1、第第1 1章章计算机网络概述计算机网络概述第1页，共65页。学习目标学习目标：1.计算机网络的概念2.计算机网络的分类3.计算机网络的功能4.计算机网络的体系结构的基本概念5.OSI参考模型6.TCP/IP参考模型局域网类型第2页，共65页。东方电子商务有限公司是一个拥有200多名员工，一座办公楼的电子商务企业，为了优化企业的网络，先准备搭建一个高速、安全、方便的企业网络。网络的规划、设计和实施由网络服务部的工程师张某和技术员王某负责。技术员王某查阅网络资料后，提议将本公司的网络体系结构设计为“开放系统互联参考模型”（Open System Interconnection Reference
2、Model，OSIRM），认为该网络体系结构安全、合理、完善。请同学们学完本章内容后，分析一下技术员王某的体系结构是否具有可行性？学习情境引入学习情境引入：第3页，共65页。1.1 1.1 计算机网络基础知识计算机网络基础知识计算机网络是现代通信技术与计算机技术紧密结合的产物，是随着现代社会对信息共享和信息传递日益增强的需求而发展起来的，对人类社会的生产、生活都带了巨大的影响。它经历了一个由低级到高级、从简单到复杂、从单机到多机的发展过程。第4页，共65页。1.1.1 计算机网络的概念计算机网络的概念什么是计算机网络?多年来并没有一个严格的定义，人们从不同的角度出发对计算机网络有不同的定义。1
3、.从计算机技术与通信技术相结合的观点出发，通常把计算机网络定义为计算机技术与通信技术相结合，实现远程信息处理并进一步达到资源共享的系统。2.从物理结构上看，计算机网络又可定义为在协议控制下，由若干台计算机、终端设备、数据传输和通信控制处理机等组成的集合。3.从着重于应用和资源共享上看，计算机网络是把地理上分散的资源，以相互共享的方式连接起来，并且具有独立功能的计算机系统的集合。第5页，共65页。1.1.1 计算机网络的概念计算机网络的概念综上所述，所谓计算机网络，就是利用通信线路和设备，将分散在不同地域、并具有独立功能的多个计算机系统互连起来，按照网络协议，在功能完善的网络软件支持下，实观资源
4、共享和数据通信的系统。第6页，共65页。1.1.2 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程随着计算机网络的发展，其功能不断增强，应用领域不断拓展，所采用的技术也在逐渐变化、进步。计算机网络的发展过程主要经历了面向终端的计算机网络、面向通信的计算机网络、开放式标准化计算机网络以及新一代综合性、智能化高速网络等几个阶段。第7页，共65页。1.1.2 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程1.面向终端的计算机网络到20世纪50年代，人们为使多数人能够同时使用同一台计算机，开始进行计算机网络技术的研究。出现了由一台中心计算机连接大量地理上分散终端的计算机连机系统，就是计算机网络的雏形。这种系统中所
5、有数据处理都由主机完成，终端没有任何处理能力，仅起着字符输入、结果显示等作用，这种连机系统被称为主机终端系统，或称面向终端的计算机网络。第8页，共65页。1.1.2 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程图 1-1 面向终端的计算机网络第9页，共65页。1.1.2 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程2.面向通信的计算机网络在20世纪60年代末期至20世纪70年代中期，在单主机联机网络的基础上，人们完成了对计算机网络体系结构与网络协议的研究，并形成了初级计算机网络又称为计算机-计算机网络的构建。这一代计算机网络包括两大部分：一部分是以交换机为中心的通信子网，另一部分是由若干个主机和终端构
6、成的用户资源子网。这代网络以通信子网为中心，并且以分组交换技术为基础理论。世界上第一个最成功的远程计算机网络是1969年由美国高级研究计划局(ARPA)组织研制的ARPANet网络。1969年12月，美国的分组交换网ARPANet(当时仅4个节点)投入运行，从此，计算机网络的发展就进了一个崭新的纪元。第10页，共65页。1.1.2 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程ARPANet首先提出将计算机网络划分为“通信子网”和“资源子网”两大部分，通信子网完成全网的数据传输和数据转发等通信处理工作；资源子网承担着全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网络资源和网络服务。图 1-2 计算机网络由
