第2章++计算机通信协议与网络体系结构.ppt

第2章计算机通信协议与网络体系结构 2 1概述2 2OSI参考模型功能简述2 3OSI RM分层结构的重要概念2 4因特网TCP IP协议栈和分层结构2 5标准化组织与机构 2 1概述 随着计算机系统网络化互连业务的需求不断增长 世界上一些大的计算机公司在20世纪60年代率先开发出了自己的计算机网络体系结构 协议 Protocol 也称规程 和通信设备 如IBM公司的系统网络体系结构 SNA DEC公司的数字网络体系结构 DNA 等 这些公司的产品自成系列 能够方便地实现同类计算机系统的互连成网 然而 各公司设计的计算机专有系统所用的体系结构 控制机理和信息格式彼此不同 互不兼容 使不同的计算机系统之间的通信变得相当复杂 1976年 ITU T正式公布了基于分组交换技术的公用数据通信网的重要标准 X 25接口规程 为计算机通信技术的发展奠定了基础 网络及其标准化的发展势在必行 其原动力出于两方面 1 计算机厂商为了拓宽其产品的销路 2 用户渴望能得到性能价格比高的兼容设备 国际标准化组织 ISO 吸取了SNA DNA以及ARPA网等网络体系结构的成功经验 参照了X 25开放互连结构特性 从用户系统信息处理的角度 提出了开放系统互连的参考模型 OSI RM 即ISO7498 该参考模型于1984年5月被批准为国际标准 与此 同时 ITU T从通信系统的角度 进一步研究了如何实现设备的兼容性要求 规定了 ITU T应用OSI RM 各层提供的服务以及开放系统中对等实体间通信所必须遵循的规程 X 200系列建议 2 1 1通信协议与分层体系结构在计算机通信网中 每一台连接在网上的计算机都是网络拓扑的一个节点 为了正确地传输 交换信息 必须要有一定的规则 计算机通信实质上是计算机进程之间的通信 我们将计算机通信网中为正确传输数据信息而设立的通信规则 或约定 称为通信协议 也称网络协议 通信协议是指网络中应用进程之间相互通信所必须共同遵守的约定的集合 一个通信协议应包含以下三个基本要素 1 5 1 语义 Semantics 定义了用于协调通信双方和差错处理的控制信息 是对构成协议的协议元素含义的解释 即 讲什么 2 语法 Syntax 规定了通信所用的数据格式 编码与信号电平等 是对所表达内容的数据结构形式的一种规定 即 怎么讲 3 定时规则 Timing 明确实现通信的顺序 速率适配及排序 通信协议实质上是实体间通信时所使用的一种语言 计算机通信网的协议包含的内容相当复杂 如何将复杂的问题分解为若干较简明且有利于处理的问题 实践表明 采用网络的分层结构最为有效 图2 1 1邮政系统处理信件的层次结构 现以邮政系统处理日常生活中寄信给远方朋友的过程所用层次概念为例来加以说明 如图2 1 1所示 第一层A地用户写信 封入标准信封 按格式要求写上收信人地址 姓名 邮政编码及贴上邮票 投入信箱 第二层A地邮政局汇集信件 进行分拣处理 打成邮包 第三层邮政局将邮包送转运处 通过运输部门传送邮包 在接收方 转运处将邮包送到邮政局 在局内进行分发 按地址 邮政编码投递到户 通过上例可知 应使通信双方能理解写信的格式 地址 邮政编码 邮政局内信件的处理 分发以及转运处的运送邮包都必须有规可依 整个信件处理过程使人们可联想到计算机通信与网络分层的概念和必要性 但计算机之间的通信显然比上述例子更为复杂 计算机通信的网络体系结构实际上就是结构化功能分层和通信协议 规程 的集合 也就是从逻辑功能上构筑计算机进程之间相互通信的层次化结构 不同系统对等层之间的通信协议以及同一系统相邻层间的接口服务的集合 2 1 2ISO OSI参考模型ISO7498标准定义了描述网络体系结构的对象的类型 关系及约束 还定义了七层功能的开放系统互连 