第章计算机网络的协议与体系结构PPT课件.ppt

第3章计算机网络的协议与体系结构 1 3 1网络体系结构的基本概念 网络协议网络协议是指为网络数据交换 控制数据通信而制定的一组规则 约定与标准 从通信与资源共享的角度来讲 协议 是网络的本质 2 3 1网络体系结构的基本概念 组成网络协议的三要素 1 协议的语义 做什么 问题 2 协议的语法 如何做 问题 3 协议的时序 什么时候做 问题 3 3 1网络体系结构的基本概念 图3 1邮政系统信件发送 接收过程示意图 4 3 1网络体系结构的基本概念 层次化体系结构中的几个基本概念1 协议 通信规则2 层次 分而治之3 接口 交换信息的连接点 5 3 1网络体系结构的基本概念 网络体系结构 网络层次性结构模型与各层次协议的集合 6 3 1网络体系结构的基本概念 网络体系结构的优点1 各层之间相互独立 2 灵活性好 3 每层可以选择最合适的实现技术 技术改变不会影响其他层 4 易于实现和维护 5 有利于标准化的实现 7 3 2开放系统互联参考模型 OSI RM OSI参考模型的提出1974年 ISO发布了著名的ISO IEC7498标准 它定义了网络互连的七层框架 也就是开放系统互联参考模型 OpenSystemInterconnectionReferenceModel OSI RM 8 3 2开放系统互联参考模型 OSI RM OSI参考模型的概念在OSI标准中 采用三级抽象 体系结构 Architecture 服务定义 ServiceDefinition 协议规格说明 ProtocolSpecification 9 3 2开放系统互联参考模型 OSI RM 数据单元 n 服务数据单元 n SDU n 协议数据单元 n PDU n 接口数据单元 n IDU 10 3 2开放系统互联参考模型 OSI RM 服务访问点相邻层间的服务是通过其接口界面上的服务访问点 ServiceAccessPoint SAP 进行的 n层的SAP就是n 1层可以访问n层的地方 每个SAP都有一个惟一的地址 11 3 2开放系统互联参考模型 OSI RM 服务原语 表3 1OSI的4类服务原语 12 3 2开放系统互联参考模型 OSI RM 面向连接和无连接的服务1 面向连接的服务首先建立通信链路 然后进行数据传输 传送完毕后 拆除链路 2 无连接的服务无连接的服务没有建立和拆除链路的过程 一般也没有确认 13 3 2开放系统互联参考模型 OSI RM 图3 2OSI参考模型的示意图 14 3 2开放系统互联参考模型 OSI RM 图3 3相邻层及其接口 15 3 2开放系统互联参考模型 OSI RM OSI环境OSI参考模型所描述的范围 称作OSI环境 OSI参考模型描述的范围包括联网计算机系统中的应用层到物理层的七层及通信子网 16 3 2开放系统互联参考模型 OSI RM 图3 6OSI环境示意图 17 3 2开放系统互联参考模型 OSI RM 图3 7OSI环境数据流 18 3 3物理层 功能利用传输介质为数据链路层提供物理连接 实现比特流的透明传输 尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异 物理层协议是网络物理设备之间的接口 目的是在通信设备DTE DCE之间提供透明的二进制位流传输 19 3 3物理层 特性1 机械特性2 电气特性3 功能特性4 规程特性 20 3 3物理层 接口标准1 EIARS 232C2 EIARS 449 442 A 423 A3 X 21 21 3 4数据链路层 主要功能在物理层提供的比特流的基础上 通过各种控制协议 差错控制 流量控制方法 使有差错的物理信道变为无差错的 能可靠传输数据帧的数据链路 即提供可靠的通过物理介质传输数据的方法 22 3 4数据链路层 组成及其功能 介质访问控制层 MAC 逻辑链路控制层 LLC 信道争用 网络连接 23 3 4数据链路层 面向字符型的传输控制规程在面向字符型的传输控制规程中 信息传输以字符为基本单位 通过控制字符来实现对链路层的监控与管理 24 3 4数据链路层 面向字符型的传输控制规程缺点 1 通信线路的利用率低 2 所有通信的设备必须使用同样字符代码 而不同版本的规程要求使用不同的代码 3 可靠性较差 4 不易扩展 25 3 4数据链路层 两种基本配置 1 非平衡配置2 平衡配置 面向位的链路控制规程 HDLC 26 3 4数据链路层 HDLC帧格式 27 3 4数据链路层 零比特填充法 28 3 4数据链路层 地址字段A 非平衡方式 写入次站地址 平衡方式 写入确认站地址 全1地址是广播地址 全0地址是无效地址 因此 有效的地址共有254个 29 3 4数据链路层 HDLC的三种帧格式 30 3 4数据链路层 监督帧 31 3 4数据链路层 流量控制发送方的发送速度 接收方的接收速度在数据链路层中 常使用窗口流量控制方法 32 3 4数据链路层 差错控制1 接收方接收的帧的错误检测2 所发送的帧丢失或确认帧丢失 33 3 5网络层 主要功能1 建立 维持和释放网络连接 完成路径选择 拥挤控制 网络互联等功能 2 根据传输层的要求选择网络服务质量 3 向传输层报告未恢复的差错 34 3 5网络层 提供两种类型的服务1 虚电路 VirtualCircuit 服务 1 呼叫虚电路 2 永久虚电路2 数据报 Datagram 服务 35 3 5网络层 