7、通信子网和资源子网组成第11页，共65页。1.1.2 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程3.开放式标准化计算机网络计算机网络在起步阶段大都是由研究部门、大学、计算机公司等各自研制的，因而没有统一的标准。由于各厂家的计算机产品、网络产品在技术、结构等方面存在着很大的差异，不同厂家的计算机和网络很难互连在一起，这给用户带来了很大的不便。用户无法确定哪一种网络更适于自己的需求，而且如果一旦选择了某种网络产品就无法再选用其他厂家的计算机或网络产品。不同的系统之间无法互联就不利于用户保护已有的投资。为此人们迫切希望建立一系列的国际标准，得到一个“开放”的系统。1984年，ISO正式颁布了OSI/R
8、M，开创了一个统一的网络体系结构、遵循国际标准化协议的计算机网络新时代。第12页，共65页。1.1.2 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程4.新一代综合性、智能化高速网络自 20世纪 90年代以来，随着 Internet 的飞速发展，计算机网络向全面互联、高速和智能化方向发展，并且得到了广泛的应用。同时，与网络有关的技术在更大的范围内取得了很大的进展。例如，多介质计算技术和多介质通信技术共同发展，推动着光纤数字传输技术和宽带综合业务数字网的迅速发展；网络标准化工作进一步完善，网络体制趋于成熟，人们将更多的注意力转到提高线路容量和利用率上，研究和发展接入网和内部网及其设施，更注重网络互联和
9、互联标准。第13页，共65页。1.1.2 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程目前，计算机网络由于 Internet 的进一步普及和发展，将面临诸多问题，如网络带宽限制、网络安全，IP 地址紧缺等问题。因此，新一代计算机网络应向高速、大容量、综合性和智能化的方向发展。目前，不断出现新的网络技术(如交换式以太网技术、ATM 技术、帧中继技术等)，这些是构建新一代宽带综合业务数字网的技术基础。第14页，共65页。1.1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类1.按计算机网络的覆盖范围分类按计算机网络的覆盖范围来分类，可以将计算机分为 3 类，局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）。
10、网络类型网络缩写覆盖范围地理位置传输速率局域网LAN10m房间4Mbit/s10Gbit/s100m建筑物1km校园城域网MAN10km城市50Kbit/s2Gbit/s广域网WAN1001000km 国家或地区9.6Kbit/s2Gbit/s第15页，共65页。1.1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类（1）局域网局域网是分布在有限地理范围内的网络。由于地理范围较小，局域网通常使用专用通信线路连接，故而数据传输速率较高。局域网的本质特征是覆盖范围小、数据传输速度快，一般属于具体单位管理。局域网的覆盖范围一般在几千米之内，它通常是由一个部门或一个单位组建的网络。局域网是在微型机得到广泛应用后
11、迅速发展起来的。局域网易于组建和管理。同时，局域网具有拓扑结构简单、数据传输速率高、传输延时小、成本低、应用广泛、组网灵活和使用方便等优点。第16页，共65页。1.1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类（2)城域网城域网是一种介于广域网和局域网之间的范围较大的网络，覆盖范围通常是一个城市，从几千米到几十千米甚至几百千米。城域网设计的目标是满足一个地区内的计算机互联的要求，以实现大量用户、多种信息传输的目标的综合信息传输网络。但在实际的应用中，几乎没有专门的城域网，通常使用局域网或广域网的技术去构建城域网，这样，反而显得更实用和方便。第17页，共65页。1.1.3 计算机网络的分类计算机网络的
12、分类（3)广域网广域网也称为远程网。广域网通常是指将分布范围较大，覆盖一个地区、国家甚至全球范围内的局域网、主机系统等互联而成的大型计算机通信网络。广域网的特点是采用的协议和网络拓扑结构多样化、数据传输速率较低、传输延时较大。广域网通常采用公共通信网作为通信子网，整个网络不是归属于一个单位或部门。广域网通常是连接不同地区的大型主机的局域网，如 Internet 就是一种最重要的广域网。第18页，共65页。1.1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类2.按计算机在网络中的地位分类在计算机网络中，有一些计算机或设备为网络中的用户提供共享资源和应用软件，实现服务功能，这些计算机称为服务器。而接受服务
