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1、教学教学课课件通信网件通信网络络原理与技原理与技术术2-1通通信信协议协议与网与网络络体系体系结结构构通信系统教研室通信系统教研室通信系统教研室通信系统教研室授授 课课 人：人：通信网络原理与技术通信网络原理与技术第二章第二章 通信协议通信协议及网络体系结构及网络体系结构通信协议通信协议内容安排内容安排通信网络分层与体系结构通信网络分层与体系结构典型体系结构典型体系结构网络协议分类及实例分析网络协议分类及实例分析通信网络协议跨层设计与优化通信网络协议跨层设计与优化*一、通信协议通信协议是什么？通信协议是什么？大家所知的通信协议有哪些？大家所知的通信协议有哪些？通信协议定义通信协议通信协议(Co
2、mmunication Protocol)是是在在通通信信过过程程中中，为为了了保保证证通通信信过过程程的的正正确确进行而制定的各种规则。进行而制定的各种规则。一一个个通通信信网网络络有有一一系系列列的的协协议议，每每一一个个协协议议都都规规定定了了一一个个特特定定任任务务的的完完成成。协协议议的的作作用用是是完完成成通通信信的的双双方方(或或多多方方)之之间间有有序序的的信信息息交换。交换。TCPTCP、IPIP、No.7No.7信令、信令、ICMPICMP。必须把所有不利的事件事先预估到，而不能假定必须把所有不利的事件事先预估到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的！一切都是正常的和非常理
3、想的！通信协议要素语法语法(Syntax)：指互通的指互通的信息结构信息结构，包括诸如，包括诸如数据格式、编码、有用信号电平的表示等。例如，数据格式、编码、有用信号电平的表示等。例如，ISO8473规定的无连接网络层协议数据单元的格规定的无连接网络层协议数据单元的格式有五个部分：式有五个部分：固定控制部分固定控制部分(9字节字节)；地址地址部分部分(不定长不定长)；分段部分分段部分(6字节字节)；选项部分选项部分(不定长不定长)；数据部分数据部分(不定长不定长)。语义语义时序时序语法语法三三大大要要素素通信协议要素语义语义(Semantics)：指所互换指所互换信号的意义信号的意义，包括用于协
4、调及差错处理的控制信息等。包括用于协调及差错处理的控制信息等。例如，例如，“ACK”可被定义为接收方正确收可被定义为接收方正确收到数据包之后的应答，到数据包之后的应答，“NAK”则则可被定可被定义为未正确接收到所期望的数据包或传输义为未正确接收到所期望的数据包或传输出错时的应答出错时的应答。通信协议要素时时序序(Timing)：指指数数据据应应传传送送或或被被接接收收机机寻寻找找的的时时间间、信信息息的的排排序序、速速率率匹匹配配等等。这这是是协协议议中中最最复复杂杂、最最关关键键的的部部分分，它它规规定定用用什什么么样样的的方方法法和和算算法法去完成所定义的协议功能去完成所定义的协议功能。协
5、协议议功功能能除除了了包包括括连连接接管管理理、通通信信方方式式管管理理、协协议议数数据据单单元元的的发发送送和和接接收收以以及及装装配配和和拆拆卸卸等等之之外外；还还包包括括数数据据包包的的编编码码和和解解码码、分分解解和和组组合合、流流量量控控制制、拥拥塞塞控控制制、发发送送顺顺序序控控制制、发发送送速速率率控控制制以以及及差差错错处处理理等，协议的时序用来完成这些工作等，协议的时序用来完成这些工作。二、通信网络分层与体系结构二、通信网络分层与体系结构不同的通信功能需要不同的不同的通信功能需要不同的通信协议通信协议一个一个完整的通信完整的通信(信息信息)网络系统网络系统需要需要一组通信协议
6、一组通信协议。通信协议通常可通过。通信协议通常可通过完善的完善的协议体系协议体系来描述。来描述。为了描述协议体系，这里为了描述协议体系，这里首先需要理首先需要理解解分层分层的概念。的概念。邮政系统的分层协议模型 目前，现代通信网均采用了分层的体系结构，目前，现代通信网均采用了分层的体系结构，主要的原因有以下几点：主要的原因有以下几点：(1)(1)可以降低网络设计的复杂度可以降低网络设计的复杂度。(2)2)方便异构网络设备间的互连互通方便异构网络设备间的互连互通。(3)(3)增强了网络的可升级性。增强了网络的可升级性。(4)4)促进了竞争和设备制造商的分工促进了竞争和设备制造商的分工。1、网络分
