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1、1第3章 网络体系结构与协议问题问题原由原由计算机网络经过计算机网络经过4040年的发展年的发展,使得计算机网络已经使得计算机网络已经成为一个海量、多样化的复杂系统。成为一个海量、多样化的复杂系统。相互通信的两相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协协调调”是相当复杂的。是相当复杂的。本章重点讨论计算机网络体系结构的本章重点讨论计算机网络体系结构的概念概念、OSIOSI与与TCP/IPTCP/IP模型等。模型等。教学教学重点重点能力能力要求要求掌握：掌握：计算机网络体系结构的基本概念、计算机网络体系结构的基本概念、掌握协议、掌握协议、服务
2、、接口概念服务、接口概念等。等。熟悉：熟悉：OSI/RMOSI/RM参考模型、参考模型、TCP/IPTCP/IP模型模型。了解：了解：OSI/RMOSI/RM与与TCP/IPTCP/IP的相同点和不同点。的相同点和不同点。23.1 体系结构的形成体系结构的形成 3.4 TCP/IPTCP/IP与与OSI/RMOSI/RM的比较的比较 3.3 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型 3.2 开放系统互连开放系统互连/参考模型参考模型本章内容32/12/2023v相互通信的两个计算机相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作系统必须高度协调工作才行，而这种才行，而这种“协调协调”是相当复杂的。是相
3、当复杂的。v“分层分层”可将庞大而复可将庞大而复杂的问题，转化为若干杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比些较小的局部问题就比较易于研究和处理。较易于研究和处理。u网络通信主要问题网络通信主要问题p硬件故障硬件故障p网络拥塞网络拥塞p包延迟包延迟p包丢失包丢失p数据损坏数据损坏p数据重复数据重复p数据乱序数据乱序协议软件首先必须能检协议软件首先必须能检测其次能纠正这些问题测其次能纠正这些问题“分而治之分而治之”3.1 网络体系结构的形成 42/12/20234文件传送模块文件传送模块计算机计算机 1计算机计算机 2文件传送模块文件传送模块只看这两个文件
4、传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块把文件交给下层模块进行发送进行发送把收到的文件交给把收到的文件交给上层模块上层模块v第一类工作与传送文件直接有关。第一类工作与传送文件直接有关。确信对方已做好接收和存储文件的准备。确信对方已做好接收和存储文件的准备。双方协调好一致的文件格式。双方协调好一致的文件格式。v两个计算机将文件传送模块作为最高的一层两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 。剩下的工作由。剩下的工作由下面的模块负责。下面的模块负责。1.1.划分层次的概念举例划分层次的概念举例 3
5、.1 网络体系结构的形成 52/12/20235再设计一个通信服务模块再设计一个通信服务模块 文件传送模块文件传送模块计算机计算机 1计算机计算机 2文件传送模块文件传送模块只看这两个通信服务模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件好像可直接把文件可靠地传送到对方可靠地传送到对方把文件交给下层模块把文件交给下层模块进行发送进行发送把收到的文件交给把收到的文件交给上层模块上层模块通信服务模块通信服务模块通信服务模块通信服务模块62/12/20236再设计一个网络接入模块再设计一个网络接入模块 文件传送模块文件传送模块计算机计算机 1计算机计算机 2文件传送模块文件传送模块通信服务模块通信服务模
6、块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块网络接入模块网络接入模块通信网络通信网络网络网络接口接口网络网络接口接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。7灵活性好灵活性好易于实现易于实现和维护和维护各层之间各层之间相互独立相互独立有利于促有利于促进标准化进标准化2 2、网络体系结构的优点、网络体系结构的优点、网络体系结构的优点、网络体系结构的优点计算机网络系统采用层次化网络体系结构具有以下优点。计算机网络系统采用层次化网络体系结构具有以下优点。82/12/202
7、3各层设计的共性问题各层设计的共性问题v差错控制差错控制v流量控制流量控制v分段和重装分段和重装v复用和分用复用和分用v路径选择路径选择v建立（拆除）连接和寻址建立（拆除）连接和寻址9v层次（层次（layerlayer）v协议（协议（protocolprotocol）v 接口（接口（interfaceinterface）v 体系结构（体系结构（architecturearchitecture）网络系统的体系结构10层次（层次（layerlayer）v层次是人们对复杂问题的一种处理方法。通常将系统层次是人们对复杂问题的一种处理方法。通常将系统中中能提供某种或某类型服务功能的逻辑构造称为层能提供某
