1、1第第3章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构v本章内容本章内容计算机的网络体系结构计算机的网络体系结构网络参考模型网络参考模型五层网络参考模型五层网络参考模型23.1 计算机网络体系结构计算机网络体系结构v发展历程v分层原理v基本概念3发展历程发展历程v网络体系结构提出的背景网络体系结构提出的背景计算机网络的复杂性、异质性计算机网络的复杂性、异质性不同的通信介质不同的通信介质有线、无线等有线、无线等不同种类的设备不同种类的设备主机、路由器、交换机、复用设备主机、路由器、交换机、复用设备等等不同的操作系统不同的操作系统UNIX、Windows等等不同的软不同的软/硬件、接口和通信约定（协议
2、）硬件、接口和通信约定（协议）不同的应用环境不同的应用环境固定、移动等固定、移动等不同种类业务不同种类业务分时、交互、实时等分时、交互、实时等宝贵的投资和积累宝贵的投资和积累有形、无形等有形、无形等用户业务的延续性用户业务的延续性不允许出现大的跌宕起伏不允许出现大的跌宕起伏4l结构清晰l简化设计与实现l便于更新与维护l较强的独立性和适应性对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组织网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：络的结构，以达到：解决：分而治之！解决：分而治之！ 一个生活中的例子：空中旅行的组织空中旅行的组织5空中旅行的组织空中旅行的组织一系列的步骤一系列的步骤机
3、票 (购买)行李 (托运)旅客 (出发)飞机 (起飞)飞行航线机票 (投诉)行李 (认领)旅客 (到达)飞机 (着陆)飞行航线飞行航线6空中旅行的组织空中旅行的组织: 从另一种不同的角度观察从另一种不同的角度观察层次的观点：层次的观点： 每层实现一种特定的每层实现一种特定的服务服务 通过自己内部的功能通过自己内部的功能 依赖自己的下层提供的服务依赖自己的下层提供的服务机票 (购买)行李 (托运)旅客 (出发)飞机 (起飞)飞行航线机票 (投诉)行李 (认领)旅客 (到达)飞机 (着陆)飞行航线飞行航线7从出发地到目的地的航线：导航服务柜台-to-柜台：“旅客+行李” 票务服务行李托运-to-行
4、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-跑道：飞机“航运”服务8层次功能的分布式实现层次功能的分布式实现飞机 (起飞)飞机 (着陆)飞行航线起飞起飞机场机场到达机场到达机场中间空中交通枢纽飞行航线飞行航线机票 (购买)机票 (投诉)行李 (托运)行李 (认领)旅客 (出发)旅客 (到达)9层次化方法在其他领域的应用v程序设计程序设计把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实现，如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。操作系统。v邮政系统邮政系统邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输v银行系统银行系统 v物流系统物
5、流系统v102. 分层原理分层原理v计算机网络中也采用了计算机网络中也采用了分层分层方法。方法。把复杂的问题划分为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。若干个较小的、单一的局部问题，在不同层上予以解决。v网络的层次结构方法要解决的问题：网络的层次结构方法要解决的问题：网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能分层与功能）各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口服务与接口）通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议协议）
6、11v计算机网络中，层层、协议协议和层间接口层间接口的集合被称为计算机网计算机网络体系结构络体系结构。换句话说：体系结构包括三个内容：换句话说：体系结构包括三个内容：分层结构与每层的功能、服务分层结构与每层的功能、服务与层间接口、协议。与层间接口、协议。v最早的网络体系结构源于IBM的SNA其他的网络体系结构还有DEC的DNA等v由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际标准是OSI/RMv实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构体系结构事实上的（de facto）标准12v将计算机网络功能划分为若干个层次，较高层次建立在较低层次的基础上，并为其更高层次提供必要的服务功能。网络中的每一层都起