OSI OpenSystemInterconnection 参考模型 用于异种计算机应用进程间通信 如图2 1 2所示 图2 1 2OSI参考模型中的体系结构 图中实系统表示一台或多台计算机 相关的软件以及信息处理过程等的集合 是能独立运行和处理信息的自治整体 遵循互连协议标准的实系统称开放实系统 所谓开放系统 是指所有符合抽象开放互连特性的实系统 OSI RM标准是抽取实系统中与互连有关的公共属性所构成的模型系统 在此基础上研究模型系统的互连标准 以避免涉及具体的机型 技术细节 使用逻辑功能上等价的开放实系统来代替实系统开放性 OSI参考模型的特征为 1 采用了有利于异构计算机系统互连 互通的层次化结构 2 是一种抽象的标准框架 也是OSI中最高一级的抽象 而不是具体实现的描述 3 在不同开放实系统的对等 Peer 层之间的通信由此层的协议管理 4 在同一开放实系统的相邻层间的接口定义了服务关系和操作原语 5 可提供的服务为面向连接的或无连接的数据服务 6 每层实体执行所定义的功能 修改某层的功能不应影响其他层 在实现体系结构时 允许采用不同的硬件和软件 只有物理层的通信接口传输比特流 制定OSI标准所采用的方法是将复杂的通信过程分解为若干个层次 即结构化功能分层的方法 其分层原则是 1 设置合理的层数 确保各层的功能相对独立 使每一层的功能单一化 允许采用最佳技术来实现 2 确保灵活性 只要接口关系保持不变 某一层技术上的变化不应影响其他层次 3 有利于促进标准化 由于分层结构使每一层功能及提供的服务可规范执行 其层间边界的信息流通量应尽可能少 4 为了满足各种通信业务的需要 在一层内可形成若干子层 也可以合并或取消某层 2 1 3结构化分层功能依据上述分层原则 OSI参考模型采用了七层体系结构 物理层 PhysicalLayer 缩写为PH 数据链路层 DataLinkLayer 缩写为DL 和网络层 NetworkLayer 缩写为NT 为下三层 统称为低层 构成了开放的网络通信平台 实现OSI参考模型面向通信 含传输和交换 的功能 OSI参考模型的高层 或称为上三层 为会话层 SessionLayer 缩写为S 表示层 PresentationLayer 缩写为P 和应用层 ApplicationLayer 缩写为A 主要面向用户的应用进程 进行分布的信息处理 中间的第四层为传输层 TransportLayer 缩写为T 它是计算机通信的关键层次 为高低层间提供接口与服务 起与通信两端桥接的作用 图2 1 2表示了A端实系统的应用进程APA由本地系统管理模块 LSM 协调 从最高层的应用层逐层下递到物理层 通过物理的通信接口 传输媒体进入通信子网 通信子网内的交换设备仅包括下三层功能 在B端开放实系统将收到的信息流由物理层起 逐层处理并上交 直至B端的应用进程APB 同理也可解释开放系统中APB到APA的处理过程 2 2OSI参考模型功能简述 ISO OSI参考模型的每一层都是一种类型功能的集合 由许多基本功能模块组 成 每一个基本功能模块执行规程所确定的相应功能 它具有相对独立性 常称之为实 体 Entity 1 物理层物理层是OSI七层模型的最低层 其主要功能是为计算机等开放系统之间建立 保持和断开数据电路的物理连接 并确保在通信信道上传输可识别的透明比特流信号和时钟信号 物理层有四个基本特性 机械特性 电气特性 功能特性和过程特性 用来提供连接服务 物理层协议的目标是使所有厂家的计算机和通信设备在接口上按规定互相兼容 比较典型的物理层协议如ITU TV系列建议 X 21建议和I系列的I 411 I 412接口规范 2 数据链路层数据链路层是OSI参考模型的第二层 其目的是屏蔽物理层的特征 面向网络层提供几乎无差错 