1、第二章第二章 网络体系结构网络体系结构本章重点本章重点=层次化体系结构：层次化体系结构：OSI、TCP/IP= 主要层的功能及相关协议主要层的功能及相关协议 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2.1 2.1 网络层次模块结构模型网络层次模块结构模型2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型7 7层层次协议层层次协议2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP分组交换网协议分组交换网协议2.4 IEEE802 LAN2.4 IEEE802 LAN体系结构体系结构2.5 2.5 网络协议与操作系统网络协议与操作系统2.1 网络层次模块结构模型网络层次模块结构
2、模型2.1.1 计算机网络体系结构概念计算机网络体系结构概念计算机网络计算机网络7层开放系统互联（层开放系统互联（open systems interconnection, OSI）标准。其核）标准。其核心内容包含高、中、低三大部分，高层是面心内容包含高、中、低三大部分，高层是面向网络应用，低层是面向网络通信的各种功向网络应用，低层是面向网络通信的各种功能划分，而中间层是起信息转换、信息交换能划分，而中间层是起信息转换、信息交换（或转接）和传输路径选择等作用，即路由（或转接）和传输路径选择等作用，即路由选择核心。选择核心。为进行网络中的数据交换而建立的规则、为进行网络中的数据交换而建立的规则、
3、标准或约定称为网络协议。网络协议主要由标准或约定称为网络协议。网络协议主要由下列三个要素组成：下列三个要素组成： 语法、语义和同步（指语法、语义和同步（指事件实现中顺序的详细说明）。事件实现中顺序的详细说明）。网络体系结构发展的背景网络体系结构发展的背景网络的状况网络的状况多种通信媒介多种通信媒介有线、无线。有线、无线。不同种类的设备不同种类的设备通用、专用。通用、专用。不同的操作系统不同的操作系统Unix、Windows 。不同的应用环境不同的应用环境固定、移动。固定、移动。不同种类业务不同种类业务分时、交互、实时。分时、交互、实时。宝贵的投资和积累宝贵的投资和积累有形、无形。有形、无形。用
4、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它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。网络网络异质性异质性问题的解决问题的解决 网络体系结构网络体系结构就是使这些用不同媒介连接起来就是使这些用不同媒介连接起来的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作性，并满足各种业务的需求的一种粘合剂，互操作性，并满足各种业务的需求的一种粘合剂，它营造了一种它营造了一种“生存空间生存空间”任何厂商的任何任何厂商的任何产品、以及任何技术只要遵守这个空间的行为规产品、以及任何技术只要遵守这个
5、空间的行为规则，就能够在其中生存并发展。则，就能够在其中生存并发展。 网络体系结构网络体系结构解决异质性问题采用的是分层方解决异质性问题采用的是分层方法。法。把复杂的网络互联问题划分为若干个较把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决。小的、单一的问题，在不同层上予以解决。就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样。就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样。层次结构方法要解决的问题层次结构方法要解决的问题1.网络应该具有哪些层次？每一层的网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（功能是什么？（分层与功能分层与功能）2.各层之间的关系是怎样的？它们如各层之间的
6、关系是怎样的？它们如何进行交互？（何进行交互？（服务与接口服务与接口）3.通信双方的数据传输要遵循哪些规通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（则？（协议协议）层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服务层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服务与层间接口，协议。与层间接口，协议。层次结构方法的优点层次结构方法的优点把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护实现和维护定义并提供了具有兼容性的标准接口定义并提供了具有兼容性的标准接口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独立性强独立性强上层
7、只需了解下层通过层间接口提供什上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务么服务黑箱方法黑箱方法适应性强适应性强只要服务和接口不变，层内实现方法可只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变任意改变一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每个区域的网络可单独升级或改造因此每个区域的网络可单独升级或改造网络的体系结构定义：指计算机网络的各层网络的体系结构定义：指计算机网络的各层及其协议的集合及其协议的集合(architecture)。或精确定义。或精确定义为这个计算机网络及其部件所应完成的功能。为这个计算机网络及其部件所应完成的功能。计算机网络的
