1、Anhui Technical College Of Mechanical and Electrical Engineering 第第3章章 网络体系结构与网络协议网络体系结构与网络协议主讲主讲：方继才方继才2E-mail：本章主要内容本章主要内容 开放系统互连开放系统互连（OSI）参考模型参考模型 物理层物理层 数据链路层数据链路层 网络层网络层 传输层和高层传输层和高层 TCP/IP参考模型参考模型3E-mail：3.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念 网络协议网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准；定与标准；网络协议的三要素：网络协
2、议的三要素：语义、语法与时序语义、语法与时序；语义：用于解释信息中每一部分的意义；语义：用于解释信息中每一部分的意义；语法：用户数据与控制信息的结构与格式，语法：用户数据与控制信息的结构与格式，时序：事件实现顺序的详细说明。时序：事件实现顺序的详细说明。3.1.1 分层和协议分层和协议4E-mail： 社会上存在的邮政系统为例社会上存在的邮政系统为例通信者活动邮局服务业务邮局转送业务发信者收信者运输部门的邮件运输业务书写信件贴邮票送邮箱收集信件盖邮戳信件分拣信件打包送运输部门路由选择运输转送邮局接收邮包分发邮件邮件拆包信件投递信件分拣阅读信件通信者活动邮局服务业务邮局转送业务5E-mail：
3、3.1.2 协议分层协议分层 层次（层次（layer）分层分层的基本原则的基本原则 分层的优势分层的优势6E-mail：层次（层次（layer）层次层次是人们对是人们对复杂问题复杂问题处理的基本方法；处理的基本方法；将总体要实现的很多功能分配在将总体要实现的很多功能分配在不同层次不同层次中；中；对对每个每个层次要完成的服务及要求应有层次要完成的服务及要求应有明确明确规定规定 高层使用低层提供的服务时，并高层使用低层提供的服务时，并不需要不需要知道低知道低层服务的具体实现方法。层服务的具体实现方法。7E-mail：分层的基本原则分层的基本原则 网络中的网络中的每一每一节点都有节点都有相同相同的分
4、层结构，相的分层结构，相邻层之间有邻层之间有清晰清晰的接口。的接口。同一同一节点中的节点中的每一每一层能够同相邻层通信，但层能够同相邻层通信，但是不能是不能跨层跨层通信。通信。根据任务的需要来分层，根据任务的需要来分层，每一层每一层应当实现一应当实现一个个明确明确的功能。的功能。8E-mail：分层的优势分层的优势（1）各层相对独立。）各层相对独立。（2）设计灵活。）设计灵活。（3）易于实现和维护。）易于实现和维护。（4）易于标准化。）易于标准化。9E-mail：3.1.3 网络体系结构网络体系结构 网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构体系结
5、构。NN-1PhPh N-1 N 对等层通信 相邻层间通信 实 际 数 据 传 输物 理 媒 体N+1N+1对等层协议10E-mail：3.2 OSI参考模型参考模型11E-mail：OSI的分层模型说明的分层模型说明 OSI：计算机网络：计算机网络7层层开放系统互联开放系统互联（open systems interconnection,OSI）标准。标准。其核心内容包含其核心内容包含高、中、低高、中、低三大部分：三大部分：高层是面向高层是面向网络应用网络应用的；的；低层是面向低层是面向网络通信网络通信的；的；中间层是中间层是路由选择路由选择核心。核心。12E-mail：基于基于OSI的通信模
6、型结构的通信模型结构13E-mail：OSI环境中的数据传输过程环境中的数据传输过程数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层 数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层传输介质传输介质传输介质CCPCCP网 络 层应用进程AOSI环境OSI环境应用进程B主机A主机A主机B主机BA A数据链路层物 理 层CCPCCP网 络 层A A14E-mail：1.ISO划分七层结构的基本原则划分七层结构的基本原则 网中网中各结点各结点都具有都具有相同相同的层次；的层次；不同结点的不同结点的同等层同等层具有具有相同相同的功能；的功
