计算机网络第二章(rev1).ppt

计算机网络原理,第2章 计算机网络体系结构,2.1 网络的分层体系结构 2.2 OSI/RM 开放系统互连参考模型 2.3 TCP/IP参考模型 2.4 OSI/RM 与TCP/IP参考模型的比较,2.1 网络的分层体系结构,2.1.1 协议的要素 网络协议（Protocol）是一种特殊的软件。它指通信双方 所遵循的一组规则、标准或约定。协议总是指某一层协议，准 确地说，它是对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定 的集合。一个具体协议包括语法、语义和时序三方面内容。,（1）语法（Syntax）：将若干个协议元素和数据组合在 一起用来表达一个完整的内容所应遵循的格式，也就是对信息的数据结构做一种规定。例如用户数据与控制信息的结构与格式、编码及信号电平等。 （2）语义（Semantics）：是对协议元素的含义进行解 释，不同类型的协议元素所规定的语义是不同的。例如需要发出何种控制信息、完成何种动作及得到的响应等。,规定通信双方“讲什么”,规定通信双方“如何讲”,（3）时序（Timing)：对事件实现顺序的详细说明。例 如在双方进行通信时，发送点发出一个数据报文，如果目标点 正确收到，则回答源点接收正确；若接收到错误的信息，则要 求源点重发一次。,规定双方的“应答关系”,3.1.2 分层体系结构,在图2.1所示的一般分层结构中，n 层是n-1层的用户，又 是n+1层的服务提供者。n+1层虽然只直接使用了n层提供的服 务，实际上它通过n层还间接地使用了n-1层以及以下所有各层 的服务。 层次结构模型与各层协议的集合统称为网络体系结构 （Architecture）。不同的网络体系结构中分层的数量、各层 的名称、内容和功能不同。层次结构一般以图2.2所示的垂直 分层模型来表示。 世界上第一个网络体系结构是1974年由IBM公司提出的 “系统网络体系结构SNA”。,图2.1 层次模型 图2.2 计算机网络的层次模型,2.2 OSI/RM开放系统互连参考模型 2.2.1 OSI/RM简介 OSI1983年得到国际标准化组织（ISO）和 CCITT的批准，以ISO7498和X.200文件公布。 所谓“开放”是指：只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这一的 其他任何系统进行通信。 OSI包括了体系结构、服务定义和协议规范三级 抽象。,2.2 OSI/RM开放系统互连参考模型,2.2.2 OSI/RM的结构 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制定互用的服务原语； OSI各层的协议规范（称对等层协议），精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。,分层结构的优点： （1）各层之间是独立的，只需通过层间接口 （界面）提供服务。 （2）灵活性好，当某层发生变化时，只要接口 关系保持不变，不影响其他层；层内内容可以修改， 甚至根据需要可取消某层。 （3）结构上可分割开，各层都可以采用最合适 的技术来实现。 （4）易于实现和维护。 （5）能促进标准化工作。,图2.3 OSI参考模型,数据,数据 段 数据包 帧 比特 电脉冲,011101000011000010100101111010110,数据多层封装,2.2.2 面向连接的服务无连接服务 （1）服务：服务是在OSI/RM 内部相邻层之间，由下一 层向上一层提供的功能的总称。所谓N层服务是由第N层以及 N层以下所有协议层、通过N层与N1层的接口、向N1层 提供的功能的总称。,OSI模型定义的服务分面向连接的服务和无连接服务： 面向连接的服务：连接是指两个对等实体为进行数据 通信而进行的一种结合。面向连接的服务就是在数据交换之 前必须先建立连接，保留下层的有关资源，数据交换结束后， 则应终止这个连接，释放所保留的资源。即数据传送的过程包 括建立连接、传送数据、连接拆除三个阶段。 无连接服务：两个实体之间不建立连接就可以通信，在 数据传输时动态地分配下层资源，不需要事先进行预保留。,（2）协议：协议是可形象地描述为“水平的”，即 协议-对对等层实体间交换数据的格式、意义和交换规则的描述。 而服务是“垂直的”，OSI服务功能必须通过协议提供。但如要更换下层协议，只要保持服务原语不变，服务应用层就不需做任何变化，而且也意识不同下层的这些变化。 协议的基本元素称为协议数据单元。它是对等层实体间交换的逻辑数据单位。OSI模型各层的逻辑数据单元单位（或名称）如图2.3所示。,3、服务原语 服务原语是当（N1）层向N层请求服务时，服务用户与服务提供者之间进行交互时所要交换的一些必要信息，用于表明需要本地的或远端的对等实体做哪些事情。,服 务 用 户,第 n 层,第 n + 1 层,服 务 用 户,在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得 本层能够向上一层提供服务。 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。,四种服务原语： （1）Request（请求）。用户利用它要求服务提供者提供某些服务，如建立连接或发送数据等。 （2）Indication（指示）。服务提供者执行一个请求以后，用指示原语通知接收方的用户实体，告知有人想要与之建立连接或发送数据等。 （3）Response（响应）。收到指示原语后，利用响应原语向对方作出反应，例如同意或不同意建立连接等。 （4）Confirm（确认）。请求对方可以通过接收确认原语来获悉对方是否同意接受请求。,2.3 TCP/IP参考模型,2.3.2 TCP/IP的体系结构 1、TCP/IP的体系结构 TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多别的协议， 组成了TCP/IP协议簇。