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1、第2章 计算机网络体系结构.：.本章内容8网络的分层体系结构30SI/RM开放系统互连参考模型eTCP/IP参考模型3两种参考模型的比较1第1页 共5 4页1.通信协议:人际交流的协议：8人类之间8语言和文字系统8语法、意义、对话交替顺序.说明发送的消息.说明接收到某消息后所应采取的行动:说明动作的次序:通信协议:3计算机之间3网络中所有的通信活动都是由协议所控制协议：定义网络实体间发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取的行动。（语义、语法和时序）2第2页 共5 4页通信协议的三要素*语义 8对协议中各协议元素的含义的解释，例如：在HDLC协议中，标志Flag(7EH)表示报文
2、的开始和结束:在BSC协议中，SOH(01H)表示报文的开始，STX(02H)表示报文正文的开始，ETX(03H)表示报文正文的结束*语法.以协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如：Flag Address CtrlDataFCSS FlagSOHHEADSTXTEXTETX BCC*时序e通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则 A3第3页 共5 4页时序例建 立 连 接1数 据 栈 输 释 放 连 接A数据连接请求市 中5 4页第4页 六连接确认释放连接4发展历程网 络 体 系 结 构 提 出 的 背 景 一 计 算 机 网 络 的 复 杂 性、异质性8不同的通信介质有线、无线等8不同
3、种类的设备主机、路由器、交换机、复用设备等e不同的操作系统-UNIX、Windows等e不同的软/硬件、接口和通信约定（协议）e不同的应用环境固定、移动等e不同种类业务分时、交互、实时等e宝贵的投资和积累有形、无形等e用户业务的延续性不允许出现大的跌宕起伏5第5页 共5 4页对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组织网络的结构，以达到：结构清晰简化设计与实现便于更新与维护较强的独立性和适应性解决：分而治之！一个生活中的例子：空中旅行的组织6第6页 共5 4页空中旅行的组织机 票（购买）机 票（投诉）H行 李（托运）行 李（认领）旅 客（出发）旅 客（到达）飞 机（起飞）飞 机（着陆）飞行航线
4、飞行航线飞行航线一系列的步骤7第7页 共5 4页空中旅行的组织:从另一种不同的角度观察机票（购买）机票（投诉）行李（托运）行李（认领）旅客（出发）旅客（到达）飞机（起飞）飞机（着陆）飞行航线 飞行航线_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 飞行航线_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _层次的观点：每层实现一种特定的服务-通过自己内部的功能-依赖自己的下层提供的服务8第8页 共5 4页分层的空中旅行组织:服务柜台-to-柜台：“旅客+行李”票务服务行李托运-to-行李认领：行李服务登机入口-to-到达出口：旅客乘务服务跑道-to
5、-跑道：飞机“航运”服务从出发地到目的地的航线：导航服务第9页 共5 4页层次功能的分布式实现机 票（购买）-A 机 票（投诉）行 李（托运）行 李（认领）旅 客（出发）旅 客（到达）10层次化方法在其他领域的应用程序设计於把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实现，如操作系统。邮政系统常邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输:银行系统:物流系统11第1 1页 共5 4页2.分层原理*计算机网络中也采用了分层方法。把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题，在不同层上予以解决。网络的层次结构方法要解决的问题：农网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能）3各层之间的关系是怎样的
6、？它们如何进行交互？（服务与接口）二通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）12第1 2页 共5 4页:计算机网络中，层、协议和层间接口的集合被称为计算机网络体系结构O6 换句话说:体系结构包括三个内容:分层结构与每层的功能、服务与层间接口、协议。最早的网络体系结构源于旧M 的S N Ae其他的网络体系结构还有DEC的DNA等 由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际标准是OSI/RM 实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构疑事实上的标准13第1 3页 共5 4页层次结构方法的优点独立性强一耦合程度低8上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务黑箱方法。适应性强8只要服务和接口不变，每层
7、的实现方法可任意改变。易于实现和维护8把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子单元：:使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。”使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。14第1 4页 共5 4页实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。:协议：通信双方在通信中必须遵守的规则。:对等层：两个不同系统的同级层次。:对等实体：分别位于不同系统对等层中的两个实体。接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。15第1 5页 共5 4页系统A系统物理网络16第1 6页 共5 4页网络分层体系