8、计算机网络的原理体系结构原理体系结构综合了综合了OSI和和TCP/IP的优点，本身由的优点，本身由5层组成：层组成：应用层、应用层、运输层、网络层、物理层和数据链路层。运输层、网络层、物理层和数据链路层。计算机网络的计算机网络的原理原理体系结构体系结构包括包括5 5层层 应用层：提供应用层：提供OSIOSI服务服务 运输层：保证端到端的数据发送运输层：保证端到端的数据发送 网络层：负责分组发送网络层：负责分组发送 数据链路层：提供无差错帧传送数据链路层：提供无差错帧传送 物理层：透明的经实际电路传送比特流物理层：透明的经实际电路传送比特流网络体系结构的几个基本概念网络体系结构的几个基本概念 协
9、议：协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。标准或约定。(=语义语义+语法语法+规则规则) 不同层具有各自不同的协议。不同层具有各自不同的协议。 实体：实体：任何可以发送或接收信息的硬件任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。软件进程。 对等层：对等层：两个不同系统的同名层次。两个不同系统的同名层次。 对等实体：对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。位于不同系统的同名层次中的两个实体。 协议作用在对等实体之间协议作用在对等实体之间。 接口：接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的相邻两层之间交互的界面，定义相邻两
10、层之间的操作及下层对上层的服务。操作及下层对上层的服务。 服务：服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供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。给其相邻上层。面向连接服务与无连接服务面向连接服务与无连接服务Connection Oriented ServiceConnectionless Service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报文流服务提供可靠的报文流服务不能防止报文的丢失、损不能防止报文的丢失、损坏、重复和失序坏、重复和失序对目
11、的地址对目的地址 的要求的要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2.2开放
12、系统互联参考模型（开放系统互联参考模型（OSI/RM）OSI参考模型将网络的不同功能划分为参考模型将网络的不同功能划分为7层层应用层应用层Application表示层表示层Presentation会话层会话层session传输层传输层transport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Network7654321处理网络应用处理网络应用数据表示数据表示主机间通信主机间通信端到端的连接端到端的连接寻址和最短路径寻址和最短路径介质访问（接入）介质访问（接入）二进制传输二进制传输应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层
13、物理层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层传输介质传输介质系统系统A系统系统B用户数据用户数据用户数据用户数据ISO/OSI七层协议模型对等通信的实质对等通信的实质 OSI参考模型参考模型禁止禁止不同主机的对等层之间的直接不同主机的对等层之间的直接通信。通信。(想一想，为什么?) 实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一台主机的对应层通信。与另一台主机的对应层通信。 上层使用下层提供的服务上层使用下层提供的服务Service user； 下层向上层提供服务下层向上层提供服务Service provid
14、er。以不同国籍的人进行信息交流为例。以不同国籍的人进行信息交流为例。(见下页图见下页图)“你好你好”“Hello”传真传真中国中国教师教师翻译翻译秘书秘书“Hallo”“Hello”传真传真德国德国教师教师翻译翻译秘书秘书对交谈内容的共识对交谈内容的共识用英语对话用英语对话使用传真通信使用传真通信P3P2P1物理通信线路物理通信线路对等通信示例：中德教师之间的对话对等通信示例：中德教师之间的对话问题：问题： 中国教师与德国教师之间、翻译之间，他们是在直接通信吗？中国教师与德国教师之间、翻译之间，他们是在直接通信吗？ 翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？ 中德教
15、师、翻译各使用谁提供的什么服务？中德教师、翻译各使用谁提供的什么服务？P3P2P1对等层通信的实质对等层通信的实质： 对等层实体之间虚拟通信对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务下层向上层提供服务实际通信在最底层完成实际通信在最底层完成右图给出了对等层通信右图给出了对等层通信更一般的抽象。更一般的抽象。 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B消息消息OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为统称为协议数据单元协议数据单元(PDU,Protocol Dat