7、能；同一结点内同一结点内相邻层相邻层之间通过之间通过接口接口通信；通信；每层可以使用每层可以使用下层下层提供的服务，并向其提供的服务，并向其上层上层提供服务；提供服务；不同结点的同等层通过不同结点的同等层通过协议协议来实现来实现对等层对等层之之间的通信。间的通信。15E-mail：2.OSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能 物理层的主要功能：物理层的主要功能：实现点到点的比特流传输实现点到点的比特流传输 数据传输单元是数据传输单元是比特比特 数据链路层的主要功能：数据链路层的主要功能：提供点到点的可靠传输提供点到点的可靠传输；传输以传输以“帧帧”为单位的数据包；为单位的数据包；网络层的功能
8、：网络层的功能：实现用户数据的端实现用户数据的端-端传输端传输数据传输单元是数据传输单元是报文分组报文分组16E-mail： 传输层的功能：传输层的功能：向用户提供可靠端到端服务向用户提供可靠端到端服务数据传输单元是数据传输单元是报文报文 会话层功能：会话层功能：提供控制会话和数据传输的手段提供控制会话和数据传输的手段 表示层功能：表示层功能：在两个系统交换信息的表示方式在两个系统交换信息的表示方式 应用层主要功能应用层主要功能:提供各种网络服务提供各种网络服务2.OSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能 17E-mail：OSI环境中的数据变化演示环境中的数据变化演示18E-mail：OS
9、I环境中的数据流环境中的数据流 19E-mail：3、OSI服务服务ISO术语术语“层服务层服务”：本层向上邻层提供的通信能力。：本层向上邻层提供的通信能力。“层协议层协议”：该协议仅在对等层实体之间使用。：该协议仅在对等层实体之间使用。“层实体层实体”：层功能实现的真正承担者（相应：层功能实现的真正承担者（相应的硬软件）。的硬软件）。“层用户层用户”：层服务的使用者（上邻层实体）。：层服务的使用者（上邻层实体）。协议传输数据单元协议传输数据单元（PDU）20E-mail：3、OSI服务服务类型和原语服务服务类型和原语 服务类型两种：服务类型两种：面向连接面向连接和和非面向连接非面向连接 面向
10、连接：面向连接：虚电路虚电路方式方式 非面向连接：非面向连接：数据报数据报方式、证实交付、请求方式、证实交付、请求回答回答 服务原语服务原语：提供层服务的方法，原语语句执行提供层服务的方法，原语语句执行具有原子特征（完整性）。具有原子特征（完整性）。服务原语分类：服务原语分类：请求请求，指示指示、响应响应、确认确认21E-mail：3.3 物理层物理层 3.3.1 物理层物理层 直接直接与物理信道相连，提供建立、维护和释放物与物理信道相连，提供建立、维护和释放物理连接的方法，实现在物理信道上的理连接的方法，实现在物理信道上的比特流传输比特流传输。22E-mail：3.3.2 物理层涉及的内容一
11、物理层涉及的内容一 通信通信接口接口与传输媒体的物理特性与传输媒体的物理特性 对通信设备和传输媒体之间使用的接口做的详对通信设备和传输媒体之间使用的接口做的详细规定，主要体现在四个方面：细规定，主要体现在四个方面：机械特性机械特性 电气特性电气特性 功能特性功能特性 规程特性规程特性ERP23E-mail：3.3.2 物理层涉及的内容二物理层涉及的内容二 数据交换单元为数据交换单元为二进制比特二进制比特 比特的比特的同步同步 线路的连接线路的连接：建立、维护和释放：建立、维护和释放 物理物理拓扑结构拓扑结构 传输方式传输方式24E-mail：3.3.3 物理层协议举例物理层协议举例RS-232
12、-C远程连接远程连接25E-mail：1 113131414 2525a)DB-25a)DB-25 DB-9DB-9DB-25DB-25插针功能说明插针功能说明标记标记1 12(RTS)2(RTS)3(TDX)3(TDX)4 45 56 67 78 89 98 83 32 220207 76 64 45 52222信号检测信号检测接收数据接收数据发送数据发送数据数据终端就绪数据终端就绪信号地信号地数据传输设备就绪数据传输设备就绪请求发送请求发送允许接收允许接收振铃指示振铃指示DCDDCDRDRDSDSDDTRDTRSGSGDSRDSRRTSRTSCTSCTSRIRI1 56 9b)DB-9b)
