课8：第3章 计算机网络的协议与体系.ppt

计算机网络技术基础 第三章 计算机网络协议与体系结构 本章要点掌握 协议 层次 接口与网络体系结构的基本概念掌握 ISO的OSI七层参考模型掌握 TCP IP参考模型了解 OSI参考模型与TCP IP参考模型的比较了解 网络协议标准化组织本章难点协议 层次 接口 HDLC一般帧格式 F 帧间隔模式 01111110 同步符号 帧之间的填充字符 01111110111110000111100010101111110101010011111110101001111110A 地址字段 通信对方的地址C 控制字段 用于区分帧的类型 数据帧 监控帧 无编号帧 I 信息字段 携带高层用户数据 可以是任意的二进制位串 FCS 校验码 对A C I字段进行循环校验 0 比特插入法 为了保证帧间隔符 01111110 的唯一性和帧内数据的透明性 保证A 地址字段 C 控制字段 I 信息字段 FCS 帧校验序列 中不出现01111110的位模式 HDLC采用了 0 比特插入法 HDLC控制帧字段格式 C部分为控制字段 主要用来控制链路 表示命令和响应的类别与功能 信息帧 I 用于传输用户数据 控制字段的第0位规定为 0 N s 发送帧序号 3位 说明本帧对应的帧序号 采用模8计数 发送端可以不必等待确认 而连续地发送若干帧 不超过8帧 每发一帧 Ns模8计数一次 N R 待收帧序号 3位 说明希望接收对方帧的序号 采用模8计数 N R 隐含指示该序号之前的所有帧已被正确接收 P F 查询 终止指示符 1位 对于不同的传输模式 该位具有不同的含义 当采用ARM和ABM传输模式时 P 1要求对方立即予以响应 并在响应中置F 1 无论使用何种传输模式 P F总是一一对应的 在接到F 1的帧之前 不允许再发P 1的帧 监控帧 S 用于表示接收状态 其控制字段的第0 1位规定为 10 第3 4位表示了四种类型的监控帧 Type 00 接收准备就绪 RR 发送该RR监控帧的一方准备接收编号为Nr的帧 Type 10 未准备就绪 RNR 发送该RNR监控帧的一方说明已经收妥Nr以前的所有帧 但希望对方暂缓发送Nr帧 Type 01 拒绝接收 REJ 发送该REJ监控帧的一方说明已经收妥Nr以前的所有帧 但编号为Nr的帧有差错 希望对方重发编号为Nr及其以后的所有帧 Type 11 选择接收 SREJ 该帧的含义类似REJ监控帧 但希望对方仅仅重发第Nr帧 无编号帧 U 用于命令的传输 建立 拆除链路 等 控制字段的第1 2位规定为 11 第3 4位 M1 和第6 8位 M2 表示U帧的类型 例如 M M1M2 11100 SABM 某一复合站置本次链路为异步平衡模式 M M1M2 00010 DISC 主站请求释放 拆除 本次链路 M M1M2 00110 UA 次站对主站命令的确认M M1M2 10001 CMDR 次站对主站命令的否认 练习 以下控制帧的作用1 00101xxx2 10001101 3 差错控制 差错控制是十分重要的 因为物理层不管采用什么传输介质 总要受环境噪声的干扰或信号间的干扰 传输差错是不可避免的 差错控制的任务就是发现差错 并一般采用重发方式纠正错误 差错控制主要处理下列两种情况 停止等待协议 连续ARQ协议 automaticrepeatrequest 拉回方式 选择重发 4 流量控制 在两个相邻结点之间传送数据 必须协调好发送端和接收端之间的数据流平衡问题 即要求发送端发送的信息量不能大于接收端的接收能力 否则就可能出现拥挤或堵塞现象 流量控制规程就是控制在一个特定时间内允许发送方发出多少个数据帧 窗口流量控制 发送方与接受方建立缓冲区 窗口 窗口可以同时容纳的帧的数目为窗口的大小 滑动窗口 发送窗口WT 5 接收窗口WR 1图 a 刚开始发送时的情况 在发送窗口内的序号的数据帧就是可以发送的数据帧 若发送方发送完5个帧 0 4号帧 后 仍未收到任何确认信息 则停止发送 进入等待状态 图 b 接收方已正确接收0号帧并发送确认帧 同时接收窗口向前滑动 准备接收1号帧 发送方收到确认信息 发送窗口向前滑动1个序号 