7、到隔离作用，使得低层功能具体实现方法的变更不会影响到高一层所执行的功能。v网络体系结构完成计算机间的通信合作，把每个计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，并规定同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务； 什么叫网络体系结构？划分网络层次机构的原则是什么？13v计算机网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构。v原则：v每层具有特定的功能，相似的功能尽量集中在同一层 v各层相对独立，某一层的内部变化不能影响另一层 v相邻层之间的接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少，以利于标准化 v层数应适中 14层次结构方法的优点层次结构方法的优点v独立性强独立性强耦合程度低耦合程度低上层
8、只需了解下层通过层间接口提供什么服务上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务黑箱黑箱方法方法。v适应性强适应性强只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。v易于实现和维护易于实现和维护把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子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：单元：v使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。v使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。153. 网络体系结构的相关概念 v协议（Protocol）协议就
9、是为实现网络中的数据交换建立的规则标准或约定。v实体（Entity）在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体组成，这些实体抽象地表示了通信时的软件元素（如进程或子程序）或硬件元素（如智能I/O芯片等）。实体是通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施。16v对等层对等层：两个不同系统的同级层次。v对等实体对等实体：分别位于不同系统对等层中的两个实体v接口接口(Interface)：分层结构中各相邻层之间要有一个 接口，它定义了较低层向较高层提供的原始操作 和服务。相邻层通过它们之间的接口交换信息， 高层并不需要知道低层是如何实现的，仅需要知 道该层通过层间的接口所提供的服务，这样使得 两层之间保持
10、了功能的独立性。v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。17系统系统A系统系统B实体实体对等层对等层对等实体对等实体接口接口服务服务物理网络物理网络18网网络络分分层层体体系系结结构构P3P2P1 2 1 3 2 1物理通信线路物理通信线路 3 N+1 N N-1 N+1 N N-1Pn-1PnPn+1系统系统A系统系统Bl网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的l同一网络中，任意两个端系统必须具有相同的层次l每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务l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”l实际的物理通信只在最底层完成
11、lPn：第n层协议协议，即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定19对等层通信的实质对等层通信的实质v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。v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。对等层通信。上层上层使用使用下层提供的服务下层提供的服务Service user；下层向上层下层向上层提供提供服务服务Service provider。v第n+1层是第n层的服务用户，第n-1层是第n层的服务提供者v第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务v例：邮政通信例：邮政通信20对等通信例：两个人收发信
