常在每一层所要实现的一般功能都具有下面的一种功能或几种功能： 差错控制： 流量控制： 分段和重组： 复用和分用： 连接和释放： 在分层也存在一些缺点：如有些功能在不同的层次中重复出现，因此造成了额外的开销。 网络的体系结

7、构：就是计算机网络的各层及其协议的集合就称为网络的体系结构。 体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正的运行在计算机硬件和软件。,12,2.2.2 协议、层次、接口与体系结构的概念 计算机网络的四个重要的概念,层次（layer） 协议（protocol） 接口（interface） 体系结构（architecture）,13,层次（layer）,层次是人们对复杂问题处理的基本方法； 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； 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

8、统的对等层之间的通信有明确的通信规定； 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。,14,协议（protocol）,协议基本上是通信双方关于通信如何进行达成的一致规则 协议栈：某一系统所使用的协议列表，每层一个协议，就称为协议栈。,15,接口（interface）,接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点; 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; 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。,16,网络体系结构（network architecture）,网络体系结构：是层和协议的集合 一个功

9、能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集; 网络协议是按层次结构来组织的； 网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构； 网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义； 体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件和软件。,17,2.2.3 网络体系结构的研究方法 层次结构研究方法的优点,各层之间相互独立; 灵活性好; 各层都可以采用最合适的技术来实现; 易于实现和维护; 有利于促进标准化。,18,2.3 OSI参考模型 2.3.1 OSI参考模型的基本概念,在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织是： 国际电报与电话咨询委员会 （Consultative C

10、ommittee on InternationalTelegraph and Telephone，CCITT ）； 国际标准化组织 （International Standards Organization ，ISO）。 CCITT与ISO的工作领域是不同的： CCITT 主要是考虑通信标准的制定； ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构。,19,在OSI中 的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其他任何系统进行通信； OSI标准中，采用的是三级抽象： 体系结构（architecture）； 服务定义（service definition）；

11、协议说明（protocol specification）。,20,体系结构,开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包括的可能的服务； 作为一个框架来协调和组织各层协议的制定； 对网络内部结构最精炼地概括与描述。,21,服务定义,详细地说明了各层所提供的服务； 某一层的服务就是该层及其以下各层的一种能力； 低层的服务是通过接口向上一层提供的; 各层所提供的服务与这些服务是如何实现的无关； 定义了层与层之间的接口与各层使用的原语，但不涉及接口是具体实现的。,22,协议说明,OSI标准中的各种协议明确地定义了： 应该发送什么样的控制信息； 如何解释这个控制信息。 协议的规程说明具有最严格的约

12、束。,23,OSI参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程间通信标准的制定； 在OSI的范围内，只有各种的协议是可以被实现的，而各种产品只有和OSI的协议相一致时才能互连； OSI参考模型并不是一个标准，而是一个在制定标准时所使用的概念性的框架。,24,2.3.2 OSI参考模型的结构 ISO划分七层结构的基本原则,网中各结点都具有相同的层次； 不同结点的同等层具有相同的功能； 同一结点内相邻层之间通过接口通信； 每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务； 不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。,25,OSI参考模型的结构,26,2.3.3 OSI参考模型各层的功能,OSI参

13、考模型共分7层。上面的三层是较高层（应用层）下面的四层为数据流动层。 物理层的主要功能： 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； 实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数 据传输服务； 物理层的数据传输单元是比特。 物理层为激活、维持和释放终端系统之间的物理链路定义了电气、机械、过程和功能的标准。如：电压、电压变化的时间、物理数据速率、最大传输的距离、物理连接器和其他的物理层规范中定义的类似特点。（信号和介质）,27,数据链路层的主要功能： 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； 传输以“帧”为单位的数据包； 采用差错控制与流量控制方法，使

14、有差错的 物理线路变成无差错的数据链路。 数据连路层提供数据在物理链路上的传输。物理寻址、网络拓扑、网络介质访问、差错检测。（帧和介质访问控制）,28,网络层的主要功能： 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； 为数据在结点之间传输创建逻辑链路； 实现拥塞控制、网络互连等功能。 网络层是复杂的一层，它提供两台主机之间的连接和路径选择。（路径的选择、路由及逻辑寻址）,29,传输层的主要功能： 向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务； 处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题； 传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的 传输层在发送主机

15、系统上对将要发送的数据进行分段，在接收主机系统上完成数据段到数据流的重组。传输层和会话层之间的边界可以认为是应用协议和数据流协议的分界。应用层、表示层、会话层需要考虑的是应用方面的问题。而下4层只需要考虑数据传输的问题。（流量控制和可靠性） OSI参考模型的较低4层规定了如何通过互联网设备把数据在一条物理线路上传输到目标终端站并最终达到应用层的过程。,30,会话层的主要功能： 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； 管理数据交换。 会话层是建立、管理和终止两台通信主机之间的会话。它是为表示层服务的。也对两台主机的表示层之间的会话进行同步，并管理其数据交换。除了会话规则以外，

16、会话层为进行高效的用户传输、服务分类和会话层、表示层以及应用层的差错报告提供条件。,31,表示层的主要功能： 表示层确保一个系统应用层发布的信息可以被另一种系统的应用层读起。它需要把各种不同的数据格式转化成一种通用的格式。 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式； 数据格式变换； 数据加密与解密； 数据压缩与恢复。,32,应用层的主要功能: 应用层是OSI参考模型中最靠近用户的一层，它为用户的应用程序提供服务。它为想要进行通信的实体建立连接，进行同步并建立关于错误纠正和控制数据完整性过程的协商。不为OSI参考模型中的任何一层提供服务，只为OSI参考模型以外的应用程序提供服务。（电子邮件、远程登录、HTTP等） 为应用程序提供了网络服务; 应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步; 建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。,33,OSI参考模型较上层及下层的作用,34,2.3.4 OSI环境中的数据传输过程 1. OSI环境（OSI environment）,35,2. OSI环境中的数据传输过程,36,封装与解封