1、大家好大家好2数据通信数据通信3第第1次课次课 概述概述n本次内容本次内容q网络的产生和发展网络的产生和发展q网络的概念网络的概念q网络系统的组成和分类网络系统的组成和分类4一、计算机网络的产生和发展一、计算机网络的产生和发展n早期的计算机应用模式早期的计算机应用模式单机单机q大、中、小型机大、中、小型机庞大，昂贵，资源无法共享庞大，昂贵，资源无法共享q分散的计算机构成了一个个的信息分散的计算机构成了一个个的信息“孤岛孤岛”n网络产生始于网络产生始于20世纪世纪50年代，产生的原因：年代，产生的原因：q资源共享的需求（计算能力、外设、软件、资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数据数据）q大型
2、项目的合作（进行工程项目协作）大型项目的合作（进行工程项目协作）q人与人之间的信息沟通（数据通信）人与人之间的信息沟通（数据通信）5n从体系结构来观察，计算机网络的发展从体系结构来观察，计算机网络的发展可分为三个阶段（三代网络）：可分为三个阶段（三代网络）：1.以主机为中心的联机终端系统以主机为中心的联机终端系统“计算机终端计算机终端”系统系统2.以通信子网为中心的主机互联以通信子网为中心的主机互联分组交换网络分组交换网络3.体系结构标准化网络体系结构标准化网络层次化结构，并对每层进行了精确定义层次化结构，并对每层进行了精确定义6体系结构标准化网络体系结构标准化网络n为什么需要标准化？为什么需
3、要标准化？q不同网络设备之间的不同网络设备之间的兼容性兼容性和和互操作性互操作性是推动网络是推动网络体系结构的标准化的原动力体系结构的标准化的原动力q而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享n标准化的时机？标准化的时机？q先制定标准再开发，还是先开发再制定标准？先制定标准再开发，还是先开发再制定标准？q各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是基础等方面的研究日趋成熟是基础7n网络体系结构标准化过程的演变网络体系结构标准化过程的演变q厂商标准：厂商标准：IBM-SNA，DEC-DNA等等
4、n缺点：适用范围：兼容性？缺点：适用范围：兼容性？技术垄断：竞争？技术垄断：竞争？标准不统一：用户利益？标准不统一：用户利益？q国际标准（国际标准（ISO OSI/RM）nOpen System Interconnection/Recommended Model(开放系统互联参考模型，简称开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型参考模型)nOSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架：结构的框架：7个层次个层次n只说明了做什么（只说明了做什么（What to do），而未规定怎样做（），而未规定怎样做（How to do）n太复杂
5、，几乎没有与之完全符合的网络太复杂，几乎没有与之完全符合的网络q事实上的标准：事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议因特网的骨干协议)n 从体系结构上看，它是从体系结构上看，它是OSI参考模型的简化（参考模型的简化（4层）层）84.局域网局域网n始于始于20世纪世纪70年代年代n以太网是以太网是LAN的主流网络的主流网络5.因特网时代因特网时代InternetNGIIntranet96.“三网三网”融合融合 指原先独立设计和运营的传统电信网、计算机互联指原先独立设计和运营的传统电信网、计算机互联网和有线电视网将趋于相互渗透和相互融合。网和有线电视网将趋于相互渗透和相互融合。7.NGNNG
6、N(Next Generation Network)是以软交换为核是以软交换为核心的，能够提供包括语音、数据、视频和多媒体业心的，能够提供包括语音、数据、视频和多媒体业务的基于分组技术的综合开放的网络架构。务的基于分组技术的综合开放的网络架构。10二、网络的概念二、网络的概念1.计算机网络：相互连接的自治计算机的集合计算机网络：相互连接的自治计算机的集合n自治自治：能独立运行，不依赖于其他计算机：能独立运行，不依赖于其他计算机q“主控从属主控从属”类型的系统是计算机网络吗？类型的系统是计算机网络吗？q“主机终端主机终端”系统（第一代网络）呢？系统（第一代网络）呢？n互连互连：以任何可能的通信连
7、接方式：以任何可能的通信连接方式q有线方式：铜线、光纤有线方式：铜线、光纤q无线方式：红外、无线电（微波）、卫星无线方式：红外、无线电（微波）、卫星通信网络通信网络计算机系统计算机系统11三、网络系统的组成三、网络系统的组成n硬件硬件q网络节点网络节点n端节点：计算机端节点：计算机n中间节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器中间节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器q通信链路：信息传输的通道通信链路：信息传输的通道n物理：传输介质物理：传输介质n逻辑：信道逻辑：信道n类比类比CATV的电缆和频道之间的关系的电缆和频道之间的关系n软件软件q通信软件（网络协议软件）通信软件（网络协议软
8、件）q网络操作系统网络操作系统q网络管理网络管理/安全控制软件、网络应用软件安全控制软件、网络应用软件12计算机网络的分类计算机网络的分类n按地域范围分类按地域范围分类q局域网局域网(Local Area Network，LAN)q城域网城域网(Metropolitan Area Network，MAN)q广域网广域网(Wide Area Network，WAN)n按拓扑结构分类按拓扑结构分类q星形星形q树形树形q总线型总线型q环形环形q全连接全连接q不规则（网状）不规则（网状）13n按通信传播方式分类：按通信传播方式分类：q点对点方式点对点方式q广播方式广播方式n按通信介质：按通信介质：q有