12、件对等通信例：两个人收发信件v想一想想一想：收信人与发信人之间、邮局之间，是在直接通信吗？收信人与发信人之间、邮局之间，是在直接通信吗？邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？信件内容信件内容邮件地址邮件地址货物地址货物地址发信人发信人邮局邮局运输系统运输系统信件内容信件内容邮件地址邮件地址货物地址货物地址收信人收信人对信件内容的约定对信件内容的约定对信件如何传递的约定对信件如何传递的约定对货物如何运输的约定对货物如何运输的约定协议协议P3公路，铁路，航空公路，铁路，航空邮局邮局运输
13、系统运输系统协议协议P2协议协议P121对等层通信的实质对等层通信的实质v对等层实体之间实现的是对等层实体之间实现的是虚虚拟的逻辑通信拟的逻辑通信；v下层向上层提供服务；下层向上层提供服务；v上层依赖上层依赖下层提供的服务来下层提供的服务来与其他主机上的对等层通信；与其他主机上的对等层通信；v实际通信在最底层完成实际通信在最底层完成。22 3 2 1 N+1 N N-1 2 1 3 N+1 N N-1v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；从最高层开始，自上而下逐层封装封装；经物理线路传输到目标系统；目标系统将收到的信息自下而上逐层处理并拆封拆封；由最高层将消息提交给目标进程
14、。目标进程源进程P3P2P1物理通信线路物理通信线路Pn-1PnPn+1消息消息消息消息逻辑通信逻辑通信23体系结构各层中实现的主要功能体系结构各层中实现的主要功能v差错控制使对等层的通信更加可靠v流量控制控制发送端的速率，使接收端能来得及接收v分段和重装发送端将数据块分成更小的单位，并在接收端重新组合v复用和分用多个高层的对等层通信会话复用一条低层连接v建立连接和释放连接24通信协议通信协议v人际交流的协议人际交流的协议:人类之间“我有一个问题。”“现在几点了?”v 说明发送的消息v 说明接收到某消息后所应采取的行动v 说明动作的次序协议：协议： 定义定义网络实体间网络实体间发送和接收报文的
15、发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取的行动。息时应采取的行动。（语义、语语义、语法和时序法和时序）25HiHiWhats thetime?2:00请求连接传送文件：xxxxx.xxxtime连接确认26通信协议的三要素通信协议的三要素v语义语义对协议中各协议元素的含义的解释，例如：对协议中各协议元素的含义的解释，例如：v在在HDLC协议中，标志协议中，标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束表示报文的开始和结束v在在BSC协议中，协议中，SOH(01H)表示报文的开始，表示报文的开始，STX(02H)表示报文表示报文正文的开始，正文的开始，ETX
16、(03H)表示报文正文的结束表示报文正文的结束v语法语法协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如：协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如：v时序时序通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则Flag Address CtrlDataFCSS FlagSOHHEADSTXTEXTETX BCCBSCHDLC27通信协议的三要素通信协议的三要素v语法（Syntax) 规定通信双方“如何讲”，即数据与控制信息的结构、编码及信号电平等。 v语义（Semantics)：规定通信双方“讲什么”，即协议元素的含义v语序（Timing，又称时序或定时）规定通信双方“
17、讲的顺序”或“应答关系”，即对事件实现顺序的说明，解决何时进行通信的问题。 28确认释放连接释放确认释放确认连接确认数据连接请求连接确认ttv时序例时序例释放连接释放连接数据传输数据传输建立连接建立连接29v网络体系结构中：网络体系结构中：每层可能会有若干个协议每层可能会有若干个协议一个协议只属于一个层次一个协议只属于一个层次v协议可以由软件或硬件来实现：协议可以由软件或硬件来实现：网络通信协议软件、网络驱动程序网络通信协议软件、网络驱动程序网络硬件网络硬件v常用协议组：常用协议组：TCP/IP（Windows、UNIX、Linux、）NetBEUI（Windows）IPX/SPX（NetWa