13、或需要访问服务器上共享资源的计算机称为客户机。在计算机网络中，服务器与客户机的地位或作用是不同的，服务器处于核心地位，而客户机则处于从属地位。依据计算机网络中服务器与客户机的不同地位，可以将局域网分为3类。第19页，共65页。1.1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类（1）基于服务器的网络 在计算机网络中，有几台计算机或设备只作为服务器为网络用户提供共享资源，而其他计算机仅作为客户机去访问服务器上的共享资源，这种网络就是基于服务器的网络。在这种网络中，服务器处于核心地位，它在很大程度上决定网络的功能和性能。根据服务器所提供的共享资源的不同，通常可以将服务器分为文件服务器、打印服务器、邮件服务
14、器、Web 服务器和数据库服务器等。基于服务器的网络，可以集中管理网络的共享资源和网络用户，因而其具有较高的安全性，易于管理和维护。同时，基于服务器的网络还易于实现对网络用户的分级管理。在实际的应用中，大多数局域网都是基于服务器的网络。第20页，共65页。1.1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类（2)对等网络对等网络与基于服务器的网络不同，它没有专用的服务器，网络中的每台计算机都能作为服务器，同时，又都可以作为客户机。每台计算机既可管理自身的资源和用户，又可作为网络客户机去访问其他计算机中的资源。在对等网络中，所有计算机的地位是平等的，因此，常常将对等网络称为工作组。在对等网络中，计算机的
15、数目不能太多，一般不能超过10台，这是因为在对等网络中所有计算机的地位相等，很可能出现这样的一种情况：当一个用户正在访问另一台计算机资源时，被访问的计算机突然关机了。所以计算机的数目不宜太多。由于对等网络中每台计算机能独立管理自身资源，故很难实现资源的集中管理，因而，数据的安全性也较差。第21页，共65页。1.1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类（3)混合型网络混合型网络是基于服务器网络和对等网络相结合的产物。在混合型网络中，服务器负责管理网络用户及重要的网络资源，客户机一方面可以作为客户访问服务器的资源，另一方面，又可以将客户机看成是一个对等网络中的计算机，客户机相互之间可以共享数据资源
16、。第22页，共65页。1.1.4 计算机网络的功能计算机网络的功能计算机网络具有丰富的资源和多种功能，其主要功能是共享资源和数据通信。1共享资源共享资源就是共享网络上的硬件资源、软件资源和信息资源。第23页，共65页。1.1.4 计算机网络的功能计算机网络的功能(1)硬件资源计算机网络的主要功能之一就是共享硬件资源。共享硬件资源就是连接在网络上的所有用户可以共享网络上各种不同类型的硬件设备，如巨型计算机或专用高性能计算机，大容量磁盘，高性能打印机，高精度绘图设备，以及通信线路和通信设备等。共享硬件资源的好处是显而易见的，网络上具有低性能的计算机的用户，可以通过网络使用各种不同类型的设备，既解决
17、了部分资源贫乏的问题，同时也有效地利用了现有的资源，充分发挥了资源的潜能，提高了资源利用率。第24页，共65页。1.1.4 计算机网络的功能计算机网络的功能(2)软件资源互联网上有极为丰富的软件资源，可以让人们共享。可共享的软件资源包括：各种操作系统及其应用软件、工具软件、数据库管理软件和各种Internet信息服务软件等。共享软件允许多个用户同时调用服务器中的各种软件资源，并能保持数据的完整性和一致性。用户可以通过客户机/服务器(C/S)模式、浏览器/服务器(B/S)模式或其他形式，使用各种类型的网络应用软件，共享远程服务器上的软件资源。用户也可以通过一些网络应用程序(如 FTP)将共享软件
18、下载到本地机上使用，匿名 FTP 就是专门提供共享软件的信息服务之一。第25页，共65页。1.1.4 计算机网络的功能计算机网络的功能(3)信息资源信息也是一种资源，而且是一种更重要的资源。Internet上的信息资源涉及各个领域，内容极为丰富。每个接入 Internet 的用户都可以共享这些信息资源。可以在任何时间、以任何形式去搜索、访问、浏览、获取网上的信息，共享网上的信息资源。通过Internet信息服务系统，用户主要可以获得3个方面的服务：一是可以浏览 Web 服务器上的主页及各种链接，获取FTP服务器中的软件与文档；二是检索各种数据库中的数据信息；三是查询各种各样的电子图书、电子出版
19、物、网上信息、网络新闻、阅读各种远程教学课件和培训资源等。所有网上有的信息都可以共享。第26页，共65页。1.1.4 计算机网络的功能计算机网络的功能2数据通信数据通信功能是计算机网络的另一个主要功能，它可以为网络用户提供强有力的通信手段。组建计算机网络的主要目的就是让分布在不同地理位置的计算机用户能够相互通信、交流信息和共享资源。计算机网络提供了一条可靠的通信通道，它可以传输各种类型的信息，包括数据信息和图形、图像、声音、视频流等多媒体信息。利用网络的通信功能，人们可以进行远程的各种通信，实现各种网络上的应用，如收发电子邮件、视频点播、视频会议、远程教学、远程医疗、在网上发布各种消息、进行各