9、线网有线网 q无线网无线网 n按通信速率分类：按通信速率分类：q低速网低速网q中速网中速网q高速网高速网14n按使用用户分类：按使用用户分类：q公用网公用网q专用网专用网n按使用用户分类：按使用用户分类：q集中式计算机网络集中式计算机网络q分布式计算机网络分布式计算机网络n按网络环境分类：按网络环境分类：q部门网络（部门网络（Departmental Network）q企业网络（企业网络（Enterprise-Wide Network）q校园网络（校园网络（Campus Network）15网络的应用网络的应用n网络的应用领域网络的应用领域q企业信息化企业信息化 q电子商务电子商务q信息发布与
10、检索信息发布与检索 q个人通信个人通信q家庭娱乐家庭娱乐n网络引发的社会问题网络引发的社会问题16与网络相关的国际标准化组织与网络相关的国际标准化组织n国际标准化组织国际标准化组织q国际标准化组织（ISO）q电气电子工程师协会（IEEE）nInternet标准化组织标准化组织q因特网协会（Internet Society，ISOC）q因特网体系结构研究委员会（Internet Architecture Board，IAB）q因特网工程任务部（Internet Engineering Task Force，IETF）q因特网工程指导组（Internet Engineering Steering
11、Group，IESG）q因特网研究指导组（Internet Research Steering Group，IRSG）q因特网编号管理机构（Internet Assigned Number Authority，IANA）n电信标准化组织电信标准化组织q国际电信联盟ITU（International Telecommunication Union）q国际电报电话咨询委员会CCITT（Consultative Committee International Telegraph and Telephone）17第第2次次 网络体系结构网络体系结构n本次内容本次内容q计算机的网络体系结构计算机的网络体
12、系结构q网络参考模型网络参考模型q五层网络参考模型五层网络参考模型181.发展历程发展历程n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、异计算机网络的复杂性、异质性质性q不同的通信介质不同的通信介质有线、无线等有线、无线等q不同种类的设备不同种类的设备主机、路由器、交换机、复用设备等主机、路由器、交换机、复用设备等q不同的操作系统不同的操作系统UNIX、Windows等等q不同的软不同的软/硬件、接口和通信约定（协议）硬件、接口和通信约定（协议）q不同的应用环境不同的应用环境固定、移动等固定、移动等q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q宝贵的投资和
13、积累宝贵的投资和积累有形、无形等有形、无形等q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19n结构清晰n简化设计与实现n便于更新与维护n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：织网络的结构，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202.分层原理分层原理n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。把复杂把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题，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。在不同
14、层上予以解决。n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：q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？（分分层与功能层与功能）q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？（服服务与接口务与接口）q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）21n计算机网络中，计算机网络中，层层、协议协议和和层间接口层间接口的集合被的集合被称为称为网络体系结构网络体系结构。n最早的网络体系结构源于最早的网络体系结构源于IBM的的SNAq其他的网络体系结构还有其他的网
15、络体系结构还有DEC的的DNA等等n由国际化标准组织由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际制定的网络体系结构国际标准是标准是OSI/RMn实际中应用最广泛的是实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构体系结构q事实上的（事实上的（de facto）标准）标准22层次结构方法的优点层次结构方法的优点n独立性强独立性强耦合程度低耦合程度低q上层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方法黑箱方法。n适应性强适应性强q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。n易于实现和维护易于实现和维护q把复杂的系统分解
16、成若干个涉及范围小、功能简单的子单元：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：n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。n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。23对等层通信的实质对等层通信的实质n网络分层体系结构原理网络分层体系结构原理禁止禁止不同主机的对等层不同主机的对等层之间进行之间进行直接通信直接通信。n实际上，每一层必须依靠下层提供的服务来与另实际上，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。一台主机的对等层通信。q上层上层使用使用下层提供的服务下
