计算机网络课件：第2章 计算机网络体系结构

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1、第第2章章 计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.1 2.1 计算机网络的分层结构及其相关概念计算机网络的分层结构及其相关概念2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型2.3 2.3 计算机网络硬件与软件计算机网络硬件与软件2.4 TCP/IP2.4 TCP/IP参考模型参考模型本章知识点：本章知识点：1 1 计算机网络的分层结构计算机网络的分层结构2 2 网络协议、网络接口、网络服务的概念网络协议、网络接口、网络服务的概念3 OSI3 OSI参考模型和参考模型和TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型4 4 计算机网络硬件与软件计算机网络硬件与软件 9/8/2024

2、1计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.1计算机网络的分层结构及其相关概念 l计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则称为网络协议一套规则称为网络协议 （Network Protocol）l为什么制定协议？为什么制定协议？ 因因为为计计算算机机网网络络是是一一个个极极其其复复杂杂的的系系统统：不不同同的的硬硬件件、软软件件，不不同同国国家家质质量量各各异异的的通通信信系系统统，等等等等，因因此此有有必必要要制制定定共共同同遵遵守守的的协协议议；同同时时，为为把把这这个个复复杂杂的的系系统统简简化

3、化，引引入入了了分分层层（layer）的的概概念念，把把复复杂杂的的问问题题简简化化为为几几个个相相对对简简单单的的问问题题的的组合组合l层和协议的集合被称为网络体系结构（Network architecture） 网络协议、网络体系结构网络协议、网络体系结构 9/8/20242计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.1计算机网络的分层结构及其相关概念举例：邮政发信的分层应用举例：邮政发信的分层应用9/8/20243计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.1计算机网络的分层结构及其相关概念几个重要概念几个重要概念 协议协议（ProtocolProto

4、col），），是一种通信规约。是一种通信规约。 层次层次（LayerLayer），），是用于处理复杂问题而设置的结构和处是用于处理复杂问题而设置的结构和处理的方法。理的方法。 接口接口(Interface)(Interface)，是同一个节点或节点内相邻层之间交是同一个节点或节点内相邻层之间交换信息的连接点。换信息的连接点。 体系结构体系结构把网络层次结构模型与各层次协议的集合把网络层次结构模型与各层次协议的集合定义为计算机网络体系结构定义为计算机网络体系结构(Network Architecture)(Network Architecture)，简称简称体系结构。体系结构。(5) (5) 实

5、体：实体：指客观存在的、与某一应用有关的事物，如程序、指客观存在的、与某一应用有关的事物，如程序、进程或作业之类的成分。实体既可以是软件实体，也可以是进程或作业之类的成分。实体既可以是软件实体，也可以是硬件实体。硬件实体。 9/8/20244计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.1计算机网络的分层结构及其相关概念(6) (6) 服务：服务：层次结构中各层都支持其上一层进行工作，这种支持层次结构中各层都支持其上一层进行工作，这种支持就是服务。就是服务。各层次间的关系：各层次间的关系：在同一网络体系的层次结构中，下层为上层提供服务，在同一网络体系的层次结构中，下层为上层提供

6、服务，上层利用下层提供的服务完成自己的功能，同时再向更上层利用下层提供的服务完成自己的功能，同时再向更上一层提供服务。因此，上层可看成是下层的用户，下上一层提供服务。因此，上层可看成是下层的用户，下层是上层的服务提供者。层是上层的服务提供者。 (7) (7) 同等层：同等层：不同系统的相同层次。不同系统的相同层次。(8) (8) 同等层实体同等层实体( (对等实体对等实体) )：不同系统同等层上的两个正通信的不同系统同等层上的两个正通信的实体。实体。(9) (9) 同等层通信：同等层通信：不同系统同等层实体之间存在的通信。不同系统同等层实体之间存在的通信。(10) (10) 同等层同等层( (

7、对等对等) )协议：协议：同等层实体之间通信所遵守的规则。同等层实体之间通信所遵守的规则。各层的协议只对所属层的操作有约束力，而不涉及到其他层。各层的协议只对所属层的操作有约束力，而不涉及到其他层。 9/8/20245计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.1计算机网络的分层结构及其相关概念(11) (11) 接口协议：接口协议：相邻层实体之间交换信息所遵守的规则。任何相邻层实体之间交换信息所遵守的规则。任何两相邻层间都存在接口问题。两相邻层间都存在接口问题。(12(12）服务访问点）服务访问点(SAP)(SAP)：接口上相邻两层实体交换信息的地方。是相邻两层实体的逻辑接