16、a Unit)。而传输层及以下各层的而传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名另外还有各自特定的名称：称：传输层传输层数据段（数据段（Segment） 网络层网络层分组（数据报）分组（数据报）（Packet）数据链路层数据链路层数据帧（数据帧（Frame）物理层物理层比特（比特（Bit）数据封装数据封装 一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程成为首先必须打包，打包的过程成为封装封装。 封装就是在数据前面加上特定的协议头部。封装就是在数据前面加上特定的协议头部。数数 据据协议头协议头发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址发
17、送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送，还要写明用航空或挂号的信封中发送，还要写明用航空或挂号。数数 据据OSI参考模型中每一层都要依靠下一层提供的服务。参考模型中每一层都要依靠下一层提供的服务。为了提供服务，下层把上层的为了提供服务，下层把上层的PDU作为本层的数据封装作为本层的数据封装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。数据传输所需的控制信息。这样，数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装这样，数据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程就是不断的过程。到达目的地
18、后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层其外面实际上被包封了多层“信封信封”。但是，某一层只能识别由对等层封装的但是，某一层只能识别由对等层封装的“信封信封”，而，而对于被封装在对于被封装在“信封信封”内部的数据仅仅是拆封后将其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。提交给上层，本层不作任何处理。数据数据 段头段头数据数据 段头段头数据数据网络头网络头帧头帧头 段头段头数据数据网络头网络头帧尾帧尾数据数据段段数据包数据包帧帧比特比特电脉冲电脉冲0111010000110000
19、10100101111010110数据多层封装数据多层封装封装封装拆封拆封 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头头帧尾帧尾实际例子：实际例子：TCP/IP协议的封装协议的封装应用层应用层 传输层传输层 网际层网际层 数链层数链层 OSI各层功能概述各层功能概述n第第7层：应用层层：应用层(Application)为用户的应用程序提供网络通信服务为用户的应用程序提供网络通信服务 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程序之间进行同步使协同工作的应用程序之间进行同步
20、判断是否为通信过程申请了足够的资源判断是否为通信过程申请了足够的资源应用层协议的例子：应用层协议的例子： 远程登录协议远程登录协议Telnet、文件传输协议、文件传输协议FTP、 超文本传输协议超文本传输协议HTTP、域名服务、域名服务DNS、 简单邮件传输协议简单邮件传输协议SMTP、邮局协议、邮局协议POP3等等n第第6层：表示层层：表示层(Presentation)处理被传送数据的表示问题，即信息的语法处理被传送数据的表示问题，即信息的语法和语义。如有必要，使用一种通用的数据表和语义。如有必要，使用一种通用的数据表示格式在多种数据表示格式之间进行转换。示格式在多种数据表示格式之间进行转换
21、。例如：在日期、货币、数值（特别是浮点数）例如：在日期、货币、数值（特别是浮点数）等本地数据表示格式与标准数据表示格式之等本地数据表示格式与标准数据表示格式之间进行转换；数据的加解密、压缩间进行转换；数据的加解密、压缩/解压缩等解压缩等本地表示本地表示1本地表示本地表示2公共表示公共表示公共表示公共表示表示层表示层传输层传输层n第第5层：会话层层：会话层(Session)建立、管理和中止不同机器上的应用程序之建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话。间的会话。会话：完成一项任务而进行的会话：完成一项任务而进行的一系列相关一系列相关的信息交换的信息交换。同步（解决失败后从哪里重新开始）同步
22、（解决失败后从哪里重新开始） 设置检查点设置检查点会话失败后，恢复到最后会话失败后，恢复到最后一个检查点处，而不用从头开始。一个检查点处，而不用从头开始。例如：数据送到打印服务器上打印。接收的数据例如：数据送到打印服务器上打印。接收的数据已被确认，但打印机出现故障。这时没必要再从头已被确认，但打印机出现故障。这时没必要再从头开始打印，只要在每页开始处设置检查点，打印出开始打印，只要在每页开始处设置检查点，打印出错时只需重传最后一个检查点以后的页面。错时只需重传最后一个检查点以后的页面。活动管理，保证活动的完整性和正确性。活动管理，保证活动的完整性和正确性。活动：相对独立的一组相关操作。活动：相