7、层的原因2、网络体系结构 体系结构是通信网络的一种抽象的、层次化的功能模型体系结构是通信网络的一种抽象的、层次化的功能模型；是层、协议和服务构成的集合，具体来说就是为了使各种不同是层、协议和服务构成的集合，具体来说就是为了使各种不同的通信实体能够相互通信，将所有需要完成的工作进行分类，的通信实体能够相互通信，将所有需要完成的工作进行分类，划分成明确的层次，并规定出同层进程之间的通信协议和上下划分成明确的层次，并规定出同层进程之间的通信协议和上下层之间的接口及服务层之间的接口及服务。三、典型体系结构1、OSI协议的体系结构网络世界的法律网络世界的法律!OSIOSI参考模型：参考模型：参考模型：参
8、考模型：Open System InterconnectOpen System Interconnect开放系开放系开放系开放系 统互连参考模型统互连参考模型统互连参考模型统互连参考模型OSIOSI参考模型是由参考模型是由参考模型是由参考模型是由ISOISO（(International(International Organization for Standardization)Organization for Standardization)）定义的定义的定义的定义的OSI协议的体系结构-各层功能高高 层层 功功 能能低低 层层 功功 能能对等层间逻辑通信的信息流1、OSI协议的体系结构第
9、一层：物理层（第一层：物理层（physical layer）。在由）。在由物理通信信道物理通信信道连接的任一对节点之间，提连接的任一对节点之间，提供一个传送比特流（比特序供一个传送比特流（比特序列）的列）的虚拟比特管道虚拟比特管道。实现。实现比特流的比特流的透明传输透明传输。在在发端它将从高层接收的发端它将从高层接收的比比特流特流变成适合于物理信道传变成适合于物理信道传输的输的信号信号，在收端再将该信，在收端再将该信号恢复成所传输的号恢复成所传输的比特流比特流。物理物理信道包括：信道包括：双绞线双绞线、同同轴电缆轴电缆、光缆光缆、无线电信道无线电信道等等。v物理层协议：物理层协议：各种网络设备
10、进行互连时必须遵守的最低层协议各种网络设备进行互连时必须遵守的最低层协议;目的目的：在两个网络物理设备之间提供透明的二进制位流传：在两个网络物理设备之间提供透明的二进制位流传输。输。vISOISO在其在其OSI 7OSI 7层参考模型中对物理层的层参考模型中对物理层的定义定义：为启动、维护和释放数据链路实体之间二进制位传输而进为启动、维护和释放数据链路实体之间二进制位传输而进行的物理连接提供行的物理连接提供机械机械的、的、电气电气的、的、功能功能的和的和规程规程的特性的特性可以通过可以通过中间系统中间系统，每次都在物理层内进行中继的二进制，每次都在物理层内进行中继的二进制位传输。位传输。允许进
11、行允许进行全双工全双工或或半双工半双工的二进制位流传输。的二进制位流传输。二进制位的传输可以通过二进制位的传输可以通过同步方式同步方式或或异步方式异步方式进行。进行。物理层协议与物理层定义两个 DTE 通过 DCE进行通信例子EIA-232/V.24 接口接口调制解调器调制解调器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-232/V.24 接口接口调制解调器调制解调器网网 络络DTE(DTE(数据终端设备数据终端设备)：具有一定的数据处理能力和发送、接收具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备数据能力的设备DCE(DCE(数据电路端设备数据电路端设备)：在：在DTEDTE和传输线路