17、层提供的服务Service user；q下层向上层下层向上层提供提供服务服务Service provider。n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n第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务24通信协议通信协议n人际交流的协议人际交流的协议:q人类之间q“我有一个问题。”q“现在几点了?”n 说明发送的消息n 说明接收到某消息后所应采取的行动n 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发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取的行动。接收消息时应采取的行动。（语义、语法和时序语义、语法和时序）25H
18、iHiWhats 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n语义语义q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：n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n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(03H)表示报文正文的结束表示报文正文的结束n语法语法q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：n
19、时序时序q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ttn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28n网络体系结构中：网络体系结构中：q每层可能会有若干个协议每层可能会有若干个协议q一个协议只属于一个层次一个协议只属于一个层次n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：q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q网络硬件网络硬件
20、n常用协议组：常用协议组：qTCP/IP（Windows、UNIX、Linux、）qNetBEUI（Windows）qIPX/SPX（NetWare、Windows）29协议数据单元（协议数据单元（PDU）n网络体系结构中，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据单元协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）。）。n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：q传输层传输层段（段（Segment）q网络层网络层分组分组/包（包（Packet）q数据链路层数据链路层帧（帧（Frame）q物
21、理层物理层比特（比特（Bit）nPDU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:n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的控制信息:q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）30n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，然后加入，然后加入本层的协议头部（和尾部）形成本层的本层的协议头部（和尾部）形成本层的PDU。q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。n因此，数据
22、在源站自上而下递交的过程实际上就是不断因此，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程就是不封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。断拆封的过程。类比：发送信件类比：发送信件q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PDU31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32网络参考模型网络参考模型nOSI/RM参考模
23、型nTCP/IP参考模型33OSI/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Network7654321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34物理层（物理层（Physical Layer）n功能：在物理媒体功
24、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。n服务：串行和并行服务：串行和并行n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：q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q电气电气：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，最：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大传输距离等大传输距离等q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q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n例：例：RS-232、RS-449、V.24、V.35、G.703/
