网络体系结构与网络协议.ppt

第二章网络体系结构与网络协议 2 1网络体系结构的基本概念 2 2OSI参考模型 2 3TCP IP参考模型 2 4OSI参考模型与TCP IP参考模型的比较 2 5网络与Internet协议标准组织与管理机构 2 6一种建议的参考模型 2 1网络体系结构的基本概念 一 层次 网络体系结构的基本概念 1 分层思路1 计算机网络是一个非常复杂的系统 2 分层 可简化问题 便于 分而治之 3 实体 完成某一层功能的硬件和软件的集合 网络体系结构的基本概念 2 分层原则1 各功能分配在不同层次 2 不同的系统分成相同的层次 3 对等层之间有明确的通信规则 4 高层无需知道低层服务的实现方法 5 明确各层要完成的服务及服务要求 模型 网络体系结构的基本概念 3 计算机网络通信的实质1 对等层实体之间实现的是 虚拟 的逻辑通信 2 下层向上层提供服务 3 上层依赖下层提供的服务与其它主机上的对等层通信 4 不同系统的最底层之间存在着 物理 通信 模型 网络体系结构的基本概念 4 分层的好处1 简化问题 2 各层独立 3 互不影响 网络体系结构的基本概念 网络协议是指为网络同层实体之间数据交换而制定的规则 约定与标准 亦称同层协议或通信协议 模型 1 定义 二 协议 网络体系结构的基本概念 2 三要素 1 语义 解释比特流每一部分的意义 2 语法 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 3 时序 事件实现顺序的详细说明 网络体系结构的基本概念 1 接口是同一系统内相邻层之间交换信息的连接点 2 同一个系统的相邻层之间存在着明确规定的接口 低层向高层通过接口提供服务 3 只要接口不变 各层是相互独立的 模型 网络体系结构的基本概念 三 接口 定义 网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构 网络体系结构的基本概念 四 网络体系结构 五 层次结构研究方法的优点1 各层之间相互独立 2 灵活性好 3 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 有利于促进标准化 网络体系结构的基本概念 垂直通信 实际通信相邻层间的通信 水平通信 虚通信 层5 4接口 层4 3接口 层3 2接口 层2 1接口 向第四层提供服务 使用第二层提供的服务 网络体系结构的基本概念 Layer5 Layer5 Layer4 Layer4 Layer3 Layer3 Layer2 Layer2 Layer1 Layer1 返回 网络体系结构的基本概念 水平通信 虚通信 垂直通信 实际通信下层为上层提供服务 返回 网络体系结构的基本概念 垂直通信 实际通信下层为上层提供服务 水平通信 虚通信 返回 网络体系结构的基本概念 垂直通信 实际通信相邻层间的通信 水平通信 虚通信 层5 4接口 层4 3接口 层3 2接口 层2 1接口 返回 向第四层提供服务 使用第二层提供的服务 网络体系结构的基本概念 2 2OSI参考模型 OSI参考模型 2 2 1OSI参考模型的基本概念1 OSI参考模型的提出1 两大组织 CCITT ISO2 工作领域 CCITT主要是考虑通信标准的制定ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构3 1974年 ISO发布ISO IEC7498标准 OSI参考模型 2 OSI参考模型的概念 1 在OSI中的 开放 是指只要遵循OSI标准 一个系统就可以与位于世界上任何地方 同样遵循同一标准的其他任何系统进行通信 2 OSI标准中 采用的是三级抽象 体系结构 architecture 服务定义 servicedefinition 协议说明 protocolspecification 3 OSI参考模型并不是一个标准 而是一个在制定标准时所使用的概念性的框架 OSI参考模型 2 2 2OSI参考模型的结构 1 ISO划分七层结构的基本原则1 网中各结点都具有相同的层次2 不同结点的对等层具有相同的功能3 同一结点内相邻层之间通过接口通信4 各层可使用下层提供的服务 并向其上层提供服务5 不同结点的对等层通过协议来实现对等层之间的通信 OSI参考模型 2 OSI参考模型的结构 OSI参考模型 3 服务原语1 服务在形式上是由一组原语 Primitive 来描述的 这些原语供用户和其他实体访问该服务时调用 2 四类原语 Request 请求 用户实体请求服务做某种工作Indication 指示 用户实体被告知某事件发生Response 响应 用户实体表示对某事件的响应Confirm 