8、接口上相邻两层实体交换信息的地方。是相邻两层实体的逻辑接口。如口。如N N层层SAPSAP就是就是N+1N+1层可以访问层可以访问N N层的地方。层的地方。协议与服务协议与服务不同实体同等机构间的沟通不同实体同等机构间的沟通(通信通信)是协议是协议(protocol)；相同实体相邻机构间的沟通称为服务（；相同实体相邻机构间的沟通称为服务（service）比如：邮政系统图示中，横向虚线是协议；纵向实线比如：邮政系统图示中，横向虚线是协议；纵向实线是服务，纵向相邻机构间为接口（是服务，纵向相邻机构间为接口（interface）9/8/20246计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模

9、型 2.1计算机网络的分层结构及其相关概念为为了了减减少少计计算算机机网网络络设设计计的的复复杂杂性性，人人们们往往往往按按功功能能将将计计算算机机网网络络划划分分为为多多个个不不同同的的功功能能层层。网网络络中中同同等等层层之之间间的的通通信信规规则则就就是是该该层层使使用用的的协协议议，如如有有关关第第N层层的的通通信信规规则则的的集集合合，就就是是第第N层层的的协协议议。而而同同一一计计算算 机机 的的 不不 同同 功功 能能 层层 之之 间间 的的 通通 信信 规规 则则 称称 为为 接接 口口（interface），在在第第N层层和和第第（N+1）层层之之间间的的接接口口称称为为N/

10、(N+1)层层接接口口。总总的的来来说说，协协议议是是不不同同机机器器同同等等层层之之间间的的通通信信约约定定，而而接接口口是是同同一一机机器器相相邻邻层层之之间间的的通通信信约约定定。不不同同的的网网络络，分分层层数数量量、各各层层的的名名称称和和功功能能以以及及协协议议都都各各不不相相同同。然然而而，在在所所有有的的网网络络中中，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务。每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务。协议、服务与接口总结协议、服务与接口总结协议、服务与接口总结协议、服务与接口总结9/8/20247计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.1计算机网络的分

11、层结构及其相关概念协议、服务与接口图示协议、服务与接口图示协议、服务与接口图示协议、服务与接口图示9/8/20248计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.2 OSI参考模型开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型OSI/RM (Open Systems Interconnection/Reference Model)，简称为，简称为OSI模模型型OSI参考模型参考模型9/8/20249计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.2 OSI参考模型l根据不同层次的抽象分层。根据不同层次的抽象分层。l每层应当实现一个定义明确的功能。每层应当实现一个定义明确

12、的功能。l每每层层功功能能的的选选择择应应该该有有助助于于制制定定网网络络协协议议的的国国际际标标准。准。l各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量。各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量。l层层数数应应足足够够多多，以以避避免免不不同同的的功功能能混混杂杂在在同同一一层层中中，但也不能太多，否则体系结构会过于庞大。但也不能太多，否则体系结构会过于庞大。OSI模型分层原则模型分层原则:9/8/202410计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.2 OSI参考模型OSI参考模型的七个层，自下而上为：物理层、数据链路层、参考模型的七个层，自下而上为：物理层、数据链路层、网络

13、层、传输层、会话层、表示层、应用层。网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。1. 物理层（物理层（physical layer）主要功能是：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，负主要功能是：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，负责处理数据传输速率并监控数据出错率，以便能实现数据流责处理数据传输速率并监控数据出错率，以便能实现数据流的透明传输。的透明传输。2. 数据链路层（数据链路层（data link layer）主要功能是：在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通主要功能是：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，传输以信的实体间建立数据链路连接，传输以“帧帧

14、”为单位的数据为单位的数据包，并采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路包，并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。变成无差错的数据链路。 OSI参考模型的层次结构及其功能参考模型的层次结构及其功能注意：注意：要记住七层模型中，各层的名称及顺序要记住七层模型中，各层的名称及顺序9/8/202411计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.2 OSI参考模型3. 网络层（网络层（network layer）主要功能是：为数据在节点之间传输创建逻辑链路，通过路主要功能是：为数据在节点之间传输创建逻辑链路，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择