高可靠传输的数据链路 确保数据通信的正确性 数据链路层主要解决以下两个问题 1 数据传输管理 包括信息传输格式 差错检测与恢复 收发之间的双工传输争用信道等 2 流量控制 协调主机与通信设备之间的数据传输速率失配 数据链路层的主要功能是 数据链路的建立和释放 数据链路服务单元的定界 同步 定址 差错控制和数据链路层管理 按照不同的信息传输方式 数据链路层的协议也不完全相同 有面向字符的数据链路控制规程和面向比特的数据链路控制规程两大类 目前大多采用面向比特的数据链路控制规程 它能向上层提供较高的数据透明性 基本的数据传输单元是帧 Frame 常用的数据链路层协议有 高级数据链路控制 HDLC 规程 同步数据链路控制 SDLC 规程 ITU TX 25的LAPB 平衡链路访问协议 NISDNI 440 I 441LAPD和帧中继的LAPF等 3 网络层网络层是管理和控制通信子网的重要层次 其主要功能是 路由选择和中继 激活和终止网络连接 数据的分段与合段 差错的检测和恢复 排序 流量控制 拥塞控制 一条数据链路上复用多条网络链接以及网络层管理 网络层的主要协议有 分组交换公用数据网 X 25网 的分组型终端设备 P DTE 入网接口规程ITU TX 25分组级 网间互通的控制信令ITU TX 75建议 此外 还有广泛流行的因特网 Internet 互联子层IP协议以及Novell网的IPX协议等 值得强调的是 从原理上来说 数据链路层提供了相对无差错的数据链路 并在网络层设有一定的检错和纠错能力 但在网络连接上仍有可能出现意外的差错 为此 通常用残留差错率和可通告的故障率来衡量差错 前者表示在网络连接上传输出错的网络服务数据单元与所有传输的网络服务数据单元总数的比值 后者则表示不可恢复的差错数在可检测出的差错中所占的比例 网络服务可分为下列三种类型 1 A型网络服务 具有小的残留差错率和小的可通告差错率 2 B型网络服务 具有小的残留差错率和大的可通告差错率 3 C型网络服务 具有大的残留差错率 4 传输层传输层是计算机通信网络体系结构中最关键的一层 它汇集下三层的功能 向高层提供完整的 无差错的 透明的 可按名寻址的 高效低费用的端到端的通信服务 起到承上启下的作用 传输层的主要功能是 传输连接的建立和释放 分段与合段 拼接与分割 传输协议数据站单元 TPDU 的传输 连接的拒绝 数据TPDU的编号 加速数据传输及重同步等 传输层协议按照传输实体是否提供分流 合流 复用 分解 差错检测和恢复等要求 可分为5类 如表2 2 1所示 允许用户按不同的网络连接的服务类型来选用 一个传输连接上的同等传输实体必须协商选用同一类型或兼容类的协议操作 表2 2 1OSI传输协议的类别 5 会话层会话是指两个用户按已协商的规程 为面向应用进程的信息处理而建立的临时联系 会话的目标是为会话服务用户 表示实体 之间的对话和活动提供组织 协商与交互所必需的措施 并对信息传输进行控制与管理 会话实体向会话服务用户提供如下功能 1 在两个会话服务用户之间建立一组会话连接 并以同步方式提供信息交换和有序的会话连接 释放 2 协商使用标记来控制信息交换 同步以及释放 3 在数据流中设置同步点 可根据会话服务用户的请求和利用已设的同步点 提供重新同步的功能 4 为会话服务用户提供中断与恢复会话的功能 会话层提供交互会话的管理功能 有三种数据流方向的控制模式 单路交互 两路交替 两路同时会话模式 6 表示层表示层主要解决不同开放实体系统互连时的信息表示问题 并描述对等实体共享的数据 在OSI环境中 信息的表示约定称为语法 应用实体可根据具体的应用 选用不同的语法 称为局部语法 在应用实体之间传输的信息具有公共的信息表示方法 称为公共语法 表示层的功能就是实现其语法转换 表示层中定义了下面两种语法概念 