13、DB-9 物理层协议举例物理层协议举例26E-mail：实例：物理层接口实例：物理层接口27E-mail：3.3.4 物理层设备与组件物理层设备与组件中继器中继器集线器集线器28E-mail：3.4 数据链路层数据链路层 OSI/RM的的第二层第二层，在，在相邻节点相邻节点之间建立链路，之间建立链路，传送以传送以帧帧为单位的数据信息，向网络层提供为单位的数据信息，向网络层提供无无差错差错、无重复无重复、无丢失无丢失的透明传输。的透明传输。29E-mail：3.4.2 数据链路层的主要问题数据链路层的主要问题 数据链路层是数据链路层是OSI参考模型的第二层，该层解参考模型的第二层，该层解决决两个
14、相邻结点两个相邻结点之间的通信问题。之间的通信问题。链路链路就是数据传输中任何两个相邻结点间的点就是数据传输中任何两个相邻结点间的点到点的物理线路。到点的物理线路。数据链路层传输的协议数据单元称为数据链路层传输的协议数据单元称为数据帧数据帧。数据帧通常是由数据帧通常是由网卡网卡（NIC）产生）产生 30E-mail：1、数据链路层功能、数据链路层功能 管理管理数据链路数据链路。差错处理差错处理技术。技术。流量控制流量控制技术（等停协议、窗口机制等），技术（等停协议、窗口机制等），解决速度不匹配的问题。解决速度不匹配的问题。帧同步帧同步 将数据和控制信息区分开将数据和控制信息区分开31E-mai
15、l：2、涉及的具体内容、涉及的具体内容 帧帧的形成的形成 差错差错控制控制 流量流量控制控制 数据链路层数据链路层协议协议32E-mail：3.4.3 帧的形成帧的形成 数据帧数据帧是数据链路层的传输单位。是数据链路层的传输单位。帧同步（边界）的方法帧同步（边界）的方法 字符计数法字符计数法 字符填充法字符填充法 比特填充法比特填充法 违法编码法违法编码法33E-mail：1、字符计数法、字符计数法 在帧的头部使用在帧的头部使用一个字段一个字段来标明本帧的来标明本帧的字节数字节数。当目标机器的数据层读到字节计数值时，就可当目标机器的数据层读到字节计数值时，就可确定帧结束的位置。确定帧结束的位置
16、。5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 0 1 2 3 4 5 6 8 7 8 9 0 1 2 3Character Count FieldFrames 一旦出错，无法找到同步点一旦出错，无法找到同步点34E-mail：2、字符填充法、字符填充法 用一些用一些特定字符特定字符来定界一帧的开始和结束，在来定界一帧的开始和结束，在前面填充一个转义字符前面填充一个转义字符来区分。来区分。DLE STX A DLE DLE B C F DLE ETXA DLE B C FData Link LayerTo Physical LayerStuffed DLEA DLE B C FData Link
17、 LayerTo Network LayerFrom Physical Layer35E-mail：3、比特填充法、比特填充法 用一组特定比特模式用一组特定比特模式01111110来标志一帧的开头来标志一帧的开头和结束。为不使信息位中出现该特定比特被误判和结束。为不使信息位中出现该特定比特被误判为帧的首尾标志，发送方在为帧的首尾标志，发送方在连续连续5个个1后填后填0。0111111001101111101111101111101001001111110011011111111111111110010Data Link LayerStuffed Bits01101111111111111111
18、0010Data Link LayerTo Network LayerFrom Physical Layer36E-mail：4、违法编码法、违法编码法 借用违法编码的借用违法编码的序列序列来界定帧的开始和结束。来界定帧的开始和结束。IEEE802协议协议 只适用于在只适用于在物理媒体物理媒体的编码策略中采用了的编码策略中采用了冗余冗余技术的网络，优点：无需填充技术的网络，优点：无需填充37E-mail：3.4.4 差错控制差错控制 前向纠错，开销太大前向纠错，开销太大，不适合不适合计算机通信。计算机通信。检错重发检错重发 发送方发送。发送方发送。接收端检错。接收端检错。发射端重发。发射端重发