15、最佳路径，以及实现拥由选择算法为分组通过通信子网选择最佳路径，以及实现拥塞控制，网络互联等功能。塞控制，网络互联等功能。4. 传输层（传输层（transport layer）主要功能是：向用户提供端到端的服务，处理数据包差错、主要功能是：向用户提供端到端的服务，处理数据包差错、数据包次序以及其他一些关键传输问题。数据包次序以及其他一些关键传输问题。 5. 会话层（会话层（session layer）主要功能是：负责维护两个节点之间的传输链接，以便确保主要功能是：负责维护两个节点之间的传输链接，以便确保点到点的传输不中断，以及管理数据交换等功能。点到点的传输不中断，以及管理数据交换等功能。9/8

16、/202412计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.2 OSI参考模型6. 表示层（表示层（presentation layer） 表示层的主要功能是：用于处理在两个通信系统中交换信息表示层的主要功能是：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式变换、数据加密与解密、数的表示方式，主要包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。据压缩与恢复等功能。7. 应用层（应用层（application layer）应用层的主要功能是：为应用软件提供了很多服务。为特定应用层的主要功能是：为应用软件提供了很多服务。为特定类型的网络应用提供访问类型的网络应

17、用提供访问OSI环境的手段。环境的手段。 9/8/202413计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 图图2-3 由中间节点建立起来的端对端连接由中间节点建立起来的端对端连接 9/8/202414计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.2 OSI参考模型OSI参考模型层次之间的关系参考模型层次之间的关系1. 相关术语相关术语PDU协议数据单元协议数据单元(PDU, Protocol Data Unit)：某层协议所操作的：某层协议所操作的数据单元。一般是在该层的数据单元。一般是在该层的PDU前面加一个表示本层的单字前面加一个表示本层的单字母前缀，表示为相

18、应层的数据。比如会话层（母前缀，表示为相应层的数据。比如会话层（Session）通过）通过传送传送SPDU和对等的会话层进行通信。和对等的会话层进行通信。应用层数据称为应用层协议数据单元应用层数据称为应用层协议数据单元(Application Protocol Data Unit，APDU)，表示层数据称为表示层协议数据单元，表示层数据称为表示层协议数据单元(Presentation Protocol Data Unit，PPDU)，会话层数据称，会话层数据称为会话层协议数据单元为会话层协议数据单元(Session Protocol Data Unit，SPDU);传输层数据称为报文段传输层数

19、据称为报文段(segment)，网络层数据称为，网络层数据称为分组、包分组、包(packet)，数据链路层数据称为帧，数据链路层数据称为帧(frame)，物理层，物理层数据称为比特序列或比特流数据称为比特序列或比特流(bit)。 9/8/202415计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.2 OSI参考模型邮政信件的封装与解封2. 网络数据的封装与解封网络数据的封装与解封9/8/202416计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.2 OSI参考模型网络数据的封装与解封示意图网络数据的封装与解封示意图:9/8/202417计算机网络体系结构与参考模型计

20、算机网络体系结构与参考模型 2.3 计算机网络硬件与软件 1. 寻址寻址(addressing)：如何使源可以找到指定的目标 2. 数据通信：数据通信：数据传送有不同的规则。数据如何传送到对方？ 重点掌握：并行通信、串行通信的特点和用途，单工、半双工、并行通信、串行通信的特点和用途，单工、半双工、全双工通信的特点全双工通信的特点通信有两种基本方式：并行方式和串行方式。通信有两种基本方式：并行方式和串行方式。分层设计要解决的问题：分层设计要解决的问题：分层设计要解决的问题：分层设计要解决的问题：9/8/202418计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.3 计算机网络硬件与

21、软件1) 并行通信方式并行通信方式 在收发两个设备之间同时在收发两个设备之间同时传输多位数据，就称为并行通传输多位数据，就称为并行通信。信。 并行通信进行近距离传输并行通信进行近距离传输时，其突出的优点是传输速度时，其突出的优点是传输速度快，处理简单。快，处理简单。并行通信通常用于计算机内部并行通信通常用于计算机内部各部件之间或近距离设备之间各部件之间或近距离设备之间的数据传输。的数据传输。9/8/202419计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.3 计算机网络硬件与软件2) 串行通信方式串行通信方式 串行数据传输时，数据是一位串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线路