1 抽象语法 对数据一般结构的描述 由应用实体来定义数据元素 如应用协议数据单元 APPU ISO推荐的标准抽象语法是抽象语法记法 1 ASN 1 2 传送语法 对等表示实体之间通信时对用户信息的描述 用于信息交换 传送语法不仅应能描述抽象语法表示的所有值 还得指明相应数据的结构 表示实体在建立表示连接时必须协商本次连接所用的传送语法 传送语法和抽象语法之间的对应关系构成了表示上下文 表示上下文在通信前约定 也可以在表示连接时协商确定 或者在通信过程中重新定义 一旦确定了表示上下文 对应的表示实体可知相应的应用实体采用了何种抽象语法 以及其数据值用何种编码予以传送 由此可知 表示层的主要功能还包括 给应用实体提供执行会话服务的方式 提供一种确定复杂数据结构的方法 管理当前的请求数据结构组 选择和转送传送语法 在抽象语法与传送语法之间进行转换 此外 数据的加密 解密 压缩 解压也是表示层的任务 可将其看作一种特殊的编码 7 应用层应用层是OSI参考模型中的最高层 也是开放体系中直接向应用进程或用户提供服务的惟一层次 应用层的作用是 在实现多个系统中应用进程间相互通信的同时 完成一系列业务处理所需的功能 应用层负责用户信息的语义表示 并对应用进程间的通信进行语义适配 它通过应用实体 应用协议和表示服务进行信息交换 并给应用进程访问OSI提供惟一的窗口 应用实体包括以下各种支持应用进程的服务元素 1 公共应用服务元素 CASE 其中包括联系控制服务单元 ACSE 托付 并发和恢复 CCR 2 特殊应用服务元素 SASE 其中包括文件传送 访问及管理 FATM 虚拟终端 VT 作业传送与操作 JTM 电子邮件 E mail 等 此外 一部分与用户有关的用户元素UE可用于应用进程和开放系统互连 起到数据源和数据宿的作用 2 3OSI RM分层结构的重要概念 2 3 1通信协议 服务和服务访问点在2 2节中简述了OSI七层参考模型的主要功能 涉及到一些重要的基本概念 通信协议 服务和服务访问点 现结合层次结构的一般性表示来进一步予以解释 在多个开放系统互连的计算机通信与网络环境中 从层次的结构角度来看 除了第七层和第一层以外的任何一层均可抽象地称为第N层 表示为 N 则其相邻的第N 1层和第N 1层可写成 N 1 和 N 1 每一层都可称为开放系统的一个子系统 如前所述 在OSI参考模型中 采用实体这一专有名词来表示任何有收 发信息的硬件或软件进程 完成子系统所承担的处理任务 一个子系统内可以包括一个或多个实体 位于不同子系统的同一层内实体间的相互关系如图2 3 1所示 图2 3 1不同子系统的同一层内实体间的相互关系 如前所述 通信协议是指为描述计算机通信系统对等实体之间进行数据交换而建立的规则 约定和步骤 也称为网络协议或通信规程 Protocol 图2 3 1中不同开放系统的对等的第N层实体进行通信的规则的集合称为第N层规程 简写为 N 规程 注意 N层与 N 表示的含义不同 带括号的 N 表示第N层 而不带括号的N表示N层 例如 若想说明开放系统互连有七层 可抽象为N层 N 7 若要叙述传输层 其为第四层 可用 N 来表示 其中N 4 则 N 1 表示第五层 N 1 表示第三层 两个第N层实体之间用虚线连接 表示第N层的逻辑连接 在第N层规程的控制下 两个第N层实体分别可向其第N 1层提供服务 这种服务称之为第N层服务 受到服务的是第N 1层的实体 称它为第N层的 用户 同理 N 实体要执行 N 规程 还需要 N 1 实体为其提供服务 同一系统上下相邻两层实体之间可有联系 联系的交接点出现在层接口上 称之为服务访问点 SAP 因此 N 服务是由一个 N 实体作用在一个 N 的SAP上来提供的 N SAP实际上就是 N 实体与 N 1 