8、种或某类型服务功能的逻辑构造称为层。v对每个层次要完成的对每个层次要完成的服务及服务要求服务及服务要求都有都有明确规定明确规定；v不同的系统分成相同的层次；不同的系统分成相同的层次；v不同系统的最低层之间存在着不同系统的最低层之间存在着“物理物理”通信；通信；v不同系统的对等层次之间存在着不同系统的对等层次之间存在着“虚拟虚拟”通信；通信；v对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定；对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定；v高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务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。的具体实现方法。网络系统的体系结构11接口（接口（in
9、terfaceinterface）v接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点;v同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，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低层向高层通过接口提供服务;v只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的只要接口条件不变、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具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。工作。网络系统的体系结构12网络系统的体系结构 协议协议:为进行网络中的数据交换而建立的标准。为进行网络中的数据交换而建立的标准。网络协议主要由以下三个要素组
10、成：网络协议主要由以下三个要素组成：语法语法:确定通信双方确定通信双方“如何讲如何讲”,即对通信双方采用的数即对通信双方采用的数据格式、编码等进行定义。据格式、编码等进行定义。语义语义:确定通信双方确定通信双方讲什么讲什么,定义了用于协调同步和定义了用于协调同步和差错处理等控制信息差错处理等控制信息。同步同步:确定通信双方确定通信双方讲话的次序讲话的次序,定义了速度匹配和定义了速度匹配和排序等排序等，即确定通信状态的变化和过程，即确定通信状态的变化和过程,例如通信双方的应答例如通信双方的应答关系、是采用同步传输还是异步传输等。关系、是采用同步传输还是异步传输等。132/12/202313v面向
11、字符型BSC协议的数据报文格式：报头开始报头开始143.1 网络体系结构的形成 网络体系结构是为了完成计算机间的协同工作，把计算机网络体系结构是为了完成计算机间的协同工作，把计算机间互连的功能划分成具有明确定义的层次，规定了间互连的功能划分成具有明确定义的层次，规定了同层次同层次进程进程通信的通信的协议协议及及相邻层相邻层之间的之间的接口服务接口服务。网络体系结构是网络各网络体系结构是网络各层及其协议的集合层及其协议的集合,所研究的是层次结构及其通信规则的约定。所研究的是层次结构及其通信规则的约定。公用电话网公用电话网InternetLANLAN用户用户服务器服务器LAN防火墙防火墙远程移动用
12、户远程移动用户路由器路由器主交换机主交换机部门交换机部门交换机152/12/2023实体、服务和服务访问点实体、服务和服务访问点 v实体实体(entity)(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。协议是控制协议是控制两个对等实体两个对等实体进行通信的规则的集合。进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两在协议的控制下，两个对等实体间的通信个对等实体间的通信使得本层能够使得本层能够向上一向上一层提供服务层提供服务。要实现。要实现本层协议，还需要使本层协议，还需要使用用下层下层所提供的服务所提供的服务 162/12/20233.2 3.2
13、实体、协议、服务和服务访问点实体、协议、服务和服务访问点v本层的服务用户只能看见服务而无法本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是的服务用户是透明透明的。的。v协议是协议是“水平的水平的”，即协议是控制对，即协议是控制对等实体之间通信的规则。等实体之间通信的规则。v服务是服务是“垂直的垂直的”，即服务是由下层，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。向上层通过层间接口提供的。v同一系统相邻两层的实体进行交互的同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为地方，称为服务访问点服务访问点 SAPSAP(Service (Service