22、上传输的。与并一位地在通信线路上传输的。与并行传输相比，串行数据传输的速度行传输相比，串行数据传输的速度要比并行传输速度慢得多。要比并行传输速度慢得多。 如图如图2-42-4所示，串行数据传输时，所示，串行数据传输时，先由具有先由具有8 8位总线的计算机内的发送位总线的计算机内的发送设备，将设备，将8 8位并行数据经并位并行数据经并/ /串转换串转换器换成串行方式器换成串行方式, ,再逐位将数据经传再逐位将数据经传输线传送到接收端的设备中，并在输线传送到接收端的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。成并行方式，以供接收方使用。 串行

23、通信通常用于计算机与计串行通信通常用于计算机与计算机或计算机与终端之间远距离的算机或计算机与终端之间远距离的数据传输。数据传输。9/8/202420计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.3 计算机网络硬件与软件3) 串行通信的方向性结构串行通信的方向性结构 串行数据通信的方向性结构有三种：单工通信、半双工串行数据通信的方向性结构有三种：单工通信、半双工通信和全双工通信。通信和全双工通信。 单工通信单工通信 又称为单向通信。单工通信是数据信号仅从又称为单向通信。单工通信是数据信号仅从A A端传送到端传送到B B端，亦即信息流仅沿一个方向流动，发送端（发送设备）和端，亦即信

24、息流仅沿一个方向流动，发送端（发送设备）和接收端（接收设备）是固定的，如图接收端（接收设备）是固定的，如图(a)(a)所示。所示。 9/8/202421计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.3 计算机网络硬件与软件 半双工通信半双工通信 又称为双向交替通信。半双工通信是数据可以从又称为双向交替通信。半双工通信是数据可以从A A端传端传送到送到B B端，又可以由端，又可以由B B端传送到端传送到A A端，但不能在两个方向上同端，但不能在两个方向上同时传输。如图时传输。如图(b)(b)所示。所示。9/8/202422计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型

25、第第2章章 网络体系结构与网络协议网络体系结构与网络协议 全双工通信全双工通信 又称为双向同时通信。全双工通信要使用全双工信道，又称为双向同时通信。全双工通信要使用全双工信道，同一时刻能在两站间的两个方向传输数据信息，如图同一时刻能在两站间的两个方向传输数据信息，如图(c)(c)所所示。示。 全双工通信和半双工通信比较，全双工通信效率高，但全双工通信和半双工通信比较，全双工通信效率高，但它的结构复杂，成本也比较高。它的结构复杂，成本也比较高。 9/8/202423计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.3 计算机网络硬件与软件 3. 差错控制（差错控制（error con

26、trol）：）：要知道，现实世界中，通信线路是不完美的。差错控制指的是，在数据通信的过程中，能发现和纠正差错，把差错限制在尽可能小的、允许范围内的技术和方法。 4. 流量控制（流量控制（flow control）：）：发送方与接收方处理数据的速度与能力不同。流量控制是一种协调发送方和接收方工作步调的技术，其目的是为了避免发送方的发送速度过快，使接收方来不及处理，从而造成数据的丢失。 9/8/202424计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.3 计算机网络硬件与软件5. 复用与分用：包括逻辑线路和物理线路的复用与分复用与分用：包括逻辑线路和物理线路的复用与分用。在一条物理

27、通信线路上建立多条逻辑通信信道，用。在一条物理通信线路上建立多条逻辑通信信道，同时传输若干路信号的技术称为多路复用技术同时传输若干路信号的技术称为多路复用技术(Multiplexing)6. 路由（路由（routing）：当源端和目标端有多条通路时，）：当源端和目标端有多条通路时，就必须选择合适的通路。就必须选择合适的通路。 9/8/202425计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.3 计算机网络硬件与软件 在分层的计算机网络体系结构中，相邻层之间，在分层的计算机网络体系结构中，相邻层之间，下层向上层提供服务，上层使用下层提供的服务。下层向上层提供服务，上层使用下层提供

28、的服务。下层是服务提供者，上层是服务用户。下层是服务提供者，上层是服务用户。 N+1层实体是通过层实体是通过N层的服务访问点来使用层的服务访问点来使用N层所层所提供的服务。提供的服务。N层层SAP就是就是N+1层可以访问层可以访问N层的地层的地方。每一个方。每一个SAP都有一个唯一的地址。都有一个唯一的地址。 邻邻层层间间通通过过接接口口来来交交换换信信息息。N+1层层实实体体通通过过SAP把把一一个个接接口口数数据据单单元元传传递递给给N层层实实体体，如如图图2-5所示。所示。 面向连接与无连接的服务面向连接与无连接的服务9/8/202426计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参