20、方面的讨论等等。第27页，共65页。1.1.4 计算机网络的功能计算机网络的功能3其他功能计算机网络除了上述功能外，还有以下功能。(1)高可靠性(2)均衡负荷(3)协调运算(4)分布式处理第28页，共65页。1.2 1.2 计算机网络体系结构计算机网络体系结构计算机网络系统的功能强、规模庞大，通常采用高度结构化的分层设计方法，依靠各层之间的功能组合提供网络的通信服务，从而降低网络系统设计、修改和更新的复杂性。第29页，共65页。1.2.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念1.计算机网络协议一个计算机网络有许多互相连接的节点，这些节点之间要不断地进行数据(其中包括控制信息)交换。如何
21、使这些数据交换能有条不紊地进行，就要使每个节点必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换数据的格式和有关同步问题等，这时所说的同步是指在一定的条件下应当发生某一事件，含有时序的意思。这些为网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即为网络协议。第30页，共65页。1.2.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念一个网络协议由3个要素组成。（1）语法，即数据与控制信息的结构或格式。协议解决了如何进行通信的问题。（2）语义，即需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答。协议应解决在什么层次上定义通信，其内容是什么。（3）同步，即事件实现顺序的详细说明，又称为定时。协议规定
22、了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲话的速度等。网络协议是计算机网络不可或缺的组成部分，协议定义了网络上各种计算机和设备之间相互通信和进行数据管理、数据交换的整套规则，通过这些规则的定义，网络上的计算机才有了通信的共同语言。第31页，共65页。1.2.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念2.网络分层体系结构网络协议是计算机网络必不可少的部分，那么如何安装、管理和实现网络通信，使网络能够有条不紊、高效率地工作呢？（1）网络分层的必要性ARPANet的研制经验表明，对于非常复杂的计算机网络协议，其结构最好采用层次式。第32页，共65页。1.2.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的
23、基本概念（2）网络分层的优点计算机之间的通信当然远远比两个人打电话要复杂得多，但是计算机网络协议的实现仍可使用分层的思想来设计，计算机网络协议的层次结构具有以下5个方面的好处。各层之间是相互独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。第33页，共65页。1.2.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念（3）网络体系结构的定义计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构。换句话说，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成功能的精确定义。需要强调的是，这些功能究竟是用何种硬件或软件完成的，则是一个遵循这种体系结构的计算机网络要解决的问题。可见，体系
24、结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正运行在计算机硬件和软件上的。第34页，共65页。1.2.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念（4）网络体系结构的发展1974年，美国IBM公司提出了世界上第一个网络体系结构（SNA）。计算机网络体系结构描述了网络系统的各个部分应完成的功能、各部分之间的关系以及它们之间的联系方式。网络体系结构划分的基本原则是把应用程序和网络通信管理程序分开。同时，又按照信息在网络中的传输过程，将通信管理程序分为若干个模块，将原来专用的通信接口转变为公用的、标准的通信接口。从而使得网络具有更大的灵活性，也使得网络系统的建设、扩建和升级等工作更易于实现，大大降低了网
25、络系统运行、维护的成本和复杂度，提升了网络的性能，加快了计算机网络的发展。第35页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型1.OSI 参考模型的概念OSI是指开放系统互联(Open Systems Interconnection)。所谓“开放”是指：只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方的遵循这同一标准的任何系统进行通信。图1-3 OSI 参考模型以及两个通信实体之间的分层结构第36页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型OSI/RM 只给出了原则的说明，该模型将整个网络的功能划分为7层，在实体之间进行通信时，双方必须遵循这7层的规定，但它不是