14、 Access Point)Access Point)。接口处提供服务的地方接口处提供服务的地方,逻辑接口逻辑接口 173.2 开放系统互联/参考模型 1 1、问题的提出、问题的提出、问题的提出、问题的提出 OSI OSI是是Open System Interconnection Open System Interconnection 的缩写，意为开放的缩写，意为开放式系统互联参考模型。在式系统互联参考模型。在OSIOSI出现之前，计算机网络中存在众出现之前，计算机网络中存在众多的体系结构，其中以多的体系结构，其中以IBMIBM公司的公司的SNASNA和和DECDEC公司的数字网络体公司的数字
15、网络体系结构最为著名。系结构最为著名。为了解决不同体系结构的网络的互联问题为了解决不同体系结构的网络的互联问题,国际标准化组国际标准化组织织ISOISO(注意不要与注意不要与OSIOSI搞混搞混）于）于19811981年制定了开放系统互连参年制定了开放系统互连参考模型。考模型。“开放开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统都具备互联的能力。标准的系统都具备互联的能力。OSI/RM的基本概念的基本概念18OSI/RM的层次结构物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层物理层物理层数据链路层数
16、据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层通信介质（物理媒体）通信介质（物理媒体）开放系统开放系统A A开放系统开放系统B B应用层协议应用层协议表示层协议表示层协议会话层协议会话层协议传输层协议传输层协议图图 OSI/RM结构示意图结构示意图1 1、层次结构模型、层次结构模型、层次结构模型、层次结构模型OSI/RM整个网络按照功能划分成整个网络按照功能划分成7个层次。个层次。192/12/2023OSIOSI参考模型的结构参考模型的结构 203.2.3 OSI/RM各层的功能 1 1、物理层、物理层、物理层、物理层 规定了与建立、维持及断开物理信道所需的机械的、电规
17、定了与建立、维持及断开物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规程的特性气的、功能性的和规程的特性.主要功能是主要功能是利用物理传输介质利用物理传输介质为数据链路层提供物理联接，以透明地传送比特流。为数据链路层提供物理联接，以透明地传送比特流。213.2.3 OSI/RM各层的功能 2 2、数据链路层、数据链路层、数据链路层、数据链路层 数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源机网络层来的数据服务，其最基本的服务是将源机网络层来的数据可靠可靠地传输地传输到到相邻节点相邻节点的目标机网络层。的目标机网络层。222/
18、12/202322Main functionsMain functionsv成帧：将接收到的来自网络层的比特流划分称为成帧：将接收到的来自网络层的比特流划分称为帧帧的易处理数据的易处理数据单元。单元。v物理寻址：数据链路层在帧的头部添加发送方的物理地址（源地物理寻址：数据链路层在帧的头部添加发送方的物理地址（源地址）与接收方的物理地址（目的地址）。址）与接收方的物理地址（目的地址）。v流量控制流量控制：当接收方接收数据的速率小于发送方发送的速率，数：当接收方接收数据的速率小于发送方发送的速率，数据链路层采用流量控制机制以防止接收方过载。据链路层采用流量控制机制以防止接收方过载。v差错控制差错控
19、制：数据链路层增加一些机制用来检测与重发损坏帧或丢：数据链路层增加一些机制用来检测与重发损坏帧或丢失帧，从而增加了物理层的可靠性。也用了一个机制来防止重复失帧，从而增加了物理层的可靠性。也用了一个机制来防止重复帧。差错控制通常在一个帧的结束处增加一个尾部来处理。帧。差错控制通常在一个帧的结束处增加一个尾部来处理。v访问控制：当两台以上设备连接到同一条链路上时，数据链路协访问控制：当两台以上设备连接到同一条链路上时，数据链路协议必须能决定在任意时刻由哪一台设备来获取对链路的控制权。议必须能决定在任意时刻由哪一台设备来获取对链路的控制权。2324v3 3、网络层、网络层 数据以网络协议数据单元数据
20、以网络协议数据单元(分组分组)为单位进行传输。主要为单位进行传输。主要解决如何使数据分组跨越各个子网从解决如何使数据分组跨越各个子网从源地址传送到目的地源地址传送到目的地址址的问题，这就需要在通信子网中进行的问题，这就需要在通信子网中进行路由选择路由选择。另外，。另外，为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，需要为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，需要对流入的分组数量进行控制。当分组要跨越多个通信子网对流入的分组数量进行控制。当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。25v逻辑寻址：由数据链路层完成的物理寻址处理
21、本地逻辑寻址：由数据链路层完成的物理寻址处理本地寻址问题。如果一个包通过网络边界，就需要另一寻址问题。如果一个包通过网络边界，就需要另一个寻址系统来帮助区分源与目的系统。网络层给来个寻址系统来帮助区分源与目的系统。网络层给来自上一层的包增加一个头部，它包括发送方与接收自上一层的包增加一个头部，它包括发送方与接收方的逻辑地址。方的逻辑地址。v路由：通信子网络源节点和目的节点提供了多条传路由：通信子网络源节点和目的节点提供了多条传输路径的可能性。网络节点在收到一个分组后，要输路径的可能性。网络节点在收到一个分组后，要确定向下一节点传送的路径，这就是路由选择确定向下一节点传送的路径，这就是路由选择v
