[工学]第二章 计算机网络协议与.ppt

2019/4/14,1,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,第2章 计算机网络的协议与体系结构,计算机通信网络（第2版）,2019/4/14,2,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,网络协议,Note:,2019/4/14,3,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,占据两个山顶的蓝军与驻扎在山谷的白军作战。 力量对比是：一支蓝军打不过白军，但两个支蓝军协同作战就可战胜白军。 蓝军1队拟于次日正午向白军发起攻击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通信线路很不好，电文出错的可能性很大。因此要求收到电文的友军必须发送确认电文。但确认电文也可能出错。 试问能否设计出一种协议，使得蓝军能实现协同作战因而一定(即100 %)取得胜利？,一个著名的例子,2019/4/14,4,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,这样的协议无法实现！,2019/4/14,5,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,这样无限循环下去，两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到。 没有一种协议能够蓝军能 100% 获胜。,思考,有没有更加合适的方案？,结论和进一步思考,2019/4/14,6,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,人相互交流的协议和通信协议之间的对比,2019/4/14,7,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,语义 对协议中各协议元素的含义的解释，例如： 在HDLC协议中，标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束 在BSC协议中，SOH(01H)表示报文的开始，STX(02H)表示报文正文的开始，ETX(03H)表示报文正文的结束 语法 协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如： 时序 通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则,BSC,HDLC,通信网络协议的三要素,2019/4/14,8,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,t,t,时序例,2019/4/14,9,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,网络协议分层思想,Note:,2019/4/14,10,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,划分层次的概念举例,计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件。 可以将要做的工作进行如下的划分。 第一类工作与传送文件直接有关。 确信对方已做好接收和存储文件的准备。 双方协调好一致的文件格式。 两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 。剩下的工作由下面的模块负责。,2019/4/14,11,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,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,2019/4/14,12,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,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,2019/4/14,13,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,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。,2019/4/14,14,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,层间服务,Note:,2019/4/14,15,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,层间服务模型,服 务 用 户,第 n 层,第 n + 1 层,服 务 用 户,2019/4/14,16,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,理解,下层对上层是“透明的” 。即某一层实体只能看到本层服务，而看不到下层的协议到底是如何工作的。 协议是“水平的”。即协议是控制对等实体之间通信的规则。 服务是“垂直的”。即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。,层间服务,2019/4/14,17,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信； 下层向上层提供服务； 上层依赖下层提供的服务来与其他主机上的对等层通信； 实际通信在最底层完成。,对等层通信的实质,2019/4/14,18,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,对等通信例：两个人收发信件,想一想： 收信人与发信人之间、邮局之间，是在直接通信吗？ 邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？ 邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？,信件内容,邮件地址,货物地址,发信人,邮局,运输系统,信件内容,邮件地址,货物地址,收信人,对信件内容的共识,对信件如何传递的共识,对货物如何运输的共识,P3,P2,P1,公路，铁路，航空,邮局,运输系统,2019/4/14,19,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,网络体系结构,Note:,2019/4/14,20,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,应用层,运输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7 6 5 4 3 2 1,OSI 的体系结构,ISO的OSI模型,应用层(application layer) 表示层(presentation layer) 会话层(session layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer),2019/4/14,21,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer),数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,五层协议的体系结构,2019/4/14,22,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,各层功能,1应用层(application layer) 应用层是原理体系结构中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要(这反映在用户所产生的服务请求)。 应用层直接为用户的应用进程（应用程序）提供服务 应用层协议包括：HTTP，SMTP，FTP，TELNET等,2019/4/14,23,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,2运输层(transport layer) 运输层的任务就是负责主机中两个进程之间的通信，其数据传输的单位是报文段(segment)。 因特网的运输层可使用两种不同协议。即面向连接的传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol) 和无连接的用户数据报协议UDP (User Datagram Protocol)。,各层功能,2019/4/14,24,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,3网络层(network layer) 网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信。在网络层，数据的传送单位是分组或包。在TCP/IP体系中，分组也叫作IP数据报，或简称为数据报。,各层功能,2019/4/14,25,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,4数据链路层（data link layer） 数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧(frame)为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。数据链路层有时也常简称为链路层。 数据链路层就把一条有可能出差错的实际链路，转变成为让网络层向下看去好像是一条不出差错的链路。,各层功能,2019/4/14,26,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,5物理层（physical layer） 物理层的任务就是透明地传送比特流。 “透明”是一个很重要的术语。它表示：某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。,各层功能,2019/4/14,27,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,H3,物 理 传 输 媒 体,数 据 部 分,数 据 部 分,数 据 部 分,数 据 部 分,10100110100101 比 特 流 11 010111010,T2,计算机 1,H5,H4,H2,首部,尾部,AP2,AP1,应 用 程 序 数 据,计算机 2,比特,帧,IP数据报 IP分组,TCP报文段 UDP报文段,各层功能,2019/4/14,28,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,在OSI参考模型中，在对等层次上传送的数据，其单位都称为该层的协议数据单元PDU (Protocol Data Unit)；而把上层来的数据称为服务数据单元SDU (Service Data Unit) 在文献中也还可以见到术语“协议栈”(protocol stack)。这是因为几个层次画在一起很像一个栈(stack)。,各层功能,2019/4/14,29,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应 用 程 序 数 据,10100110100101 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,2019/4/14,30,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,10100110100101 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,2019/4/14,31,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,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,H2,T2,2019/4/14,32,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,H3,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,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,2019/4/14,33,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,H4,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,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,2019/4/14,34,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,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,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,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,2019/4/14,35,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,2019/4/14,36,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,应用层,运输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7 6 5 4 3 2 1,OSI 的体系结构,应用层,网络接口层,网际层 IP,(各种应用层协议如 TELNET, FTP, SMTP 等),运输层(TCP 或 UDP),TCP/IP 的体系结构,无连接分组交付服务,传输服务 (可靠或不可靠),TCP/IP 的三个服务层次,OSI模型与TCP/IP体系结构对应关系,2019/4/14,37,哈尔滨工业大学(威海) 通信工程系,应用层 运输层 网际层 网络 接口层,主机A,主机B,路