26、一个真实的、具体的网络。在 OSI 中，采用了3级抽象，分别是：体系结构、服务定义和协议规范。OSI的体系结构定义了一个七层模型,用以进行进程间的通信,并作为一个框架来协调各层标准的制定；OSI的服务定义描述了各层所提供的服务,以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语；OSI各层的协议规范,精确地定义了应当发送何种控制信息及用何种过程来解释该控制信息。第37页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型2.OSI 参考模型的结构与各层的功能（1）OSI 参考模型的结构OSI 参考模型是一种 7 层网络通信模型，它采用的是分层结构，如图 1-3 所示。国际标准化组织(ISO)将网络
27、划分 7 层结构的基本原则是：网中各节点都具有相同的层次。不同节点的同等层具有相同的功能。同一节点内相邻层之间通过接口通信。每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务。不同节点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。第38页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型层号层的名称层的英文名称层的英文缩写7应用层Application LayerA6表示层Presentation LayerP5会话层Session LayerS4传输层Transport LayerT3网络层Network LayerN2数据链路层Data Lind LayerD1物理层Physical Laye
28、rPH表 1-2 OSI 参考模型中的 7 个层次层第39页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型OSI 参考模型的每一层功能均以协议的形式描述，协议定义了某层跟另一(远方)系统中的一个对等层通信时所使用的一套规则和约定；每一层向相邻的上一层提供一套确定的服务，并且使用与它相邻的下层提供的服务。在概念上，每一层都根据一个明确定义的协议跟一个远方系统中的一个对等层通信，但实际上该层产生的协议信息单元是借助于相邻下层所提供的服务传送的。因此，将对等层之间的通信称为虚拟通信。第40页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型（2）OSI/RM 各层的主要功能 物理层物
29、理层是OSI参考模型的最低层，即第1层。物理层包括设备之间物理连接的接口和用户设备和网络端设备之间的数据传输规则。设备要传输信息就要利用一些物理介质，如双绞线、同轴电缆等。但具体的物理介质并不一定要在OSI的7层之内，也有人将物理介质当做第0层，因此物理介质的位置就位于物理层的下面。物理层的任务就是为它的上层(即数据链路层)提供一个物理连接，以便透明地传输比特流，在物理层上所传输的数据单位是比特。第41页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型 数据链路层数据链路层是OSI参考模型的第2层。数据链路层负责在两个相邻节点间的线路上，无差错地传输以帧为单位的数据。数据链路层在物理层
30、提供的比特流服务的基础上，建立相邻节点之间的数据链路，传送按一定格式组织起来的位组合，即数据帧。每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。和物理层类似，数据链路层要负责建立、维持和释放数据链路的连接。在传送数据时，若接收节点检测到所传送的数据有差错，就要通知发送方重发这一帧，直到这一帧准确无误地到达接收方为止。每一数据帧所包括的控制信息包含同步信息、地址信息、差错控制信息和流量控制信息等。第42页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型 网络层网络层是OSI参考模型中的第3层，它是OSI参考模型中最复杂的一层，也是通信子网的最高层。它在其下两层的基础上为资源子网提供服务。在
31、网络层中，数据传输的单位是分组或包。网络层在通信子网中传输信息包或报文分组(具有地址标识和网络层协议的格式化信息单位)，它向传输层提供信息包的传输服务，使传输实体无需知道任何用于数据传输和连接系统的交换技术。网络层的任务就是要选择合适的路由和交换节点，使发送方的传输层所传下来的分组能够准确无误地按照地址找到目的站点，并交付给目的站点的传输层。第43页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型 传输层传输层是OSI参考模型的第4层。传输层的目的是提供在不同系统进程之间进行数据交换的可靠服务，在网内的两个实体之间建立端到端的通信信道，用于传输信息或报文分组，向高层屏蔽低层数据通信的细