25、G.70435n在两个在两个相邻节点相邻节点间可靠地传输数据，使之对网络层呈现间可靠地传输数据，使之对网络层呈现为一条无错的链路。为一条无错的链路。nPDU：帧（：帧（Frame）n功能：功能：q建立与拆除数据链路连接建立与拆除数据链路连接q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q物理寻址物理寻址：MAC地址地址/物理地址物理地址q定界与同步定界与同步：产生：产生/识别帧边界识别帧边界q错误检测错误检测/恢复恢复：可靠的传输，：可靠的传输，CRC，ARQq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：抑止发送方的传输速率，使接收方来得及接
26、收接收数据链路层（数据链路层（Data Link Layer）36n寻址并选择合适的路由，把数据报从源端传送到目的端，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。在需要时对上层的数据进行分段和重组。n功能：功能：q在源端与目的端之间建立、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q寻址、路由选择和分组中转寻址、路由选择和分组中转q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q流量控制和拥塞控制流量控制和拥塞控制q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q差
27、错检测与恢复差错检测与恢复q流量统计和记账流量统计和记账nIP协议协议 网络层（网络层（Network Layer，Internet Layer）37n对网络层的连接进行管理，在源端与目的端之间提供可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细节。子网的实现细节。n传输层的特点传输层的特点q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；q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与网络层的部分服务有重叠交叉，功能取舍取决于网络
28、层功能的强弱；的强弱；q只存在于端主机中；只存在于端主机中；q实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n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？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）38会话层（会话层（Session Layer）n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。n功能：功能：为用户建立、引导和释放会话连接。n服务q服务类型：双向同时(双工)
29、、双向交替(半双工)和单向(单工)q同步 39表示层（表示层（Presentation Layer）n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。n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。n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 40n为为End-user的应用进程提供标准的网络服务和应用接的应用进程提供标准的网络服务和应用接口。口。n功能：功能：q提供各种不同的应
30、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；q为用户进程提供应用接口；为用户进程提供应用接口；q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；q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；q为通信过程申请资源。为通信过程申请资源。n应用层协议的例子：应用层协议的例子：qOSI:nVTP、MHS、FTAM、DS、qTCP/IP:nTelnet、SMTP、FTP、DNS、HTTP、应用层（应用层（Application Layer）41nTCP/IP不是一个单个的协议，而是由数十个具不是一个单个的协议，而是由数十个具有层次结构的协议
31、组成的一个协议集。有层次结构的协议组成的一个协议集。qTCP和和IP是该协议集中的两个最重要的核心协议。是该协议集中的两个最重要的核心协议。nTCP/IP是是Internet上的标准通信协议集。上的标准通信协议集。nTCP/IP标准以标准以“请求注释请求注释”（RFC）文档发布：）文档发布：qTCP RFC 768,UDP RFC793qIP RFC 791qDNS RFC 1034,1035,FTP RFC 959,1635TCP/IP参考模型参考模型42Message（报文）（报文）Segment（段）（段）Packet（分组）（分组）Frame（帧）（帧）Bit（比特）（比特）TCP/I
32、P协议栈协议栈PDU应用层应用层HTTP,FTP,SMTP,DNS,Telnet,传输层传输层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43TCP/IP的应用层的应用层n应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络管应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、理、Web浏览等应用提供了支持。浏览等应用提供了支持。n有些协议的名称与以其为基础的应用程序同名。有些协议的名称与以其为基础的应用程序同名。应用层应
33、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网络管理网络管理 SNMP名字管理名字管理 DNS 44TCP/IP的传输层的传输层n传输层的主要功能：传输层的主要功能：提供进程间可提供进程间可靠的传输服务靠的传输服务。n传输层包括传输层包括TCP和和UDP两种传输两种传输协议：协议：qTCP是是面向连接的面向连接的传输协议。传输协议。n在数据传输之前建立连接；在数据传输之前建立连接；n把报文分解为多个段进行传输，把报文分解为多个段进行传输，在目的站