12、之间提供信号变换和和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接。编码的功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接。物理层特性 物理层的主要任务描述为：确定与传输媒体的物理层的主要任务描述为：确定与传输媒体的接口的一些特性，即：接口的一些特性，即：机械特性机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。引线数目和排列、固定和锁定装置等等。电气特性电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的指明在接口电缆的各条线上出现的电压的电压的范围，传输距离等。范围，传输距离等。功能特性功能特性 指明某条线上出现的某一电
13、平的电指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种压表示何种意义，如信号线分类（数据，控制，意义，如信号线分类（数据，控制，定时，接地）。定时，接地）。过程特性过程特性 指明对于不同功能指明对于不同功能的的信号信号线的线的工作工作规规则和先后顺序则和先后顺序。机械特性和电气特性：机械特性和电气特性：提供提供物理接口物理接口；规定规定传输特性传输特性。功能特性和过程特性：功能特性和过程特性：规定了物理链路的规定了物理链路的激活激活（即建立）（即建立）保持保持和和解除解除激活激活的方法。的方法。典型协议RS 232-CEIA RS-232-C（1969.8）是美国电子工业协会）是美国电子工业协会（El
14、ectronic Industry Association）制定的）制定的DTE/DCE物理接口标准。物理接口标准。RS（Recommended Standard）：意思是推荐标准）：意思是推荐标准232是一个标识号码是一个标识号码C表示该标准已被修改过的次数表示该标准已被修改过的次数1977年制定功能更为强大的年制定功能更为强大的RS449标准，但标准太复标准，但标准太复杂，连接器过于昂贵，未得到普及。杂，连接器过于昂贵，未得到普及。1987年年1月颁布改进版本月颁布改进版本RS-232-DRS-232-C仍然是最主要的仍然是最主要的DTE/DCE接口，特别是在接口，特别是在微机系统中，串行
15、接口几乎都是微机系统中，串行接口几乎都是RS-232-C。通信协议分析-RS232协议语义语义数据帧：数据帧：DATA;应答帧应答帧：ACK（收到收到幀，且幀，且CRC校验校验正确正确）；）；出错出错帧帧：NAK。通信协议分析-RS232协议语法语法帧帧起始起始：STX(0X02)；帧帧结束结束：END(0X0D)；帧类型帧类型：CX（自定义自定义，如对时，如对时C0，校时，校时C1，数据，数据C2等）等）；数据域数据域：DATA（结构跟随结构跟随帧类型域帧类型域可有自己的定义可有自己的定义）；校验校验域域：CRC-16；起始起始命令命令（地址（地址）数据数据校校验结束束STXCXDATACR
16、C-16END 对对时幀：时幀：STX C0 年、月、日、时、分年、月、日、时、分 CRC16 END 校时幀：校时幀：STX C1 年、月、日、时、分年、月、日、时、分 CRC16 END 数据幀：数据幀：STX C2 幀号幀号 DATA CRC16 END通信协议分析-RS232协议时序时序(a)正常情况正常情况 (b)数据帧出错数据帧出错 (c)数据帧丢失数据帧丢失 (d)应答帧丢失应答帧丢失1、OSI协议的体系结构第二层：数据链路层第二层：数据链路层（data link layer）。物理）。物理层提供的仅仅是原始的层提供的仅仅是原始的数数字比特流字比特流传送服务，它并传送服务，它并不
17、进行差错保护。而数据不进行差错保护。而数据链路层负责链路层负责数据块（帧）数据块（帧）的传送，并进行必要的的传送，并进行必要的同同步控制、差错控制和流量步控制、差错控制和流量控制控制。由于有了第二层的。由于有了第二层的服务，它的上层可以认为服务，它的上层可以认为链路上的传输是无差错的。链路上的传输是无差错的。数据链路层链路链路(link)：是一条无源的点到点的：是一条无源的点到点的物理线路段物理线路段，中间没有任何其它的交换结点。中间没有任何其它的交换结点。一条链路只是一条通路的一个组成部分。一条链路只是一条通路的一个组成部分。数据链路数据链路(data link)：除物理线路外，还必须：除物