22、网络层向传输层提供的服务类型分为网络层向传输层提供的服务类型分为数据报和虚电数据报和虚电路路服务。服务。26v因为两个设备位于不同的网络因为两个设备位于不同的网络,因此不能仅用物理地址来进行因此不能仅用物理地址来进行标识标识,物理地址仅具有局部有效物理地址仅具有局部有效性。需要一个可以跨越局域网性。需要一个可以跨越局域网边界的通用地址。边界的通用地址。网络（逻辑网络（逻辑地址）地址具有通用性地址）地址具有通用性。v网络层包含有逻辑地址网络层包含有逻辑地址，这些，这些地址在从最初的源地址到最终地址在从最初的源地址到最终的目的地址的过程是不变的。的目的地址的过程是不变的。当数据从一个网络传到另一个
23、当数据从一个网络传到另一个网络时，它们也不会改变。但网络时，它们也不会改变。但是，当包由一个网络到达另一是，当包由一个网络到达另一个网络时，个网络时，物理地址会发生改物理地址会发生改变。变。27 4 4 4 4、传输层（、传输层（、传输层（、传输层（Transport LayerTransport LayerTransport LayerTransport Layer）v传输层是第一个传输层是第一个端到端端到端，也就是主机到主机的层次。即传，也就是主机到主机的层次。即传输层向高层用户屏蔽了下面通信子网的细节，使高层用输层向高层用户屏蔽了下面通信子网的细节，使高层用户看见的好象是在两个传输实体之
24、间有一条端到端的可户看见的好象是在两个传输实体之间有一条端到端的可靠的通信链路。靠的通信链路。v负责负责整个报文从源端到目的端（端到端）整个报文从源端到目的端（端到端）的传递过程。的传递过程。v处理处理端到端端到端的差错控制、流量控制。的差错控制、流量控制。28v服务点寻址服务点寻址：从源端到目的端的传递是指从一台计算机上：从源端到目的端的传递是指从一台计算机上的一个特定进程（运行的程序）传递到另一台计算机上的一个特定进程（运行的程序）传递到另一台计算机上的一个特定进程（运行的程序）。因此，传输层消息的的一个特定进程（运行的程序）。因此，传输层消息的头部就必须包含头部就必须包含服务点地址（端口
25、地址）服务点地址（端口地址）。网络层将每。网络层将每个包送到指定的计算机上，而传输层则将整个报文传送个包送到指定的计算机上，而传输层则将整个报文传送给该计算机上的指定进程。给该计算机上的指定进程。v拆分和组装拆分和组装：将报文分解成可传输的片段，并且给这些片：将报文分解成可传输的片段，并且给这些片段编上段编上序号序号。这些序号不仅使传输层可以在接收端将报。这些序号不仅使传输层可以在接收端将报文文正确地组装正确地组装，而且可以用来，而且可以用来标识和替换标识和替换传输中丢失的传输中丢失的包。包。v传输层提供传输层提供“面向连接面向连接”和和“无连接无连接”两种服务。两种服务。29303.2.3
26、OSI/RM各层的功能 5 5、会话层、会话层、会话层、会话层 会话层的主要任务是实现会话进程间通信的管理和同步会话层的主要任务是实现会话进程间通信的管理和同步,允许不同机器上的用户建立会话关系。具体功能是：允许不同机器上的用户建立会话关系。具体功能是：提供进程间会话连接的建立、维持和中止功能提供进程间会话连接的建立、维持和中止功能，可以，可以提供单方向会话或双向同时进行会话。提供单方向会话或双向同时进行会话。在数据流中插入适当的在数据流中插入适当的同步点同步点，当发生差错时，可以，当发生差错时，可以从同步点重新进行会话，而不需要重新发送全部数据。从同步点重新进行会话，而不需要重新发送全部数据
27、。31v 6 6、表示层、表示层 表示层的主要任务是完成语法格式转换，在计算机所处理表示层的主要任务是完成语法格式转换，在计算机所处理的数据格式与网络传输所需要的数据格式之间进行转换。的数据格式与网络传输所需要的数据格式之间进行转换。表示层的具体功能是：表示层的具体功能是：322/12/202332v翻译翻译：两个系统中的进程（运行程序）通常以字符串、数：两个系统中的进程（运行程序）通常以字符串、数字等格式来交换信息。在传输前，信息必须变换成比特流。字等格式来交换信息。在传输前，信息必须变换成比特流。因为不同计算机采用不同的编码系统，因此表示层负责不因为不同计算机采用不同的编码系统，因此表示层
28、负责不同编码方式之间的互操作。发送方的表示层将信息从发送同编码方式之间的互操作。发送方的表示层将信息从发送方使用的格式转换为一个公共的格式。接收方机器的表示方使用的格式转换为一个公共的格式。接收方机器的表示层将公共格式转换成接收方使用的格式。层将公共格式转换成接收方使用的格式。v加密加密：为了传送敏感信息，一个系统必须保证秘密。加密：为了传送敏感信息，一个系统必须保证秘密。加密是指发送方将原来的信息转换成另一种形式，并在网络上是指发送方将原来的信息转换成另一种形式，并在网络上发送转换后形式。解密是将信息转换回它的原始形式。发送转换后形式。解密是将信息转换回它的原始形式。v压缩压缩：数据压缩减少
