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计算机网络体系结构与协议教材 计算机网络实用教程 第二版 刘云主编参考教材 计算机网络 第四版 谢希仁主编 组网工程 徐振明等编 TCP IP协议族 BehrouzA Forouzan著 1 教学内容 数据通信模型与术语通信系统硬件传输媒体 数据通信接口 网络设备数据传输信道传输特性 数据编码 数据传输方式 线路复用 链路控制网络体系结构与协议OSI TCP IP IEEE802网络技术拓扑 交换 路由选择 拥塞控制 互联 安全 管理 性能网络工程组网工程规划设计 系统集成 综合布线 管理维护 2 计算机通信网络在IT领域的地位 IT业三大定律摩尔定律 GordonMoore sLaw Every18months processingpowerdoubleswhilecostholdsconstant 每过18个月 微处理器处理能力翻倍而价格不变 吉尔德定律 GeorgeGilder sLaw Thetotalbandwidthofcommunicationssystemswilltripleeveryyearforthenexttwenty fiveyears 未来25年内 通信系统总带宽每年翻三番 梅特卡夫定律 BobMetcalfe sLaw Theusefulness orutility ofanetworkequalsthesquareofthenumberofusers 网络的利用价值等于用户数的平方 3 计算机通信网络在IT领域的地位 包括微处理器在内的集成电路 通信网络 软件是IT业的三大支柱 三大定律中一条涉及微处理器 两条与通信网络有关 表明了网络在IT中的重要地位 梅特卡夫定律定量描述了单机与联网之间的巨大差别和网络的重要价值 反映了数据 计算机通信网相对于其它通信网络的效率差别 比较电话网 有线电视网和数据通信网的效率 电话网1 1 电视网1 N 计算机通信网N2 根据吉尔德定律与摩尔定律得知 通信网络的发展大大快于微处理器的发展 根据吉尔德定律 假如目前网络最大速率为10Gbps 5年后预计最大速率为多少 网络带宽每年增4倍 5年后增至45 1024倍 达到10 24Tbps 4 比较网络带宽与微处理器性能两者的增长速度 吉尔德定律与摩尔定律的比较 5 1 1计算机网络的定义 1 1 1什么是计算机网络用各种通信手段 把地理分散的 且各自具有独立功能的计算机互联起来 互相通信且共享资源的系统 归纳 自主计算机的互连集合 第1章计算机网络概述 6 1 1 2计算机网络的特点资源共享 ResourceSharing 软件 硬件 数据 数据库 高可靠性 HighReliability 利用可替代的资源 提供连续的高可靠服务节省投资 SaveMoney 替代昂贵的大中型机系统分布处理 DistributionProcessing 网络管理 NetworkManagement 网络设备配置 安全 业务 故障分析 性能管理其中最主要的特点是资源共享 7 共享特点 1 点 点信道资源共享固定信道分配 频分 时分 波分 码分按需分配信道按排队方式分配信道2 共享链路构成的网络基于信道的共享方式 电路交换基于排队的共享方式 报文交换和分组交换 8 1 2计算机网络的形成历史1 2 1早期计算机网络产生 特点 终端 计算机基于电话网 分时系统 9 分组交换网 现代计算机网络的技术基础 传统的电话网络不适合计算机数据的传输通信双方独占信道 无信息传输也占用信道 信道利用率低通信双方的类型 规程 速率等不同则难以通信不灵活 通信双方所经过的通路中任一点故障 需要重新拨号实时性好 传输延迟小是其优点 网络逐点连接 如果网络中的主机或线路发生故障 网络瘫痪 面向计算机 计算机 1 2 2分组交换的产生 10 是产生于20世纪60年代 60年代初 美国国防部领导的远景研究规划局ARPA提出要研制一种生存性很强的网络 传统的电路交换的电信网有一个缺点 正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁 则整个通信电路就要中断 如要改用其他迂回电路 必须重新拨号建立连接 这将要延误一些时间 1 2 2分组交换的产生 分组交换网络的产生背景 新型网络的基本特点 网络用于计算机之间的数据传送 而不是为了打电话 网络的生存性强 即网络中的所有结点都同等重要 计算机在进行通信时 必须有冗余的路由 网络的结构应当尽可能地简单 同时还能够非常可靠地传送数据 11 