18、理线路外，还必须有有通信协议通信协议来控制数据的传输。若把实现这些来控制数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。链路。现在最常用的方法：使用现在最常用的方法：使用适配器适配器（即网卡）来实现（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。这些协议的硬件和软件。一般的网卡都包括了一般的网卡都包括了数据链路层数据链路层和和物理层物理层这这两层的两层的功能功能。基本概念基本概念数据链路层的模型局域网局域网广域网广域网主机主机 H1主机主机 H2路由器路由器 R1路由器路由器 R2路由器路由器 R3电话网电话网局域网局域网主机主机 H1 向向
19、 H2 发送数据发送数据链路层链路层应用层应用层运输层运输层网络层网络层物理层物理层链路层链路层应用层应用层运输层运输层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动从层次上来看数据的流动数据链路层的模型局域网局域网广域网广域网主机主机 H1主机主机 H2路由器路由器 R1路由器路由器 R2路由器路由器 R3电话网电话网局域网局域网主机主机 H1 向向 H2 发送数据发送数据链路层链路层应用层应用层运输层运输层网络层网络层物理层物理层链路层链路层应用层应用层运输层运输
20、层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层R1R2R3H1H2仅从数据链路层观察帧的流动仅从数据链路层观察帧的流动数据链路层功能数据链路层的主要功能：数据链路层的主要功能：数据链路的建立和拆除数据链路的建立和拆除封装成帧、封装成帧、帧传输和帧同步帧传输和帧同步差错与流量控制差错与流量控制数据链路管理数据链路管理在两个或多个网络实体间建立一在两个或多个网络实体间建立一条逻辑通道。发方网络层发出建条逻辑通道。发方网络层发出建立和拆除链路的请求指示，经数立和拆除链路的请求指示，经数据链路层传递到收方的网络层，
21、据链路层传递到收方的网络层，收方给出应答信号，再经链路层收方给出应答信号，再经链路层传递到发方，使发方网络层得知传递到发方，使发方网络层得知请求是否被成功执行。请求是否被成功执行。常用的差错控制方法：常用的差错控制方法：自动重发请求（自动重发请求（ARQ）技术）技术前向纠错技术（前向纠错技术（FEC）；）；常用的流量控制：常用的流量控制：停止等待协议停止等待协议滑动窗口协议。滑动窗口协议。检测到不可纠正错误的平均检测到不可纠正错误的平均时间时间漏检差错率漏检差错率传输延迟和吞吐量传输延迟和吞吐量对异常情况的处理对异常情况的处理典型协议面向比特的链路控制规程面向比特的链路控制规程 HDLC (H
22、igh Level Data Link Control)因特网的点对点协议因特网的点对点协议 PPP (Point to Point Protocol)1、OSI协议的体系结构第三层：网络层（第三层：网络层（network layer）网络层的基本功能是把网）网络层的基本功能是把网络中的节点和数据链路有效地组络中的节点和数据链路有效地组织起来，为终端系统提供透明的织起来，为终端系统提供透明的传输通路（路径）传输通路（路径）。网络层通常。网络层通常分为两个子层：分为两个子层：网内子层网内子层和和网际网际子层子层。网内子层解决子网内分组的网内子层解决子网内分组的路由路由、寻址寻址和和传输传输问题；
23、网际子层解决问题；网际子层解决分组跨越不同子网的分组跨越不同子网的路由选择路由选择、寻址寻址和和传输问题传输问题。它还包括不同子网之间它还包括不同子网之间速率匹配速率匹配、流量控制流量控制、不同长度分组的、不同长度分组的适配适配、连接的建立连接的建立、保持保持和和终止终止等问题。等问题。网络层的功能特性 网络层涉及的是将源端发出的分组经各种途径网络层涉及的是将源端发出的分组经各种途径送到目的端（可能得经过许多中间节点），是送到目的端（可能得经过许多中间节点），是处理处理端到端端到端数据传输的最低层。数据传输的最低层。数据链路层只涉及在数据链路层只涉及在相邻节点相邻节点之间传送数据帧的问之间传送