29、需传输数据的位数。数据压缩对于多：数据压缩减少需传输数据的位数。数据压缩对于多媒体（如文本、音频和视频等）的传输显得特别重要。媒体（如文本、音频和视频等）的传输显得特别重要。333.2.3 OSI/RM各层的功能7 7、应用层、应用层、应用层、应用层 应用层是应用层是OSI模型的最高层模型的最高层,是计算机网络与用户之间是计算机网络与用户之间的界面，由若干个应用进程的界面，由若干个应用进程(或程序或程序)组成，包括电子邮件、组成，包括电子邮件、目录服务、文件传输等应用程序。目录服务、文件传输等应用程序。OSI提供的常用应用服务有：提供的常用应用服务有：目录服务目录服务:记录网络对象的各种信息，
30、提供网络服务对象记录网络对象的各种信息，提供网络服务对象名字到网络地址之间的转换和查询功能。名字到网络地址之间的转换和查询功能。电子邮件电子邮件:提供不同用户间的信件传递服务，自动为用户提供不同用户间的信件传递服务，自动为用户建立邮箱来管理信件。建立邮箱来管理信件。文件传输文件传输:包括文件传送、文件存取访问和文件管理功能。包括文件传送、文件存取访问和文件管理功能。虚拟终端虚拟终端:将各种类型实标终端的功能一般化、标准化后将各种类型实标终端的功能一般化、标准化后得到的终端类型。得到的终端类型。34OSI/RM的数据传输 1 1、数据传输单元、数据传输单元、数据传输单元、数据传输单元 (1)协议
31、数据单元协议数据单元(PDU):同等层水平方向传送的数据单元同等层水平方向传送的数据单元，由服务数据单元和控制信息单元组成。由服务数据单元和控制信息单元组成。(2)服务数据单元服务数据单元(Service Data Unit，SDU)：用户数据，用户数据，是上一层传下来的数据单元。是上一层传下来的数据单元。(3)协议控制信息协议控制信息(Protocol Control Information，PCI）:本层的控制信息，用来协调本层对等实体之间的通信。本层的控制信息，用来协调本层对等实体之间的通信。有时有时NSDU较长，而较长，而N协议协议所要求的所要求的PDU较短。这时就较短。这时就要对要对
32、NSDU进行分段处理，进行分段处理，将一个将一个SDU分成两个或多个分成两个或多个PDU来传送。来传送。352/12/20232.OSI2.OSI环境中的数据传输过程环境中的数据传输过程OSIOSI环境（环境（OSI environmentOSI environment）362/12/20232.OSI2.OSI环境中的数据传输过程环境中的数据传输过程 372/12/202337关于开放系统互连参考模型关于开放系统互连参考模型v只要遵循只要遵循 OSI OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。地方的、也遵循
33、这同一标准的其他任何系统进行通信。v在市场化方面在市场化方面 OSI OSI 却失败了。却失败了。OSI 的专家们在完成的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力；标准时没有商业驱动力；OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；OSI 标准的制定周期太长，因而使得按标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产标准生产的设备无法及时进入市场；的设备无法及时进入市场；OSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。中重复出现。38数据的实际传递过程数据的实际传递过程 物理层物理层数据链路层数
34、据链路层网络层网络层传输层传输层应用层应用层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层应用层应用层0101010101010101001010101010101010（比特流）（比特流）IPIP数据报数据报TCPTCP报文段报文段MACMAC帧帧MACMAC尾尾应用数据应用数据TCPTCP头头IPIP头头MACMAC头头发送方发送方接收方接收方五层协议的原理体系结构五层协议的原理体系结构 392/12/202339计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2应用进程数据先传送到应用层应用进程数据
35、先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU402/12/202340计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2应用层应用层 PDU 再传送到运输层再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文加上运输层首部，成为运输层报文412/12/202341计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2运输层报文再传送到网络层运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为加上网络层首部，成为 IP 数据报（
