第1 2章 TCPIP协议族与OSI参考模型.ppt

1 TCP IP协议分析及应用 2 N 2方案 阶段测验2次10 小论文1篇10 课堂笔记5 期末考试40 实验35 3 主要内容 简单回顾网络的发展背景协议和网络标准网络标准化组织机构标准化过程和RFC文档 第1章概述 4 三大网络 电信网络 主要的业务是电话 但也有其他业务 如传真 数据等 一百多年来 电话交换机虽然经过多次更新换代 但交换的方式一直都是电路交换 电路交换必定是面向连接的 线路的传输效率往往很低 电视网络计算机网络进入20世纪90年代 以因特网 Internet 为代表的计算机网络的发展速度十分迅猛 已从最初的教育科研网络逐步发展成为仅次于全球电话网的世界第二大网络 交换方式采用分组交换 即存储转发技术 网络的发展 5 背景 阿帕网 ARPA 于1969年正式启用 当时仅连接了4台计算机 供科学家们进行计算机联网实验用 在ARPA产生运作之初 通过接口信号处理机实现互联的电脑并不多 大部分电脑相互之间不兼容 在一台电脑上完成的工作 很难拿到另一台电脑上去用 想让硬件和软件都不一样的电脑联网 也有很多困难 当时美国的状况是陆军用的电脑是DEC系列产品 海军用的电脑是Honeywell中标机器 空军用的是IBM公司中标的电脑 每一个军种的电脑在各自的系里都运行良好 却有一个大弊病 不能共享资源 6 背景 为了让这些电脑能够实现 资源共享 就得在这些系统的标准之上 建立一种大家共同都必须遵守的标准 这样才能让不同的电脑按照一定的规则进行 谈判 并且在谈判之后能 握手 在确定今天因特网各个电脑之间 谈判规则 过程中 最重要的人物当数瑟夫 VintonG Cerf 和罗伯特 卡恩 他们合作发明了TCP IP协议 TransmissionControlProtocol InternetProtocol 传输控制协议 互联网络协议 正是他们的努力 才使今天各种不同的电脑能按照协议上网互联 就好比要让使用不同语言的人们交流一样 需要建立一种大家都听得懂的语言 而TCP IP就能实现这个功能 它就好比Internet上的 世界语 7 协议是一组控制数据通信的规则 网络协议是通信双方共同遵守的规则和约定的集合 包括三个要素 1 1协议和网络标准 1 1 1协议 语法 定义所交换的数据的格式或结构 以及数据出现的顺序的意义 语义 定义发送者或接收者所要完成的操作 即对协议控制报文组成成份的含义的约定 同步 定义事件实现顺序以及速度匹配 8 1 1 2网络标准网络标准是数据通信中遵循的特定的规章和准则 标准推进了各厂商不同硬件和软件产品的互操作性 l事实标准l法律标准由某个权威的 公认的标准化组织认可的 正式的 合法的标准 9 1 国际的标准化组织国际标准化组织 InternationalStandardsOrganization或InternationalOrganizationforStandardization 简称ISO 成立于1947 2 13 国际电信联盟 InternationalTelecommunicationUnion简称ITU 成立于1947 10 它的前身CCITT 国际电报电话咨询委员会 于20世纪70年代早期成立 1993年改名为ITU T 2 国家的标准化组织3 工业和专业的标准化组织4 地区的标准化组织 1 2网络标准化 网络标准化是一项很重要的工作 正式的标准化组织主要有4个类别 10 2 国家的标准化组织美国国家标准协会 AmericanNationalStandardsInstitute简称ANSI 成立于1918年 是个完全民间的 非盈利组织 它的成员有制造商 公共承运商等 是美国标准化组织中心 国家标准和技术协会 NationalInstituteofStandardsandTechnology简称NIST 美国国家标准与技术研究所 NIST 的前身是美国国家标准局 NBS 创建于1901年 迄今已有一百多年历史 法国标准化组织协会 AFNOR 1941年 法国政府颁布法令 确认AFNOR为全国标准化主管机构 代表法国参加国际和区域性标准化机构的活动 总部设在首都巴黎 英国标准协会 BritishStandardsInstitution 简称BSI 成立于1901年 是世界首家实施质量认证的权威性机构 11 3 工业和专业的标准化组织电气和电子工程师学会 InstituteofElectricalandElectronicsEngineers简称IEEE IEEE的前身AIEE 美国电气工程师协会 和IRE 无线电工程师协会 成立于1884年 1963年1月1日AIEE和IRE正式合并为IEEE 它是世界上最大的 最有影响的专业工程师学会 其范围是国际性的 IEEE是一个非营利性科技学会 拥有全球近175个国家三十六万多名会员 透过多元化的会员 该组织在太空 计算机 电信 生物医学 电力及消费性电子产品等领域中都是主要的权威 IEEE每年也会主办或协办三百多项技术会议 美国电子工业协会 ElectronicIndustriesAssociation简称EIA EIA成立于1924年 1950年和1957年曾先后改为无线电制造商协会 RadioManufacturers Association RMA 和无线电 电子 电视制造商协会 Radio Electronics TelevisionManufacturers Association RETMA EIA是一个代表电子产品制造厂商的纯服务性全国贸易协会 