19、。计时器问题。计时器问题。发送帧的编号问题。发送帧的编号问题。38E-mail：3.4.5 流量控制流量控制 流量控制流量控制是指对在数据链路上的帧的是指对在数据链路上的帧的传输速度传输速度进行控制，保证接收端有足够的进行控制，保证接收端有足够的缓冲单元缓冲单元存储存储发端发来的信息以便收端处理。发端发来的信息以便收端处理。在链路层常用的流量控制方法在链路层常用的流量控制方法:停停-等流量控制等流量控制 滑动窗口流量控制滑动窗口流量控制。39E-mail：1.停等协议停等协议 停停-等流量控制是利用差错控制中的等流量控制是利用差错控制中的反馈重发反馈重发方式中的方式中的回送回送校验来实现其流量
20、控制的。校验来实现其流量控制的。40E-mail：2、滑动窗口协议、滑动窗口协议 窗口被看作窗口被看作缓冲区缓冲区。若在发送节点和接收节点各设一窗口，分别称若在发送节点和接收节点各设一窗口，分别称为为发送窗口发送窗口和和接收窗口接收窗口。发送窗口保存发送窗口保存已发送已发送出去但出去但尚未尚未经确认的数据经确认的数据帧；接收窗口保存帧；接收窗口保存已正确已正确接收但尚未提交给主接收但尚未提交给主机的帧。机的帧。41E-mail：窗口示意图窗口示意图WT=5WR=1发出帧发出帧0-400001111422223333444555566667777HHHHHHTT接收到接收到ACK0发出帧发出帧5
21、接收到帧接收到帧0，发出发出ACK0初始状态初始状态0011223344556677T初始状态初始状态TTT接收到帧接收到帧1发出发出ACK142E-mail：窗口示意图窗口示意图2WT=5WR=10011223344556677H没接收到没接收到ACK1HHHHH01234567012345670123456701234567帧帧1定时器超定时器超时，重发帧时，重发帧1接收到接收到ACK1发出帧发出帧6还没有收还没有收到帧到帧2接收到重传接收到重传的帧的帧1,丢弃丢弃接收到帧接收到帧2发出发出ACK2TTTTTTT43E-mail：窗口协议变化演示窗口协议变化演示44E-mail：4.5.1
22、 HDLC概述概述 3.4.6 数据链路层协议数据链路层协议 数据链路层协议标准，可分为两类，数据链路层协议标准，可分为两类，面向字符面向字符的的与与面向比特的面向比特的链路控制协议。链路控制协议。典型的面向字符的：典型的面向字符的：IBMIBM公司的公司的BSCBSC规程规程 面向比特的：面向比特的：HDLCHDLC协议协议两种基本配置：两种基本配置：非平衡配置非平衡配置平衡配置平衡配置45E-mail：1、面向字符的链路控制协议、面向字符的链路控制协议 传输的基本单位为传输的基本单位为字符字符；信息编码。如信息编码。如BSC规程则可采用规程则可采用ASC码等；码等；可采用可采用同步或异步同
23、步或异步传输；传输；传输速率传输速率为为2004800 bit/s；通信方式可采用通信方式可采用半双工半双工或或全双工全双工；差错控制采用差错控制采用反馈重发反馈重发(ARQ)方式；方式；发送方式为发送方式为等待发送等待发送方式方式 46E-mail：4.5.2 HDLC的帧结构的帧结构 标 志F地 址A控 制C信 息Info标 志F帧 校 验 序列 FCS比 特 888可 变1681 2 3 4 5 6 7 8 0 N（S）P/F N（R）1 0 S P/F N（R）1 2 M P/F M 比 特 序 号信 息 帧 I监 督 帧 S无 编 号 帧 U2、面向比特的、面向比特的HDLC协议协议
24、 HDLC：高级数据链路控制协议高级数据链路控制协议，定义三种类型的帧：定义三种类型的帧：信息帧信息帧、监督帧监督帧与与无编号帧无编号帧 每帧的起始和结束以每帧的起始和结束以“7E”（01111110）做标志做标志47E-mail：4.6 Internet的链路层协议的链路层协议 补：因特网中的数据链路层补：因特网中的数据链路层 用户接入用户接入Internet的一般方法有两种。的一般方法有两种。一种是用户通过电话线，一种是用户通过电话线，拨号接入拨号接入Internet 一种是使用一种是使用专线接入专线接入。全世界范围内使用全世界范围内使用最多的协议最多的协议为非常简单的点为非常简单的点对点
25、协议对点协议PPP。早期早期Internet使用非常简单的面向字符的协议使用非常简单的面向字符的协议SLIP，但，但SLIP缺点很多。缺点很多。48E-mail：SLIP：串行线路：串行线路IP 成帧：原始成帧：原始IP包加上尾部标志包加上尾部标志C0h，字符填充字符填充。优化：优化：TCP、IP首部压缩首部压缩，删去相同的首部，以，删去相同的首部，以增量来表示不同部分增量来表示不同部分 问题：问题：无无差错检测和校验，由高层负责差错检测和校验，由高层负责 只只支持支持IP 不能不能动态分配动态分配IP地址地址 不提供不提供身份验证，身份验证，不适于不适于拨号方式拨号方式 不是不是Intern