36、或分组）数据报（或分组）422/12/202342计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2IP 数据报再传送到数据链路层数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧432/12/202343计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2数据链路层帧再传送到物理层数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体最下面的物理层把比特流传送到物理媒体442/1
37、2/202344计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 v应用层(application layer)5432154321物理传输媒体物理传输媒体计算机计算机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层从发送端物理层传送到接收端物理层计算机计算机 2452/12/202345计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层物理层接收到比特流，上交给数据链路层462/12/20234
38、6计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层取出数据部分，上交给网络层472/12/202347计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2网络层剥去首部，取出数据部分网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层上交给运输层482/12/202348计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机
39、 1AP2AP1计算机计算机 2运输层剥去首部，取出数据部分运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层上交给应用层492/12/202349计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程上交给应用进程502/12/202350计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2我收到了我收到了 AP1 发来的发来的应用程序数据！应用程序数据！512/12/20
40、2351计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2应应 用用 程程 序序 数数 据据应用层首部应用层首部H5比比 特特 流流 注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应应 用用 程程 序序 数数 据据H5应应 用用 程程 序序 数数 据据H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据H3H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据H4运输层首部运输层首部H3网络层首部网络层首部H2链路层链路层首部首部T2链路层链路层尾部尾部522/12/202352计算机计算机 1 1 向计算机向
41、计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2比比 特特 流流 计算机计算机 2 的物理层收到比特流后的物理层收到比特流后交给数据链路层交给数据链路层H2T2H3H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据532/12/202353H3H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应应 用用 程
42、程 序序 数数 据据542/12/202354H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据H3H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2网络层剥去分组首部后网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层把分组的数据部分交给运输层552/12/202355H5应应 用用 程程 序序 数数 据据H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2运输层剥
43、去报文首部后运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层把报文的数据部分交给应用层562/12/202356应应 用用 程程 序序 数数 据据H5应应 用用 程程 序序 数数 据据计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2应用层剥去应用层应用层剥去应用层 PDU 首部后首部后把应用程序数据交给应用进程把应用程序数据交给应用进程572/12/202357计算机计算机 1 1 向计算机向计算机 2 2 发送数据发送数据 5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2我收到了我收到了 AP1