32、节，即向用户透明地传输报文。传输层提供两端点之间可靠、透明的数据传输，执行端到端差错检测和恢复、顺序控制和流量控制功能，管理多路复用。第44页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型 传输层传输层是OSI参考模型的第4层。传输层的目的是提供在不同系统进程之间进行数据交换的可靠服务，在网内的两个实体之间建立端到端的通信信道，用于传输信息或报文分组，向高层屏蔽低层数据通信的细节，即向用户透明地传输报文。传输层提供两端点之间可靠、透明的数据传输，执行端到端差错检测和恢复、顺序控制和流量控制功能，管理多路复用。传输层的数据传输单元是报文段(Segment)，简称报文。第45页，共65页
33、。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型 会话层会话层是OSI参考模型的第5层，会话层也可称为会晤层或对话层。在会话层及以上更高的层次中，数据传输的单位一般均称为报文。会话层是用户应用程序与网络之间的接口，会话层的主要任务是负责两个会话实体之间的会话连接，确保点-点的传输不会被中断，并且进行会话管理和数据交换管理，即组织和协调两个会话进程之间的通信，并对数据交换进行管理。会话层虽不参与具体的数据传输，但它却对数据传输进行管理。会话层在两个互相通信的应用进程之间建立、组织和协调其交互。第46页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型 表示层表示层是OSI参考模型的第6层，它
34、对来自于应用层的命令和数据进行解释，对各种语法赋予相应的含义，并按照一定的格式传送给会话层。表示层的主要功能是处理两个通信系统中用户信息的语法表示问题。表示层将欲交换的数据从适合某一用户的抽象语法，变换为适合 OSI 系统内部使用的传送语法。有了这样的表示层，用户就可以将精力集中在他们所要交谈的问题本身，而不必多去考虑对方的某些特性。例如，对方使用什么语言。对传输信息的加密和解密也是表示层的一项主要任务。由于数据的安全和保密这一问题比较复杂，在OSI的7层结构中，其他的一些层次也与这一问题有关。第47页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型 应用层应用层是OSI参考模型的最高
35、层，它是计算机网络用户、各种应用程序与网络之间的接口。应用层的功能是直接向用户进程提供服务接口，完成用户希望在网络上完成的各种工作。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要(这反映在用户所产生的服务请求)，负责用户信息的语义表示，并在两个通信者之间进行语义匹配。应用层不仅要提供应用进程所需的信息交换和远程操作，还要作为互相作用的应用进程的用户代理，具备一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。第48页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型在OSI的7个层次中，应用层是最复杂的，所包含的应用层协议也最多，有些协议还在研究之中。应用层在其他6层工作的基础上，负责完成网络中
36、应用程序与网络操作系统之间的联系，建立与结束使用者之间的联系，并完成网络用户提出的各种网络服务及应用所需的监督、管理和服务等各种协议。此外，应用层还负责协调各个应用程序之间的工作。应用层为用户提供的常见服务和协议有：文件服务、目录服务、文件传输服务、电子邮件服务、打印服务、网络管理服务、远程登录服务和数据库服务等。上述每种服务均需一种具体的应用层协议来完成。第49页，共65页。1.2.2 ISO/OSI 参考模型参考模型可以把上述的 7 层的最主要功能归纳如下：应用层与用户应用进程的接口，相当于：做什么？表示层数据格式的转换，相当于：对方看起来像什么？会话层会话的管理与数据传输的同步，相当于：
37、轮到谁讲话和从何处讲？传输层从端到端经网络透明地、可靠地传输报文，相当于：对方在何处？网络层分组传输、路由选择、拥塞控制网络互连，相当于：走哪条路可以到达该处？数据链路层在链路上无差错地传送数据帧，相当于：每一步该怎么走？物理层将比特流送到物理介质上传送，相当于：对上一层的每一步应怎样利用物理介质。第50页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型前面介绍了OSI/RM的7层参考模型。从理论上来说，只要遵循OSI参考模型，那么任何网络之间都可以实现无差别的互联。但是在实际上，完全实现OSI参考模型的协议十分庞大和复杂，因此，完全遵循OSI 7层参考模型的协议几乎不存在，OSI参考模