5号帧落入发送窗口 可以发送5号帧 图 c 接收方已正确接收0 3号帧并发出确认帧 接收窗口继续向前滑动 准备接收4号帧 发送方收到确认信息 发送窗口向前滑动3个序号 6 7 0号帧落入发送窗口 可以发送 HDLC规程分析 1 使用统一的帧格式 实现数据 命令和响应的传输 实施起来方便 2 采用 0 位插入法 使得规程可以支持任意的位流传输 保证了信息传输的透明性 3 采用窗口机制和捎带应答 支持全双工工作方式 允许在未收到确认的情况下 连续发送多个帧 提高了信息传输的效率 4 采用帧校验序列 并设置窗口序号 可以提高信息传输的正确性和可靠性 面向二进制位的控制规程比面向字符型的控制规程具有较高的优越性 3 5网络层 网络层 networklayer 是OSI模型的第三层 它是OSI参考模型中最复杂的一层 也是通信子网的最高一层 向资源子网提供两种类型服务 数据报和虚电路服务 网络层主要功能 1 为传输层提供建立 维持和释放网络连接的手段 完成路径选择 拥挤控制 网络互连等功能 这些对传输层来说是完全透明的 2 根据传输层的要求来选择网络服务质量 3 向传输层报告未恢复的差错 虚电路服务和数据报服务 网络层向传输层提供虚电路服务和数据报服务虚电路 VirtualCircuit 服务虚电路服务在传送数据时 发送方提供自己和接收端的全称网络地址 建立虚电路 然后按序传送报文分组 它不会发生报文丢失或重叠的情况 通信完成后拆除虚电路 两种建立虚电路的方法呼叫虚电路 永久虚电路 两站间不管是否通信都永远存在一条虚电路 此种虚电路省去了虚呼叫和虚拆除的过程 记录第一次呼叫的路由状况 要有虚呼叫软件 保证 检查线路的畅通 虚电路与物理电路 数据报 Datagram 服务 数据报有如下特点 数据报在网络和用户间的传送协议 格式简单 实现机构也简单 数据报传送勿需事先建立逻辑连接 数据报根据它所含的目标地址能以最小延迟到达终点 它们独立选择路径 网络对它们单独处理 与前后数据报均无关系 各数据报从源点发出的顺序与其到达目标点的顺序无关 a 数据报服务 b 虚电路服务 虚电路和数据报的比较 网络地址 逻辑网络地址用于指明源和目的地网络 IP地址 物理设备地址用于标识源或目的地计算机 网卡地址 MAC 服务地址标识运行于源或目的地计算机上的特定应用进程 端口号 MAC 物理地址 厂商编号 序列号 24bits 24bits 00e0 fc01 2345 Rom Ram MAC地址有48位 路径选择 通信子网在网络源节点和目的节点间提供了多条传输路径的可能性 网络节点在收到一个分组后 确定向下一节点传送的路径 这就是路由选择 数据报方式中 网络节点为每个分组路由做出选择 虚电路方式中 只在连接建立时确定路由 确定路由选择的策略称路由算法 交换机路由表 计算机的编址和网络层节点交换机的路由表 拥塞控制 当 一部分 通信子网中有太多的分组时 其性能降低 这种情况叫做拥塞 造成拥塞有若干因素 如果突然之间 分组流同时从3个或4个输入线到达 并且要求输出到同一线路 就将建立起队列 如果没有足够的空间来保存这些分组 有些分组就会丢失 处理器速度慢也能导致拥塞 拥塞会导致恶性循环 如果路由器没有空余缓冲区 它必须丢掉新到来的分组 拥塞控制和流量控制既有联系又有差异 拥塞控制和流量控制 拥塞控制必须确保通信子网能运送代传送的数据 是全局性的问题 要考虑路由器存储器容量 处理器速度 以及其他导致削弱通信子网负荷能力的因素流量控制只与某发送者和某接收者之间的点对点通信量有关 它确保一个快速发送者的发送速度不能比接收者最大承受速度高 它们是整体和局部的关系 拥塞控制的解决方法 所有解决方案被分为两类 一类是开环 一类是闭环 开环 通过良好的设计来避免问题的出现 确保问题不会发生 主要功能 何时开始接受新的通信 何时丢弃分组等 闭环 建立在网络反馈的基础上检测何时何地发生了拥塞将信息传送到能处理的地方调整系统已更正问题 缓冲区预分配方法分组丢弃法 漏桶算法定额控制法 这种方法在通信子网中设置适当数量的称做 许可证 的特殊信息 拥有许可证的节点才能发送数据 3 6传输层 OSI前3层为数据通信 