实体间的逻辑接口 有时也可称之为端口 Port 综上所述 分层结构的方法实质上是每一层应向其上邻层提供具有增值的服务 即利用下邻层提供的服务 并加上本层的功能特性 以满足上邻层提出的某种要求 值得指出的是 OSI模型的每一层都是一种类型的功能的集合 由多个模块组成 相邻层实体间允许有多个SAP 一个 N SAP只能被一个 N 实体所使用 也只能为一个 N 1 实体所使用 如图2 3 2所示 一个 N 实体可向多个 N SAP提供服务 称 连接复用 向上复用 一个 N 1 实体可使用多个 N SAP 称 连接分离 向下复用 两个不同系统 N 1 实体之间的信息交换是通过各自对应的 N SAP利用 N 协议建立一个 N 连接来实现的 一个SAP中可有多个连接端点 CEP 每个连接的两端必须使用不同的连接端点 图2 3 2服务访问点和服务连接端 2 3 2数据单元在OSI参考模型中 数据单元 DU DataUnit 是通信双方信息传递的单位 在各个层次 除第一层外 中 都由通信双方协议来规定数据单元格式 图2 3 3所示的数据单元可归纳为下列几种类型 图2 3 3OSI参考模型数据单元 1 协议数据单元 PDU 在不同的开放系统的对等实体间交换信息是在相关层的通信规程控制下完成的 这类信息传送单元称为协议数据单元 PDU 它由下列两部分组成 上一层的服务数据单元 SDU 本层的协议控制信息 PCI PCI一般作为头标 也称为标题 报头 加在SDU之前 用于指示一个实体执行一种服务控制功能 但在数据链路层 常将PCI头标置于SDU之前 而PCI尾标则放在SDU之后 2 接口数据单元 IDU 在同一开放系统的相邻层间实体的一次交互中 通过SAP的信息传递单元成为接口数据单元 IDU 根据层间接口的特性 IDU的大小是有规定的 但IDU与相应的PDU大小并不一定存在直接的对应关系 例如 PDU定义为1024字节 但并行接口可能只允许每次通过1个字节 另外 PDU在通过层间接口时 还需加上一定的控制信息 诸如说明通过的PDU长度或者说明有无加速传送等 这些控制信息称为接口控制信息 ICI 这些ICI仅在PDU通过接口时有用 对下一层的PDU并无影响 因此 接口数据单元IDU是一个PDU加上适当的ICI 经过SAP后 可将原先加上的ICI去掉 3 服务数据单元 SDU 为实现 N 1 实体所请求的功能 N 实体服务所需设置的数据单元称为服务数据单元 SDU 实际上 SDU是一个供接口调用的数据 只需要在 N 连接的两端保持其大小一致即可 与传送过程中所产生的变化无关 在简单的情况下 若任一层的SDU与其上一层的PDU相对应 则 N SDU就相当于该 N 层的用户数据 然而 在更多情况下 N SDU大于 N 协议所要求的 N PDU 此时必须要对 N SDU分段处理 显然分段后的每个SDU应加上相应的PCI 以便于收端能区分同属一个 N SDU的若干个PDU 反过来 当SDU小于PDU所要求的长度时 可将若干个SDU 配上各自的PCI 合并成一个PDU 这称作 合段 2 3 3数据传输流程OSI环境中对等实体间通信数据封装与解封的传送流程如图2 3 4所示 在源端 系统的应用进程APA将用户数据送入应用层 在此层加封AH 应用层协议的头标 或称标题 作控制作用 组成APDU 通过P SAP传到表示层 同样加封PH 组成PPDU 依此类推 直到第二层 控制信息分别加在数据单元的头 LH 尾 LT 形成LPDU 亦称帧 第一层只是比特流的传送 所以不必再加任何控制信息 图2 3 4对等实体间通信数据封装与解封的传送流程 在源端 系统的应用进程APA将用户数据送入应用层 在此层加封AH 应用层协议的头标 或称标题 作控制作用 组成APDU 通过P SAP传到表示层 