26、et标准，存在多个不兼容版本标准，存在多个不兼容版本49E-mail：标 志7E地 址FF控 制03协 议标 志7E信 息IP数 据 报字 节1112小 于 1500字 节帧 校验 FCS21PPP：点：点点协议点协议 标志字段为标志字段为7E（01111110），地址字段为），地址字段为FF（11111111），控制字段为），控制字段为03（00000110）。）。这三个字段固定不变。这三个字段固定不变。协议字段协议字段：当协议字段为：当协议字段为0021时，为时，为IP数据报。数据报。若为若为C021，为，为PPP链路控制数据。而链路控制数据。而8021表表示这是网络控制数据。示这是网络控
27、制数据。50E-mail：3.4.7 数据链路层的设备和组件数据链路层的设备和组件51E-mail：3.5 网络层网络层 网络层就是通信子网的最高层，主要功能有：网络层就是通信子网的最高层，主要功能有：组包组包/拆包拆包、路由选择路由选择和和阻塞控制阻塞控制。网络层与数据链路层的关系如下图所示：网络层与数据链路层的关系如下图所示：L4 D AT A发发 送送 端端 传传 输输 层层 的的 数数 据据N H数数 据据 包包L3 D AT A L4 D AT ANH数数 据据 包包L3 D AT A网网 络络 层层网网 络络 层层发发 送送 端端 数数 据据 链链 路路 层层接接 收收 端端 传传
28、 输输 层层 的的 数数 据据接接 收收 端端 数数 据据 链链 路路 层层52E-mail：1、网络层提供的服务、网络层提供的服务网络层向上所提供的服务可以有两大类：网络层向上所提供的服务可以有两大类：（1）无连接的网络服务：）无连接的网络服务：数据报数据报服务；服务；（2）面向连接的网络服务：）面向连接的网络服务：虚电路虚电路服务。服务。53E-mail：2、网络层功能、网络层功能（1）编址编址（地址编码方案）和（地址编码方案）和路由路由技术技术（2）利用复用利用复用/解复用和解复用和分组分组技术技术（3）提供分组的提供分组的组包和拆包组包和拆包功能。功能。（4）提供分组的提供分组的存储存
29、储转发转发54E-mail：3、网络层涉及的概念、网络层涉及的概念 逻辑地址寻址：逻辑地址寻址：IP寻址寻址 路由功能：分路由功能：分静态路由静态路由和和动态路由动态路由 流量控制：流量控制：滑动窗口滑动窗口、预约缓冲区预约缓冲区、许可证和分组丢弃、许可证和分组丢弃 拥塞控制：拥塞控制：预约资源法预约资源法：适用于虚电路：适用于虚电路 通信量整形法通信量整形法 阻塞包法阻塞包法55E-mail：4、静态路由、静态路由 静态路由算法：静态路由算法：基于一定的网络性能要求、拓基于一定的网络性能要求、拓扑结构和信息分布情况，按扑结构和信息分布情况，按固定规划设计固定规划设计好路好路由选择方案。也叫由
30、选择方案。也叫非自适应非自适应路由算法。路由算法。常用的静态路由算法：常用的静态路由算法：最短路由算法最短路由算法扩散式算法扩散式算法 基于流量的路由算法基于流量的路由算法56E-mail：5、动态路由、动态路由 动态路由算法：动态路由算法：该类算法主要是根据该类算法主要是根据网络状态网络状态(拓拓扑结构和流量等扑结构和流量等)的变化而决定各节点的路由选择。的变化而决定各节点的路由选择。又叫又叫自适应自适应路由算法。路由算法。动态路由选择：动态路由选择：孤立式孤立式：依据节点本身当前的状态信息：依据节点本身当前的状态信息 集中式集中式：路由控制中心：路由控制中心RCC 分布式分布式：距离向量：
31、距离向量D-V算法算法和链路状态和链路状态L-S算法算法57E-mail：6、网络负载和网络吞吐量、网络负载和网络吞吐量 网络负载网络负载是指单位时间内输入到通信子网的分是指单位时间内输入到通信子网的分组数。组数。网络吞吐量网络吞吐量是指单位时间内从通信子网是指单位时间内从通信子网输出的分组数。输出的分组数。网络阻塞网络阻塞：当网络负载过大时，网络某部分将：当网络负载过大时，网络某部分将出现可用的网络资源小于负载的需求出现可用的网络资源小于负载的需求 网络死锁网络死锁：当网络阻塞进一步加剧，网络吞吐：当网络阻塞进一步加剧，网络吞吐量随着负载的增加而急剧下降至零量随着负载的增加而急剧下降至零58