8、结构系统A系统B物理通信线路网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的同一网络中，任意两个端系统必须具有相同的层次每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟的）,非对等层之间不能互相“通信”实际的物理通信只在最底层完成Pn:第层处议，即第。层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定第17页共54页17对等层通信的实质网络分层体系结构原理禁止不同主机的对等层之间进行直接通信。:实际上，每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的对等层通信。层使用下层提供的服务服务使用者；8 下层向上层提供服务服务提供者。:第。+1层是第。层的服务用户，第 层是第 层的服
9、务提供者:第。层的服务也依赖于第。-1层以及以下各层的服务例:邮政通信18第1 8页 共5 4页对等通信例：两个人收发信件黑发信人邮局一运输系统收信人邮局运输系统想一想：8 收信人与发信人之间、邮局之间，是在直接通信吗?6 邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？8 邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？第1 9页 共5 4页19对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信；下层向上层提供服务；上层依赖下层提供的服务来与其他主机上的对等层通信；实际通信在l=J 底层完成。第2 0页 共5 4页20:源进程传送消息到目标进程的过程：消息送到源系统的最高层；8从最高层开始，自上而下逐层封装:0经物理线路传输
10、到目标系统；0目标系统将收到的信息自下而上逐层处理并拆封;8由最高层将消息提交给目标进程。第2 1页 共5 4页21数据多层封装22第2 2页 共5 4页例：TCP/IP协议的封装过程应用层传输层网络层链路层帧头第2 3页 共5 4页帧尾23:在目的站，某一层只能识别由源站对等层封装的“信封、而对于被封装在“信封”内部的“数据”仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。3 每一层只处理本层的协议头部！24第2 4页 共5 4页OSI/RM参考模型7应用层 Application 为网络应用提供服务6表示层 Presentation数据表不5会话层Session在用户间建立会话关系4传输层
11、T ransportation不同主机进程间的通信3网络层Network在主机间传输分组2数据链路层Data Link在节点间可靠地传输帧1物理层Physical位流的透明传输25第2 5页 共5 4页图2-3 ISO3 0 s l参考模型第2 6页 共5 4页26物理层(Physical Layer)功能：在物理媒体（介质）上正确地、透明地传送比特流。服务：串行和并行。协议（标准）：规定了物理接口的各种特性:8机械：物理连接器的尺寸、形状、规格e电气：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率,最大传输距离等e功能：接口引（线）脚的功能和作用e规程：信号时序，应答关系，操作过程。例：RS-
12、232、RS-449、V.24、V.3527第2 7页 共5 4页数据链路层(Data Link Layer)在两个相邻节点间可靠地传输数据,使之对网络层呈现为士柔克籍的链路。功能：8建立与拆除数据链路连接组帧：帧封装，按顺序传送，处理返回的确认帧3物理寻址：M A C 地址/物理地址8定界与同步：产生/识别帧边界3错误检测/恢复：可靠的传输，CRC,A R Q得及流量：抑止发送方的传输速率，使接收方来28第2 8页 共5 4页网络层(Network Layer,Internet Layer):寻址并选择合适的路由，把数据报从源端传送到目的端，在需要时对上层的数据进行分段和重组。功能：e在源端
13、与目的端之间建立、维护、终止网络的连接e寻址、路由选择和分组中转e分段与组合：大数据块分段，小数据块组合8流量控制和拥塞控制g多路复用：为多个传输层实体提供网络连接服务e差错检测与恢复g流量统计和记账29第2 9页 共5 4页链路层的任务两节点间可靠的数据传输网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）第3 0页 共5 4页30图2-3 ISO3 0 s l参考模型第3 1页 共5 4页31OSI参考模型的结构传输介质 传输介顺传输介质32第3 2页 共5 4页传输层(Transport Layer)对网络层的连接进行管理，在源端与目的端之间提供可靠的、透明的数据传输，使上层服
14、务用户不必关心通信子网的实现细节。传输层的特点e以上各层：面向应用，本层及以下各层：面向传输；e只存在于端主机中；e实现源主机到目的主机“端到端”的连接e 传输差错校验与恢复；m流量控制，防止数据传输过载e在这一点上与网络层的区别是什么？:网络层：为主机之间提供逻辑传输:传输层：为应用进程之间提供逻辑传输33第3 3页 共5 4页网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）传输层的任务 两端点间可靠的透明数据传输第3 4页 共5 4页会话层（Session Layer）在 传 输 层 服 务 的 基 础 上 增 加 控 制 会 话（Session）的 机 制，建 立、组 织 和
15、 协 调 应 用 进程 之 间 的 交 互 过 程。功 能：为 用 户 建 立、引 导 和 释 放 会 话 连 接。服务服务类型：双向同时（双工）、双向交替（半双工）和单向（单工）8同步35第3 5页 共5 4页应用层(Application Layer)为End user的应用进程提供标准的网络服务和应用接口。功能：g提衩各种不同的应用协议以满足应用进程的需求；g为用户进程提供应用接口；e识别并证实目的通信方的可用性；e使协同工作的应用进程之间进行同步；e为通信过程申请资源。应用层协议的例子：GOSI：VTP.MHS、FT AM、DS.m TCP/IP:Telnet.SMTP.FTP、DNS
