1、第第2 2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教师主讲教师 黄晓兰黄晓兰2本章内容2.12.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念2.4 OSI2.4 OSI与与TCP/IPTCP/IP的比较的比较2.32.3 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型2.5 Internet2.5 Internet协议组织与管理机构协议组织与管理机构3本章学习要求：本章学习要求：掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的概念。掌握：网络体系结构的层次化研究方法。掌握：OSI参考模型及各层的基本服务功能。掌握：TCP/IP参考模型的层次划分、各
2、层的基本服务功能与主要协议。了解：OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较。了解：网络协议标准组织，RFC文档、Internet草案与Internet协议标准的制定过程。42.1 2.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念v 层和协议的集合层和协议的集合叫做网络体系结构叫做网络体系结构谈话 语言电话 电话号码 体育比赛 裁判 规则 交通 交通警察 计算机网络 网络协议 数据通信v 网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准；5网络协议的三要素网络协议的三要素：语义、语法与时序1.语义：用于解释比特流的每一部分的意义；2.语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现
3、的顺序的意义；3.时序：事件实现顺序的详细说明。6例：例：v 建立数据链路连接的过程建立数据链路连接的过程的语义，语法和时序的语义，语法和时序AB发送发送接收接收发送发送接收接收ENQENQACKACK时时间间点到点专用线路点到点专用线路通信双方表达的内容是（语义）通信双方表达的内容是（语义）：A:BA:B准备好了吗？准备好了吗？B:B:准备好了！准备好了！上述内容的表现形式是（语法）：上述内容的表现形式是（语法）：ENQ ENQ ACKACK上述元素间的应答顺序是上述元素间的应答顺序是（时序）：（时序）：ENQENQ问问 ACKACK答答7邮政系统的体系结构邮政系统的体系结构通信者的活动通信
4、者的活动通信者的活动通信者的活动运输部门的邮件运输业务运输部门的邮件运输业务邮局转达业务邮局转达业务邮局转达业务邮局转达业务邮局服务业务邮局服务业务邮局服务业务邮局服务业务发信者发信者收信者收信者写信写信贴邮票贴邮票送邮箱送邮箱收集信件收集信件改邮戳改邮戳信件分拣信件分拣信件打包信件打包送运输部门送运输部门阅读信件阅读信件信件分拣信件分拣信件投递信件投递邮件拆包邮件拆包分发邮件分发邮件接收邮包接收邮包转送邮局转送邮局选择运输选择运输可见完成一个复杂的系统功能可以通过分层子功能来完成。各可见完成一个复杂的系统功能可以通过分层子功能来完成。各层按照规定和要求完成自己的工作，同时为上层提供服务，最层
5、按照规定和要求完成自己的工作，同时为上层提供服务，最终实现系统的整体功能。终实现系统的整体功能。8协议、层次、接口与体系结构的概念v 协议（protocol）v 层次（layer）v 接口（interface）v 体系结构（architecture）9划分层次的概念划分层次的概念v 按照分层的方法处理复杂问题v 将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；v 明确规定各层要完成的服务及服务要求v 不同的系统分成相同的层次，对等层之间的通信有明确的通信规定（协议）v 不同系统的最低层之间存在着“物理”通信；v 高层使用低层提供的服务，不需要知道低层服务的具体实现方法（透明）。10接口接口（相邻层之间
6、交换信息的连接点）同一结点中的低层向高层通过接口提供服务服务用户服务用户服务用户服务用户服务提供者服务提供者协议协议SAPSAP注意：某一层向上一层所提供的服务实际上已包括了在它以下各层所提供的注意：某一层向上一层所提供的服务实际上已包括了在它以下各层所提供的服务。所有这些对上一层来说就相当于一个服务提供者，在服务提供这的上服务。所有这些对上一层来说就相当于一个服务提供者，在服务提供这的上一层的实体，也就是一层的实体，也就是“服务用户服务用户”，它使用服务提供者所提供的服务。，它使用服务提供者所提供的服务。服务访问点服务访问点11网络体系结构（网络体系结构（network architectu
7、renetwork architecture）v 一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集;v 网络协议是按层次结构来组织的；v 网络体系结构精确定义了计算机网络应实现的功能；v 通过硬件和软件来实现体系结构的抽象内容。层和协议的集合叫做网络体系结构层和协议的集合叫做网络体系结构。122.2 2.2 OSIOSI参考模型参考模型v 在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织是：国际电报与电话咨询委员会 （Consultative Committee on InternationalTelegraph and Telephone，CCITT）；国际标准化组织 （Interna
8、tional Standards Organization，ISO）CCITT与ISO的工作领域是不同的：CCITT 主要是考虑通信标准的制定；ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构。13OSIOSI的概念的概念v OSI标准中，采用的是三级抽象：体系结构（分层，关系，服务的框架）；服务定义（做什么）；协议说明（如何做）。u“开放开放”是指只要遵循是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其他任何系统循同一标准的其他任何系统进行通信；进行通信；14OSIOSI参考模型的结构参考模型的结构OSI划分七层结构的基本