32、E-mail：网络负载与吞吐量的关系网络负载与吞吐量的关系吞吞吐吐量量输入负载输入负载死锁死锁无流量控制无流量控制(出现阻塞出现阻塞)实际的有流量控制实际的有流量控制(无阻塞无阻塞)理想的流量控制情况理想的流量控制情况59E-mail：7、网络层设备、网络层设备路由器路由器第三层交换机第三层交换机60E-mail：3.6-3.7 传输层及高层传输层及高层3.6.1 传输层传输层物理层物理层网络层网络层运输层运输层应用层应用层表示层表示层会话层会话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61E-mail：3.6.2 传输层的功能和服务传输层的
33、功能和服务 提供建立、维护和拆除传输层提供建立、维护和拆除传输层连接连接 为为网络层网络层提供合适的服务提供合适的服务 提供端到端的提供端到端的错误恢复错误恢复和流量控制和流量控制 传输层为高层提供两种基本的服务：传输层为高层提供两种基本的服务：面向连接的服务面向连接的服务:可靠可靠的服务。的服务。面向无连接的服务面向无连接的服务:不太可靠不太可靠的服务。的服务。62E-mail：3.7.1 会话层会话层 会话层是利用传输层提供的会话层是利用传输层提供的端到端的端到端的服务，向服务，向表示层或会话用户提供会话服务。表示层或会话用户提供会话服务。在在ISO/OSI环境中，所谓一次会话，就是两个环
34、境中，所谓一次会话，就是两个用户进程之间为完成一次完整的通信而进行的用户进程之间为完成一次完整的通信而进行的过程，包括过程，包括建立、维护和结束建立、维护和结束会话连接会话连接。63E-mail：3.7.2 表示层表示层 表示层处理用户信息的表示问题。表示层处理用户信息的表示问题。表示层不像表示层不像OSI/RM的低五层只关心将信息可的低五层只关心将信息可靠地从一端传输到另外一端，它主要涉及被传靠地从一端传输到另外一端，它主要涉及被传输信息的内容和输信息的内容和表示形式表示形式，如文字、图形、声，如文字、图形、声音的表示。音的表示。数据压缩数据压缩、数据加密数据加密等工作都是由表示层负责等工作
35、都是由表示层负责处理。处理。64E-mail：3.7.3 应用层应用层 应用层是应用层是OSI/RM的最高层，它是计算机网络的最高层，它是计算机网络与最终用户间的与最终用户间的接口接口，它包含系统管理员管理，它包含系统管理员管理网络服务所涉及的所有问题和基本功能。网络服务所涉及的所有问题和基本功能。常用的网络服务包括常用的网络服务包括文件文件服务、电子邮件（服务、电子邮件（E-mail）服务、服务、打印打印服务、服务、网络管理网络管理服务、服务、安全安全服务、服务、分布式数据库分布式数据库服务、服务、虚拟终端虚拟终端服务等。服务等。65E-mail：3.8 TCP/IP参考模型参考模型 3.8
36、.1 什么是什么是TCP/IP协议协议 TCP/IP协议叫做协议叫做传输控制传输控制/网际协议网际协议，用于计，用于计算机通信的一组协议算机通信的一组协议,通常称通常称TCP/IP协议集协议集,又叫又叫网络通讯协议网络通讯协议。以以TCP/IP协议为基础组建的协议为基础组建的INTERNET是目是目前国际上规模最大的计算机网络前国际上规模最大的计算机网络 因为因为INTERNET的广泛使用，使得的广泛使用，使得TCP/IP成了成了事实上的标准事实上的标准。66E-mail：3.8.2 TCP/IP协议的特点协议的特点 开放开放的协议标准，可以免费使用。的协议标准，可以免费使用。独立于特定的硬件
37、设备，可独立于特定的硬件设备，可跨平台跨平台使用，可以使用，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络统一的网络地址分配地址分配方案，使得整个方案，使得整个TCP/IP设设备在网中都具有备在网中都具有唯一唯一的地址；的地址；标准化的标准化的高层协议高层协议。如。如web浏览，浏览，E-mail等。等。67E-mail：3.8.3 TCP/IP的参考模型的参考模型 TCP/IP分为分为四个层次四个层次，分别是网络接口层、网，分别是网络接口层、网络络(际际)层、传输层和应用层。层、传输层和应用层。物物 理理层层数数据据 链链路路层层网网 络络层层