23、对独立的一组相关操作。 例如：一次会话传送多个文件，其中每一个例如：一次会话传送多个文件，其中每一个文件的传送为一个活动。文件的传送为一个活动。活动1活动2会话文件1文件2n第第4层：传输层层：传输层(Transport)为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输服务；屏蔽各类通信子网的差异，使上层不输服务；屏蔽各类通信子网的差异，使上层不受通信子网技术变化的影响。受通信子网技术变化的影响。进行数据分段并组装成报文流；进行数据分段并组装成报文流；提供提供“面向连接面向连接”（虚电路）和（虚电路）和“无连接无连接”（数据报）两种服务；（数据报）两种服务；传输差
24、错校验与恢复；传输差错校验与恢复；信息流控制，防止数据传输过载。信息流控制，防止数据传输过载。数据报与虚电路的概念数据报与虚电路的概念数据报：无连接的服务；虚电路：面向连接的服务数据报：无连接的服务；虚电路：面向连接的服务数据报数据报每个分组作为一个每个分组作为一个独立独立的信息单位传送的信息单位传送 特征：不需要连接，也无需确认特征：不需要连接，也无需确认 完整的网络地址（源和目的）完整的网络地址（源和目的）信道利用率低信道利用率低 不保证按序到达；每个分组均需进行路由选择不保证按序到达；每个分组均需进行路由选择虚电路虚电路传输前先建立一条逻辑连接，传输结束后拆除传输前先建立一条逻辑连接，传
25、输结束后拆除 特征：需要建立连接特征：需要建立连接仅在建立连接时需要全网地址，传输时用虚电路号仅在建立连接时需要全网地址，传输时用虚电路号按序到达；仅在建立连接时需要路由选择按序到达；仅在建立连接时需要路由选择 两类虚电路：两类虚电路：永久虚电路永久虚电路租用后便永久建立，退租后拆除。租用后便永久建立，退租后拆除。交换虚电路交换虚电路需要通信时建立，通信结束便拆除。需要通信时建立，通信结束便拆除。传输层的特点传输层的特点传输层以上各层：面向应用；以下各层：传输层以上各层：面向应用；以下各层：面向传输。传输层位于资源子网和通信子网面向传输。传输层位于资源子网和通信子网的交界处，起着承上启下的作用
26、。的交界处，起着承上启下的作用。与网络层的部分服务有重叠交叉。如何平与网络层的部分服务有重叠交叉。如何平衡取决于两者的功能划分。衡取决于两者的功能划分。真正意义上的从源到目标实现真正意义上的从源到目标实现“端到端端到端”连接的层。连接的层。 1-3层：链接层：链接,中继；中继； 4-7层：端到端层：端到端n第第3层：网络层层：网络层(Network)在源端与目的端之间建立、维护、终止网络在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接。的连接。功能和服务功能和服务最佳路由选择和数据包中转最佳路由选择和数据包中转流量控制和拥塞控制流量控制和拥塞控制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
27、记账路由选择路由选择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：速度依据：速度,距离距离(步跳数步跳数),价格价格,拥塞程度拥塞程度路由器路由表建立与维护路由器路由表建立与维护静态：静态：人工设置，只适用于小型网络人工设置，只适用于小型网络动态：动态：运行过程中根据网络情况自动地动态运行过程中根据网络情况自动地动态 维护维护路由算法路由算法距离向量算法：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n第第2层：数据链路层层：数据链路层(Data Link)在物理线路上提供可靠的数据传输，使之对网在物理线路上提供可靠的数据传输，使之对网
28、络层呈现为一条无错的线路。络层呈现为一条无错的线路。所关心的问题包括：所关心的问题包括：物理地址、网络拓扑；物理地址、网络拓扑；组帧：把数据封装在帧中组帧：把数据封装在帧中,按顺序传送按顺序传送,并处并处理返回的确认帧；理返回的确认帧；定界与同步：产生定界与同步：产生/识别帧边界；识别帧边界；差错恢复：采用重传（差错恢复：采用重传（ARQ）的方法；）的方法；流量控制：收发双方传输速率的匹配。流量控制：收发双方传输速率的匹配。广播式信道问题广播式信道问题(LAN or Wireless)： 涉及到如何控制对涉及到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逻辑链路控制将数据链路
29、层划分为逻辑链路控制(Logical Link Control, LLC)和介质访问控制子层和介质访问控制子层(Media Access Control，MAC)两个子层，由两个子层，由MAC子层子层解决介质访问控制问题。解决介质访问控制问题。 两种主要的介质访问控制方法：两种主要的介质访问控制方法：- CSMA/CD - TOKEN PASSING Token Ring Token Bus网络中的每台主机都必须有网络中的每台主机都必须有一个一个48位位(6Byte)的全的全局地址，局地址，它是该主机在全球范围它是该主机在全球范围的唯一标识符，的唯一标识符，与其物理位置无关与其物理位置无关。(
30、比较比较IP地址地址)该该全局地址全局地址称为称为MAC地址地址，也称为物理地址，通，也称为物理地址，通常固化在网卡上。常固化在网卡上。当一台计算机插上一块网卡后，该计算机的物当一台计算机插上一块网卡后，该计算机的物理地址就是该网卡的理地址就是该网卡的MAC地址。地址。MAC地址的例子地址的例子(以十六进制表示以十六进制表示)：02 60 8C 67 05 A2A：MAC地址字段地址字段，包括源地址和目的地址，包括源地址和目的地址C：控制字段控制字段FCS：帧检验序列帧检验序列，一般采用，一般采用CRC校验。其校验范校验。其校验范围包括围包括A、C和和Data字段字段CAFCS校验区间校验区间