16、、HTTP.36第 36页 共 54页图2-3 ISO3 0 s l参考模型第3 7页 共5 4页37OSI环境中的数据传输过程OSI环境第3 8页 共5 4页38面向连接服务和无连接服务(1)面向连接服务“面向连接”就是在正式通信前必须要与对方建立起连接。比如你给别人打电话，必须等线路接通了、对方拿起话筒才能相互通话。连接：两对等实体为进行数据通信而进行一种结合.面向连接服务具有连接建立，数据传输和连接释放这三个阶段，在网络层中又称为虚电路服务.面向连接服务中数据按序传送，可靠性高;适合于在一定期间内向同一目的地发送许多报情况.TCP(Transmission Control Protoco
17、l,传输控制协议)是基于连接的协议,也就是说，在正式收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。一个T C P 连接必须要经过三次“对话”才能建立起来.39第3 9页 共5 4页:面向连接建立连接释放连接数据传输第4 0页 共5 4页40面向连接服务和无连接服务(2)无连接服务“面向非连接”就是在正式通信前不必与对方先建立连接，不管对方状态就直接发送。这与现在风行的手机短信非常相似：你在发短信的时候，只需要输入对方手机号就0 K 了。两个实体之间的通信不需要事先建立好一个连接，其下层资源只需在数据传输时动态地进行分配，不需予留；收发二实体只是在工作时才处于激活态.无连接服务的优点是通信比较迅速，使用
18、灵活方便,连接开销小;但可靠性低，不能防止报文的丢失,重复或失序.适合于传送少量零星的报文.U D P (User Data Protocol,用户数据报协议)是与T C P 相对应的协议。它是面向非连接的协议，它不与对方建立连接，而是直接就把数据包发送过去！41第4 1页 共5 4页无连接有确认无确认确认和重传机制 网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制保证；确认是指数据分组的接收结点在正确地接收到每个分组后，要求向发送结点发回接收分组的确认信息；在规定的时间内，如果发送结点没有接收到接收结点的确认信息，就认为该数据分组发送失败，发送结点重新发送该数据分组；确认和重传机制可以提高数据传输
19、的可靠性，但是它需要制定较为复杂的确认和重传协议，并且需要增加网络额外的通信负荷，占用网络带宽。43第4 3页 共5 4页服务类型与服务质量通信协议四种类型：面向连接与确认服务；面向连接与不确认服务；无连接与确认服务；无连接与不确认服务。设计者可以根据不同的通信要求，决定选择不同的服务类型。44第4 4页 共5 4页TCP/IP参考模型TCP/IP参考模型的发展在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考模型;。1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型;20世纪80年代Leiner、Clark等人对TCP/IP参考模型进一步的研究；TCP/IP协议一共出现了6个版本，后3个版本是版本4、
20、版本5与版本6；目前我们使用的是版本4,它的网络层IP协议一般记作IPv4；版本6的网络层IP协议一般记作IPv6(或IPng,IP nextgeneration)；IPv6被称为下一代的IP协议。45第4 5页 共5 4页TCP/IP协议的特点：开放的协议标准；独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TC P/l P设备在网中都具有惟一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。46第4 6页 共5 4页2.3.2 TCP/IP参考模型各层的功能*应用层(application layer)
21、传输层(transport layer)*网络互联层(internet layer)网络接口层(host-to-network layer)47第4 7页 共5 4页TCP/IP参考模型与OSI参考模型的对应关系0SI参考模型TCP/IP参考模型应 用 层应用层表 示 层会 话 层传 输 层传输层网 络 层互联层数据链路层主机一网络层物 理 层第4 8页 共5 4页48主 机-网 络 层 参考模型的最低层，负责通过网络发送和接收IP数据报;允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、A T M 协议等；当一种物理网被用作传送I
22、P数据包的通道时，就可以认为是这一层的内容；充分体现出TCP/IP协议的兼容性与适应性，它也为TC P/l P 的成功奠定了基础。49第4 9页 共5 4页互连层相当OSI参考模型网络层无连接网络服务；处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；IP协议是无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。50第5 0页 共5 4页传输层主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端一端连接;。传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议;用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议。51第5 1页 共5 4页应用层应用层协议主要有：网络终端协议Telnet；文件传输协议FTP；简单邮件传输协
23、议SMTP；域名系统DNS；简单网络管理协议SNMP；超文本传输协议HTTP。第5 2页共52页OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较对OSI参考模型的评价层次数量与内容选择不是很好，会话层和表示层几乎是空的，数据链路层与网络层有很多的子层插入；寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降低系统效率；协议复杂，很难实现；缺乏市场和商业动力。53第5 3页 共5 4页对TCP/IP参考模型评价在服务、接口与协议的区别上不很清楚，一个好的软件工程应该将功能与实现方法区分开，参考模型不适合于其他非TCP/IP协议族。TCP/IP参考模型的主机网络层本身并不是实际的一层，只定义了接口，未区分层与接口。TCP/IP 协议促进了 Internetjnternet 扩大了TCP/IP的影响。54第5 4页 共5 4页