24、数据帧的问题（题（点到点点到点数据传输）。数据传输）。在分组传输经过网络节点时，节点在分组传输经过网络节点时，节点暂时存储暂时存储接接收到的分组，然后根据网络中的实际情况选择收到的分组，然后根据网络中的实际情况选择下一个节点把分组下一个节点把分组转发转发出去，沿途各个节点重出去，沿途各个节点重复该过程，直到分组到达目的端。复该过程，直到分组到达目的端。网络层的功能特性 要实现该功能，网络层必须知道要实现该功能，网络层必须知道通信子通信子网的拓扑结构网的拓扑结构（即所有路由器的位置），（即所有路由器的位置），并并选择选择通过子网的通过子网的合适路径合适路径。选择路径时要选择路径时要注意注意：不要
25、使一些通信线：不要使一些通信线路超负荷工作，而另一些通信线路却处路超负荷工作，而另一些通信线路却处于空闲状态。于空闲状态。当源端与目的端不处于同一网络中时，当源端与目的端不处于同一网络中时，应由网络层来处理这些差异，并解决由应由网络层来处理这些差异，并解决由此而带来的问题。此而带来的问题。网络层功能为传输层为传输层提供提供建立、维持和释放网络连接的建立、维持和释放网络连接的手手段段，完成，完成路由选择路由选择、拥塞控制拥塞控制、网络互连网络互连等等功功能能。根据传输层的要求根据传输层的要求选择网络服务质量选择网络服务质量。对数据传输过程实行对数据传输过程实行流量控制流量控制、差错控制差错控制及
26、及顺顺序控制序控制，向传输层，向传输层报告报告未恢复的差错。未恢复的差错。提供资源子网主机节点与通信子网间的提供资源子网主机节点与通信子网间的接口接口，向传输层提供向传输层提供虚电路虚电路或或数据报数据报服务。服务。虚电路服务面向面向连接连接的通信方式的通信方式 建立建立虚电路虚电路(Virtual Circuit)，以保证双方，以保证双方通信所需的一切网络资源。通信所需的一切网络资源。如果再使用如果再使用可靠传输可靠传输的网络协议，就可使的网络协议，就可使所发送的分组所发送的分组无差错无差错、按序按序到达终点。到达终点。网际协议 IP 及其配套协议各种应用层协议各种应用层协议 网络接口层网络
27、接口层(TELNET,FTP,SMTP 等等)物物 理理 硬硬 件件运输层运输层TCP,UDP应用层应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口与各种网络接口IGMP网络层网络层(网际层网际层)其它协议地址解析协议地址解析协议 ARP因特网控制报文协议因特网控制报文协议 ICMP因特网的路由选择协议因特网的路由选择协议基本概念基本概念内部网关协议内部网关协议 RIP(距离向量算法距离向量算法)内部网关协议内部网关协议 OSPF(开放最短路径优先算法开放最短路径优先算法)外部网关协议外部网关协议 BGP(边界网关协议，算法多边界网关协议，算法多)网络地址转换网络地址转换 NAT(虚实虚实IP地
28、址的转换地址的转换)1、OSI协议的体系结构第四层：运输层（第四层：运输层（transport layer）。运输层可以看成是用户和）。运输层可以看成是用户和网络之间的网络之间的“联络员联络员”。它利用低。它利用低三层所提供的网络服务向高层提供三层所提供的网络服务向高层提供可靠的端到端的可靠的端到端的透明数据传送透明数据传送。它。它根据发端和终端的地址定义一个跨根据发端和终端的地址定义一个跨过多个网络的过多个网络的逻辑连接逻辑连接（而不是第（而不是第三层所处理的物理连接），并完成三层所处理的物理连接），并完成端到端（而不是第二层所处理的一端到端（而不是第二层所处理的一段数据链路）的段数据链路）
29、的差错校正差错校正和和流量控流量控制制功能。它使得两个终端系统之间功能。它使得两个终端系统之间传送的数据单元无差错，无丢失或传送的数据单元无差错，无丢失或重复，无次序颠倒。重复，无次序颠倒。传输传输层层协议协议从从通通信信和和信信息息处处理理的的角角度度看看，传传输输层层向向它它上上面面的的应应用用层层提提供供通通信信服服务务，它它属属于于面面向向通通信信部部分分的的最最高高层层，同同时时也也是是用用户户功功能能中中的的最最低低层层。物理层物理层网络层网络层传输层传输层应用层应用层数据链路层数据链路层面向信息处理面向信息处理面向通信面向通信用户功能用户功能网络功能网络功能传输层协议传输层协议当
