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1、第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议全国高等专科教育计算机系列实用规划教材计算机网络技术与应用计算机网络技术与应用授课人：解瑞云授课人：解瑞云1第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议2第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议内内 容容 回回 顾顾网络体系结构和网络协议的概念网络体系结构和网络协议的概念 网络层次结构模型与各层协议的集合称为网网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构；络体系结构；协议是计算机网络中实体之协议是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。协议有三个间有关通信规则约定的集合。协议有三
2、个要素：语义、语法、定时关系。要素：语义、语法、定时关系。OSI参考模型中数据的流动过程参考模型中数据的流动过程OSI七层模型及各层功能七层模型及各层功能3第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议本章学习目标本章学习目标1）了解）了解网络标准化组织网络标准化组织2）理解理解并并识记识记网络体系结构网络体系结构基本概念基本概念3）掌握）掌握OSI参考模型及各层的基本功能参考模型及各层的基本功能4）掌握掌握TCP/IP参考模型参考模型及及各层的基本功能各层的基本功能5）理解）理解OSI和和TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较6）理解）理解IPv4标准与标准与IPv6标准的比较标准的比较
3、4第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议1.TCP/IP1.TCP/IP体系结构的层次划分体系结构的层次划分 1 1）TCP/IPTCP/IP的产生和发展的产生和发展 TCP/IPTCP/IP协议不是某一标准化组织提出的正式标准，协议不是某一标准化组织提出的正式标准，但已经被公认为事实上的工业标准。但已经被公认为事实上的工业标准。 TCP/IPTCP/IP协议从发展到现在，一共出现了协议从发展到现在，一共出现了6 6个版本，个版本，目前我们使用的主要是版本目前我们使用的主要是版本4 4 ，它的网络层，它的网络层IPIP协议一般协议一般记作记作Ipv4Ipv4。版本版本5 5是基于是基
4、于OSIOSI模型提出的，由于层次变化模型提出的，由于层次变化大，代价高，只是处于建议阶段，并未形成标准。大，代价高，只是处于建议阶段，并未形成标准。版本版本6 6我们称为下一代的我们称为下一代的IPIP协议，记作协议，记作IPv6IPv6。 3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构5第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议 2 2）TCP/IPTCP/IP的特点的特点 （1 1）开放的协议标准：）开放的协议标准：可以免费使用，并且独立于特定的计可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。算机硬件与操作系统。 （2 2）统一分配网络地址）统一分配网络地址：使整个
5、：使整个TCP/IPTCP/IP设备在网络中具有唯设备在网络中具有唯一的一的IPIP地址。地址。 （3 3）适应性强：）适应性强：可同时适用于局域网、广域网以及互联网中。可同时适用于局域网、广域网以及互联网中。 （4 4）标准化的高层协议：）标准化的高层协议：可为用户提供多种可靠的网络服务。可为用户提供多种可靠的网络服务。3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构6第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议 3 3）TCP/IPTCP/IP参考模型的层次划分参考模型的层次划分 TCP/IPTCP/IP体系结构将网络划分为应用层、传输层、体系结构将网络划分为应用层、传输层、互
6、连层、和网络接口层四层。互连层、和网络接口层四层。3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构7第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议TCP/IP体系结构与体系结构与OSI参考模型的对应关系参考模型的对应关系3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构8第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议2.TCP/IP2.TCP/IP体系结构中各层的功能体系结构中各层的功能 1 1）网络接口层）网络接口层 网络接口层是最低层，它网络接口层是最低层，它负责通过网络发送和接收负责通过网络发送和接收IPIP数据报。数据报。TCP/IPTCP/IP体系结构并未对网络接口