34、再重新装配这些段；在目的站再重新装配这些段；n必要时重新传输没有收到或错误必要时重新传输没有收到或错误的段，因此它是的段，因此它是“可靠可靠”的的。qUDP是是无连接的无连接的传输协议。传输协议。n在数据传输之前不建立连接；在数据传输之前不建立连接；n对发送的段不进行校验和确认，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；n主要用于请求主要用于请求/应答式的应用和语应答式的应用和语音、视频应用。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时，可靠性问题由应用层协议解决。使用TCP时，可靠性
35、问题在传输层已经解决。45HTTPFTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCP 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）。便准确地把信息提交给上层对应的协议（进程）。port8046TCP/IP的网际（网络）层的网际（网络）层n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。q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n网际层的核心协议网际层的核心协议IP，提供了，提供了无连接
36、无连接的数据报传输的数据报传输服务（不保证送达，不保证序，不保证无错）。服务（不保证送达，不保证序，不保证无错）。q传输前不需建立连接传输前不需建立连接q提高了传输效率提高了传输效率n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。q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47n网际层的其他重要协议：网际层的其他重要协议：qICMP（Internet Control Message Protocol）n传递控制消息传递控制消息q可达性测试可达性测试q传送路由状态信息传送路由状态信息q超时通知超时通知q不可达通知不可达通知n封装在封
37、装在IP中进行传输中进行传输qARP（Address Resolution Protocol）n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qRARP（Reverse Address Resolution Protocol）n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qIGMP（Internet Group Management Protocol）n多播组管理多播组管理48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传传输输层层网网际际层层IP分组中的分
38、组中的协议域协议域确确定目的端的上层协议定目的端的上层协议49TCP/IP的网络接口层的网络接口层n没有定义任何实际协议，仅定义了网络接口n任何已有的数据链路层协议和物理层协议都可以用来支持TCP/IPn典型的例子：qEthernet、Token Ring、HDHL、X.25、ATMn优点：适应性强、灵活n缺点：不能利用已存在的某些有用的功能qTCP/IP总是认为其下层是不可靠的（尽管可能已经足够可靠）50nOSI/RM和和TCP/IP相结合的相结合的5层结构层结构原理体系结构：原理体系结构：q应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层应用层应用层表示
39、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7654321OSI/RM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TCP/IPPPP,HDLC,FDDI,Ethernet,802.3,802.5等等等等TCP/IP支持支持所有标准的物所有标准的物理层和数据链理层和数据链路层协议路层协议TCP/IP与与OSI/RM的对应关系的对应关系51OSI与TCP/IP参考模型比较n相同点相同点q以协议栈为基础q传输层之上的各层都是传输服务的用户，并且都是面向应用的用户。n不同点不同点qOSI模型在前，协议在后，使得协议相对更加容易被替换为新的协议；TCP/IP模
40、型在后，协议在前，模型不适合其他协议栈。qOSI模型的网络层同时支持无连接和面向连接的通信，但是传输层上只支持面向连接的通信；TCP/IP模型的网际层上只有一种模式(即无连接通信)，但是在传输层上同时支持两种通信模式。52第三次 网络设备本次重点本次重点网络接口卡及其使用网络接口卡及其使用集线器及其使用集线器及其使用交换机及其使用交换机及其使用路由器及其使用路由器及其使用构造简单的网络构造简单的网络53n网卡是将计算机接入局域网的必备设备，主要负责网卡是将计算机接入局域网的必备设备，主要负责网络数据的收发，是主机与网络之间通信必经的关网络数据的收发，是主机与网络之间通信必经的关口。口。n网卡的
41、功能可分为两个方面：一是整理计算机上的网卡的功能可分为两个方面：一是整理计算机上的数据，在将数据分解成适当大小的数据帧后送往网数据，在将数据分解成适当大小的数据帧后送往网络；二是接收网络中发送过来的数据帧，经整合处络；二是接收网络中发送过来的数据帧，经整合处理后还原为发送前的数据，然后再交计算机进行处理后还原为发送前的数据，然后再交计算机进行处理。理。542.网络集线器网络集线器(HUB)n多端口的中继器，属于物理层设备多端口的中继器，属于物理层设备n功能：在网段之间拷贝比特流，信号整形和放大功能：在网段之间拷贝比特流，信号整形和放大n可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备可认为它是将总