它主要从事国内和国际标准化活动 以及市场销售和消费者事务等工作 并代表美国电子行业参加国际电工委员会电子元器件质量评定体系 IECQualityAssessmentSystemforElectronicComponents IECQ 12 4 地区的标准化组织欧洲标准化委员会 CEN 1961年成立 宗旨在于促进成员国之间的标准化协作 制定本地区需要的欧洲标准 EN 除电工行业以外 和协调文件 HD CEN与CENELEC和ETSI一起组成信息技术指导委员会 ITSTC 在信息领域的互连开放系统 OSI 制定功能标准 成员国有 奥地利 比利时 丹麦 芬兰 法国 德国 希腊 冰岛 卢森堡 意大利 荷兰 挪威 波兰 西班牙 瑞典 瑞士和英国 欧洲邮政和电报委员会 CEPT 欧洲计算机制造商协会 ECMA 成立于1961年 是一个使计算机运作格式标准化的官方组织 包括程序语言和输入输出代码 13 1 2 2有关因特网的组织管理机构 14 因特网配置控制委员会 InternetConfigurationControlBoard ICCB 成立于1979年 最早的因特网机构是ARPA成立的一个非正式的委员会 因特网行动委员会 InternetActivitiesBoard IAB 成立于1983年 取代了ICCB 负责因特网的技术管理和发展战略制订 决定因特网的技术方向 1986年 在因特网行动委员会 IAB 下成立了两个工作部门 因特网工程任务组 InternetEngineeringTaskForce IETF 因特网研究任务组 InternetResearchTaskForce IRTF 因特网行动委员会更名为因特网体系结构委员会 InternetArchitectureBoard 1992年成为同年成立的因特网协会ISOC的技术顾问小组 因特网网络信息中心 InternetNetworkInformationCenter InterNIC 成立于1993年 负责所有以 com org等结尾的顶级国际域名的注册与管理 中国互联网络信息中心 ChinaInternetNetworkInformationCenter CNNIC 成立于1997年 是我国的非盈利机构 行使中国国家互联网络信息中心职责 因特网名称与数字地址分配机构 TheInternetCorporationforAssignedNamesandNumbers ICANN 成立于1998年 是一个非盈利组织 ICANN负责IP地址空间的分配 协议标识符的指派 通用顶级域名以及国家和地区顶级域名系统的管理以及根服务器系统的管理 15 因特网协会ISOC 1992年成立 因特网体系结构委员会IAB 1992年成立 因特网研究指导小组IRSG 因特网工程指导小组IESG 因特网研究任务组 1986年 InternetResearchTaskForce IRTF 因特网工程任务组 1986年 InternetEngineeringTaskForce IETF RG RG 领域 领域 WG WG WG WG 16 1 2 3因特网协会ISOC 1992年 一个相当于因特网最高管理机构的组织因特网协会 InternetSociety ISOC 成立 ISOC总部及秘书处设在美国弗吉尼亚州莱斯顿地区 作为一个非赢利的行业性全球因特网协调与合作国际组织 ISOC致力于确保全球因特网发展的有益性和开放性 并就因特网技术制定标准 发布信息 进行培训 此外 ISOC还致力于社会 经济 政治 道德 立法等能够影响因特网发展方向的工作 17 1 3标准化过程和RFC文档1 3 1因特网技术文档 Internet能够得到广泛的应用是与一系列的标准分不开 Internet标准是必须遵守的正式规约 它的标准化过程师精心设计的 遵循严格的程序 RFC RequestForComments 的含义是请求注解 它是一系列关于因特网的技术文档 RFC涉及计算机网络的概念 协议 过程 程序 会议纪要 观点看法甚至幽默等诸多方面的内容 RFC技术文档的发布开始于1969年 当某一机构 团体或个人开发出了一个标准或者想对某一标准提出自己的设想 希望得到大家的认可时 就要通过Internet工程指导小组在因特网上发布一个RFC文档 向外界征询意见 18 符合因特网标准过程的规范有两类 技术规范TS TechnicalSpecification 是关于协议 服务 过程 约定和格式的描述适用性陈述AS ApplicabilityStatement 定义一到多个技术规范的使用环境和如何使用AS为每个TS指定下列5个 需要等级 之一 1 必需的 指RFC必须被所有的Internet系统实现才能达到最低限度的一致性 2 建议的 指RFC在最低限度的一致性中不是必须的 但有用 3 可选的 指系统可根据自身需要而选用此RFC 4 限制使用的 指RFC只能在受限的情况下使用 5 不建议的 过时 19 1 3 2因特网标准建立过程 20 1 3 3获取RFC文档 RFC文档几乎包含了关于因特网的所有的重要资料 如 RFC791是著名的IP的正式规范 RFC792 1981 是ICMP的正式规范 RFC791是著名TCP的文档编号 http www rfc editor org是RFC编辑小组的网站http www ietf org最重要的Internet组织之一http sunsite dkRFC查询非常强大 可以FTP登录下载全部RFC文档 http www iso chISO 