31、Data网络层的分组被封网络层的分组被封装在帧的装在帧的Data域中域中n第第1层：物理层层：物理层(Physical)实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械的、电气的、过程的和功能的特性。的、电气的、过程的和功能的特性。 数据终端设备数据终端设备DTE、数据通信设备、数据通信设备DCEDTE用于处理用户数据的设备。如计用于处理用户数据的设备。如计算机、路由器。算机、路由器。DCE用于把用于把DTE发出的数字信号转换发出的数字信号转换成适合于在传输介质上传输的形式。如成适合于在传输
32、介质上传输的形式。如MODEM。 物理层的特性包括：物理层的特性包括：机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数据传送速率，最大传送距离等据传送速率，最大传送距离等功能特性：接口引脚的功能作用功能特性：接口引脚的功能作用规程特性：信号时序，应答关系，操作过程规程特性：信号时序，应答关系，操作过程应用层应用层：提供网络与最终用户之间的界面。：提供网络与最终用户之间的界面。表示层表示层：转化特定设备的数据和格式，使通信与设备无关。：转化特定设备的数据和格式，使通信与设备无关。会话层会话层：
33、在应用程序之间建立连接和会话，并验证用户身份。：在应用程序之间建立连接和会话，并验证用户身份。传输层传输层：提供节点之间可靠的数据传输提供节点之间可靠的数据传输,负责数据格式的转换负责数据格式的转换。网络层网络层：实现节点间数据包的传输实现节点间数据包的传输,处理通信堵塞和介质传输速率等问题处理通信堵塞和介质传输速率等问题。链路层链路层：保证在数据节点之间可靠地传输数据帧：保证在数据节点之间可靠地传输数据帧物理层物理层：规定物理线路的机械特性、电气特性、功能特性、过程特性规定物理线路的机械特性、电气特性、功能特性、过程特性ISO/OSI七层协议模型-功能2.3 TCP/IP模型模型TCP/IP
34、起源于美国国防部高级研究规划署起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划的一项研究计划实现若干台主机的相互通实现若干台主机的相互通信信。现在现在TCP/IP已成为已成为Internet上通信的标准。上通信的标准。TCP/IP模型包括模型包括4个概念层次：个概念层次：应用层（应用层（application）传输层（传输层（transport）网际层（网际层（internet）网络接口（网络接口（network interface）TCP/IP与与OSI参考模型的对应关系参考模型的对应关系应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层7
35、654321OSI参考模型参考模型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TCP/IP概念层次概念层次Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等等等TCP/IP支持支持所有的、标准所有的、标准的物理和数据的物理和数据链路协议链路协议2.TCP/IP2.TCP/IP协议结构协议结构TransportApplicationTCPUDPIPICMPARPInternetLAN TechnologiesWAN TechnologiesNetworkIGMP物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层TELNETHTTPFTPSMTPSNMPDNSTCP/IP与应用层与应用层应
36、用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、络管理、Web浏览等应用。浏览等应用。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网络管理网络管理 SNMP名字管理名字管理 DNS TCP/IP与传输层与传输层传输层的两项主要功能：传输层的两项主要功能：流量控制：通过滑动窗口实现；流量控制：通过滑动窗口实现；可靠传输：由序号和确认来实现。可靠传输：由序号和确认来实现。传输层提供了传输层提供
37、了TCP和和UDP两种传输协议：两种传输协议：TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解是面向连接的、可靠的传输协议。它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，为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的段。必要时重新发送没有收到的段。UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是，因此它是“不可靠不可靠”的的。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传输层提供了两种传输协议传输层提供了两种传输协议TCP段格式段格式源端口源端口0 3