早期的面向终端的计算机网络是以单主机为中心的星形网各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源 分组交换网则是以网络为中心 主机都处在网络的外围 用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源 1 2 2分组交换的产生 以主机为中心 以分组交换网为中心 12 第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单个的分组交换网 1983年TCP IP协议成为标准协议 同年 ARPANET分解成两个网络 ARPANET 进行实验研究用的科研网MILNET 军用计算机网络1983 1984年 形成了因特网Internet 1990年ARPANET正式宣布关闭 1 2 2分组交换的产生 13 分组交换网的示意图 H1 A 分组交换网 B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1向H5发送分组 H2向H6发送分组 注意分组路径的变化 结点交换机 主机 14 结点交换机有多个端口 A B C D E H1 H5 H2 H4 H3 H6 高速链路 结点交换机 1234 1234 1234 1234 1234 15 分组交换的优点 高效动态分配传输带宽 对通信链路是逐段占用 灵活以分组为传送单位和查找路由 迅速不必先建立连接就能向其他主机发送分组 充分使用链路的带宽 生存性好完善的网络协议 自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性 分组交换带来的问题 分组在各结点存储转发时需要排队 造成一定的时延 分组必须携带的首部 里面有必不可少的控制信息 也造成了一定的开销 16 存储转发原理的由来 在20世纪40年代 电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换 messageswitching 报文交换将要传输的文件作为一个报文进行存储转发 报文有长有短 因此报文交换的时延较长 从几分钟到几小时不等 现在报文交换已经很少有人使用了 17 三种交换的比较 ABCD ABCD ABCD 报文交换 电路交换 分组交换 t 18 1 2 3 计算机网络体系结构的产生 1 产生背景 计算机和计算机网络互连互通需求计算机网络中各计算机间的通信要依据严格的协议进行协议的实现需要大量的软件编程 需要人员协同工作 2 解决方法 按照功能分层 形成层次化的计算机网络的体系结构网络体系结构是网络各层功能和协议的集合 各层间交互尽量少 相对独立 提供接口界面 每层修改不影响其它层 3 各厂商体系结构 4 标准体系结构1983年 ISO提出OSI RM OpenSystemInterconnectionReferenceMode 并形成正式文件 ISO7498 19 中国互联网发展调查 第26次普查 2010 7网民规模增长情况 20 互联网普及率比较 21 上网方式及规模情况 2010 7 22 2009 2010手机上网网民规模对比 23 手机上网净增用户情况 24 中国网站规模变化 25 互联网商务化程度迅速提高 26 互联网商务化程度迅速提高 27 国际出口带宽情况 28 IPv4地址数量增长情况 29 紧张的IPv4地址容量 30 中国大陆网民 IPv4地址数量对照 美国每个网民平均有6个IPv4地址中国只能达到2个网民共享1个IPv4地址 据CNNIC的统计数据 截至二0一0年六月 中国大陆共分得IPv4地址二点五零亿个 仅次于美国排名世界第二 其次是日本 中国有网民四点二亿 中国已获得的IPv4地址数量不足全球已分配总量的百分之五 近三年来 中国IPv4地址的增长量远远落后于网民增长量 IPv4地址短缺问题日趋严重 31 当前Internet的研究热点 物联网 云计算 传感器网络网络安全 入侵检测 防火墙技术 虚拟专网 电子商务 移动IP 无线网络 3G 服务质量 QoS 控制IPv6高速接入网技术 Xdsl wireless HFC 高速路由交换技术WDM wavedivisionmultiplexing 光通信 全光网络WLAN软交换 NGI与NGN 32 33 1 2 5计算机网络的组成 34 计算机网络的用户终端设备 通常是微机等 在客户 服务器网络中 也称为客户机 网络工作站 网络服务器 网络信息资源的提供方 通常是一台高性能计算机 往往外接网络打印机 磁盘阵列等外部设备 