9、原则v 网中各结点都具有相同的层次；v 不同结点的同等层具有相同的功能；v 同一结点内相邻层之间通过接口通信；v 每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；v 不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。15OSIOSI参考模型的结构参考模型的结构主机主机A A主机主机B BCCPCCPCCPCCP传输介质传输介质传输介质传输介质传输介质传输介质164.传输层传输层2.数据链路层数据链路层3.网络层网络层1.物理层物理层5.会话层会话层 6.表示层表示层 7.应用层应用层面向用户应用面向用户应用面向数据传输面向数据传输OSIOSI参考模型参考模型17 OSIOSI参考模型各层的功能
10、参考模型各层的功能物理层的主要功能：1.利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物理连接；2.实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务；3.物理层的数据传输单元是比特。物理层所涉及的内容：物理层所涉及的内容：接口和媒体的物理特性位的表示传输速率位的同步线路配置：设备与媒体的连接。物理拓扑：星状拓扑、环状拓扑、总线拓扑等等。传输模式：单工、半双工或全双工。18OSIOSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能数据链路层的主要功能：数据链路层的主要功能：1.在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接；2.采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差
11、错的数据链路。3.传输以“帧”为单位的数据包；19数据链路层数据链路层-差错控制差错控制v 报 文,帧,分组,信令v 帧格式：HDLC面向比特的同步数据 请求重发请求重发重发重发0111111001111110地址地址控制控制数据数据校验校验节节点点2 2节节点点1 1差错控制差错控制20数据链路层数据链路层-流量控制流量控制 流量控制:停等协议溢溢出出停止传输停止传输再传再传21OSIOSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能网络层的主要功能：v 通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径；v 为数据在结点之间传输创建逻辑链路；v 实现拥塞控制、网络互连等功能。v 网络层的数据传输单
12、元是分组。22OSIOSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能传输层的主要功能：v 向用户提供可靠端到端服务；v 处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题；v 传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层。v 通过端口号区分上层服务，传输的数据单元是报文通过端口号区分上层服务，传输的数据单元是报文23会话层的主要功能：负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点到点传输不中断；v 管理数据交换。表示层的主要功能：v 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式v 数据格式变换；v 数据加密与解密；v 数据压缩与恢复。应用层的主要功能:v 为应用程序提供了网络服
13、务;v 应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步;v 建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。OSIOSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能24允许接入网络资源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数据链路层数据链路层物理层物理层建立、管理和终止会话将分组从源端传送到目的端；提供网络互联在媒体上传输比特；提供机械的和电气的规约对数据进行转换、加密和压缩提供可靠的进程到进程的报文传输和差错恢复将比特组装成帧；提供节点到节点方式的传输各层间的联系各层间的联系25OSIOSI环境中的数据传输过程环境中的数据传输过程应用数据应用数据数数 据据
14、单元单元H5分组分组H3H2 帧帧 T21 0 1 0 比比 特特 流流 1 1 1 0 1 0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AP1AP2数数 据据 单元单元H6数据传输媒体数据传输媒体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报文报文H4H7应用数据应用数据26传输层传输层 数据链路层数据链路层物理层物理层 网络层网络层 数据数据数据数据传输层报头传输层报头数据数据网络层报头网络层报头数据数据数据链路层报头数据链路层报头0101110101001000010 表示层表示层应用层应用层会话层会话层报
15、文报文分组分组比特比特帧帧协议数据单元协议数据单元端口号端口号源源IP+目的目的IP上层协议上层协议源源MAC+目的目的MAC将数据帧转换成高低电将数据帧转换成高低电平，即平，即“0”或或“1”代码代码数据封装的概念数据封装的概念发送数据的过程，就是发送数据的过程，就是一个数据封装的过程一个数据封装的过程27数据数据网络层报头网络层报头+传输层报头传输层报头+数数据据数据链路层报头数据链路层报头传输层报头传输层报头+数据数据网络层报头网络层报头数据数据传输层报头传输层报头0101110101001000010传输层传输层 数据链路层数据链路层物理层物理层 网络层网络层 表示层表示层应用层应用层
16、会话层会话层数据拆封概念数据拆封概念接收数据的过程，就是接收数据的过程，就是一个数据拆封的过程一个数据拆封的过程28面向连接服务与无连接服务面向连接服务与无连接服务v 在网络体系结构中讨论的服务可以分为通信子网对网络中数据传输所提供的服务,与整个网络系统为用户提供的服务；v 通信子网的服务是指通信子网对主机间数据传输的效率和可靠性所提供的保证机制；v 通信服务可以分为两大类：面向连接服务（connect-oriented service）；无连接服务（connectless service）。29面向连接服务的特点面向连接服务的特点1.面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连接维护与释放