29、考模型 2.3 计算机网络硬件与软件 在网络中，下层向上层提供的服务分为两大类：在网络中，下层向上层提供的服务分为两大类：面向连接服务面向连接服务(connection-oriented service)和无和无连接服务连接服务(connectionless service)。 面向连接服务：面向连接服务：以电话通信为模式。以电话通信为模式。 通信双方每一次完整的数据传输，都必须经过建通信双方每一次完整的数据传输，都必须经过建立连接、数据传输和终止连接三个过程。在数据传立连接、数据传输和终止连接三个过程。在数据传输过程中，各数据包地址不需要携带目的地址，而输过程中，各数据包地址不需要携带目的地

30、址，而是使用连接号。是使用连接号。9/8/202427计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.3 计算机网络硬件与软件无连接服务：无连接服务：以邮政通信为模式。以邮政通信为模式。 网络传输的每个报文带有完整的目的地址，每个网络传输的每个报文带有完整的目的地址，每个报文在系统中独立传送。无连接服务不保证报文传报文在系统中独立传送。无连接服务不保证报文传输的可靠性。输的可靠性。 可靠性：可靠性：通过确认与重传（出现错误的情况下）来通过确认与重传（出现错误的情况下）来保证服务的可靠性（保证保证服务的可靠性（保证100%正确传输）；没有确正确传输）；没有确认与重传的服务是不可靠的

31、服务认与重传的服务是不可靠的服务(即使即使99.9999%正正确，也仍然是不可靠的服务确，也仍然是不可靠的服务)。9/8/202428计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.3 计算机网络硬件与软件服务原语服务原语 ： “服服务务”在在形形式式上上是是用用一一组组原原语语来来描描述述的的。服服务务原原语语可可以以划划分分为为如如表表2-1所所示示的的四四类类。请请求求、指指示示、响应、确认。响应、确认。 服务有服务有“有确认有确认”和和“无确认无确认”之分。之分。 有有确确认认服服务务，包包括括：“请请求求”、“指指示示”、“响响应应”和和“确认确认”四个原语。四个原语。

32、 无确认服务，无确认服务，只有只有“请求请求”和和“指示指示”两个原语。两个原语。 数数据据传传送送既既可可以以是是有有确确认认的的也也可可以以是是无无确确认认的的，这取决于发送方是否需要确认。这取决于发送方是否需要确认。 9/8/202429计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.3 计算机网络硬件与软件服务与协议的关系服务与协议的关系服务与协议的关系服务与协议的关系: : 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。 “协议”与“服务”的区别 首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务。其次，协议是“水

33、平的”，是逻辑通信（虚线）但服务是“垂直的”，是物理通信（实线）。另外，并非在一个层内完成的全部功能都称为服务。只有那些能够被高一层看得见的功能才能称之为“服务”。 某一层向上一层所提供的服务实际上已包括了在它以下各层所提供的服务。 9/8/202430计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.3 计算机网络硬件与软件服务与协议的关系示意图服务与协议的关系示意图协议是水平的，是逻辑通信（虚线）协议是水平的，是逻辑通信（虚线）服务是垂直的，是物理通信（实线）服务是垂直的，是物理通信（实线）9/8/202431计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 T

34、CP/IP参考模型lTCP/IP参考模型为参考模型为4层结构，层结构，是工业标准或事实标准是工业标准或事实标准lInternet应用即基于应用即基于TCP/IP协议簇协议簇9/8/202432计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型四层的主要功能如下：四层的主要功能如下：(1) 网络接口层网络接口层 这这是是TCP/IP模模型型的的最最底底层层，负负责责接接收收从从IP层层交交来来的的IP数数据据报报并并将将IP数数据据报报通通过过低低层层物物理理网网络络发发送送出出去去，或或者者从从低低层层物物理理网网络络上上接接收收物物理理帧帧，抽抽出出IP数

