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1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1Part Four Network Architectures & Protocols第四部分 网络体系结构与协议l l第十一章第十一章 通信协议与网络模通信协议与网络模型型Computer Networks 本章讲什么Whats about This Chapter？ 本章介绍网络通信协议和网络模型的一般知识。l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 Contents11.1 网络通信协议 Communicat
2、ion Protocols11.2 网络通信的分层结构 Layered Architecture11.3 OSI 参考模型 OSI Reference Model 11.4 IEEE 和TCP/IP网络体系结构 IEEE and TCP/IP单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*4网络：协议无所不在Networks: the World of Procotolsl网络 双方的信息传输l常用协议HTTPHTTP - WWWFTP FTP - 文件下载/文件上传 IEEE 802.3IEEE 802.3 - 局域网通信TCP/IPTCP/IP - 因特网NetBEUI NetBEUI
3、 - 文件共享和打印机共享Stop-and-wait /Sliding windowStop-and-wait /Sliding window - 流量控制/差错控制HDLC HDLC - 数据链路控制l协议的系统组合 “Architecture”（网络体系结构）通信协议Communication Protocolsl通信协议l是一种概念 必须去学习和理解它的含义内容功能l是一种原理 描述网络通信数据传递的过程l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l新协议的制订l标准化组织和有影响的生产厂商l因特网所用协议(因特网标准)l由因特网协会管理lIETF(因特网工程任务组)
4、在线公布lIESG(因特网工程指导组) 批准为标准lRFC出版物lRFC791 IP (Internet Protocol)lRFC793 TCP (Transmission Control Protocol)有关知识：RFCMore about RFCl因特网上所有的协议都是以所谓RFC文档形式定义的。lRFC(Request For Comments)-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。l通常，当某家机构或团体开发出了一套标准或提出对某种
5、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。l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。l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。 l令人遗憾的是，由国内个人或组织编写的RFC文档几乎没有。l如何编写RFC文档： 参见文档 RFC Editor Tutorial.pdf 或 参见网页 http:/www.rfc-editor.org/howtopub.html协议的概念Concept of a Protocoll通信协议用于不同系统中实体之间的通信。l所谓“实体”
6、，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。l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。l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Key Elements of a Protocol 一个协议主要由语法、语义和时序三个部分组成。l l语法语法 - 如何讲（格式）l 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
7、收方地址，比特流的其他部分才是信息本身。l l语义语义 - 讲什么（含义）l 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。l l时序时序 - 何时讲（次序）l 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About Protocols l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”
8、。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。l所以“协议协议”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? Too Many Communication Protocols? l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
9、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。l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Closed and Open protocolsl协议可分为封闭协议(closed protocol) 协议内容不对公众公布（只能由制定协议的厂家使用）开放协议(open protocol) 协议内容对公众公布（不同厂家均可
10、采用） l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“开放系统开放系统”。l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Most Important Basic Protocols 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。lOSI（开放系统互连）协议 ISO（国际标准
11、化组织）81年公布（理论标准）lIEEE 802 LAN 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lTCP/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。Theoretical direction 理论指导LAN Building局域网组网Internetworki
12、ng网络互连单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1411.2 网络通信的分层结构Layered Architecture 通信分层的概念Layered Architecture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
13、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 - Another ExampleP18 图2.1任务分层Layered Tasks l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。l网络通信情况同样如此，只是区分更细一些。 网络通信分
14、层的概念 Two communication modes 计算机之间的通信可归纳为两种基本方式：n n点点- -点通信（点通信（P-PP-P） 相邻节点之间通过直达通路的通信(“线路通信”)n n端端- -端通信（端通信（E-EE-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a. 点-点通信的分层 Layered for Point-to-Pointl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
15、收发数据l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-端通信的分层 Layered for End-to-Endl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中间节点链接起来，所以还需解决： (1) (1) 中间节点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) (2) 端节点端节点应具有启动、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
16、，建立了 双方的联系 维护通信过程差错控制、流量控制等l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)，即通信服务层通信服务层实现相邻节点间的点-点通信，网络服务层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-Specific Standardsl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。l在每一层，都有三个问题最为关键:l做什么(层间服务)l怎么做(层协议)l怎么建立联系(层间寻址)协议的制订Protocol Specificationl不同系统同层的两个实体能通过某个协议进行协同工作。 l由于涉及两个不同的系统，这个协议必须准确制订。 l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。l l层间服务（层间服务（serviceservice） 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:Service: what is to be done, but not how to
