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1本章学习要求： 掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念。 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、各层的基本服务功能与主要协议。 . 了解：网络操作系统22.1 网络体系结构的基本概念 2.1.1 网络协议的概念网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约 定与标准； 网络协议的三要素：语义、语法与时序； 语义：用于解释比特流的每一部分的意义； 语法：语法是用户数据与控制信息的结构与 格式，以及数据出现的顺序的意义； 时序：事件实现顺序的详细说明。 3两个计算机交换文件 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命令 是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块 进行发送把收到的文件交给 上层模块4再设计一个通信服务模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方把文件交给下层模块 进行发送把收到的文件交给 上层模块通信服务模块通信服务模块5再设计一个网络接入模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络 接口网络 接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。62.1.2 协议、层次、接口与体系结构的概念计算机网络的四个重要的概念 层次（layer） 协议（protocol） 接口（interface） 体系结构（architecture）返回72.1.3 网络体系结构的研究方法 层次结构研究方法的优点.各层之间相互独立; .灵活性好; .各层都可以采用最合适的技术来实现; .易于实现和维护; .有利于促进标准化。返回 8OSI参考模型的结构92.2.3 OSI参考模型各层的功能物理层的主要功能： 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； 实现比特流的透明传输，为数据链路 层提供数据传输服务； 物理层的数据传输单元是比特。10 物理层包含以下各项： 数据传输介质（电线电缆、光纤、无线 电波和微波 网络插头 网络拓扑结构 信令与编码方法 数据传输设备 网络接口11数据链路层的主要功能： 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； 传输以“帧”为单位的数据包； 采用差错控制与流量控制方法，使有差错的 物理线路变成无差错的数据链路。 12网络层的主要功能： 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； 为数据在结点之间传输创建逻辑链路； 实现拥塞控制、网络互连等功能。13传输层的主要功能： 向用户提供可靠端到端（end-to-end）服 务； 处理数据分组错误、数据分组次序，以 及其他一些关键传输问题； 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。 14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 ； 管理数据交换。 15表示层的主要功能： 用于处理在两个通信系统中交换信 息的表示方式； 数据格式变换； 数据加密与解密； 数据压缩与恢复。16应用层的主要功能: 为应用程序提供了网络服务; 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; 建立传输错误纠正与保证数据完整性 的控制机制。 172.2.4 OSI环境中的数据传输过程1. OSI环境（OSI environment） 182. OSI环境中的数据传输过程 19计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2 应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU20计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文21计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）22计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧23计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体24计算机 1 向计算机 2 发送数据 应用层(application layer) 5432154321物理传输媒体计算机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理层计算机 225计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层26计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部 取出数据部分，上交给网络层27计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去首部，取出数据部分 上交给运输层28计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去首部，取出数据部分 上交给应用层29计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据 上交给应用进程30计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！31计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层 首部T2链路层 尾部32计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 210100110100101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据33H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后 把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据34H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给运输层35H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去报文首部后 把报文的数据部分交给应用层36应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后 把应用程序数据交给应用进程37计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！382.2.5 面向连接服务与无连接服务 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； 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； 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）。 39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；40面向连接服务的特点 3.面向连接服务的传输连接类似一个通信 管道，发送者在一端放入数据，接收者 从另一端取出数据； 4.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。41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；42无连接服务的特点 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。返回 432.3.1 TCP/IP参考模型的发展 TCP/IP协议一共出现了6个版本，后3个 版本是版本4、版本5与版本6；目前我们 使用的是版本4，它的网络层IP协议一般 记作IPv4 ； 版本6的网络层IP协议一般记作IPv6（或 IPng, IP next generation）； IPv6被称为下一代的IP协议。442.3.2 TCP/IP参考模型各层的功能 应用层（application layer） 传输层（transport layer） 互连层（internet layer） 主机-网络层（host-to-network layer） 45TCP/IP 参考模型与 OSI 参考模型的对应关系 46主机-网络层 参考模型的最低层，负责通过网络发送 和接收IP数据报; 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;47互连层 相当OSI参考模型网络层无连接网络 服务； 处理互连的路由选择、流控与拥塞问 题； IP协议是无连接的、提供“尽力而为” 服务的网络层协议。 48传输层 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； 传输控制协议TCP是一种可靠的面向连 接协议； 用户数据报协议UDP是一种不可靠的无 连接协议。 49应用层应用层协议主要有： 网络终端协议Telnet； 文件传输协议FTP； 简单邮件传输协议SMTP； 域名系统DNS； 简单网络管理协议SNMP； 超文本传输协议HTTP。返回 50TCP/IP协议的特点 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，更适用于互连网中； 统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设 备在网中都具有惟一的地址； 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户 服务。返回51网络操作系统网络操作系统（Network Operating System 简称NOS）实际上是程序集合， 它使计算机能方便有效地共享网络资源 ，为网络用户提供各种所需的服务。常 用的网络操作系统有：Windows(2000、 2003)、Unix和Linux等。52 问题： 因特网使用的IP协议是无连接的 ，因此其传输是不可靠的。这样容易使 人们感到因特网很不可靠。那么为什么 当初不把因特网的传输设计成为可靠的 ？ 返回532.4 OSI参考模型与TCP/IP参考模型