35、数据报，交给据报，交给IP层。层。 事事实实上上，在在TCP/IP模模型型描描述述中中，网网际际层层的的下下面面什什么么都都没没有有，TCP/IP模模型型只只是是指指出出主主机机必必须须使使用用某某种种协协议议与与网网络络连连接接，以以便便能能在在其其上上传传递递IP分分组组。也也就就是是说说，旨旨在在提提供供灵灵活活性性，以以适适应应各各种种网网络络类类型型，只只是提供了不同网络使用是提供了不同网络使用TCP/IP的一个接口。的一个接口。9/8/202433计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型(2)网际网际(互联网互联网)层层 网网际际层层的

36、的主主要要功功能能是是负负责责相相邻邻结结点点之之间间的的数数据据传传送送。它它的的主主要要功功能能包包括括三三个个方方面面。第第一一，处处理理来来自自传传输输层层的的分分组组发发送送请请求求：，第第二二，处处理理输输入入数数据报：据报：，第三，处理，第三，处理ICMP报文：报文：。P26 网际层在功能上类似于网际层在功能上类似于OSI参考模型的网络层。参考模型的网络层。(3) 传输层传输层 与与OSI参参考考模模型型中中传传输输层层的的作作用用一一样样，即即在在源源结结点点和和目目的的结结点点的的两两个个进进程程实实体体之之间间提提供供可可靠靠的的端端到到端的数据传输。端的数据传输。9/8/

37、202434计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型 TCP/IP模型提供了两个传输层协议：传输控制协模型提供了两个传输层协议：传输控制协议议TCP和用户数据报协议和用户数据报协议UDP。TCP协议是一个可协议是一个可靠的面向连接的传输层协议。用户数据报协议靠的面向连接的传输层协议。用户数据报协议UDP是一个不可靠的、无连接的传输层协议，是一个不可靠的、无连接的传输层协议，UDP协议协议将可靠性问题交给应用程序解决。将可靠性问题交给应用程序解决。 (4) 应用层应用层 在在TCP/IP模型中，应用程序接口是最高层，它与模型中，应用程序接口是最高层，

38、它与OSI模型中的高模型中的高3层的任务相同，都是用于提供网络层的任务相同，都是用于提供网络服务，如：文件传输服务、远程登录、域名服务和服务，如：文件传输服务、远程登录、域名服务和简单网络管理等。各种服务通过各种不同的协议加简单网络管理等。各种服务通过各种不同的协议加以实现。以实现。9/8/202435计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型TCP/IPTCP/IP各层使用的主要协议各层使用的主要协议各层使用的主要协议各层使用的主要协议Internet应用即基于TCP/IP协议簇。 9/8/202436计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构

39、与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型1）地地址址边边界界：1层层与与2层层之之间间，它它将将IP逻逻辑辑地地址址与与底底层层网网络络的的硬件地址硬件地址(物理地址、物理地址、MAC地址地址)分开；分开； 2）操操作作系系统统（OS）边边界界：3层层与与4层层之之间间，它它将将网网络络应应用用与与协议软件分开。协议软件分开。 TCP/IP参考模型两大边界参考模型两大边界9/8/202437计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型lIP层的特点层的特点 首首先先，IP层层作作为为通通信信子子网网的的最最高高层层，提提供供无无连连接接的的数数据据报报

40、传传输输机机制制，但但IP协协议议并并不不能能保保证证IP报报文文传传递递的的可靠性。其次，可靠性。其次，IP是点到点的。是点到点的。 lTCP/IP的可靠性的可靠性 在在TCP/IP网网络络中中，IP采采用用无无连连接接的的数数据据报报机机制制，对数据进行对数据进行“尽最大努力传递尽最大努力传递”。 TCP/IP的的可可靠靠性性体体现现在在传传输输层层，传传输输层层协协议议中中的的TCP协协议议提提供供面面向向连连接接的的服服务务。而而传传输输层层的的另另一一个个协协议议UDP是无连接的。是无连接的。9/8/202438计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP

41、/IP参考模型lTCP/IP模型的特点模型的特点 TCP/IP将将不不同同的的底底层层物物理理网网络络、拓拓扑扑结结构构隐隐藏藏起起来来，向向用用户户和和应应用用程程序序提提供供通通用用的的、统统一一的的网网络络服服务务，如如图图2-9所所示示。在在某某种种意意义义上上，可可以以把把这这个个单单一一的的网网络络看看作作一一个个虚虚拟拟网网；在在逻逻辑辑上上他他是是独独立立的的、统统一一的的，在物理上它则是由不同的网络互联而成。在物理上它则是由不同的网络互联而成。 9/8/202439计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型TCP/IP提供一个通用的