38、传传 输输层层会会 话话层层表表 示示层层应应 用用层层网网络络接接 口口层层网网际际 层层传传输输 层层应应用用 层层O OS SI I的的参参 考考模模型型T TC CP P/I IP P的的参参考考模模 型型68E-mail：TCP/IP各层功能（各层功能（1）网络接口层网络接口层 网络接口层，也被称为网络接口层，也被称为网络访问层网络访问层，包括，包括OSI参考模型中的数据链路层和物理层。参考模型中的数据链路层和物理层。负责通过网络负责通过网络发送和接受发送和接受IP数据包。数据包。TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口协议。标准并没有定义具体的网络接口协议。支持支持HDLC、PPP
39、协议等。协议等。69E-mail：TCP/IP各层功能（各层功能（2）网络层网络层 网网络络层所执行的主要功能是将分段（传输层所执行的主要功能是将分段（传输层称报文段）封装成层称报文段）封装成数据包数据包（IP数据数据包），并为该数据包进行路径选择，最包），并为该数据包进行路径选择，最终将数据包从源主机发送到目的主机。终将数据包从源主机发送到目的主机。在网在网络络层中，最常用的协议是层中，最常用的协议是网际协议网际协议IP，其他一些协议用来协助其他一些协议用来协助IP的操作。的操作。70E-mail：TCP/IP各层功能（各层功能（3）传输层传输层TCP/IPTCP/IP的传输层也被称为的传输
40、层也被称为主机至主机主机至主机层，层，与与OSIOSI的传输层类似，的传输层类似，主要负责主机到主主要负责主机到主机之间的端对端通信。机之间的端对端通信。该层使用了两种协议来支持两种数据的该层使用了两种协议来支持两种数据的传送方法，即传送方法，即TCPTCP协议协议和和UDPUDP协议协议。71E-mail：TCP/IP各层功能（各层功能（4）应用层应用层 在在TCP/IPTCP/IP模型中，应用程序接口是最高层，模型中，应用程序接口是最高层，它与它与OSIOSI模型中的模型中的高三层高三层的任务相同，用于的任务相同，用于提供提供网络服务网络服务，比如文，比如文WebWeb页浏览、文件传页浏览
41、、文件传输、远程登录、域名服务和简单网络管理等。输、远程登录、域名服务和简单网络管理等。72E-mail：一个现实问题：信件通信过程一个现实问题：信件通信过程姓名姓名地址地址姓名地址姓名地址姓名地址73E-mail：演示：基于演示：基于TCP/IP的数据流向的数据流向UDPTCPFTPHTTPIPICMP IGMP ARP以太网以太网ATMUDPTCPFTPHTTPIPICMP IGMP ARP以太网以太网ATM数据数据数据数据FTPHTTP数据数据UDPTCPFTPHTTP数据数据UDPTCPIPICMP IGMP ARP数据数据IPICMP IGMP ARP以太网以太网ATM数据数据以太网
42、以太网ATM数据数据以太网以太网ATM数据数据IPICMP IGMP ARP以太网以太网ATM数据数据UDPTCPIPICMP IGMP ARP数据数据UDPTCPFTPHTTPInternet传输传输应用应用数据数据FTPHTTP74E-mail：3.8.4 TCP/IP协议集协议集 75E-mail：1.IP协议协议 IP协议主要规定了数据包传送的格式，除了要协议主要规定了数据包传送的格式，除了要传送的传送的数据数据外，还带有外，还带有源源地址和地址和目的目的地址。地址。IP协议的三个基本功能协议的三个基本功能:寻址和路由寻址和路由 分割和重编数据包分割和重编数据包 IP是一个无连接的协议
43、是一个无连接的协议76E-mail：IP网络演示网络演示77E-mail：2.ICMP网际控制报文协议网际控制报文协议 ICMP为为IP协议提供协议提供差错报告差错报告。由于。由于IP是无连接是无连接的，不进行差错检验，当网络上发生错误时，的，不进行差错检验，当网络上发生错误时，靠靠ICMP向发送向发送IP数据包数据包的主机汇报错误。的主机汇报错误。如果某台设备不能将一个如果某台设备不能将一个IP数据包转发到另数据包转发到另一个网络，它就源主机发送一个错误消息。一个网络，它就源主机发送一个错误消息。ICMP报告的报告的错误类型错误类型有：目标无法到达、有：目标无法到达、请求超时等。请求超时等。
44、78E-mail：3.IGMP网际群组管理协议网际群组管理协议 IP协议只是负责网络中点到点的数据包传输，协议只是负责网络中点到点的数据包传输，而点到多点的数据包传输则要依靠网际而点到多点的数据包传输则要依靠网际群组管群组管理协议理协议IGMP完成。完成。它主要负责报告主机组之间的关系，以便相关它主要负责报告主机组之间的关系，以便相关的设备（路由器）支持的设备（路由器）支持多播发送多播发送。79E-mail：4.ARP协议和协议和RARP协议协议 地址解析协议地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)和反向地址解析协议和反向地址解析协议RARP 计算机网络中各