18、re、Windows）30数据单元数据单元v(n)协议控制信息协议控制信息PCI(Protocol Control Information) ：(n)实体为了协调其共同操作使用(n-1)连接而交换的信息。v(n)用户数据用户数据UD(User Data) ：以(n+1)实体的名义在(n)实体之间传送的数据。 v(n)协议数据单元协议数据单元PDU(Protocol Data Unit) ：由(n)协议控制信息和可能的(n)用户数据组成。v(n)接口控制信息接口控制信息ICI(Interface Control Information) ：在(n+1)实体和(n)实体之间为协调其共同操作而传送的
19、信息。v(n)接口数据接口数据ID(Interface Data) ：在(n)连接上，为了传送给一个通信(n+1)实体而从(n+1)实体递交给(n)实体的信息。或在(n)连接上，收到通信(n+1)实体的信息后从(n)实体递交给(n+1)实体的信息。v(n)接口数据单元接口数据单元IDU(Interface Data Unit) ： 在(n+1)实体和(n)实体之间，在一次交互作用中穿过服务访问点传输的信息单元。v(n)服务数据单元服务数据单元SDU(Service Data Unit) ：(n)接口数据的总和。31服务数据单元服务数据单元32协议数据单元（协议数据单元（PDU）v网络体系结构中
20、，对等层之间交换的信息报文统称为网络体系结构中，对等层之间交换的信息报文统称为协议数协议数据单元据单元（Protocol Data Unit，PDU）。）。v传输层及以下各层的传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：另外还有各自特定的名称：传输层传输层段（段（Segment） 网络层网络层分组分组/包（包（Packet）数据链路层数据链路层帧（帧（Frame）物理层物理层比特（比特（Bit）（和硬件控制信号）（和硬件控制信号）vPDU由由协议控制信息（协议头）协议控制信息（协议头）和和数据数据（SDU）组成）组成:v协议头部中含有完成数据传输所需的控制信息协议头部中含有完成数据传输所需
21、的控制信息:地址、序号、长度、分段标志、差错控制信息地址、序号、长度、分段标志、差错控制信息协议控制信息协议控制信息数据（数据（SDU）33v下层把上层的下层把上层的PDU作为本层的数据加以作为本层的数据加以封装封装，然后，然后加入本层的协议头部（和尾部）形成本层的加入本层的协议头部（和尾部）形成本层的PDU。封装封装：就是在数据前面加上特定的协议头部。：就是在数据前面加上特定的协议头部。v因此，数据在源站自上而下递交的过程实际上就是因此，数据在源站自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。程就是不
22、断拆封的过程。类比：发送信件类比：发送信件数据在传输时，其外面实际上要被包封多层数据在传输时，其外面实际上要被包封多层“信封信封”。数数 据据协议头协议头数数 据据N+1层层PDUN层层PDU34数据多层封装数据多层封装数据数据 段头段头数据数据 段头段头数据数据分组分组头头帧头帧头 段头段头数据数据分组头分组头帧尾帧尾封装封装段段分组分组帧帧拆封拆封35 TCP头头应用层数据应用层数据应用层数据应用层数据 TCP头头应用层数据应用层数据IP头头帧头帧头 TCP头头应用层数据应用层数据IP头头帧尾帧尾例：例：TCP/IP协议的封装过程协议的封装过程应用层应用层 传输层传输层 网络层网络层 链路
23、层链路层 36v在目的站，某一层只能识别由源站对等层封装的在目的站，某一层只能识别由源站对等层封装的“信封信封”，而对于被封装在而对于被封装在“信封信封”内部的内部的“数据数据”仅仅是拆封后将其仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。提交给上层，本层不作任何处理。每一层只处理本层的协议头部！每一层只处理本层的协议头部！v各种协议集的封装示意图各种协议集的封装示意图37服务与协议之间的关系服务与协议之间的关系(n)(n+1)(n-1)（n）服务(n)(n+1)(n-1)（n）协议38两种服务两种服务v面向连接服务面向连接服务在数据交换之前，必须先建立连接，当数据交换结束后，则应终止这个连接
24、。具有连接建立连接建立、数据传输数据传输和连接释放连接释放三个阶段 。v无连接服务无连接服务是指两个实体在数据传输时动态地进行分配通信时所需的资源 。39两种服务的比较两种服务的比较Connection Oriented Connectionless参考模式参考模式电话系统电话系统邮政系统邮政系统特点特点静态分配资源；传输静态分配资源；传输前需要建立连接前需要建立连接动态分配资源动态分配资源可靠性可靠性提供可靠的传输服务：无提供可靠的传输服务：无错、按序、无丢失错、按序、无丢失/无重复无重复不能防止报文的损坏、失不能防止报文的损坏、失序、丢失和重复序、丢失和重复对目的地址对目的地址 的要求的要