后3层为数据处理 传输层是两者的桥梁 连接通信子网与资源子网 向用户提供可靠的端到端的差错和流量控制 保证报文的正确传输数据链路层负责点到点之间的数据通信 这个点与点信道是一条物理链路 而传输层则是端对端通信 这是一个通信子网 传输层的功能 运输层是OSI七层模型中最重要 最关键的一层 是唯一负责总体数据传输和控制的一层 运输层的两个主要目的是 第一 提供可靠的端到端的通信 第二 向会话层提供独立于网络的运输服务 提供建立 维护拆除传输层的连接 提供端到端的错误恢复和流控制 由于传输层负责的是通过通信子网的两主机之间的端 端通信 故报文在子网中通过时 可能会丢失 重组 阻塞或产生较大存储延时 故传输层协议比数据链路层要复杂得多 传输层协议的分类 网络服务质量类型网络层或通信子网提供给传输层的服务质量并不总是相同的 它分为3种类型 A型 网络连接具有可接受的差错率和可接受的故障通知率 虚电路提供B型 网络连接具有可接受的差错和不可接受的故障通知率 广域网C型 网络连接具有不可接受的差错率和不可接受的故障通知率 传输层协议分类 根据网络层提供服务质量类型的不同 OSI模型将传输层协议分为5类 传输层提供的功能分段与合并多路复用流量控制差错控制 实验四本地用户的创建 打开控制面板管理工具计算机管理 设置用户 添加用户并设置成功后 改用户就有了相应的权限和功能 就可以使用该用户来登录计算机了 其他各层的简介 会话层 向两个实体的表示层提供建立和使用连接的方法会话管理 建立 维护 终止会话会话流量控制寻址 使用远程地址建立会话连接出错控制 接受传输层的数据 并负责纠正错误 表示层 处理用户信息的表示问题 如编码 数据格式转换和加密解密 数据格式的处理数据的编码压缩与解压缩数据的加密和解密 应用层 应用层 applicationlayer 是OSI参考模型的最高层 它是计算机用户 以及各种应用程序和网络之间的接口 其功能是 直接向用户提供服务 完成用户希望在网络上完成的各种工作 8 2域名系统DNS 域名 Internet采用层次树状结构的命名方法 它使得任何一个连接在Internet上的主机或路由器都有一个唯一的层次结构的名字 即域名 Domainname 所谓域 Domain 是域名空间中的一个子树 这个域的名字就是这个子树顶部结点的域名 个域本身又可划分为若干个域 有时也称它们为子域 例如 edu是标识教育系统的一个大的域 而tsinghua edu和nciae edu则是edu域中的两个子域 8 2域名系统DNS 域名系统示意图 8 2域名系统DNS 目前Internet顶级域名分为三大类 国家顶级域名 采用ISO3166规定 如cn表示中国国际顶级域名 采用int 国际性的组织可在int下注册 通用顶级域名 如下表所列 域名系统DNS 8 2域名系统DNS 在DNS中由域名服务器 DNSServer 完成域名与IP地址的转换过程 这个过程称为域名解析域名服务器主要分为以下几个 1 本地域名服务器2 根域名服务器3 授权域名服务器 8 3文件传输协议FTP 文件传递协议 FileTransferProtocol是TCP IP体系中的一个重要协议 它并不是针对某种具体操作系统或某类具体文件而设计的文件传输协议 它通过一些规程 利用网络低层提供的服务 来完成文件传输的任务 它屏蔽了计算机系统的细节 因此FTP就比较简单和容易使用 它只提供文件传送的一些基本的服务 可以在异构网中任意计算机间传送文件 文件传输协议 电子邮件 E mail是Internet上使用最为广泛的服务之一 欲使用电子邮件的人员可到ISP网站注册申请邮箱 获得电子邮件账号及口令 就可通过专用的邮件处理程序接 发电子邮件了 邮件发送者将邮件发送到邮件接收者的ISP邮件服务器的邮箱中 接收者可通过Internet查看或下载邮件 电子邮件可以在两个用户间交换 也可以向多个用户发送同一封邮件 或将收到的邮件转发给其它用户 电子邮件不仅包含文本信息 还可包含声音 图像 视频 应用程序等各类计算机文件 8 4简单邮件传输协议SMTP 电子邮件 邮件的发送协议为SMTP 即简单电子邮件发送协议 邮件下载协议为POP 