同样加封PH 组成PPDU 依此类推 直到第二层 控制信息分别加在数据单元的头 LH 尾 LT 形成LPDU 亦称帧 第一层只是比特流的传送 所以不必再加任何控制信息 由图2 3 4可见 系统A作发送端时 对用户数据逐层加封 Encapsulation 当一连串比特流经传输媒体送到系统B后 从低层到高层 由每一层实体来分析控制信息头标的内容并作出必要的操作 然后再去封 将数据单元上交到高一层 依次处理 直到应用进程APB 源端 自上而下 宿端 自下而上 层层处理 加封 Encapsulation 洋葱皮式封装 拆封 Unencapsulation 分析头标标题 2 3 4通信原语当 N 1 实体向 N 实体请求服务 或 N 实体向 N 1 实体提供服务时 服务用户与服务提供者之间进行的交互操作采用通信原语 OSI规定了每一层可使用的下列4个通信原语 请求 Request 或简写为Req 指示 Indication 或简写为Ind 响应 Response 或简写为Resp 确认 Confirm 或简写为Conf 图2 3 5通信原语的相互关系和表示方法 图2 3 5给出了这四种通信原语的相互关系和表示方法 图2 3 5 a 是空间表示法 纵向代表层次 带圆的数字表示原语的使用顺序 图2 3 5 b 是时间表示法 纵向代表时间 现假定图中系统A的用户要求与系统B的用户进行通信 其工作过程如下 系统A的用户发出请求原语 调用服务提供者 N 实体的某个进程 N 实体则向对方发出一个PDU 当系统B的 N 实体从网络收到该PDU后 就向其服务用户发出指示原语 系统B的 N 服务用户调用了一个适当的协议过程 或由 N 实体已调用了一个必要的过程 过后 服务用户B发出响应原语 用以完成 指示 原语所调用的过程 这时 N 协议产生PDU 通过网络到达系统A的 N 系统A的 N 服务实体发出确认原语 表示已完成了先前系统A的服务用户的请求原语调用的过程 应当指出 一个完整的服务原语是由三部分组成 原语名字原语类型 原语参数 例如 请求建立传输连接的服务原语是指传输用户 即会话实体 要利用传输层提供的服务建立传输连接 Connect 的请求原语 可表示为 T CONNECT request 被叫地址 主叫地址 优先级别 服务质量 用户数据 服务原语也是OSI RM中的一个抽象概念 在编程实现的过程中 要使用中断 函数调用 系统调用或操作系统内核所提供的进程控制机制 1 从使用角度 服务原语类型可分为 确认 或证实 型 使用四种原语 非确认型 仅使用请求原语 指示原语 2 从通信的角度看 服务方式可分为 面向连接 ConnectionOriented 服务 如X 25分组网 帧中继和ATM网 无连接 Connectionless 服务 如Internet LAN 2 4因特网TCP IP协议栈和分层结构 因特网 Internet 的分层协议体系结构为全球信息联网奠定了基础 实际上 因特网是一个虚拟网 所谓虚拟网 是指因特网由许许多多的网互连而成 如图2 4 1所示 它执行TCP IP协议栈 TCP IPStacks 也译为协议集或协议簇 并定义任何可以传输分组的通信系统均可视为网络 因此 因特网具有网络对等性 即不论复杂的网络还是简单的网络 甚至两台连接的计算机也算一个网络 它是依托在物理网络上运行的 但与网络的物理特性无关 图2 4 1因特网 虚拟网 2 4 1TCP IP分层体系结构基于硬件层次上执行TCP IP协议栈的因特网 如同OSI参考模型 由四个概念性层次组成 自上而下为应用层 传输层 网间互连层 IP层 和网络接口层 如图2 4 2所示 图2 4 2因特网TCP IP分层体系结构 1 应用层应用层 ApplicationLayer 对应于OSI