25、求仅在连接阶段需要完整的仅在连接阶段需要完整的目的地址目的地址需要为每一个报文提供完需要为每一个报文提供完整的目的地址整的目的地址适用场合适用场合在一段时间内向同一目的地在一段时间内向同一目的地发送大量报文发送大量报文; 实时性要求实时性要求少量零星报文少量零星报文分类及示例分类及示例1.可靠消息流可靠消息流 - 文件传输文件传输2.可靠字节流可靠字节流 - 远程登录远程登录3.不可靠连接不可靠连接 - 数字化声音数字化声音1.数据报数据报 - 广播广播/组播组播2.可靠的数据报可靠的数据报- 挂号邮件挂号邮件3.请求应答请求应答 - 数据库查询数据库查询40无连接服务的类型v数据报（数据报（
26、datagram）它的特点不需要接收端做出任何响应，因而是一种不可靠的服务。v证实交付（证实交付（confirmed delivery）这种服务要求接收端对收到的每一个报文都要产生一个证实发送给发送端，该证实只能保证报文已经发送到远端的目的地了，但不能保证目的地的用户已收到这个报文。v请求应答（请求应答（request-reply）这种类型的数据报要求接收端用户每收到一个报文，就要向发送端用户发送一个应答报文。41服务原语服务原语v服务原语（Service Primitive）专供用户和其他实体访问服务。 v服务原语只是对服务进行概念性的功能描述，至于如何实现并不作明确规定。 原语类型含义请求
27、(Request)（N+1）实体请求（N）实体提供服务指示(Indication)（N）实体通知（N+1）实体发生了某一事件响应(Response)（N+1）实体对（N）实体指示的响应证实(Confirm)（N）实体向（N+1）实体确认，（N+1）实体请求的服务已完成42一个面向连接例子中使用的原语vCONNECT.request：请求建立连接vCONNECT.indication：指示有连接建立请求vCONNECT.response：被呼叫方用来表示接收拒绝建立连接的请求vCONNECT.confirm：通知呼叫方建立连接的请求是否被接受vDATA.request：请求发送数据vDATA.i
28、ndication：表示数据已到达vDISCONNECT.request：请求释放连接vDISCONNECT.indication：通知对等实体释放连接的完成情况1234565678计算机1计算机2（N+1）（N）（N+1）（N）12345678910时间433.2网络参考模型网络参考模型vOSI/RM参考模型vTCP/IP参考模型44OSI/RM参考模型参考模型应用层应用层Application表示层表示层Presentation会话层会话层Session传输层传输层Transportation物理层物理层Physical数据链路层数据链路层Data Link网络层网络层Network765
29、4321为网络应用提供服务为网络应用提供服务数据表示数据表示在用户间建立会话关系在用户间建立会话关系不同主机进程间的通信不同主机进程间的通信在主机间传输分组在主机间传输分组在节点间可靠地传输帧在节点间可靠地传输帧位流的透明传输位流的透明传输45物理层（物理层（Physical Layer）v功能：在物理媒体功能：在物理媒体(介质介质)上上正确地正确地、透明地透明地传送比特流。传送比特流。v服务：串行和并行服务：串行和并行v协议协议(标准标准)：规定了物理接口的各种特性：规定了物理接口的各种特性：机械机械：物理连接器的尺寸、形状、规格：物理连接器的尺寸、形状、规格电气电气：信号电平，信号的脉冲宽
30、度和频率，数据传送速率，最大传输距离等：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大传输距离等功能功能：接口引（线）脚的功能和作用：接口引（线）脚的功能和作用规程规程：信号时序，应答关系，操作过程：信号时序，应答关系，操作过程v例：例：RS-232、RS-449、V.24、 V.35、G.703/G.70446RS-232-Cv外形为外形为25针或针或9针的针的D形连接器形连接器v通信速率（通信速率（b/s）：）：100、300、600、1200、2400、4800、9600、19.2K、33.6K、56Kv信号电平：信号电平：逻辑“1”：-3V-15V逻辑“0”：+3V+15Vv引脚定
31、义：引脚定义：4748vH：Host（DTE），），M：Modem（DCE）v设备握手设备握手DTR：HM（保持，表示H已可以工作）DSR：HM（保持，表示M已可以工作）v监视载波信号监视载波信号DCD：HM载波（表示数据链已建立）v接收数据接收数据RD： HM数据调制信号v断开连接断开连接DCD消失、H撤除DTR、M撤除DSR信号时序（接收）信号时序（接收）49v设备握手设备握手DTR：HM（保持）DSR：HM（保持）v请求发送请求发送RTS：HM（保持），M载波，在对方产生DCDCTS：HM（保持）v发送数据发送数据TD：HM数据调制信号v断开连接断开连接H撤除RTS/DTRM撤除CTS/
