计算机网络技术基础 （项目式微课版） 课件 第3章-计算机网络体系结构

第3章计算机网络体系结构CONTENTSCONTENTS01网络体系结构与协议概述02开放系统互连参考模型03TCP/IP参考模型CONTENTSCONTENTS04

IPV4编址05IPV4编址06

项目技能实践第3章

计算机网络体系结构3.1网络体系结构与协议概述3.1.1网络体系结构的概念3.1.2网络体系的分层结构3.1.3网络协议的概念3.1.4网络层次结构中的相关概念第3章

计算机网络体系结构网络体系结构是指整个网络系统的逻辑组成和功能分配，定义和描述了一组用于计算机及其通信设施之间互联的标准和规范的集合。研究网络体系结构的目的在于定义计算机网络各个组成部分的功能，以便在统一的原则指导下进行网络的设计、使用和发展。1．层次结构的概念2．层次结构的主要内容3．层次结构划分原则4．划分层次结构的优越性3.1.1网络体系结构的概念第3章

计算机网络体系结构3.1.2网络体系的分层结构网络体系都是按层的方式来组织的，每一层都能完成一组特定的、有明确含义的功能，每一层的目的都是向上一层提供一定的服务，而上一层不需要知道下一层是如何实现服务的。第3章

计算机网络体系结构3.1.3网络协议的概念连网的计算机以及网络设备之间要进行数据与控制信息的成功传递就必须共同遵守网络协议，网络协议包含了3个方面的内容：语义、语法和时序。语义：规定通信的双方准备“讲什么”，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。语法：规定通信双方“如何讲”，即确定用户数据与控制信息的结构、格式、数据编码等。时序：又可称为“同步”，规定了双方“何时进行通信”，即对事件实现顺序的详细说明。第3章

计算机网络体系结构3.1.4网络层次结构中的相关概念网络层次结构中包含实体、接口、服务等相关概念。1．实体2．接口3．服务4．层间通信5．服务访问点6．协议数据单元7．接口数据单元第3章

计算机网络体系结构3.2开放系统互连参考模型3.2.1OSI参考模型3.2.2OSI参考模型各层的功能3.2.3OSI参考模型数据传输过程第3章

计算机网络体系结构3.2.1OSI参考模型OSI参考模型将计算机网络通信协议分为7层。OSI参考模型的层次是相互独立的，每一层都有各自独立的功能，这7层由低至高分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每一层完成通信中的一部分功能，并遵循一定的通信协议，这些协议具有如下特点。（1）网络中每个节点均有相同的层次。（2）不同节点的对等层具有相同的功能。（3）同节点内相邻层之间通过接口通信。（4）每一层可以使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务。（5）仅在最低层进行直接的数据传输。第3章

计算机网络体系结构3.2.2OSI参考模型各层的功能OSI已经为各层制定了标准，各个标准作为独立的国际标准公布，下面以从低层到高层的顺序依次介绍OSI参考模型的各层功能。1．物理层2．数据链路层3．网络层4．传输层5．会话层6．表示层7．应用层第3章

计算机网络体系结构3.2.3OSI参考模型数据传输过程OSI参考模型中数据的实际传输过程如图3.7所示。发送进程传输数据给接收进程，实际上是经过发送端通过发送进程到各层，从上到下传输到物理传输介质（物理媒体），通过物理传输介质传输到接收端，再经过从下到上各层的传递，最后到达接收端的接受进程。1．数据解封装2．网络通信常见术语。第3章

计算机网络体系结构3.3TCP/IP参考模型3.3.1TCP/IP概述3.3.2TCP/IP参考模型各层的功能3.3.3OSI/ISO与TCP/IP参考模型比较3.3.4TCP/IP网际层协议3.3.5TCP/IP传输层协议3.3.6TCP/IP应用层协议第3章

计算机网络体系结构3.3.1TCP/IP概述TCP/IP是目前最流行的商业化网络协议，尽管它不是某一标准化组织提出的正式标准，但它已经被公认为目前的工业标准或“事实标准”。Internet之所以能迅速发展，是因为TCP/IP能够适应和满足世界范围内数据通信的需求。1．TCP/IP的特点2．TCP/IP的缺点3．TCP/IP参考模型的层次第3章

计算机网络体系结构3.3.2TCP/IP参考模型各层的功能TCP/IP参考模型各层的功能如下。1．网络接口层2．网际层3．传输层4．应用层第3章

计算机网络体系结构3.3.3OSI/ISO与TCP/IP参考模型比较TCP/IP参考模型与OSI/ISO参考模型在设计上都采用了层次结构的思想，不过层次划分及使用的协议有很大的区别。无论是OSI/ISO参考模型还是TCP/IP参考模型都不是完美的，都存在某些缺陷。总结两者的区别主要如下。（1）法律上的国际标准OSI并没有得到市场的认可，非国际标准TCP/IP现在获得了最广泛的应用，TCP/IP常被称为事实上的国际标准。（2）OSI的专家们在完成OSI标准时没有商业驱动力。（3）OSI的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低。（4）OSI标准的制定周期太长，从而使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场。（5）OSI的层次划分不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。（6）OSI引入了服务、接口、协议、分层的概念，TCP/IP借鉴了OSI的这些概念建模。1．OSI参考模型的优、缺点2．TCP/IP参考模型的优、缺点第3章