42、线折叠到铁盒子中的集中连接设备n可改变网络物理拓扑形式：总线连接可改变网络物理拓扑形式：总线连接星形连接星形连接n端口数：常见的有端口数：常见的有8，12，16，24口口55实现网段分割的设备实现网段分割的设备网络交换机网络交换机 网络交换机和网桥属同一类设备，工作在数据网络交换机和网桥属同一类设备，工作在数据链路层上。但网络交换机的端口数多，并且速度链路层上。但网络交换机的端口数多，并且速度快。在这个意义上，网络交换机又称为多端口的快。在这个意义上，网络交换机又称为多端口的高速网桥。高速网桥。56n工作在第三层（网络层）上。工作在第三层（网络层）上。n在网络之间转发网络分组。在网络之间转发网
43、络分组。n能够提供按最佳路由转发网络分组。能够提供按最佳路由转发网络分组。n实现子网隔离，限制广播风暴。实现子网隔离，限制广播风暴。(目的地址无法识别时，目的地址无法识别时，路由器将其丢弃，而不是广播路由器将其丢弃，而不是广播比较网络交换机比较网络交换机)n用路由器连接起来的若干个网络，它们仍是各自独用路由器连接起来的若干个网络，它们仍是各自独立的。要想从一个网络访问用路由器连接起来的另一立的。要想从一个网络访问用路由器连接起来的另一个网络中的站点，必须指定该站点的逻辑地址（个网络中的站点，必须指定该站点的逻辑地址（IP地地址），通过广播是无法与之进行通信的。因为路由器址），通过广播是无法与之
44、进行通信的。因为路由器不会转发广播包。不会转发广播包。57内容提示q计算机网络地址 qARP协议和RARP协议qARP与IP的交互第4次课 IP地址58网络层协议组成n因特网的网络层协议分成四部分：网际协议（网际协议（IP）、路路由选择协议由选择协议、网络控制信息协议（网络控制信息协议（ICMP）和组播协议组播协议（IGMP）。q网际协议网际协议：决定了网络层的编址机制，数据报的格式（网络层的PDU），各节点根据数据报的字段所应采取的动作。IP协议有两个版本，IPv4 RFC 791和IPv6 RFC 2373，RFC 2460。q路由选择协议路由选择协议：决定数据报在发送过程中由信源到信宿所
45、经过的路由器。q网络控制信息协议网络控制信息协议：可以为用户提供网络中的各种运行信息。q组播协议组播协议：由于数据报的发送无须建立过程和响应信息，因此可以支持因特网上的多点同时传送，但由于网络层协议设计上的限制，多点传送解决起来比较复杂。59网际协议IPInternet ProtocolnIP是因特网的网络层中最重要的协议q提供数据报数据报（Datagram）的投递服务（主机到主机）q在不同的数据链路层上进行数据转发操作nIP的数据报投递服务是非连接的，不可靠的q非连接n数据报之间没有相互的依赖关系；n不能保证报文的有序投递。q不可靠n数据报的投递没有任何品质保证（QoS），数据报可能被正确投
46、递，可能被丢弃。60IP地址nIP地址地址:32bit的逻辑地址,用来标识主机或路由器的网络接口；n网络接口网络接口:用于连接主机与路由器之间的物理链路：q路由器有多个接口q主机可能有一个，也可能有多个接口qIP地址只与设备的网络接口有关nIP地址书写方法：q32bit划分为4个字节q写成点分的4个十进制数223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27223.1.1.1=11011111 0022311161IP地址nIP地址包括2个部分:q网络地址（网络号）
47、q主机地址（主机号）223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27由3个IP网络组成的互联网(对于以223开头的IP地址，前24位为网络地址)LAN62IP地址n为讨论“网络”的说法，重新审视IP地址：q“分类”编址：1.0.0.0 to126.255.255.255128.0.0.0 to191.255.255.255192.0.0.0 to223.255.255.255224.0.0.0 to239.255.255.255Range0NetID10110N
48、etID1110Multicast AddressHostIDNetIDHostIDHostIDClassABCD8 bits8 bits8 bits8 bits最大网络数=27-2=126最大主机数=224-2=16777214最大网络数=214=16384最大主机数=216-2=65534最大网络数=221=2097152最大主机数=28-2=25463特殊IP地址 RFC1918中规定如下地址是私有地址：10.0.0.010.255.255.255、172.16.0.0172.31.255.255、192.168.0.0192.168.255.255 用于广播，也称定向广播，需要指定目标
49、网络主机地址全1用于指定网络本身，称之为网络地址或者网络号主机地址全0指本地节点(一般为127.0.0.1)，用于测试网卡及TCP/IP软件网络127.0.0.0用途用途地址地址64划分子网n为什么要划分子网？qIP分类不合理，地址空间利用率低n美国的某些机构拥有的地址空间甚至比其他一些国家的全部地址空间还大q每个网络都指定一个网络地址将使路由表太大n增加了路由器成本n查找路由耗时增加n路由器之间交换的路由信息增加q两级IP地址不够灵活n不能充分利用已申请到的地址资源扩充新的网络q如何在现有的地址范围中建立多个网络？65n划分子网（Subnetting）q又称子网寻址或子网路由选择q方法：n从
50、IP地址的主机编号部分“借用”若干位作为子网编号q主机编号部分相应缩短q例如：n原来的网络：10.5.0.0n借用2位划分子网后：10.5.64.0和10.5.128.0 n子网的特点：q多个子网可以运行在同一物理网络上。q划分子网后，原来的网络对外仍呈现为一个完整的网络，外面看不见其内部的子网结构。q即：划分子网完全是该网络内部的事务，与外部无关。00001 xxxxxxxx xxxxxxxx网络号 主机号子网1：00001 01 xxxxxx xxxxxxxx网络号 子网号 主机号子网2：00001 10 xxxxxx xxxxxxxx网络号 子网号 主机号66子网掩码n子网掩码的作用q使