32、DSR，停止发送载波信号时序（发送）信号时序（发送）50DTE和DCEvDTE (Data Terminal Equipment)是指具有一定的数据处理能力以及收发能力的数据输入/输出设备、终端设备或计算机等终端装置。 vDCE(Data Communication Equipment) 是指自动呼叫应答设备、交换机以及其他一些中间装置的集合,其作用就是在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路连接。 51v在两个在两个相邻节点相邻节点间可靠地传输数据，使之对网络层呈现为一间可靠地传输数据，使之对网络层呈现为一条无错的链路。条无错的链路。vPDU：帧（：帧
33、（Frame）v功能：功能：建立与拆除数据链路连接建立与拆除数据链路连接组帧组帧：帧封装，按顺序传送，处理返回的确认帧：帧封装，按顺序传送，处理返回的确认帧物理寻址物理寻址：MAC地址地址/物理地址物理地址定界与同步定界与同步：产生：产生/识别帧边界识别帧边界错误检测错误检测/恢复恢复：可靠的传输，：可靠的传输，CRC，ARQ流量控制流量控制：抑止发送方的传输速率，使接收方来得及接收：抑止发送方的传输速率，使接收方来得及接收数据链路层（数据链路层（Data Link Layer）52v服务服务无确认无连接服务 有确认无连接服务面向连接的服务根据确认的发送条件，将确认机制分为三种方式：正向确认双
34、向确认负向确认53v协议：协议：面向字符的：面向字符的：v数据以字符为单位传输，用控制字符控制通信数据以字符为单位传输，用控制字符控制通信vIBM的的BSC规程规程面向比特的：面向比特的：v数据以位为单位传输，用帧中的控制字段控制通信数据以位为单位传输，用帧中的控制字段控制通信vISO的的HDLC规程规程v共享信道问题共享信道问题(LAN or Wireless)：如何控制对如何控制对共享信道共享信道的访问？的访问？将数据链路层划分为将数据链路层划分为逻辑链路控制逻辑链路控制(Logical Link Control, LLC)和和介质访问控制介质访问控制(Media Access Contr
35、ol, MAC)两个子层，由两个子层，由MAC子层解决共享介质访问控制问题。子层解决共享介质访问控制问题。LAN使用的两种主要介质访问控制方法：使用的两种主要介质访问控制方法：vCSMA/CD（Carry Sense Multiple Access With Collision Detect）vTOKEN PASSING54v寻址并选择合适的路由，把数据报从源端传送到目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。的端，在需要时对上层的数据进行分段和重组。vPDU：数据报（：数据报（Datagram，IP-分组分组Packet）v功能：功能：在源端与目的
36、端之间建立、维护、终止网络的连接在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接寻址、路由选择和分组中转寻址、路由选择和分组中转分段与组合：大数据块分段，小数据块组合分段与组合：大数据块分段，小数据块组合流量控制和拥塞控制流量控制和拥塞控制多路复用：为多个传输层实体提供网络连接服务多路复用：为多个传输层实体提供网络连接服务差错检测与恢复差错检测与恢复流量统计和记账流量统计和记账vIP协议协议RFC 791网络层（网络层（Network Layer，Internet Layer）55v服务服务数据报（Datagram）服务 v网络层从运输层接受报文（发送时）并拆分为报文分组，把每一个分组作为一个独立
37、的信息单位传送。v特征：不需建立连接、每个数据报都附有网络地址、要求路由选择、数据报不能保证按序到达目的地、对故障的适应性强、易于平衡网络流量 虚电路（Virtual Circuit）服务 v在源主机要与目的主机通信之前，应先建立一条网络连接。v特征：要求先建立连接、全网地址、路由选择、按序到达、可靠性较高、适用于交互式作用 永久虚电路 呼叫虚电路 56数据报服务与虚电路服务项目虚电路数据报目的主机地址建立连接时需要每个分组都需要初始化设置需要不需要分组顺序由通信子网负责保证通信子网不负责差错控制由通信子网负责，对主机透明由主机负责流量控制通信子网提供网络层不提供连接的建立和释放需要不需要57