计算机网络体系结构3.3.4TCP/IP网际层协议在计算机网络的众多协议中，TCP/IP是应用最广泛的，在TCP/IP参考模型包含的4个层次中，只有3个层次包含实际的协议。网际层的协议主要包括IP、ARP、ICMP和IGMP。1．IP2．ARP3．ICMP4．IGMP第3章

计算机网络体系结构3.3.5TCP/IP传输层协议传输层协议主要包括ICP和UDP。1．TCP2．UDP第3章

计算机网络体系结构3.3.6TCP/IP应用层协议1．超文本传输协议2．文件传输协议3．远程登录协议4．简单邮件传输协议5．域名解析协议6．简单网络管理协议7．动态主机配置协议第3章

计算机网络体系结构3.4IPV4编址3.4.1IPv4编址概述3.4.2IPv4地址的表示方法3.4.3子网划分与规划第3章

计算机网络体系结构3.4.1IPv4编址概述IP地址用于跨越任何数量的网络，跨越互联网，从世界上任何位置找到目的计算机，网关或路由器根据IP地址将数据帧传输到它们的目的计算机，直到数据帧到达本地网络，硬件地址才发挥作用。1．二进制与十进制要掌握IP地址和子网划分方法，首先必须要对进制数记数有一定的认识，下面简要介绍十进制和二进制的互相转换。（1）二进制与十进制。（2）二进制数转换成十进制数。（3）十进制数转换成二进制数。2．网络地址标识第3章

计算机网络体系结构3.4.2IPv4地址的表示方法Internet上的不同主机之间要进行通信，除使用TCP/IP外，每台主机都必须有一个不与其他主机重复的地址，这个地址就是Internet地址，它相当于每台主机的名字。Internet地址包括IP地址和域名地址两种不同的地址。1．IPv4地址的表示方法2．IPv4地址的组成3．IPv4地址的分类与构成4．子网掩码5．特殊的IP地址

第3章

计算机网络体系结构3.4.3子网划分与规划为了提高IP地址的使用效率，可以将一个网络划分为多个子网。可以采用借位的方法，从主机最高位开始借位使之变为新的子网号，剩余部分仍为主机号，将本来属于主机号的部分变为子网号和主机号，这样就实现了将大的网络划分为多个小的网络，满足了不同网络对IP地址的个性化需求，体现了网络的层次性。1．子网划分2．规划IP地址第3章

计算机网络体系结构3.5IPV6编址3.5.1IPv6概述3.5.2IPv6报头结构与格式3.5.3IPv6地址类型3.5.4IPv6技术的新特性3.5.5IPv4到IPv6的过渡技术第3章

计算机网络体系结构3.5.1IPv6概述在Internet发展初期，IPv4以其简单、易于实现、互操作性好的优势得到快速发展。然而，随着Internet的迅猛发展，IPv4地址不足等设计缺陷也日益明显。IPv4理论上能够提供的地址数量是43亿，但是由于地址分配机制等，IPv4实际可使用的地址数量远远达不到43亿。Internet的迅猛发展令人始料未及，也带来了地址短缺的问题。针对这一问题，先后推出过几种解决方案，如CIDR和NAT，但是它们都有各自的弊端和不能解决的问题，在这样的情况下，IPv6的应用和推广便显得越来越迫切。随着Internet规模的不断扩大，IPv4地址空间已经消耗殆尽。IPv4网络地址资源有限，严重制约了Internet的应用和发展。另外，网络的安全性、QoS、简便配置等要求也表明需要一个新的协议来彻底地解决目前IPv4面临的问题。IPv6不仅能解决网络地址资源短缺的问题，还能解决多种接入设备连入互联网的问题，使得配置更加简单、方便。IPv6采用了全新的报文格式，提高了报文的处理效率，也提高了网络的安全性，还能更好地支持QoS。第3章

计算机网络体系结构3.5.2IPv6报头结构与格式IPv6报文的整体结构分为IPv6报头、扩展报头和上层协议数据3个部分。1．IPv6报头结构2．IPv6地址格式（1）冒分十六进制表示法。（2）0位压缩表示法。（3）内嵌IPv4地址表示法。第3章

计算机网络体系结构3.5.3IPv6地址类型IPv6主要定义了3种地址类型：单播地址（UnicastAddress）、组播地址（MulticastAddress）和任播地址（AnycastAddress）。与IPv4地址相比，IPv6地址中新增了任播地址类型，取消了IPv4地址中的广播地址，因为IPv6地址中的广播功能是通过组播来实现的。1．单播地址2．组播地址3．任播地址第3章

计算机网络体系结构3.5.4IPv6技术的新特性IPv6是在IPv4的基础上改进的，它的一个重要设计目标是与IPv4兼容。IPv6能够解决IPv4的许多问题，如地址短缺、服务质量保证等。同时，IPv6还对IPv4做了大量的改进，包括路由和网络自动配置等。IPv6新特性具体体现在以下几个方面。1．提高安全性2．服务质量3．移动IPv64．组播技术5．更小的路由表第3章

计算机网络体系结构3.5.5IPv4到IP