44、发来的发来的应用程序数据！应用程序数据！583.3 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型 1 1、TCP/IPTCP/IP协议的起源协议的起源协议的起源协议的起源 美国国防部高级研究计划局美国国防部高级研究计划局(ARPA)从从2020世纪世纪6060年代开始年代开始致力于研究不同类型计算机网络之间的相互联接问题致力于研究不同类型计算机网络之间的相互联接问题,并成功并成功开发出了著名的传输控制协议开发出了著名的传输控制协议/网际协议（网际协议（TCP/IPTCP/IP）协议。）协议。2 2、TCP/IPTCP/IP协议的特点协议的特点协议的特点协议的特点 开放的协议标准：开放的协议标准：可
45、以免费使用，并且独立于特定的可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。计算机硬件与操作系统。独立于特定的网络硬件：独立于特定的网络硬件：可以运行在局域网可以运行在局域网、广域网广域网,更适用于互联网中。更适用于互联网中。统一的网络地址分配方案：统一的网络地址分配方案：使得整个使得整个TCP/IPTCP/IP设备在网设备在网中都具有唯一的中都具有唯一的IPIP地址。地址。标准化的高层协议：标准化的高层协议：可以提供多种可靠的用户服务。可以提供多种可靠的用户服务。TCP/IP的基本概念的基本概念59TCP/IP的层次结构 1 1、结构模型、结构模型、结构模型、结构模型 TCP/IP参考模
46、型分为四层：应用层、传输层、互联层、网参考模型分为四层：应用层、传输层、互联层、网络接口层。络接口层。图图 TCP/IP模型与模型与OSI模型对照模型对照网络互连层是整个网络互连层是整个TCP/IPTCP/IP协议栈的协议栈的核心。它的功能是把分组发往目标核心。它的功能是把分组发往目标网络或主机。网络或主机。应用层面向不同的网络应用引入不应用层面向不同的网络应用引入不同的应用层协议。同的应用层协议。主机到网络层主机到网络层网络互连层网络互连层传输层传输层应用层应用层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层应用层应用层表示层表示层这一层次未被定义，所以其具体的这一层次
47、未被定义，所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而实现方法将随着网络类型的不同而不同。不同。传输层的功能是使源端主机和目标传输层的功能是使源端主机和目标端主机上的对等实体可以进行会话。端主机上的对等实体可以进行会话。60应用层应用层传输层传输层互联层互联层主要功能是为用户提供网络服务，比如主要功能是为用户提供网络服务，比如FTPFTP、TelnetTelnet、DNSDNS和和SNMPSNMP等。等。主要功能是提供可靠的数据流传输服务主要功能是提供可靠的数据流传输服务,确保端到端应用进程间无差错地的通信确保端到端应用进程间无差错地的通信,常称为端到端（常称为端到端（End-to-EndEnd
48、-to-End）通信）通信。负责异构网或同构网进程间的通信负责异构网或同构网进程间的通信,将传将传输层分组封装为数据报格式进行传送输层分组封装为数据报格式进行传送,每每个数据报必须包含目的地址和源地址。个数据报必须包含目的地址和源地址。网络接口层网络接口层是网络访问层，其是网络访问层，其主要功能是负责与物主要功能是负责与物理网络的连接。理网络的连接。TCP/IP各层的功能61互联层互联层v相相当当OSIOSI参参考考模模型型网网络络层层无无连接网络连接网络服务；服务；v主主要要功功能能是是分分组组转转发发和和路路由选择功能；由选择功能；vIPIP协协议议是是无无连连接接的的、提提供供“尽尽力力
49、而而为为”服服务务的的网网络络层协议。层协议。vIPIP协议运行在协议运行在TCP/IPTCP/IP网络网络中所有的结点上。中所有的结点上。IPIP协议协议不能避免有分组丢失，也不能避免有分组丢失，也不能保证分组到达的顺序。不能保证分组到达的顺序。这种方式可以大大提高其这种方式可以大大提高其分组转发的效率。分组转发的效率。传输层传输层v主主要要功功能能是是在在互互连连网网中中源源主主机机与与目目的的主主机机的的对对等等实实体体间间建立用于会话的端建立用于会话的端-端连接；端连接；v可以向应用程序提供两种不可以向应用程序提供两种不同服务质量的传输服务。传同服务质量的传输服务。传输层协议只能运行在
50、主机系输层协议只能运行在主机系统上（不在路由器上）。对统上（不在路由器上）。对面向连接服务和无连接服务面向连接服务和无连接服务并重并重p传传输输控控制制协协议议TCPTCP是是一一种种可可靠靠的面向连接的面向连接协议；协议；p用用户户数数据据报报协协议议UDPUDP是是一一种种不不可靠的无连接可靠的无连接协议。协议。2/12/202361622/12/202362OSI OSI 与与 TCP/IPTCP/IP体系结构的比较体系结构的比较 应用层应用层运输层运输层网络层网络层表示层表示层会话层会话层数据链路层数据链路层物理层物理层7 76 65 54 43 32 21 1OSI 的体系结构的体系