38、路由选择路由选择v如何在多条通信路径中找一条如何在多条通信路径中找一条最佳路径最佳路径？ 依据：依据：速度速度、 距离距离(步跳数步跳数)、 价格价格、 拥塞程度拥塞程度v路由器路由器路由表建立与维护路由表建立与维护静态：人工设置，只适用于小型网络静态：人工设置，只适用于小型网络动态：运行过程中根据网络情况自动地动态维护动态：运行过程中根据网络情况自动地动态维护v路由算法路由算法建立与维护路由表的方法建立与维护路由表的方法距离向量算法：距离向量算法：RIP、CGP等等链路状态算法：链路状态算法：OSPF等等58链路层的任务链路层的任务两节点间节点间可靠的数据传输Ethernet, X.25,
39、ATM, 网网络络层层的的任任务务沿两端点端点间间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信） 59v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、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，使上层服务用户不必关心通信子网的实现透明的数据传输，使上层服务用户不必关心通信子网的实现细节。细节。v传输层的特点传输层的特点以上各层：面向应用，本层及以下各层：面向传输；以上各层：面向应用，本层及以下各层：面向传输；与网络层的部分服务有重叠交叉，功能取舍取决于网络与网络层的部分服务有重叠交叉，功能取舍取决于网络层功能的强弱；层功能的强弱；只存在于端主机中；只存在于端主机中；实
40、现源主机到目的主机实现源主机到目的主机“端到端端到端”的连接的连接v在这一点上与网络层的区别是什么？在这一点上与网络层的区别是什么？v网络层：为网络层：为主机之间主机之间提供逻辑传输提供逻辑传输v传输层：为传输层：为应用进程之间应用进程之间提供逻辑传输提供逻辑传输传输层（传输层（Transport Layer）60功能：功能：v地址映射：地址映射：源端进程地址映射到网络地址，或反之；源端进程地址映射到网络地址，或反之；v多路复用与分割：多路复用与分割：多个传输连接共用一条网络连接；多个传输连接共用一条网络连接；一条传输连接使用多个网络连接；一条传输连接使用多个网络连接；v进行数据分段并在目的端
41、重新组装；进行数据分段并在目的端重新组装；v传输连接的建立与释放；传输连接的建立与释放；v提供提供“面向连接面向连接” 和和“无连接无连接” 两种服务：两种服务：TCP/IP协议：协议：TCP和和UDPv传输差错校验与恢复；传输差错校验与恢复；v流量控制，防止数据传输过载。流量控制，防止数据传输过载。61传输层与网络层的关系传输层与网络层的关系v网络层则提供网络中主机主机间的“逻辑通信” ；而传输层提供主机中的进程进程间的“逻辑通信” 。v二者之间的差别：微妙而又重要类比v主机：单位的传达室v进程：单位中的职工v应用层报文：信件网络层协议=邮局的投递服务，只负责递送到传达室传输层协议=传达室的
42、收发服务，负责递送到每个职工62网络层的任务网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信主机间的逻辑通信）Ethernet, X.25, ATM, 传输层的任务传输层的任务两端点间可靠的透明数据传输（应用进程间的逻辑通信应用进程间的逻辑通信）通信子网通信子网63会话层（会话层（Session Layer ）v在传输层服务的基础上增加控制会话(Session)的机制，建立、组织和协调应用进程之间的交互过程。 v功能：功能：为用户建立、引导和释放会话连接。 v服务服务类型：双向同时(双工)、双向交替(半双工)和单向(单工) 同步 64表示层（表示层（Presentation Laye
43、r ）v定义用户或应用程序之间交换数据的格式，提供数据表示之间的转换服务，保证传输的信息到达目的端后意义不变。 v功能：功能：对源站内部的数据结构编码，形成适合于传输的比特流(符合“传输语法”)，到了目的站再进行解码，转换成目的站用户所要求的格式(符合目的站“局部语法”)，保持传输数据的意义不变。 v服务：服务：不同类型计算机中内部格式的转换、密码转换和文本压缩的转换 65v为为End-user的应用进程提供标准的网络服务和应用的应用进程提供标准的网络服务和应用接口。接口。v功能：功能：提供各种不同的应用协议以满足应用进程的需求；提供各种不同的应用协议以满足应用进程的需求；为用户进程提供应用接
44、口；为用户进程提供应用接口；识别并证实目的通信方的可用性；识别并证实目的通信方的可用性；使协同工作的应用进程之间进行同步；使协同工作的应用进程之间进行同步；为通信过程申请资源。为通信过程申请资源。v应用层协议的例子：应用层协议的例子：OSI:vVTP、MHS、FTAM、DS、TCP/IP:vTelnet、SMTP、FTP、DNS、HTTP、应用层（应用层（Application Layer）66vTCP/IP不是一个单个的协议，而是由数十个具有层次结构不是一个单个的协议，而是由数十个具有层次结构的协议组成的一个协议集。的协议组成的一个协议集。TCP和和IP是该协议集中的两个最重要的核心协议。是