42、网络服务提供一个通用的网络服务9/8/202440计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型OSI模型协议栈与模型协议栈与TCP/IP模型协议栈对比模型协议栈对比9/8/202441计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型 传输层及其以下的机制由内核提供，应用层由用户传输层及其以下的机制由内核提供，应用层由用户进程提供，应用程序对通讯数据的含义解释，而传输进程提供，应用程序对通讯数据的含义解释，而传输层及其以下处理通讯的细节。层及其以下处理通讯的细节。 应用层数据通过协议栈发到网络上时，每层协议都应用层数

43、据通过协议栈发到网络上时，每层协议都要加上一个数据首部，称为封装，如图要加上一个数据首部，称为封装，如图2-11所示。所示。 9/8/202442计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型l在在比比较较两两种种参参考考模模型型的的差差异异时时，并并不不对对两两个个模模型型中中使使用用的的协议进行比较。协议进行比较。l在在ISO/OSI参参考考模模型型中中，有有三三个个基基本本概概念念：服服务务、接接口口和和协协议议。TCP/IP模模型型并并不不十十分分清清晰晰地地区区分分服服务务、接接口口和和协协议议这这些概念。些概念。 OSI参考模型与参考模型与T

44、CP/IP参考模型的比较参考模型的比较OSI参考模型TCP/IP参考模型层数：7层层数：4 层先有模型，后有协议？先有协议，后有模型协议、服务及接口这些概念有清晰的定义没有提出明晰的概念定义法定标准，但没有人使用事实标准，大家都在用9/8/202443计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型本教材使用的参考模型：五层协议的体系结构本教材使用的参考模型：五层协议的体系结构 9/8/202444计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型l集中了集中了OSI与与TCP/IP两种参考模型的优点，以两种参考模型的优

45、点，以TCP/IP模型为主模型为主l既有既有OSI明晰的概念阐述，又有明晰的概念阐述，又有TCP/IP实际应用实际应用协议支撑协议支撑五层参考模型的优点：五层参考模型的优点：9/8/202445计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型(1) 物理层物理层 物物理理层层的的任任务务就就是是透透明明地地传传递递比比特特流流，在在物物理理层层上上所所传传数数据据的单位是比特。的单位是比特。(2) 数据链路层数据链路层 在在发发送送数数据据时时，数数据据链链路路层层的的任任务务是是将将网网络络层层交交下下来来的的IP数数据据报报组组装装成成帧帧，在在两两个

46、个相相邻邻结结点点间间的的链链路路上上传传送送以以帧帧为为单单位位的的数据。数据。(3) 网络层网络层 网网络络层层负负责责为为分分组组交交换换网网上上的的不不同同主主机机提提供供通通信信。在在发发送送数数据据时时，网网络络层层将将传传输输层层产产生生的的报报文文段段或或用用户户数数据据报报封封装装成成分分组组或或包包进进行行传传送送。在在TCP/IP体体系系中中，分分组组也也叫叫做做包包、IP数数据据报报，或简称为数据报。或简称为数据报。 网网络络层层的的另另一一个个任任务务就就是是要要选选择择合合适适的的路路由由，使使源源主主机机传传输输层所传下来的分组能够交付到目的主机。层所传下来的分组

47、能够交付到目的主机。 五层模型下各层的主要功能：五层模型下各层的主要功能：9/8/202446计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型(4) 传输层传输层传输层的任务就是负责主机中两个进程之间的通信。传输层的任务就是负责主机中两个进程之间的通信。因特网的传输层可使用两种不同的协议：因特网的传输层可使用两种不同的协议：TCP、UDP。(5) 应用层应用层应用层是体系结构中的最高层。应用层确定进程之间应用层是体系结构中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。通信的性质以满足用户的需要。五层模型下通信数据的封装与传递，如图五层模型下通信数据的封装与传递，如图2-13所示。所示。 五层模型下各层的主要功能：五层模型下各层的主要功能：9/8/202447计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型 2.4 TCP/IP参考模型五层模型下通信数据的封装与传递五层模型下通信数据的封装与传递9/8/202448计算机网络体系结构与参考模型计算机网络体系结构与参考模型