虚电路服务和数据报服务的比较 表3 2虚电路和数据报服务的比较 36 3 5网络层 网络地址对于网络编址的主要内容可概括如下 1 逻辑网络地址用于指明源和目的地网络 IP地址2 物理设备地址用于标识源或目的地计算机 网卡地址3 服务地址标识运行于源或目的地计算机上的特定应用程序 端口号 37 3 5网络层 IP地址所有IP地址均由Internet网络信息中心NIC NetworkInformationCenter 统一分配 并由各级网络信息中心分级管理 每个IP地址由长度为32位二进制数 即4个字节 所组成 IP地址通常采用 点分十进制 表示法 38 A类地址 第一个字节表示网络标识 后3个字节表示网络上的主机标识 A类地址中第一个字节的首位为0 其余7位为网络标识 又因为127保留给诊断用 而网络标识不能全为0 全为0表示本地网 所以A类地址编码范围为1 0 0 0 126 255 255 254 A类地址最多只能标识126个网络 而每个网络可以容纳16777214台主机 因此A类地址的分配非常严格 只有像ARPANET这样著名的大型网络才能使用A类地址 B类地址 前两个字节表示网络标识 后两个字节表示网络上的主机标识 B类地址中第一个字节的前两位为10 其余6位和第二字节的8位共14位表示网络标识 B类地址编码范围为128 0 0 1 191 255 255 254 能标识16384个网络 每个网络可以容纳65534台主机 所以 B类地址分配给大 中型网络使用 C类地址 前三个字节表示网络标识 最后一个字节表示网络上的主机标识 C类地址中第一个字节的前三位为110 其余5位 第二字节的8位和第三字节的8位共21位表示网络标识 C类地址编码范围为192 0 0 1 223 255 255 254 能标识2097152个网络 每个网络可以容纳254台主机 所以 C类地址分配给小型网络使用 D类地址 多播地址 不能上Internet 主要用于多播传输 E类地址 保留使用 39 3 5网络层 按源结点向外发送多少路来分 路径选择算法可分为 路径选择 扩散式 选择扩散式 单路路径选择 非自适应式 自适应式 40 3 5网络层 流量控制和拥塞控制流量控制解决的是一条信道上的信息流畅问题 拥塞控制解决的是子网中的信息总量问题 流量控制 滑动窗口法拥塞控制 许可证法 丢弃分组法 41 3 6传输层 主要功能1 建立 维护 拆除传输层的连接 2 提供端到端的错误恢复和流量控制 3 向会话层提供独立于网络层的传送服务和可靠的透明数据传送 42 3 6传输层 1 A型 可接受的差错率和可接受的故障通知率 2 B型 可接受的差错率和不可接受的故障通知率 3 C型 不可接受的差错率和不可接受的故障通知率 网络服务质量类型 43 3 6传输层 传输层协议分类 表3 3传输层协议分类 44 3 6传输层 分段与合并多路复用向上多路复用 向下多路复用流量控制动态窗口管理 动态缓冲分配策略差错控制保证段序号惟一 超时重发机制 45 3 7其他各层的简介 会话层具体功能 1 会话管理2 会话流量控制3 寻址4 出错控制 46 3 7其他各层的简介 表示层具体功能 1 数据格式处理2 数据的编码3 压缩和解压缩4 数据的加密和解密 47 3 7其他各层的简介 应用层主要功能 1 用户接口2 实现各种服务 48 3 8TCP IP体系结构 TCP IP协议的起源TCP IP协议的特点1 开放 免费使用 独立于计算机硬件与操作系统 2 可运行在各种网络中 尤其Internet 3 统一的网络地址分配方案 4 可提供多种可靠服务 49 3 8TCP IP体系结构 图3 13TCP IP参考模型与OSI参考模型 50 3 8TCP IP体系结构 主机 网络层主机 网络层 又被称为网络接口层 负责通过网络发送和接收IP数据报 主机 网络层包括各种物理网协议 如局域网的Ethernet协议 令牌环TokenRing协议 分组交换网的X 25协议等 51 3 8TCP IP体系结构 互联层主要功能 1 处理来自传输层的分组发送请求 2 处理接收的数据报 3 处理互联的路径 流量控制与拥塞问题 52 3 8TCP IP体系结构 核心协议 1 IP InternetProtocol 协议2 ICMP InternetControlMessageProtocol 协议3 ARP AddressResolutionProtocol 协议4 RARP ReverseAddressResolutionProtocol 协议 互联层 53 3 8TCP IP体系结构 图3 14IP数据报的格式 54 3 8TCP IP体系结构 传输层主要功能 1 提供应用进程间的逻辑通信 2 对收到的报文进行差错检测 55 3 8TCP IP体系结构 传输层核心协议 1 UDP UserDatagramProtocol 协议2 TCP TransmissionControlProtocol 协议 56 3 8TCP IP体系结构 图3 16TCP报文段的格式 57 3 8TCP IP体系结构 应用层主要功能 规定应用进程在通信时所遵循的协议 协议分类 1 依赖TCP协议2 依赖UDP协议3 既依赖TCP 又依赖UDP Telnet SMTP FTP SNMP DNS 58 3 8TCP IP体系结构 表3 4应用层主要协议 59 3 8TCP IP体系结构 图3 17TCP IP参考模型与协议栈的关系 60 3 9