38、型仅为人们考查其他协议各部分间的工作方式提供了评估基础和框架。20 世纪 70 年代，出现了 TCP/IP 参考模型，这个模型在 20 世纪 80 年代被确定为因特网(Internet)的通信协议。第51页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型1.TCP/IP参考模型的基本概念（1）TCP/IP参考模型的发展TCP/IP 是一组通信协议的代名词，是由一系列协议组成的协议簇。它本身指的是两个协议集：TCP传输控制协议，IP互联网际协议。在TCP/IP协议开始研究时，人们并没有提出参考模型的概念。TCP/IP 最早是由美国国防高级研究计划局在其 ARPANet的基础上实现的。197
39、4 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 参考模型做了进一步的研究。到目前为止，TCP/IP 协议一共出现了 6 个版本，后 3 个版本是版本 V4、版本 V5 与版本 V6。目前我们使用的主要是版本 V4，一般被称为 IPv4。IPv6 被称为下一代的 IP 协议，现在我国已开始推广和使用 IPv6。第52页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型（2）TCP/IP 协议的特点由于 TCP/IP 一开始可以用于连接不同种环境，再加上工业界很多公司都支持它，特别是在Unix环境中，TCP/IP已成为其
40、实现的一部分。Unix的广泛使用，促进了 TCP/IP的应用及普及，因此随着 Internet的迅速发展，TCP/IP 协议逐渐成为事实上的网络互联的工业标准。TCP/IP 协议的特点是：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，更适用于互联网中。统一的网络地址分配方案，使得整个 TCP/IP 设备在网中都具有唯一的地址。标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。第53页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型2.TCP/IP 参考模型与层次（1）TCP/IP 参考模型的 4 层主机网络层、互连层、传输层和应用层 4 层
41、。第54页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型（2）TCP/IP 参考模型各层的服务和功能下面简单介绍 TCP/IP 协议的各层所提供的服务和功能。主机网络层TCP/IP 参考模型对互连层以下层未作定义，只是指出主机必须通过某种协议连接到网络，才能发送IP分组。该层协议未定义，其随不同主机、不同网络而不同，因此被称为主机网络层。主机网络层作为 TCP/IP 协议的低层，它与 OSI 参考模型的低两层相对应，即物理层和数据链路层。因而可以灵活地与各种类型的网络进行连接。TCP/IP 协议在主机网络层上未定义具体的接口协议，从这种意义上来说，TCP/IP 协议可以运行在任何网络上
42、。第55页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型 互连层互连层是网络互联的基础，它提供了无连接的分组交换服务。互连层是对大多数分组交换网所提供的服务的抽象。其任务是允许主机将分组发送到网络上，使每个分组能够独立地到达目的站点。由于互连层提供的是无连接服务，因此，分组到达目的站点的顺序有可能与发送站的发送顺序不一致，所以，必须由高层协议负责对接收到的分组进行排序。与 OSI参考模型的网络层功能类似，分组的路径选择也是互连层的主要工作。由于互连层提供了无连接的数据报服务，因此人们常常将报文分组称为IP数据报。第56页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型互连层负责为
43、要传输的数据信息分配地址，进行数据分组的打包，并选择合适的路径将其发送到目的站点。因此，它具有以下3个基本功能。负责处理来自TCP层的分组发送请求，将分组形成IP数据报，并为该数据报进行路由选择。数据打包和路由选择是将由 TCP 层传来的数据信息装入数据报，填充报头，形成IP数据报，并选择去往目的站点的路径，然后将IP数据报发向适当的网络接口。负责处理主机网络层接收到的数据报。先检查数据报的合理性，然后去掉报头控制信息，并将剩余的数据信息上传至TCP层。负责处理网间差错、控制报文ICMP、处理路径、流量控制和拥塞控制等。第57页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型互连层主要包