30、当网网络络边边缘缘部部分分中中的的两两主主机机使使用用网网络络核核心心部部分分的的功功能能进进行行端端到到端端的的通通信信时时，只只有有位位于于网网络络边边缘缘部部分分的的主主机机的的协协议议栈栈才才有有运运输输层层，而而网网络络核核心心部部分分中中的的路路由由器器在在转转发发分分组组时时都都只只用用到到下下三三层层功能。功能。网络网络网络网络网络网络网络网络网络网络传输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信54321传输层提供应用进程间的逻辑通信传输层提供应用进程间的逻辑通信主机主机 A主机主机 B应用进程应用进程应用进程应用进程路由器路由器 1路由器路由器 2AP1LAN2WANAP2AP3
31、AP4IP 层层LAN1AP1AP2AP4端口端口端口端口54321IP 协议的作用范围协议的作用范围传输层协议传输层协议 TCP 和和 UDP 的作用范围的作用范围AP3传输层协议和网络层协议的主要区别 应用进程应用进程 应用进程应用进程 IP 协议的作用范围协议的作用范围（提供（提供主机之间主机之间的逻辑通信）的逻辑通信）TCP 和和 UDP 协议的作用范围协议的作用范围（提供（提供进程之间进程之间端到端端到端的逻辑通信）的逻辑通信）因因 特特 网网传输层的主要功能传传输输层层为为应应用用进进程程之之间间提提供供端端到到端端的的逻逻辑辑通通信信（但网络层是为（但网络层是为主机之间主机之间提
32、供逻辑通信）。提供逻辑通信）。传输传输层还要对收到的报文进行层还要对收到的报文进行差错检测差错检测。传输传输层需要有层需要有两种不同的运输协议两种不同的运输协议，即：，即：面向连接的面向连接的 TCP (Transmission Control Protocol)无连接的无连接的 UDP (User Datagram Protocol)传输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道？应应用用层层运运输输层层发发送送进进程程接接收收进进程程接接收收进进程程数据数据数据数据全双工可靠信道全双工可靠信道数据数据数据数据使用使用 TCP 协议协议使用使用 UDP 协议协议不可靠信道不可靠信道 发发送送进进
33、程程1、OSI协议的体系结构第五层：会话层（第五层：会话层（session layer）。会话层负责控制）。会话层负责控制两个系统的表示层（第六层）两个系统的表示层（第六层）实体之间的对话。它的基本实体之间的对话。它的基本功能是向两个表示层实体提功能是向两个表示层实体提供供建立和使用连接建立和使用连接的方法，的方法，而这种表示层之间的连接就而这种表示层之间的连接就叫做叫做“会话会话”（session）。如两个方向如两个方向同时进行同时进行、交替交替进行进行、单方向进行单方向进行等。等。1、OSI协议的体系结构第六层：表示层第六层：表示层（presentation layer）。表）。表示层示层
34、负责定义信息的表示方负责定义信息的表示方法，并向应用程序和终端处法，并向应用程序和终端处理程序提供一系列的数据转理程序提供一系列的数据转换服务，以使两个系统用共换服务，以使两个系统用共同的语言来进行通信同的语言来进行通信。表示层的典型服务有：表示层的典型服务有：数据数据表示表示（信息编码、加密和字（信息编码、加密和字符集的翻译），符集的翻译），格式化格式化（数（数据格式的修改及文本压缩）据格式的修改及文本压缩）和和语法选择语法选择（语法的定义及（语法的定义及不同语言之间的翻译）等。不同语言之间的翻译）等。1、OSI协议的体系结构第七层：应用层第七层：应用层（application layer）