45、主机之间要进行通信时，必计算机网络中各主机之间要进行通信时，必须要知道彼此的物理地址（须要知道彼此的物理地址（MAC地址地址）。）。ARP协议将协议将IP地址解析成地址解析成MAC地址地址。RARP协议将协议将MAC地址解析成地址解析成IP地址。地址。80E-mail：Arp协议动态演示协议动态演示81E-mail：4、TCP传输控制协议传输控制协议（1）TCP协议是传输层一种协议是传输层一种面向连接面向连接的通信协的通信协议，提供可靠的数据传送。议，提供可靠的数据传送。（2）TCP协议还要完成协议还要完成流量控制流量控制和和差错检验差错检验的的任务，以保证可靠的数据传输。任务，以保证可靠的数
46、据传输。（3）TCP协议将源主机应用层的数据（报文）协议将源主机应用层的数据（报文）分成多个分成多个分段分段（称为报文段）。（称为报文段）。（4）进行）进行重组重组，还原原始数据，传送给应用层还原原始数据，传送给应用层82E-mail：补充：补充：TCP协议的工作过程协议的工作过程 1.TCP连接的建立（三次握手）连接的建立（三次握手）83E-mail：2.连接的释放（三次握手）连接的释放（三次握手）主 机 A主 机 BF I N，S E Q=xA C K=x+1F I N，S E Q=y,A C K=x+1A C K=y+184E-mail：TCP演示演示85E-mail：5、UDP协议协议
47、用户数据报协议用户数据报协议（1）UDP协议是一种协议是一种面向无连接面向无连接的协议，它的协议，它不不能能提供可靠的数据传输，不进行差错检验。提供可靠的数据传输，不进行差错检验。（2）UDP与与TCP相比，显得不可靠，但在特定相比，显得不可靠，但在特定的环境下有优势的。例如，要发送的的环境下有优势的。例如，要发送的信息较短信息较短，不值得在主机之间建立一次连接。不值得在主机之间建立一次连接。（3）面向连接的通信只能在两个主机之间进行，）面向连接的通信只能在两个主机之间进行，若要实现多个主机之间的若要实现多个主机之间的一对多或多对多一对多或多对多的数的数据传输，即广播或多播。据传输，即广播或多
48、播。86E-mail：补充：传输层的访问方法补充：传输层的访问方法 通过协议端口（通过协议端口（protocol port，简称，简称端口端口）来标识通信的来标识通信的应用进程应用进程。传输层就是通过端。传输层就是通过端口与应用层的应用程序进行信息交互的。口与应用层的应用程序进行信息交互的。端口实际上是一个端口实际上是一个16Bit长的地址。长的地址。将将0至至1023端口号称为端口号称为熟知端口熟知端口，其余，其余1024至至65535端口号称为一般端口或（动态）连接端口号称为一般端口或（动态）连接端口。端口。87E-mail：6、应用层协议、应用层协议 远程终端协议远程终端协议TELNET
49、：本地主机作为仿真终：本地主机作为仿真终端，登录到远程主机上运行应用程序；端，登录到远程主机上运行应用程序；文件传输协议文件传输协议FTP：实现主机之间的文件传送：实现主机之间的文件传送 简单邮件传输协议：简单邮件传输协议：SMTP、POP3 域名服务域名服务DNS：用于实现主机名与：用于实现主机名与IP地址之地址之间的映射；间的映射；88E-mail：6、应用层协议、应用层协议 动态主机配置协议动态主机配置协议DHCP：实现对主机的地址：实现对主机的地址分配和配置工作。分配和配置工作。超文本传输协议超文本传输协议HTTP 网络文件系统网络文件系统NFS：实现不同主机之间的文件：实现不同主机之
50、间的文件系统的共享；系统的共享；简单网络管理协议简单网络管理协议SNMP：实现网络的管理。：实现网络的管理。89E-mail：3.8.5 OSI与与TCP/IP的比较的比较 OSI/RM和和TCP/IP两者之间有着共同之处，都两者之间有着共同之处，都采用了采用了层次结构模型层次结构模型，在某些层次上有着相似，在某些层次上有着相似的功能。的功能。OSI参考模型是国际标准化组织参考模型是国际标准化组织ISO制定的一制定的一个个国际标准国际标准，但它并没有成为事实上的国际标，但它并没有成为事实上的国际标准，而准，而TCP/IP不是国际标准不是国际标准，却成为了事实上，却成为了事实上的工业标准。的工业