RM的高三层 应用层 表示层 会话层 用户通过API 应用进程接口 调用应用程序来运用TCP IP因特网提供的多种服务 应用程序负责收 发数据 并选择传输层提供的服务类型 如连续的字节流 独立的报文序列 然后按传输层要求的格式递交 常用的基本服务程序有 远程登录 Telnet 文件传输协议 FTP FileTransferProtocol 简化邮件传送协议 SMTP SimpleMailTransferProtocol 域名系统 DNS DomainNameSystem 此外 还有普通文件传输协议 TFTP TrivialFileTransferProtocol 网络文件系统 NFS NetworkFileSystem 网络信息系统 NIS NetworkInformationSystem 简单网络管理协议 SNMP SimpleNetworkManagementProtocol 等 2 传输层传输层 TransportLayer 提供端到端应用进程之间的通信 常称为端到端 End to End 通信 该层的通信协议有 传输控制协议 TCP TransportControlProtocol 用户数据报协议 UDP UserDatagramProtocol IP电话所用的数字话音协议 NVP NumericalVoiceProtocol 传输控制协议 TCP 提供可靠的信息流传输服务 确保信息流无差错地按序到达对端 3 网间互连层网间互连层 InterconnectionLayer 常称为IP层 负责异构网或同构网的计算机进程之间的通信 它将传输层的分组封装为数据报 Datagram 格式进行传送 每个数据报必须包含目的地址 源地址 在因特网中 路由器是网间互连的关键设备 路由选择算法是网络层 包括互连子层 的主要研究对象 这层的主要协议有 网络互连协议 IP InternetProtocol 互联网控制报文协议 ICMP InternetControlMessageProtocol 地址转换协议 ARP AddressResolutionProtocol 反向地址转换协议 RARP ReverseAddressResolutionProtocol 等 4 网络接口层网络接口层 NetworkInterfaceLayer 是TCP IP协议栈的最下层 负责与物理网络的连接 网络接口包含各种设备驱动程序 也可以是一个具有下三层协议的通信子网 支持现有网络的各种接入标准有如广域网的X 25分组交换网 DDN FRN ATM网等 局域网和城域网的以太网 Ethernet 标记环网 TokenRing FDDI以及PPP SLIP等 2 4 2TCP IP模型的工作机理TCP IP模型的工作机理如图2 4 3所示 以两台主机A B上的应用程序之间的通信过程为例 主机A通过应用层 传输层 网间互连层 IP层 到网络接口层进入网络1 按帧1格式传送和处理 路由器收到网络1的帧1 在IP层加以识别数据报头 选择转发路径 形成帧2 流经网络2 主机B在网络2中获取帧2 经网络接口层 IP层 传输层 应用层到达主机B 主机B到主机A的通信过程与此类似 图2 4 3因特网上TCP IP模型的工作机理 图2 4 4 在实现TCP IP分层模型的工作机理时 还需理解层间的界限 如图2 4 4所示 由图可见 TCP IP分层模型存在两个界限 应用程序与操作系统 OS 之间的界限和协议地址之间的界限 在因特网中 软件一般分为操作系统软件和非操作系统软件 应用层程序是非操作系统软件 操作系统软件集成了通信协议软件 目的是减少在协议软件的低层间进行数据传送的开销 在IP层之上的所有协议软件只使用IP地址 在网络接口层使用具体网络的物理地址 2 5标准化组织与机构 