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1、第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构n教学目标：n通过本章的学习，了解计算机网络体系结构和各个层次的相关协议，理解接口和服务等概念。掌握ISO/OSI模型和TCP/IP模型的各个层次及其所实现的功能。掌握IP地址的功能和划分，并对子网掩码和下一代互联网IPv6有相应的了解。n教学重点和难点：nISO/OSI网络参考模型nTCP/IP参考模型nIP地址的功能与划分n子网掩码及子网划分 课程学习n2.1 计算机网络的体系结构概述n2.2 ISO/OSI网络参考模型 n2.3 TCP/IP参考模型 n2.4 IP地址 2.1计算机网络的体系结构概述 n网络体系结构的概念 n协议的概念 n
2、接口和服务 网络体系结构的概念 n计算机网络体系机构就是计算机网络各层次及其协议的集合。高层中层低层高层中层低层中间节点物理介质协议的概念 n计算机网络协议就是通信的计算机双方必须共同遵从的一组约定。例如怎样建立连接，怎样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信和交流。接口和服务 n接口和服务是分层体系结构中十分重要的概念。实际上，正是通过接口和服务将各个层次的协议连接为整体，完成网络通信的全部功能。n服务是通过接口完成的。接口就是上层实体和下层实体交换数据的地方，被称为服务访问点。协议和服务的关系 n1层n层n-1层n1/n层间接口n层向n1层提供服务口n-1层向n层提供服务口n
3、/n-1层间接口n1层n层n-1层逻 辑 连接n+1层协议n层协议n-1层协议物理连接物理介质2.2 ISO/OSI网络参考模型网络参考模型nOSI/RM结构 n各层次具体功能和作用n总结2.2.1 OSI/RM结构应用层表示层网络层传输层会话层物理层数据链路层应用层表示层网络层传输层会话层物理层数据链路层传输媒介包(package)帧(frame)位(bit)物理层 n物理层是OSI参考模型中的最低层，也是最重要、最基础的一层。它是建立在通信介质基础上的、实现设备之间联系的物理接口。n物理层的主要功能n物理层协议 n物理层接口特性 物理层接口特性 n（1）机机械械特特性性说说明明接接口口所所
4、用用物物理理连连接接器器的的形形状状、尺尺寸寸、引引脚脚数数目目和和排排列列、固固定定和和锁锁定定装装置置等等等等。例例如如，EIA-RS-232-D标标准准规规定定使使用用25引引脚的脚的DB-25插座，其两个固定螺丝之间的距离为。插座，其两个固定螺丝之间的距离为。n（2）电电气气特特性性说说明明接接口口处处信信号号线线上上出出现现的的电电压压应应为为什什么么范范围围，即即什什么么样样的的电电压压表表示示1或或0。电电气气特特性性规规定定了了在在物物理理连连接接信信道道上上传传输输比比特特流流时时信信号号的的电电平平、数数据据编编码码方方式式、阻阻抗抗及及其其匹匹配配、传传输输速速度度和和连
5、连接接电电缆缆最最大大距距离离的的限限制制等等。例例如如，EIA-RS-232-D采采用用负负逻逻辑辑，即即逻逻辑辑0（相相当当于于数数据据0）或或控控制制线线处处于于接接通通状状态态时时，相相对对信信号号的的地地线线有有+5V+15V的的电电压，当其连接电缆不超过压，当其连接电缆不超过15m时，允许的传输速率不超过时，允许的传输速率不超过20kb/s。n（3）功功能能特特性性说说明明某某条条线线上上出出现现的的某某一一电电平平的的电电压压表表示示何何种种意意义义。功功能能特特性性规规定定了了物物理理接接口口各各个个信信号号线线的的确确切切功功能能和和含含义义，如如数数据据线线和和控控制制线线
6、的的功功能能等等。例例如如，EIA-RS-232-D规规定定的的DB-25插插头头座座的的引引脚脚2和和引脚引脚3均为数据线。均为数据线。n（4）规程特性）规程特性说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。规程说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。规程特性是指利用信号线进行比特流传输时的操作过程，例如，信号线的工特性是指利用信号线进行比特流传输时的操作过程，例如，信号线的工作规则和时序等。作规则和时序等。数据链路层 n所谓链路就是数据传输中任何两个相邻节点间的点到点的物理线路段。链路间没有任何其他节点存在，网络中的链路是一个基本的通信单元。在网络中，从一方到另一方的数据通信通常是由许多链路
7、串接而成的，这就是数据链路，也叫通路。n1.基本概念n帧（frame）是数据链路层的信息传输单位。n2.数据链路层的主要功能 n3数据链路层的主要协议 网络层 n数据链路层不能解决由多条链路组成的两个主机之间通路的数据传输问题，因为两个主机之间的通路通常由多条链路组成，涉及到路径选择、流量控制等问题；在通信的双方经过两个或更多的网络时又出现网络互连问题，而这些问题可在网络层得到解决。n1基本概念n网络层也称通信子网层，网络层的功能是向传输层提供服务，同时接受来自数据链路层的服务。n 2网络层功能 n3网络层协议 n4网络层服务 传输层 n1传输层概述nOSI的低三层主要是面向数据通信，因此基于
8、低三层通信协议构成的网络常称为通信网络（或通信子网），支持用户信息在同一个网络的端到端传输。n2传输层服务n3传输控制协议 会话层 n会话层用于建立、管理以及终止两个应用系统之间的会话。它是用户连接到网络的接口。它的基本任务是负责两主机间的原始报文的传输。表示层 n表示层向上对应用层服务，向下接受来自会话层的服务。表示层是为在应用过程之间传送的信息提供表示方法的服务，它关心的只是发出信息的语法与语义。表示层要完成某些特定的功能，主要有不同数据编码格式的转换，提供数据压缩、解压缩服务，对数据进行加密、解密。应用层 n网络应用层是通信用户之间的窗口，为用户提供网络管理、文件传输、事务处理等服务。n