17、连接的三个过程。2.面向连接服务的在数据传输过程中，各分组可以不携带目的结点的地址；3.面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性好，但是协议复杂，通信效率不高。30无连接服务的特点无连接服务的特点1.无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址，各分组在系统中是独立传送的；2.无连接服务中的数据传输过程不需要经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程；3.数据分组传输过程中，目的结点接收的数据分组可能出现乱序、重复与丢失的现象；4.无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信效率较高。31面向连接服务与无连接服务对比面向连接服务与无连接服务对比面向连接服务无连接服务经过建立连接、连接维
18、护与释放连接的三个过程无需建立连接、连接维护与释放连接的三个过程各分组可不携带目的结点的地址传送各分组携带完整的目的结点独立传送收发数据顺序不变，传输可靠性好可能出现乱序、重复与丢失协议复杂，通信效率不高协议相对简单，通信效率较高。32确认和重传机制的特点确认和重传机制的特点 网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制保证；v 确认:指数据分组的接收结点在正确地接收到每个分组后，要求向发送结点发回接收分组的确认信息；v 在规定的时间内，如果发送结点没有接收到接收结点的确认信息，就认为该数据分组发送失败，发送结点重新发送该数据分组；v 确认和重传机制可以提高数据传输的可靠性，但是它需要制定较为复
19、杂的确认和重传协议，并且需要增加网络额外的通信负荷，占用网络带宽。33服务类型与服务质量服务类型与服务质量通信协议四种类型：v 面向连接与确认服务；v 面向连接与不确认服务；v 无连接与确认服务；v 无连接与不确认服务。设计者可以根据不同的通信要求，决定选择不同的服务类型。342.3 2.3 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型v TCP/IP协议是一个事实的协议v 它由是一组由不同的协议组合在一起构成的协议簇。v 目前我们使用的是版本4，它的网络层IP协议一般记作IPv4；v 版本6的网络层IP协议一般记作IPv6，被称为下一代的IP协议。35TCP/IPTCP/IP协议的特点协议的特点
20、 v 开放的协议标准;v 独立于特定的计算机硬件与操作系统；v 独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；v 统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址；v 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。36什么是什么是TCP/IPTCP/IPv TCP/IP 是INTERNET的核心v TCP（负责传输过程的可靠性）Transmission Control Protocol 传输控制协议，相当于OSI第四层(运输层)v IP（负责数据包传输）Internet Protocol 网际互连协议，相当于OSI第三层(网络层)OSIOSI模型模型T
21、CPIP37EtherNet,Token Ring,Token Bus,FDDI,PPP/SLIP,X.25TCP/IPTCP/IP协议的层次协议的层次38TCP/IPTCP/IP的成功之处的成功之处1.协议标准开放2.统一了地址规则3.形成高层协议的标准化4.很好地解决了异构网络的互连问题5.是一个十分有效和实用的网络结构6.已成为事实上的国际标准39主机-网络层v 参考模型的最低层，负责通过网络发送和接收IP数据报;v 允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议等;v 充分体现出TCP/IP协议的兼容性与适应性
22、，它也为TCP/IP的成功奠定了基础。v 相当OSI参考模型网络层无连接网络服务；v 处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；v IP协议是无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。互连层传输层v 主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接；v 传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议；v 用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议。402.4 2.4 OSIOSI与与TCP/IPTCP/IP的比较的比较v 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的子层插入；v 寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降低系统效率
23、；v 数据安全性、加密与网络管理在参考模型的设计初期被忽略了；v 参考模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适合于计算机与软件的工作方式；v 严格按照层次模型编程的软件效率很低。41小结小结1.网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的概念；2.网络中计算机之间要做到有条不紊地交换数据就必须遵守一些事先约定好的规则。这些为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议。功能完备的网络需要制定一系列的协议；3.网络协议就是按照层次结构模型来组织的，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；4.ISO定义的开放系统互联参考模型对推动网络协议标准化的研究起到了重要的作用；5.Internet的广泛应用使TCP/IP协议成为事实上的标准。42本章思考题本章思考题1.计算机网络采用层次结构的模型有什么好处？2.ISO在制定OSI参考模型时对层次划分的主要原则是什么？3.请描述在OSI参考模型中数据传输的基本过程。4.试说明报头在网络数据传输中的作用。5.试比较面相连接和无连接服务的异同点。6.TCP/IP协议的主要特点是什么？7.Internet技术文档主要有哪两种形式？为什么说RFC文档对从事网络技术研究与开发的技术人员是重要的？如果需要有关IP协议的RFC701文档，你知道如何去查找吗？