7、层使用的协体系结构并未对网络接口层使用的协议做硬性的规定，它允许主机连入网络时使用多种现成议做硬性的规定，它允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，例如局域网协议或其他一些协议。的与流行的协议，例如局域网协议或其他一些协议。 2 2）互连层）互连层 互连层是互连层是TCP/IPTCP/IP体系结构的第二层，它实现的功能体系结构的第二层，它实现的功能相当于相当于OSIOSI参考模型网络层的无连接网络服务。参考模型网络层的无连接网络服务。互联层互联层负责把源主机的数据报发送到目的主机，并可以实现跨负责把源主机的数据报发送到目的主机，并可以实现跨网传输。网传输。3.4 TCP/IP3.4 TC
8、P/IP体系结构体系结构9第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议 互联层的主要功能包括：互联层的主要功能包括：（1 1）处理来自传输层的分组发送请求。）处理来自传输层的分组发送请求。在收到请求后，将在收到请求后，将分组装入分组装入IPIP数据报，填充报头，选择路径，然后将数据报数据报，填充报头，选择路径，然后将数据报发送到相应的网络接口。发送到相应的网络接口。（2 2）处理接收的数据报。）处理接收的数据报。在收到其他主机发送的数据报后，在收到其他主机发送的数据报后，检查目的地址，需要转发则选择路径转发出去；如目的地检查目的地址，需要转发则选择路径转发出去；如目的地址为本结点址为本结点
9、IPIP地址，则除去报头送交传输层处理。地址，则除去报头送交传输层处理。（3 3）处理互联网络中，路径、流量控制、拥塞控制等问题。处理互联网络中，路径、流量控制、拥塞控制等问题。3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构10第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议 3 3）传输层）传输层 传输层是传输层是TCP/IPTCP/IP参考模型的第三层，在互联层之上，参考模型的第三层，在互联层之上，主要处理应用进程之间的端到端的通信。主要处理应用进程之间的端到端的通信。这和这和OSIOSI参考模参考模型中的传输层的功能是相似的。型中的传输层的功能是相似的。 4 4）应用层）应用层
10、 TCP/IPTCP/IP参考模型省略了会话层和表示层，应用层位参考模型省略了会话层和表示层，应用层位于传输层之上，是其最高层，它于传输层之上，是其最高层，它通过使用传输层所提供通过使用传输层所提供的服务，直接向用户（用户的应用程序）提供服务。的服务，直接向用户（用户的应用程序）提供服务。它它包括了所有的高层协议，并不断有新的协议加入，基于包括了所有的高层协议，并不断有新的协议加入，基于这些协议，应用层向用户提供众多的网络应用。这些协议，应用层向用户提供众多的网络应用。3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构11第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议3.TCP/IP3
11、.TCP/IP体系结构中的协议栈体系结构中的协议栈 计算机网络的层次结构使网络中的各个层次的协议计算机网络的层次结构使网络中的各个层次的协议形成了一种从上到下的依赖关系。形成了一种从上到下的依赖关系。在计算机网络中，从在计算机网络中，从上至下相互依赖的各种协议就形成了网络中的协议栈。上至下相互依赖的各种协议就形成了网络中的协议栈。3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构12第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议TCP/IP参考参考模型模型TCP/IP协议栈协议栈3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构13第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议
12、OSIOSI和和TCP/IPTCP/IP的比较：的比较：1.1.共同点共同点层次化的结构。层次化的结构。2.OSI2.OSI的主要问题的主要问题定义复杂，实现困难，有些功能在每一层重复出现，效率低下。定义复杂，实现困难，有些功能在每一层重复出现，效率低下。3.TCP/IP3.TCP/IP的主要问题的主要问题 网络接口层并不是实际的一层，各层的功能定义与实现方法网络接口层并不是实际的一层，各层的功能定义与实现方法没能区分开来等。没能区分开来等。3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构14第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议对对OSI参考模型的评价参考模型的评价层次数量
13、与内容选择不是很好，会话层很少用到，表层次数量与内容选择不是很好，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示层几乎是空的，数据链路层与网络层有很多的子层插入；插入；寻寻址址、流流控控与与差差错错控控制制在在每每一一层层里里都都重重复复出出现现，降降低低系统效率；系统效率；数数据据安安全全性性、加加密密与与网网络络管管理理在在参参考考模模型型的的设设计计初初期期被忽略了；被忽略了；参参考考模模型型的的设设计计更更多多是是被被通通信信的的思思想想所所支支配配，不不适适合合于计算机与软件的工作方式；于计算机与软件的工作方式；严格按照层次模型编程的软件效率很低。严格按照层次模型