证实 用户实体收到关于它的请求的答复 OSI参考模型 原语时序图 request response indication confirm 服务用户服务提供者服务用户 OSI参考模型 PSTN OSI参考模型 1 PDU ProtocolDataUnit 协议数据单元 跨过网络传给对等实体的信息 2 PCI ProtocolControlInformation 协议控制信息 协议头 header 3 ICI InterfaceControlInformation 接口控制信息 有助于下层完成任务的信息 4 IDU InterfaceDataUnit 接口数据单元 第n 1层实体通过SAP传递给第n层实体的信息 5 SDU ServiceDataUnit 服务数据单元 跨过网络传给对等实体然后交给上层的信息 4 常见信息种类 OSI参考模型 2 2 3OSI参考模型各层的功能 1 物理层的主要功能1 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2 实现比特流透明传输 为数据链路层提供数据传输服务3 物理层的数据传输单元是比特 2 数据链路层的主要功能1 在通信的实体间建立数据链路连接2 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3 传输以 帧 为单位的数据包 OSI参考模型 3 网络层的主要功能 1 数据传输单元是分组 packet 2 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3 为数据在结点之间传输创建逻辑链路4 实现拥塞控制 网络互连等功能4 传输层的主要功能 1 向用户提供可靠端到端 end to end 服务2 处理数据包错误及次序 以及其他一些关键传输问题3 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 5 会话层的主要功能 1 负责维护两个结点之间会话连接的建立 管理和终止2 管理数据交换 6 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 包括 数据格式变换 数据加密与解密 数据压缩与恢复等7 应用层的主要功能 为应用程序提供了网络服务 包括 1 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保持同步 2 建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制 OSI参考模型 OSI参考模型 2 2 4OSI环境中的数据传输过程 1 OSI环境 OSIenvironment OSI参考模型 2 OSI环境中的数据传输过程 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用进程A 应用进程B 数据 传输介质 主机A 主机B OSI参考模型 2 2 5面向连接服务与无连接服务 1 通信服务类型 1 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 2 通信服务可以分为两大类 面向连接服务 connect orientedservice 无连接服务 connectlessservice 3 面向连接服务与无连接服务对实现服务的传输可靠性与协议复杂性有很大的影响 4 在网络数据传输的各层 都会涉及面向连接服务与无连接服务的问题 OSI参考模型 2 面向连接服务 1 示意图 OSI参考模型 2 面向连接服务的特点数据传输过程必须经过连接建立 维护与释放三个过程各分组可以不携带目的结点的地址收发数据顺序不变 传输可靠性好 但是协议复杂 通信效率不高 OSI参考模型 3 无连接服务 1 示意图 OSI参考模型 2 无连接服务的特点各分组均携带完整的目的结点地址 在系统中独立传送数据传输过程不需要经过连接建立 维护与释放三个过程目的结点接收到的数据分组可能出现乱序 重复与丢失可靠性不好 但协议相对简单 通信效率较高 OSI参考模型 4 确认和重传机制 网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制保证确认是目的结点在正确地接收到每个分组后 要求向源结点发回正确接收分组的确认信息在规定的时间内 若无确认信息 则重新发送数据分组确认和重传机制可以提高数据传输的可靠性 但是它需要制定较为复杂的确认和重传协议 并且需要增加网络额外的通信负荷 占用网络带宽 OSI参考模型 5 服务类型与服务质量 1 两类服务 OSI参考模型 