一般来说，TCP提供传输层服务，而 IP提供网络层服务。,图3.6 TCP/IP与相应OSI/RM层次对比,需指出： （1）TCP/IP是在OSI模型之前按照自己的模型发展形成 的，它与OSI模型的对应关系不很严格。 （2）TCP/IP没有与OSI模型的物理层和数据链路层相对 应的内容，没有限定网络拓扑结构，可建立在各种通用网基础 上。 （3）TCP/IP实际包括两个最主要的协议，即TCP协议和 IP协议，它们可联合使用，也可与其他协议配合使用。,TCP/IP模型,TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划实现若干台主机的相互通信。 现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。 TCP/IP模型包括4个概念层次： 应用层（application） 传输层（transport） 互连层（网际层）（internet） 网络接口（network interface）,TCP/IP概念层次,Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等,TCP/IP与OSI参考模型的对应关系,TCP/IP与应用层,应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。,TCP/IP与传输层,传输层的两项主要功能： 流量控制：通过滑动窗口实现； 可靠传输：由序号和确认来实现。,传输层提供了TCP和UDP两种传输协议： TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的段。 UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的。,面向连接的 TCP 无连接的 UDP,传输层提供了两种传输协议,TCP/IP网际层的四个主要协议,TCP,UDP,6,17,IP,传输层,网际层,IP数据报的协议域确定目的端的上层协议,2、TCP/IP各层主要功能 （1）网络接口层：详细指定如何通过网络实际发送数据,包括直接与网络传输介质（如同轴电缆、光纤或双绞 铜线）接 触的硬件设备如何将比特流转换成电信号。 网络接口层使用的协议包括以太网、令牌环、ATM、 FDDI、X.25、帧中继等。,（2）Internet层：将数据装入IP数据报，包括用于在主机 间以及经过网络转发数据报时所用的源和目标的地址信息。实 现IP数据报的路由。 Internet层包括4个协议，即网际协议、网际控制报文协 议、地址解析协议和逆向地址解析协议。 （3）传输层：提供主机之间的通讯会话管理。定义了传 输数据时的服务级别和连接状态。包括传输控制协议、用户数 据报协议。 （4）应用层：定义了TCP/IP应用协议以及主机程序与要 使用网络的传输层服务之间的接口。包括超文本传输协议、远 程登录、文件传输协议、简单网络管理协议、域名服务器、简 单邮件传输协议等。 3、主要协议简介 （1）IP协议,IP 协议在RFC 7911中定义。IP是无连接的、不可靠的数 据报协议，主要负责主机之间的寻址和路由数据包。 无连接意味着交换数据之前没有建立会话。不可靠意味着 传送没有保障。IP总是尽力传递数据包。IP数据包可能丢失、 不按顺序传递、重复或延迟。 IP数据包，也称作IP数据报，由IP报头和IP有效负载组 成。IP报头包含以下字段用于寻址和路由： 源IP地址：IP数据报最初的源IP地址。 目标IP地址：IP数据报最终目标的IP地址。 生存时间TTL：指定数据报被路由器丢弃之前允许通过 的网段数量。TTL是由发送主机设置的，以防止数据包不断在 IP网络上永不终止地循环。转发IP数据包时，要求路由器至少 将TTL减小1。 （2）网际控制报文协议 通过ICMP，使用IP通信的主机和路由器可以报告错误并 交换受限控制和状态信息。,（3）地址解析协议和逆向地址解析协议 IP地址实际上是在网际范围内标识主机的一种逻辑地址， 传输报文时还必须知道目的主机的物理地址，ARP协议的功能 是由一个主机的IP地址获得其物理地址。RARP协议的任务与 ARP相反，用于将本地的物理地址解析为网络中的协议地址 （当前大多是IP地址）。 （4）传输控制协议 功能： 确保IP数据报的成功传递。 对程序发送的大块数据进行分段和重组。 确保正确排序以及按顺序传递分段的数据。 通过计算校验和，进行传输数据的完整性检查。 根据数据是否接收成功发送肯定消息。通过使用选择性 确认，也对没有收到的数据发送否定确认。 为必须使用可靠的、基于会话的数据传输程序，如客户 端/服务器数据库和电子邮件程序，提供首选传输方法。,（5）用户数据报协议 某些程序使用UDP来代替TCP，以便在TCP/IP主机之间 快速、少量、但不可靠地传输数据。 UDP提供的是无连接数据报服务，这意味着UDP无法保 证任何数据报的传递或验证数据报的顺序。 （6）Telnet、FTP、SMTP、DNS Telnet是远程登录，它允许一个用户的计算机通过远程登 录仿真成某个远程主机的终端，来访问远程主机的程序和数据 资源。 FTP是文件传输协议，作用是在网络计算机间传送文件。 FTP支持用户在自己的主机上来查某个远程主机（通常是网络 服务器）的文件目录，从中选择文件拷贝到用户主机。 SMTP是简单邮件传输协议，它的目标是可靠高效地传送 邮件，它独立于传送子系统而且仅要求一条可以保证传送数据 单元顺序的通道。 DNS是域名服务协议，它驻留在域名服务器上，维护着一 个分布式的名字数据库，负责Internet域名与IP地址的相互转 换。,2.4 TCP/IP与OSI参考模型的比较,相同点：两者都以协议栈的概念为基础，协议栈 中的协议彼此相互独立，两个模型中都采用层次结构 的概念，各层的功能也大体相同。 不同点：OSI参考模型产生在协议发明以前，这 意味着该模型没有偏向于任何特定的协议，因此非常 通用。不足的是不知道该把哪些功能放在哪一层最好。 TCP/I