14、编程的软件效率很低。3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构15第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议对对TCP/IP参考模型评价参考模型评价在在服服务务、接接口口与与协协议议的的区区别别上上不不很很清清楚楚，一一个个好好的的软软件件工工程程应应该该将将功功能能与与实实现现方方法法区区分分开开，参参考考模型不适合于其他非模型不适合于其他非TCP/IP协议族；协议族；TCP/IP参考模型的主机参考模型的主机-网络层本身并不是实际网络层本身并不是实际的一层；的一层；物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，而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
15、有做到这点。参考模型却没有做到这点。 3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构16第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议一种建议的参考一种建议的参考模型模型 3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构17第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议4. IPv4/ IPV64. IPv4/ IPV6标准标准 1 1）IPIP协议的特点协议的特点 （1 1）IPIP协议是一种不可靠的、面向无连接的数据报传送服务的协议是一种不可靠的、面向无连接的数据报传送服务的协议。协议。 （2 2）IPIP协议向传输层隐藏了低层物理网络细节。协议向传输层隐藏了低层物理
16、网络细节。 （3 3）IPIP协议可以实现信息的跨网传输。协议可以实现信息的跨网传输。 （4 4）IPIP协议使用统一的、全局的地址描述法。协议使用统一的、全局的地址描述法。 3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构18第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议 2 2）IPv4IPv4标准标准 IPv4的不足和局限性：的不足和局限性：地址数量不足、报头复杂、不易扩充；缺少安全与保密方法等。地址数量不足、报头复杂、不易扩充；缺少安全与保密方法等。其中最重要的就是其中最重要的就是IP地址不够用。地址不够用。解决解决IPv4地址枯竭的地址枯竭的3种措施：种措施：采用无分类编址
17、采用无分类编址CIDR，使，使IP地址的分配更加合理；地址的分配更加合理；采用网络地址转换采用网络地址转换NAT技术，节省技术，节省IP地址的使用；地址的使用；采用具有更大的地址空间的新的采用具有更大的地址空间的新的IP协议，即协议，即IPv6协议。协议。3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构19第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议IPv6IPv6和和IPV4IPV4相比，主要的改进和特点：相比，主要的改进和特点： （1 1）更大的地址空间）更大的地址空间 （2 2）简化的头部格式）简化的头部格式 （3 3）改进的选项）改进的选项 （4 4）支持网络资源的预分配）
18、支持网络资源的预分配 （5 5）允许协议扩充）允许协议扩充 （6 6）身份验证和保密）身份验证和保密 3.4 TCP/IP3.4 TCP/IP体系结构体系结构3) IPv6标准标准20第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议IPv4向向IPv6过渡的兼容措施：过渡的兼容措施： 双协议栈：双协议栈：在完全过渡到在完全过渡到IPV6之前，使一部分主之前，使一部分主机和路由器装两个协议：一个机和路由器装两个协议：一个IPV4协议，一个协议，一个IPV6协议，既可以和协议，既可以和IPV4系统通信又可以和系统通信又可以和IPV6通信。通信。 隧道技术：隧道技术：在在IPV6数据报进入数据报进入
19、IPV4网络前，把网络前，把IPV6数据报作为数据部分整个封装成数据报作为数据部分整个封装成IPV4数据报，数据报，就像把信装进信封一样，然后就像把信装进信封一样，然后IPV6数据报就可以数据报就可以在在IPV4网络中进行传输。网络中进行传输。21第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议本本 讲讲 小小 结结TCP/IP模型及各层功能模型及各层功能TCP/IP协议栈协议栈IPv4和和IPv6的比较的比较22第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议作作 业业思考：思考：1、 TCP/IP模型各层及功能。模型各层及功能。2、比较、比较OSI参考模型和参考模型和TCP/IP模型层次结构的异同点。模型层次结构的异同点。3、从、从IPv4过渡到过渡到IPv6的方法有哪些？的方法有哪些？23第第3章章 网络体系结构与协议网络体系结构与协议24