国际标准化组织http standards ieee orgIEEE 电气与电子工程师协会http web ansi orgANSI 美国国家标准化组织http www itu intITU 国际电信同盟 21 第2章TCP IP协议族与OSI参考模型 22 主要内容 网络协议与分层OSI参考模型TCP IP协议族客户 服务器模型 23 2 1网络协议与分层 1 协议的概念网络协议是通信双方共同遵守的规则和约定的集合 协议必须将各种不利的条件事先都估计到 而不能假定一切都是很理想 很顺利的 必须非常仔细地检查所设计协议能否应付所有的不利情况 整个计算机网络的实现体现为协议的实现 2 网络协议分层的必要性相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行 而这 协调 是相当复杂的 分层 可将庞大而复杂的问题 转化为若干较小的局部问题 而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理 为了保证网络的各个功能的相对独立性 以及便于实现和维护 通常将协议划分为多个子协议 并且让这些协议保持一种层次结构 子协议的集合通常称为协议簇 24 3 划分层次原则层次数目不能太少 若层数太少 就会使每一层的协议太复杂 层次数目不能太多 层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难 4 协议分层的好处网络协议分层有利于将复杂问题分解成多个简单的问题 从而分而治之 分层有利于网络的互联 进行协议转换时可能只涉及某一个或几个层次而不是所有层次 分层可以屏蔽下层的变化 新的底层技术的引入 不会对上层的应用协议产生影响 有利于标准化方便实现和维护 25 分层的体系结构中层 协议和接口的关系示意图 26 2 2OSI体系结构网络划分为资源子网和通信子网 通信子网由通信设备和线路构成 资源子网由主机和其他末端系统构成 交换结点属于通信子网 访问结点属于资源子网 因为主机也具有通信功能 所以严格地讲 主机中负责底层通信的部分也应该属于通信子网 27 20世纪70年代出现了多种网络体系结构 针对这一问题 国际标准化组织ISO1984年提出了著名的开放系统互连参考模型 简称OSI RM OSI RM的层次结构中下三层为通讯子网 上四层为资源子网 OSI OpenSystemInterconnection 开放系统互连RM ReferenceModel 参考模型 应用层 将用户请求交给相应应用程序 做什么表示层 翻译 如何表达的内容会话层 建立 保持 结束会话 轮到谁和什么时候开始传输层 将数据分段重组保证数据传输无误性 信息以什么方式传输网络层 向数据上加入网络地址 根据目的网络地址为数据选择网络路径 走哪条路可以到达数据链路层 查看及向数据上加入MAC地址 流量控制 差错检测 每一步如何走 物理层 规定数据传输时的物理特性 每一步怎样利用物理媒体 28 OSI RM的数据封装拆封 1 数据封装过程 发送方 29 2 数据拆封装过程 接受方 30 2 3TCP IP协议族 TCP IP协议族是一个Internet协议系列 它的前身是实验性分组交换网APRANET 由美国国防部高级研究计划署DoDARPA所资助 TCP IP协议族包含了大量由Internet体系结构委员会 InternetArchitectureBoard IAB 作为Internet标准发布的协议 TCP IP协议族由应用层 传输层 网络层 数据链路层和物理层构成 每一层的功能由一个或多个协议实现 31 TCP IP参考模型 32 TCP IP协议族的层次结构 33 网络接口层 网络接口层 Host to networkLayer 也有翻译成主机 网络层的 在TCP IP参考模型中并没有详细定义这一层的功能 只是指出通信主机必须采用某种协议连接到网络上 并且能够传输网络数据分组 具体使用哪种协议 在本层里并没有规定 实际上根据主机与网络拓扑结构的不同 局域网基本上采用了802系列的协议 如802 3以太网协议 802 5令牌环网协议 广域网较常采用的协议有帧中继 X 25等 34 网络层 网络层 InternetLayer 的主要功能是负责在互连网上传输数据分组 网络层与OSI参考模型的网络层相对应 相当于OSI参考模型中网络层的无连接网络服务 网络层是TCP IP参考模型中最重要的一层 它是通信的枢纽从底层来的数据包要由它来选择继续传给其他网络结点或是直接交给传输层对从传输层来的数据包 要负责按照数据分组的格式填充报头 选择发送路径 并交由相应的线路发送出去 在网络层 主要定义了网络协议 IP 以及数据分组的格式 它的主要功能是路由选择和拥塞控制 另外 本层还定义了地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP Internet控制报文协议 ICMP Internet组管理协议IGMP以及路由选择协议 35 传输层 传输层 TransportLayer 的主要功能是负责端到端的对等实体之间进行通信 TCP IP的传输层定义了两个协议 传输控制协议 TransportControlProtocol TCP 参见RFC793 用户数据报协议 UserDatagramProtocol UDP 参见RFC768 TCP协议是可靠的 面向连接的协议它用于包交换的计算机通信网络 互连系统以及类似的网络上 保证通信主机之间有可靠的字节流传输