35、。应用）。应用层是最高的一层，直接向用层是最高的一层，直接向用户（即应用进程户（即应用进程AP）提供服）提供服务，它为用户进入务，它为用户进入OSI环境环境提供了一提供了一个个接口接口。应用层包含了应用层包含了管理功能管理功能，同，同时也提供一些时也提供一些公共的应用程公共的应用程序序，如文件传送，作业传送，如文件传送，作业传送和控制，事务处理，网络管和控制，事务处理，网络管理等等。理等等。2、TCP/IP协议的体系结构TCP/IP(TransmissionControl Protocol/Internet Protocol)协议族是美国国防部高级研协议族是美国国防部高级研究规划局究规划局(D
36、ARPA)所资助的实验性分组交换网所资助的实验性分组交换网 络络ARPARNET上研究开发成功的。上研究开发成功的。TCP/IP 协议族的通信任务组织成五个相对独立协议族的通信任务组织成五个相对独立的层次：应用层、运输层、互连网层、网络接入的层次：应用层、运输层、互连网层、网络接入层、物理层。（它没有层、物理层。（它没有OSI七层模型中的表示层七层模型中的表示层和会话层）。和会话层）。TCP/IP协议族重点强调应用层、运输层和互连网协议族重点强调应用层、运输层和互连网层，而对网络接入层只要求能够使用某种协议来层，而对网络接入层只要求能够使用某种协议来传送互连网层的分组。传送互连网层的分组。2、
37、TCP/IP协议的体系结构网络接入层的网络接入层的主要功能主要功能是解决与硬件相关的功能，向互连网层提供是解决与硬件相关的功能，向互连网层提供标准接口。从网络的角度来讲，它是解决在一个网络中两个端系统标准接口。从网络的角度来讲，它是解决在一个网络中两个端系统之间传送数据的问题，以及一个端系统（计算机）和它连接的网络之间传送数据的问题，以及一个端系统（计算机）和它连接的网络之间的数据交换。之间的数据交换。2、TCP/IP协议的体系结构如果两台设备连在两个不同的网络上，要使数据穿过多个互连的网络正如果两台设备连在两个不同的网络上，要使数据穿过多个互连的网络正确地传输，这是互连网层（网际层）要完成的
38、功能。该层采用的协议称确地传输，这是互连网层（网际层）要完成的功能。该层采用的协议称为互连网协议（为互连网协议（IP），它提供跨越多个网络的选路功能和中继功能。），它提供跨越多个网络的选路功能和中继功能。IP解决了网络互连问题，但它是一个不可靠的传输协议。在传输过程中可解决了网络互连问题，但它是一个不可靠的传输协议。在传输过程中可能会出现能会出现IP报文的错误、丢失和乱序等问题。报文的错误、丢失和乱序等问题。2、TCP/IP协议的体系结构TCP为应用程序之间的数据传输提供可靠连接，它是面向连接的传输控制协议。UDP为应用层提供无连接的服务，它不保证一定传到，也不保证按顺序传输以及不重复传送。2
39、、TCP/IP协议的体系结构（1）可靠性高可靠性高。因为由。因为由IP保证网间合适的数据传送，保证网间合适的数据传送，由由TCP提供全双工的、基于连接的可靠通信。包括提供全双工的、基于连接的可靠通信。包括纠错纠错、重传重传、流量控制流量控制及协调高层应用软件之间的及协调高层应用软件之间的同步同步等。等。（2）灵活性大灵活性大。表现在不同计算机之间可以彼此通。表现在不同计算机之间可以彼此通信，由文件传送协议（信，由文件传送协议（FTP）、简单邮件传送协议）、简单邮件传送协议（SMTP）、远程登录协议（）、远程登录协议（Telnet）三个标准的）三个标准的TCPIP实用程序体现出来。定义了用户软件
40、与传实用程序体现出来。定义了用户软件与传输层以及网络之间的输层以及网络之间的界面界面，并允许不同厂家实现，并允许不同厂家实现相相互兼容互兼容，提供，提供异型机间通信异型机间通信的可能性。的可能性。四、网络协议分类及实例分析n层协议模型传送协议：SDUSDU为n+1层的数据控制协议：为实现对等层间逻辑功能而设置的协作信息(对等层是否可达，路由表等)传送协议：SDU为n+1层的数据控制协议：为实现对等层间逻辑功能而设置的协作信息(对等层是否可达，路由表等)如网络层中：IP协议：属于传送协议，进行网络组网和数据交换ICMP：internet控制报文协议是控制协议，负责报告错误、交换受限控制及状态信息