9、应用层为用户提供的常见服务和协议有：文件服务、目录服务、文件传输服务、电子邮件服务、打印服务、网络管理服务、远程登录服务和数据库服务等。上述每种服务均需一种具体的应用层协议来完成。2.2.9 总结 n应用层与用户应用进程的接口，即相当于：做什么？n表示层数据格式的转换，即相当于：对方看起来象什么？n会话层会话的管理与数据传输的同步，即相当于：轮到谁讲话和从何处讲？n传输层从端到端经网络透明地传输报文，即相当于：对方在何处？n网络层分组传输、路由选择和流量控制，即相当于：走哪条路可以到达该处？n数据链路层在链路上无差错地传送数据帧，即相当于：每一步该怎么走？n物理层将比特流送到物理媒体上传送，即
10、相当于：对上一层的每一步应怎样利用物理媒体。2.3 TCP/IP参考模型 nOSI/RM七层参考模型，从理论上来说，只要遵循OSI参考模型，那么任何网络之间都可以实现无差别的互连。但是在实际上，要想完全实现OSI参考模型的协议，十分庞大和复杂，因此，完全遵循OSI七层参考模型的协议几乎不存在，OSI参考模型仅为人们考查其它协议各部分间的工作方式提供了评估基础和框架。n20世纪70年代，出现了TCP/IP参考模型，这个模型在20世纪80年代被确定为因特网（Internet）的通信协议。2.3.1 TCP/IP简介 nTCP/IP是传输控制协议/网际协议(Transmission Control
11、Protocol/Internet Protocol)的缩写，TCP/IP协议形成于20世纪70年代，是由美国国防部(DOD)出于构建不同类型计算机间的数据通信网ARPANET的需要而主持开发的。nTCP/IP协议的特点是：n（1）开放的协议标准n（2）独立于特定的计算机硬件与操作系统n（3）独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互联网中n（4）统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址n（5）标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务2.3.2 TCP/IP协议结构 EthernetIPICMPARPRARPTCPUDPRPC TFTPSNMP
12、 TELNET FTP SMTP应用层传输层网际层网 络 接 口层2.3.3 TCP/IP与OSI/RM模型的比较 n1对OSI参考模型的评价 n2对TCP/IP参考模型的评价 n3一种建议的参考模型 2.4 IP地址 n2.4.1 IP地址的功能与划分 n一个以太网上的两个设备之所以能够交换信息就是因为在物理以太网上，每个设备都有一块网卡，并拥有唯一的以太网地址。如果设备A向设备B传送信息，设备A需要知道设备B的以太网地址。n如果一个网络上的设备B向另外一个不同网络上的设备C发送信息，会发生什么情况呢？1IP地址的表示n 为了容易阅读，将32位地址进行分组(8位为一组)：n 01111110
13、 10001000 00000001 00101111n 最后，将每个8位数据转换成十进制，并用小数点隔开，得到如下地址：126.136.l.47。2IP地址的分类网网络络类类型型标标志志位位网网络络地地址址位位数数网络网络数数主主机机地地址址位位数数主机数主机数地址格式地址格式网络网络地址地址范围范围A类类0712624167772140 xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx1-127B类类101416382166553510 xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx128-191C类类1102120971508254110 xxxx
14、x.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx192-223D类类11101110 xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx224-239E类类1111011110 xxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx240-247子网掩码及子网划分 10网络号网络号主机号主机号10网络号网络号子网号子网号 主机号主机号11111111 11111111 1111 0000 00000000 255 255 240 0（a）B类地址类地址（b）增增加加了了子子网号字段网号字段（c）子子网网掩掩码码图图2.7 子网掩码的意义子网掩码的意义2.4.3 IPv
15、6 nIPv4地址总量约为43亿，随着网络的迅猛发展，全球数字化和信息化步伐的加快，目前70%的地址资源已经被使用 nIPv6的出现解决了现有IPv4地址资源匮乏的问题。n1IPv6的特点n2IPv6地址空间分配n3IPv6地址表示法 n4IPv6地址类型 n5特殊IPv6地址 习题习题2n1OSI/RM包括哪些层次，说明每一层次的功能和任务？n2.TCP/IP参考模型分为哪几层，各层的功能是什么，各层包含的主要协议有哪些？n3.试简述OSI参考模型与TCP/IP参考模型的异同点？n4.简述划分子网的目的。n5.网络，子网掩码是，这个网络分了几个子网？每个子网的主机号范围是怎么样的？n6.IP是Internet中广泛使用的网络层协议，它能提供什么样的服务？