即邮局协议 常用的收发电子邮件的软件有Exchange OutlookExpress Foxmail等 这些软件提供邮件的接收 编辑 发送及管理功能 8 4简单邮件传输协议SMTP E mail的协议支持 7 5万维网WWW 8 5Tenet 远程登录协议 远程通信网络 TELecommunicationNETwork TelnetTelnet替换了击键动作的本地解释 也就是说 Telnet提供的服务允许用户登录远程计算机并执行命令 就像是在使用远程计算机的控制台 用户使用Telnet执行以下操作 连接在线数据库 以访问信息 连接在线知识库 例如图书馆 以查找信息 连接远程系统 以使用应用程序 例如电子邮件等 万维网WWW WorldWideWeb 是一种特殊的应用网络 它通过超级链接 将所有的硬件资源 软件资源 数据资源连成一个网络 用户可从一个站点轻易地转到另一个站点 非常方便地获取丰富的信息 极大地推动了Internet的发展 8 6万维网WWW 万维网概述 HTTP HyperTextTransferProtocol 超文本传输协议是万维网客户端进程与服务器端进程交互遵守的协议 它是一个应用层的协议 使用TCP连接进行可靠的传输 HTTP是万维网上资源传送的规则 是万维网能正常运行的基础保障 HTTP的思想非常简单 客户给服务器发送请求 服务器向客户发送响应 在客户和服务器之间的HTTP事务有两种类型 请求和响应 8 6万维网WWW 超文本传输协议HTTP 简单网络管理协议SNMP SimpleNet workManagementProtocol 是一个基于TCP IP协议簇的网络管理标准协议 它得到了众多网络产品生产厂家的广泛支持 成为事实上的网络管理工业标准 SNMP的基本功能包括监视网络性能 检测分析网络差错和配置网络 在网络正常工作时 SNMP可以实现统计 配置 测试等功能 当网络出现故障时 可以实现差错检测和恢复功能 SNMP最大的优点是简易性与可扩展性 它体现了网络管理系统的一个重要准则 即网络管理功能的实现不能影响网络的正常功能 不给网络附加过多的开销 简单网络管理协议SNMP 网络管理的功能 故障管理 FaultManagement 计费管理 AccountingManagement 配置管理 ConfigurationManagement 性能管理 PerformanceManagement 安全管理 SecurityManagement 七层模型的小结 OSI是一个理想的模型 因此一般网络系统只涉及其中的几层 很少有系统能够具有所有的7层 并完全遵循它的规定 下4层主要完成通信子网的功能 上3层主要完成资源子网的功能 第4层作为上下两部分的桥梁 是整个网络体系结构中最关键的部分 建立OSI参考模型的目的和作用 OSI的分层逻辑体系结构使得人们可以深刻地理解各层协议所应解决的问题 并明确各个协议在网络体系结构中所占据的位置 OSI参考模型的每一层在功能上与其他层有着明显的区别 从而使得网络系统可以按功能划分 这样 网络或通信产品就不必面面俱到 例如 当某个产品只需完成某一方面的功能时 它可以只考虑并遵循所涉及层的标准 OSI参考模型有助于分析和了解每一种比较复杂的协议 TCP IP体系结构 TCP IP协议的起源TCP IP协议的特点1 开放的协议标准 可以免费使用 并且独立于特定的计算机硬件与操作系统 2 独立于特定的网络硬件 可以运行在局域网 广域网 更适用于互联网中 3 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 4 标准化的高层协议 可以提供多种可靠的用户服务 3 8 2TCP IP参考模型 TCP IP参考模型可以分为以下四个层次 应用层 ApplicationLayer 传输层 TransportLayer 互连层 InternetLayer 主机 网络层 Host to NetworkLayer 3 8 3主机 网络层 主机 网络层是参考模型的最低层 也被称为网络接口层 3 8 4互连层 互连层的主要功能 1 处理来自传输层的分组发送请求 在