PSTN 2 四类协议 面向连接与确认服务面向连接与不确认服务无连接与确认服务无连接与不确认服务 OSI参考模型 TCP IP参考模型 2 3TCP IP参考模型 2 3 1TCP IP参考模型的发展 1 TCP IP协议的起源 1974年Kahn定义了最早的TCP IP参考模型20世纪80年代Leiner Clark等人对TCP IP参考模型做了进一步的研究目前我们使用的是版本4 它的网络层IP协议记作IPv4版本6的网络层IP协议一般记作IPv6或IPngIPv6被称为下一代的IP协议 TCP IP参考模型 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 2 TCP IP协议的特点 TCP IP参考模型 2 3 2TCP IP参考模型各层的功能 1 TCP IP参考模型的层次 应用层 applicationlayer 传输层 transportlayer 互连层 internetlayer 主机 网络层 host to networklayer TCP IP参考模型 TCP IP参考模型与OSI参考模型的对应关系 OSI参考模型 TCP IP参考模型 TCP IP参考模型 2 TCP IP参考模型各层功能 主机 网络层 负责发送和接收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 互联层 处理来自传输层的分组发送请求 处理接收的数据报 处理互连的路由选择 流量控制与拥塞控制问题 TCP IP参考模型 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 应用层 远程登录协议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 OSI参考模型与TCP IP参考模型的比较 2 4OSI参考模型与TCP IP参考模型的比较 2 4 1对OSI参考模型的评价 1 层次数量与内容选择不好2 服务 与 协议 的定义相结合 实现困难3 寻址 流量与差错控制在每层都重复出现4 数据安全性 加密与网络管理在参考模型的设计初期被忽略了5 参考模型的设计更多是被通信的思想所支配 不适合于计算机与软件的工作方式6 严格按照层次模型编程的软件效率很低 OSI参考模型与TCP IP参考模型的比较 1 在服务 接口与协议的区别上不很清楚 参考模型不适合于其他非TCP IP协议族 2 TCP IP参考模型的主机 网络层本身并不是实际的一层3 物理层与数据链路层的划分是必要和合理的 而TCP IP参考模型却没有做到这点 2 4 2对TCP IP参考模型评价 网络与Internet协议标准组织及管理机构 2 5网络与Internet协议标准组织及管理机构 国际电信联盟ITU国际标准化组织ISO电子工业协会EIA电气与电子工程师协会IEEEATM论坛 2 5 1网络协议标准组织 网络与Internet协议标准组织及管理机构 2 5 2RFC文档 Internet草案与Internet协议标准 1 RFC文档 RFC文档是用于Internet开发团体的最初的技术文档系列任何人都可以提交RFC文档 但它并不是一定会成为标准RFC文档草案对于从事Internet技术研究与开发的技术人员是获得技术发展状况与动态的重要信息来源 读者可以很方便地从相关主机使用FTP Web和其他的检索方式获取这些文档 网络与Internet协议标准组织及管理机构 2 读RFC文档时 需要注意的问题一是需要确定它是否是最新的文档 二是需要注意RFC文档的类别 制定Internet标准的4个阶段 Internet草案 建议标准 草案标准和Internet标准RFC文档可以分为 实验性的 信息性或历史性的RFC文档又可以分为 被要求 被推荐 被选择 受限制使用或不被推荐 建议标准 草案标准 Internet标准 历史性的RFC 信息的RFC 实验性的RFC 六种RFC文档 Internet草案 网络与Internet协议标准组织及管理机构 网络与Internet协议标准组织及管理机构 美国国家科学基金会NSFInternet协会ISOCInternet体系结构委员会IABInternet工程任务组和Internet工程指导小组IETFInternet研究任务组IRTFInternet网络信息中心InterNICInternet地址分配授权机构IANAWWW联盟 2 5 3Internet管理机构 一种建议的参考模型 2 6一种建议的参考模型 小结 网络协议与网络体系结构是网络技术中两个最基本的概念 服务在形式上是由一组原语 Primitive 来描述的 原语供用户和其他