44、括以下4个协议：网际协议（IP）的主要任务是对数据报进行路由选择，并从一个网络转发至另外一个网络中。即为要传输的数据分配地址、打包、确定目的站点地址及路由，并提供端到端的无连接的数据报传输。Internet控制报文协议（ICMP）为IP协议提供差错报告。ICMP 用于处理路由路径，协助IP层实现报文传送的控制协议。地址解析协议（ARP）用于实现从IP地址向物理地址的转换，即从远程网的 IP 地址映射到局域网的硬件地址。反向地址解析协议（RARP）用于完成从物理地址向IP地址的转换，这个转换过程是地址解析的逆过程。第58页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型 传输层在TCP/I
45、P参考模型中，互连层之上的一层是传输层。与OSI参考模型中的传输层类似，在TCP/IP参考模型中，传输层允许源主机与目的主机之间的对等实体进行会话。传输层定义了两个端端协议，对应了两种不同的传输控制机制。传输控制协议（TCP）：是一种可靠的面向连接的协议，它可保证信息从某一机器准确地传送到另一机器上。用户数据报协议(UDP)：提供无连接服务，无重发和纠错功能，不能保证数据的可靠传输。第59页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型TelnetFTPSMTPDNS其他TCPUDPIP（ICMP、ARP、RARP）Internet无线分组网LAN图 1-6 IP、TCP 及 UDP
46、之间的关系第60页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型 应用层TCP/IP 参考模型中没有会话层和表示层。在 OSI 模型的实践中可以知道，大部分应用程序不涉及这两层，因此在 TCP/IP 参考模型中没有考虑会话层和表示层，在传输层之上就是应用层。在应用层中，包含了所有的高层协议。远程登陆协议Telnet，用于实现互联网中远程登录功能。文件传输协议FTP，用于实现互联网中交互式文件传输功能。简单邮件传输协议SMTP，用于实现互联网中电子邮件传送功能。域名解析协议DNS，用于实现网络设备名字到IP地址映射的网络服务。超文本传输协议HTTP，用于WWW服务，HTML文件的传输。第
47、61页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型（3）OSI 参考模型与 TCP/IP 参考模型的比较OSI参考模型是迄今为止最完善的网络协议集，但是它太庞大，难以实现，而 TCP/IP协议却简单、灵活，所以用作实际的工业标准。第62页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型对 OSI 参考模型的评价：层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表示层几乎是空的，数据链路层与网络层有很多子层插入。OSI 参考模型将“服务”与“协议”的定义结合起来，使得参考模型变得格外复杂，实现困难。寻址、流控与差错控制在每一层中都重复出现，降低系统效率。数据安全性、加密与网络管理在参
48、考模型的设计初期被忽略了。参考模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适用于计算机与软件的工作方式。严格按照层次模型编程的软件效率很低。第63页，共65页。1.2.3 TCP/IP 参考模型参考模型对 TCP/IP 参考模型的评价：在服务、接口与协议的区别上不明确，一个好的软件工程应该将功能与实现方法区分开，因而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。物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，但是 TCP/IP 参考模型却没有做到这点第64页，共65页。1.3 1.3 实训：实训：认识认识OSIOSI参考模型和参考模型和TCP/IPTC
49、P/IP参考模型参考模型实训目的：实训目的：1.掌握OSI参考模型的体系结构2.掌握TCP/IP体系结构3.理解OSI参考模型和TCP/IP参考模型的区别实训内容及步骤：实训内容及步骤：1.OSI参考模型体系结构的提出背景2.TCP/IP参考模型的发展史3.查阅OSI参考模型和TCP/IP参考模型的论文，总结出自己对这两个模型的认识。实训总结：实训总结：1.OSI模型有三个明确的核心概念：服务、接口、协议；而TCP/IP对此没有明确的区分；2.OSI模型是在协议发明之前设计的，而TCP/IP是在协议出现之后设计的；3.OSI模型有7层，而TCP/IP只有4层；4.OSI的网络层同时支持无连接和面向连接的通信,但是在传输层上只支持面向连接的通信；TCP/IP模型的网络层上只有一种无连接通信模式,但是在传输层上同时支持两种通信模式。第65页，共65页。