41、。四、网络协议分类及实例分析局域网协议栈结构局域网协议栈结构四、网络协议分类及实例分析什么是ARP？Address Resolution Protocol 地址解析协议，即ARP，是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。四、网络协议分类及实例分析四、网络协议分类及实例分析-ARP协议协议 IP地址解析为地址解析为MAC地址地址主机主机10.1.1.1想发送数据给主机想
42、发送数据给主机10.1.1.2，检查缓存，检查缓存，发现没有发现没有10.1.1.2的的MAC地址地址10.1.1.110.1.1.210.1.1.310.1.1.4ARP CacheInternet Adress Physical Adress Type四、网络协议分类及实例分析四、网络协议分类及实例分析-ARP协议协议 IP地址解析为地址解析为MAC地址地址主机主机10.1.1.1发送发送ARP广播广播10.1.1.110.1.1.210.1.1.310.1.1.4我需要我需要10.1.1.2的的MAC地址地址还记得全FF-FF-FF-FF-FF-FF的广播地址吗？四、网络协议分类及实例分
43、析四、网络协议分类及实例分析-ARP协议协议 IP地址解析为地址解析为MAC地址地址所有主机都接收到所有主机都接收到10.1.1.1的的ARP广播，但只有广播，但只有10.1.1.2给它一个单播回复，并缓存给它一个单播回复，并缓存10.1.1.1的的MAC地址地址10.1.1.110.1.1.210.1.1.310.1.1.4我的我的MAC地址是地址是0800.0020.1111 四、网络协议分类及实例分析四、网络协议分类及实例分析-ARP协议协议 IP地址解析为地址解析为MAC地址地址主机主机10.1.1.1将将10.1.1.2的的MAC地址保存到缓存中，发地址保存到缓存中，发送数据送数据1
44、0.1.1.110.1.1.210.1.1.310.1.1.4ARP CacheInternet Adress Physical Adress Type10.1.1.2 0800.0020.1111 Dynamic四、网络协议分类及实例分析四、网络协议分类及实例分析-ARP协议协议语法语法ARP协议数据单元（协议数据单元（PDU）结构）结构四、网络协议分类及实例分析四、网络协议分类及实例分析-ARP协议协议语义语义映射映射需求：需求：(1)已已知知目目标标IP地地址址，获获得得其其对对应应的的MAC地地址址正正向向地地址解析；址解析；(2)已已知知目目标标MAC地地址址，获获得得其其对对应应的
45、的IP地地址址反反向向地地址解析址解析。ARP协议语义协议语义：1.正向地址解析正向地址解析 ARP请求请求：已知已知32位位IP地址，查询对应服务器地址，查询对应服务器MAC地址地址 ARP响应响应：针对针对32位位IP地址，告知地址，告知48位位MAC地址地址2.反向地址解析反向地址解析 RARP请求请求：已知已知48位位MAC地址地址，查询对应，查询对应服务器服务器IP RARP响应响应：针对针对48位位MAC地址地址，告知对应，告知对应服务器服务器IP四、网络协议分类及实例分析四、网络协议分类及实例分析-ARP协议协议时序时序为保障消息传送准确必须：为保障消息传送准确必须：（1）具有明
46、确的指向性）具有明确的指向性（2）具有明确的顺序）具有明确的顺序（3）具有定时的规则）具有定时的规则四、网络协议分类及实例分析四、网络协议分类及实例分析-ARP协议协议小结小结通信协议（掌握）通信协议（掌握）通信网络分层与体系结构（理解掌握）通信网络分层与体系结构（理解掌握）典型体系结构典型体系结构（理解掌握）（理解掌握）网络协议分类及实例分析网络协议分类及实例分析（理解掌握）（理解掌握）通信网络协议跨层设计与优化通信网络协议跨层设计与优化*（了解）（了解）思考与练习思考与练习1、OSI参考模型分为几层？各层名称是什么参考模型分为几层？各层名称是什么？各层解决的主要问题是什么？各层解决的主要问题是什么？2、简单对比分析简单对比分析OSI参考模型和参考模型和TCP/IP参参考模型。考模型。3、简单对简单对TCP/IP中的中的ARP协议协议进行进行应用应用分分析析。