计算机通信与网络涉及到通信的双方或多方 其中包括点与点 点与多点 端与端的信息交互 为确保在网络环境下实现互联 互通 标准化有利于系统的异构组成 也给用户提供了选择使用的灵活性 标准化的程度是衡量计算机通信与网络系统的重要质量指标之一 一般说来 标准的制定有利于技术的发展 将激励大批量生产 降低成本 但有时各方意见不一的争执 会对新技术的推广和应用产生牵制作用 1 国际电信联盟1 ITU的组织机构和职能国际电信联盟简称ITU InternationalTelecommunicationUnion 成立于1865年 1947年联合国成立时 国际电信联盟是联合国下设的电信专门机构 是一个政府间的组织 1956年 原国际电报咨询委员会 CCIT 和国际电话咨询委员会 CCIF 合并成为国际电报电话咨询委员会 CCITT ConsulativeCommitteeInternationalTelegraphandTelephone 主要涉及电报和电话两项基本业务 随后通信业务种类不断增加 CCITT仍一直沿用这个名称 实际上 CCITT制定了所有的电信通信的建议标准 而国际无线电咨询委员会 CCIR ConsulativeCommitteeInternationalRadio 负责无线电通信标准与频率划分 1993年2月28日 ITU重组 设立了三个部门 ITU T 电信标准化部门 ITU R 无线电通信规范部门 ITU D 电信发展部门 ITU的总部设在日内瓦 其内部结构采用联邦制 ITU最高职位是 秘书长 每个部分的常设职能部门是 局 其中包括电信标准局 TSB 无线电通信局 RB 和电信发展局 BDT 不同的活动由三个部门分担 这三个部门在很大程度上负责所有的ITU活动 以前的CCITT更名为ITU TSS 国际电信联盟电信标准化部门 缩写为ITU T 它的主要职能是研究技术 操作和资费课题 制定全球性的电信标准 涉及到制定无线电通信 原CCIR的工作范围 的标准 而ITU R仅负责无线频率管理 2 ITU T的标准化工作无论是以前的CCITT 还是现在的ITU T 其标准化工作都是由很多研究小组 SG 来完成的 每个SG都负责电信的一个领域 传输 交换 话音和非话音网等 除此之外 其他的一些国际组织 科技协会和公司等也可以派专家来参加标准化工作 每个SG的成员最多可能有400多人 因此 SG又分成许多工作组 WP WP可以再细分成专家组 甚至可以分得更细 各个SG制定自己领域内的标准 在1988年以前 这些标准的草案必须提交给四年一次的代表大会 获一致通过才能正式成为标准 在1993年3月的ITU会议上 决定采用 加速程序批准新建议和修改建议 的方案 按照这种新的方法 标准的草案只要在SG会议上被通过 便可用信函的方法征求其他代表的意见 如果80 的回函是赞成的 则这项标准就算获得最后通过 而且不再发行成套的建议书 1998年起 ITU T加强了与ISO IETF的合作与沟通 并使TSB原来每四年审批一次建议的周期缩短到两个月 提高了效率 ITU T制定的标准被称为 建议书 意思是非强制性的 自愿的协议 现已生效的ITU T建议书有2700份 表2 5 1列出了ITU T系列建议分类汇总 ITU的网站地址 www itu int 2 国际标准化组织国际标准化组织 ISO InternationalStandardOrganization 是一个综合性的非官方机构 具有相当的权威性 它由各参与国的国家标准化组织所选派的代表组成 ISO下设各技术委员会 TC 其中TC97从事信息处理技术的研究 TC97中的SC6负责数据通信的标准 SC16负责有关开放系统互连参考模型OSI RM 由于ISO的TC97所研究的问题与另一个重要的国际标准化组织 国际电工委员会 IEC I