38、 4 9 10代码位代码位目的端口目的端口15 1631顺序号顺序号确认号确认号窗口大小窗口大小保留保留报头长度报头长度校验和校验和紧急指针紧急指针选项（可省略）选项（可省略）数据数据源端口源端口(Source Port)：呼叫端口的编号：呼叫端口的编号目的端口目的端口(Destination Port)：被叫端口的编号：被叫端口的编号顺序号顺序号(Sequence Number)：数据的第一个字节的顺序号：数据的第一个字节的顺序号确认号确认号(Acknowledgment Number)：所期待的下一段的顺序号：所期待的下一段的顺序号报头长度报头长度(HLEN)：以：以32字节为单位的报头的
39、长度字节为单位的报头的长度保留域保留域(Reserved)：设置为：设置为0编码位编码位(Code Bits)：用于控制段的传输（如会话的建立和中止）：用于控制段的传输（如会话的建立和中止） 包括：包括：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN六个位六个位窗口大小窗口大小(Window)：接收方能够继续接收的字节数：接收方能够继续接收的字节数校验和校验和(Checksum)：包括：包括TCP报头和数据在内的校验和报头和数据在内的校验和紧急指针紧急指针(Urgent Pointer)：当前顺序号到紧急数据位置的偏移量：当前顺序号到紧急数据位置的偏移量选项选项(Option)：数据数据(Da
40、ta)：上层协议数据：上层协议数据端口号端口号TCP和和UDP都用端口都用端口(socket)号把信息传到上层。号把信息传到上层。端口号指示了正在使用的上层协议。端口号指示了正在使用的上层协议。FTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCP UDP应用层应用层传输层传输层TCP连接的建立连接的建立三次握手三次握手例如：例如：A、B两个主机要建立连接两个主机要建立连接AB方向方向消息消息含义含义ABABABSYNSYNACKACK我的序号是我的序号是X序号用于跟踪通信顺序，确保多个包传输时无数据丢失。序号用于跟踪通信顺序，确保多个包传输时无数据丢失。通信双方在建
41、立连接时必须互相交换各自的初始序号。通信双方在建立连接时必须互相交换各自的初始序号。知道了，你的序号是知道了，你的序号是X我的序号是我的序号是Y知道了，你的序号是知道了，你的序号是Y握手握手123合合并并1.2.3.4.AB发送发送SYN消息消息(SEQ=x)接收接收SYN消息消息(SEQ=x)发送发送SYN消息消息(SEQ=y,ACK=x+1)接收接收SYN消息消息(SEQ=y,ACK=x+1)发送确认发送确认(ACK=y+1)接收确认接收确认(ACK=y+1)TCP通过三次握手通过三次握手/建立连接序号来达到同步建立连接序号来达到同步TCP/IP与网络层与网络层网际层的主要协议网际层的主要
42、协议IP。本层提供无连接的传输服。本层提供无连接的传输服务（不保证送达，不保序）。本层的主要功能是寻找务（不保证送达，不保序）。本层的主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。一条能够把数据报送到目的地的路径。网际层的网际层的PDU称为称为IP数据报；数据报； ICMP（Internet Control Message Protocol）提供控制和传递消息）提供控制和传递消息的功能；的功能；ARP（Address Resolution Protocol）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 Pr
43、otocol）根据）根据MAC地址确定相地址确定相应的应的IP地址。地址。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 RARPTCP/IP网际层的四个主要协议网际层的四个主要协议TCPUDP617IP传传输输层层网网际际层层IP数据报的协议域确数据报的协议域确定目的端的上层协议定目的端的上层协议IP数据报（数据报（IP分组、分组、IP包）包）版本号版本号 报头长度报头长度服务类型服务类型数据报长度数据报长度DF MF段偏移段偏移0 3 7 15 19 31 标识标识生存时间生存时间TTL协议协议报头校验和报头校验和源源IP地址地址目的目的IP地址地址选项和填充
44、（最大为选项和填充（最大为40字节）字节）数据区数据区IP地址地址IP网络中每台主机都必须有一个惟一的网络中每台主机都必须有一个惟一的IP地址；地址； IP地址是一个逻辑地址；地址是一个逻辑地址；(与与MAC地址比较一下地址比较一下)因特网上的因特网上的IP地址具有全球唯一性；地址具有全球唯一性；32位，位，4个字节，常用点分的十进制标记法：个字节，常用点分的十进制标记法：如如 00001010 00000010 00000000 00000001 记为记为 10.2.0.1IP地址划分为五类：地址划分为五类：A-E类，常用的为类，常用的为A、B、C类类A类地址：允许类地址：允许27个网络，每
45、个网络个网络，每个网络224-2个主机；个主机；B类地址：允许类地址：允许214个网络，每个网络个网络，每个网络216-2个主机；个主机；C类地址：允许类地址：允许221个网络，每个网络个网络，每个网络28-2个主机；个主机；A类类B类类C类类0 00 00 01 11 1 1 17bits7bits24 bits24 bits14 bits14 bits16 bits16 bits网络号网络号主机号主机号网络号网络号主机号主机号21bits21bits8bits8bits网络号网络号主机号主机号A类类 0.0.0.0 126.255.255.255B类类 128.0.0.0 191.255.