45、该协议集中的两个最重要的核心协议。vTCP/IP是是Internet上的标准通信协议集。上的标准通信协议集。vTCP/IP标准以标准以“请求注释请求注释”（RFC）文档发布：）文档发布：TCP RFC 768, UDP RFC793IP RFC 791DNS RFC 1034, 1035, FTP RFC 959, 1635TCP/IP参考模型参考模型67Message（报文）（报文）Segment（段）（段）Packet（分组）（分组）Frame（帧）（帧）Bit（比特）（比特）TCP/IP协议栈协议栈PDU应用层应用层HTTP, FTP, SMTP, DNS, Telnet, 传输层传输层
46、TCP, UDP网际网际(网络网络)层层IP, ICMP, ARP, RARP网络接口层网络接口层(数据链路层数据链路层+物理层物理层)PPP, Ethernet, Token ring, ATM TCP/IP的体系结构层次的体系结构层次68TCP/IP的应用层的应用层v应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用提供了支持。v有些协议的名称与以其为基础的应用程序同名。应用层应用层传输层传输层网络接口层网络接口层网际层网际层文件传输文件传输 FTP、TFTP、NFS电子邮件电子邮件 SMTP、POP3WWW应用应用 HTTP远程登录远程登录 Telnet、rlogin网
47、络管理网络管理 SNMP名字管理名字管理 DNS 69TCP/IP的传输层的传输层v传输层的主要功能：提供进程间可靠的传输服务。v传输层包括TCP和UDP两种传输协议：TCP是面向连接的传输协议。v在数据传输之前建立连接；v把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段；v必要时重新传输没有收到或错误的段，因此它是“可靠”的。UDP是无连接的传输协议。v在数据传输之前不建立连接；v对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的；v主要用于请求/应答式的应用和语音、视频应用。应用层应用层传输层传输层网络接口网络接口网际层网际层面向连接的面向连接的 TCP无连接的无连接的 UDP使用UDP
48、时，可靠性问题由应用层协议解决。使用TCP时，可靠性问题在传输层已经解决。70HTTPFTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCP UDP应用层应用层传输层传输层TCP和和UDP都用端口都用端口(port)号来识别应用层实体，以便准确地号来识别应用层实体，以便准确地把信息提交给上层对应的协议（进程）。把信息提交给上层对应的协议（进程）。port8071TCP/IP的网际（网络）层的网际（网络）层v主要功能是把数据报通过最佳路径送到目的端。主要功能是把数据报通过最佳路径送到目的端。寻址（寻址（IP地址）、路由选择、封包地址）、路由选择、封包/拆包拆包v网际层的
49、核心协议网际层的核心协议IP，提供了，提供了无连接无连接的数据报的数据报传输服务（不保证送达，不保证序，不保证无错）。传输服务（不保证送达，不保证序，不保证无错）。传输前不需建立连接传输前不需建立连接提高了传输效率提高了传输效率v网际层是网络转发节点（如路由器）上的最高层。网际层是网络转发节点（如路由器）上的最高层。网络节点设备不需要传输层和应用层网络节点设备不需要传输层和应用层72v网际层的其他重要协议：网际层的其他重要协议：ICMP（Internet Control Message Protocol）v传递控制消息传递控制消息可达性测试可达性测试传送路由状态信息传送路由状态信息超时通知超时
50、通知不可达通知不可达通知v封装在封装在IP中进行传输中进行传输ARP（Address Resolution Protocol）v为已知的为已知的IP地址确定相应的地址确定相应的MAC地址地址RARP（Reverse Address Resolution Protocol）v为已知的为已知的MAC地址确定相应的地址确定相应的IP地址地址IGMP（Internet Group Management Protocol）v多播组管理多播组管理73网际层的四个主要协议网际层的四个主要协议应用层应用层传输层传输层网络接口网络接口网际层网际层 IP ICMP ARP RARPTCPUDP617IP传传输输层