46、255.255C类类 192.0.0.0 223.255.255.255 地址范围地址范围保留的保留的IP地址地址00.0000.00 0000 . 00000000 . 000011.1111.11 1111 . 11111111 . 1111本机本机本网中的主机本网中的主机局域网中的广播局域网中的广播对指定网络的广播对指定网络的广播回路回路00.0000.00主主 机机 号号1111 . 11111111 . 1111网络号网络号127127任任 意意 值值以下这些以下这些IP地址具有特殊的含义地址具有特殊的含义:0000 . 00000000 . 0000网络号网络号网络地址网络地址IP
47、地址分配原则 在网络中的主机必须有IP地址 一台主机可以有多个IP地址，称该主机为多址主机（multi-homed) 路由器有多个IP地址，分属不同的网络，标识了该网络与路由器的一个连接。一台连接多个网络的计算机，必须为每个连接分配一个IP地址。子网子网划分划分因特网规模的急剧增长，对因特网规模的急剧增长，对IP地址的需求激增。带来的地址的需求激增。带来的问题是问题是：IP地址资源的严重匮乏地址资源的严重匮乏路由表规模的急速增长路由表规模的急速增长解决办法：解决办法：从主机号部分拿出几位作为子网号从主机号部分拿出几位作为子网号 这种在原来这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方法称地址结
48、构的基础上增加一级结构的方法称为为子网划分。子网划分。前提：网络规模较小前提：网络规模较小IP地址空间没有全部利用。地址空间没有全部利用。例如：三个例如：三个LAN，主机数为，主机数为20，25，48，均少于，均少于C类地址类地址允许的主机数。为这三个允许的主机数。为这三个LAN申请申请3个个C类类IP地址显然有地址显然有点浪费。点浪费。例如：例如：C类网络类网络192.10.1.0，主机号部分的前三位，主机号部分的前三位用于标识子网号，即：用于标识子网号，即： 11000000 00001010 00000001 xxxyyyyy网络号网络号+子网号子网号新的主机号部分新的主机号部分子网号为
49、全子网号为全“0”全全“1”不能使用，于是划分出不能使用，于是划分出23-2=6个子个子网，子网地址分别为：网，子网地址分别为： 11000000 00001010 00000001 00100000 - 192.10.1.32 11000000 00001010 00000001 01000000 - 192.10.1.64 11000000 00001010 00000001 01100000 - 192.10.1.96 11000000 00001010 00000001 10000000 - 192.10.1.128 11000000 00001010 00000001 1010000
50、0 - 192.10.1.160 11000000 00001010 00000001 11000000 - 192.10.1.192子网划分后，如何识别不同的子网？子网划分后，如何识别不同的子网？解决：采用解决：采用子网掩码子网掩码来分离网络号和主机号。来分离网络号和主机号。子网掩码格式：子网掩码格式：32比特，网络号比特，网络号(包括子网号包括子网号)部分全为部分全为“1”，主机号部分全为，主机号部分全为“0”。“网络号网络号+子网号子网号”部分部分“主机号主机号”部分部分11 11 00 . 00前面的例子中：网络号前面的例子中：网络号24位，子网号位，子网号3位，总共位，总共27位。所