按性能分 大型机 小型机 UNIX工作站 PC服务器 按服务分 文件 打印 数据库 Web Email 代理服务器等 主要供应商 IBM HP Compaq SUN 联想 方正等 1 2 5计算机网络的组成 35 网络交换设备 计算机联网的核心部件 实现联网设备间信息的交换主要介质端口 光纤介质端口和双绞线介质端口 主要供应商 国外 CISCO 3COM NORTEL Intel等国内 实达 联想 华为 长城 巨龙等 1 2 5计算机网络的组成 广义区分 广域网交换设备和局域网交换设备 介质和速度区分 ATM FDDI 令牌环 以太网 快速以太网 千兆以太网交换设备等 规模和处理能力 企业级 部门级和工作组级交换机交换层次 HUB 带宽共享方式 二层交换机 帧交换 三层交换机 路由处理 高层交换机 网管性 可网管的交换设备和不可网管的交换设备 36 网络互连设备 用于网络范围的拓展 实现 局域网之间的互连局域网与广域网之间的互连广域网与广域网之间的互连 主要设备包括 中继器 网桥 交换机 路由器 网关主要介质端口 光纤介质端口和双绞线介质端口 主要供应商 国外 CISCO 3COM NORTEL Intel等国内 实达 联想 华为 长城 巨龙等 1 2 5计算机网络的组成 37 网络外部设备 网络用户共享的硬件设备之一 通常是一些较为昂贵的设备 如高性能网络打印机 大容量硬盘 磁盘阵列 和绘图仪等 网络操作系统 UNIX NT NetWare Linux等网络应用软件 数据库系统ORACLE SQLSERVER等 办公自动化 OA 软件 管理信息系统 MIS 及其它应用软件 网络软件 1 2 5计算机网络的组成 38 网络传输设备 传输介质 有线传输介质 同轴电缆 50欧姆细缆 粗缆 无屏蔽双绞线 UTP 三 四 五类等 屏蔽双绞线 STP 光纤 单 多模 无线传输介质 微波通道 卫星通道等 网络接口卡 NIC 通常称为网卡 种类很多 主要与传输速度和传输介质类型有关 主要供应商 3COM D Link ACCTON以及其它厂商生产的兼容网卡 1 2 5计算机网络的组成 39 1 3计算机网络的分类 1 3 1计算机网络的定义最简单的定义 计算机网络是一些互相连接的 自治的计算机的集合 因特网 Internet 是 网络的网络 1 3 2几种不同的分类方法按网络的交换方式分类按网络的覆盖范围进行分类按网络的使用者进行分类按网络拓扑结构分类按网络的传输技术分类 40 1 3 2几种不同的分类方法 一 1 电路交换网 如电话网实时性好 无缓冲 传输延迟小 信道完全透明独占信道 线路利用率低 布线复杂通信具有三个过程 电路建立 数据传输 电路拆除生存性差 不灵活 通路中任一点故障 需要重新拨号通信双方收发速度 编码 信息格式 传输规程等要相同 1 3计算机网络的分类 按照交换方式分类 41 2 报文交换网 如电报网采用存储 转发方式通信 实时性差 每个节点处进行差错控制 可靠性较高通信不一定需要三个过程 电路建立 数据传输 电路拆除通信双方不独占信道 信道利用率较高通信双方的速率等可以不同传输的是具有完整意义的不定长的报文 报文有可能长时间占用传输资源 延迟大 要求节点机要有较大的存储设备报文头的引入 增加了数据传输的开销 1 3 2几种不同的分类方法 一 42 3 分组交换网 如X 25网采用存储 转发方式通信 传输的是可变长度的小的分组线路利用率高 可实现多点同时通信 通信双方的速率等可以不同高效 动态分配传输带宽灵活 节点有智能 可依据实际情况决定最佳路由迅速 固定长度分组 易于节点存储 转发 实时性好于报文交换生存性好 具有完善的网络协议 支持分布式路由附加信息较多 协议复杂 开销大两种方式 虚电路传输分组交换 数据报传输分组交换 1 3 2几种不同的分类方法 一 43 按照网络覆盖的范围分类局域网 LAN 范围 几十米到几公里特点 传输速度高 组网灵活 成本低 单位内部应用城域网 MAN 范围 几公里到几十公里特点 传输速度较高 城市内部应用广域网 WAN 范围 几十公里到几百公里特点 传输速度较慢 覆盖一个国家internet范围 上千公里特点 全世界各种网络互连得到的网间网 如Internet 洲际之间应用 大传输速度小 小覆盖范围大 1 3 2几种不同的分类方法 二 44 1 3 2几种不同的分类方法 三 按网络的使用者分类公用网 publicnetwork 专用网 privatenetwork 公用网 政府电信部门组建 服务大众 如CHINANET等 专用网 某部门或公司组建 服务特定用户 如CRPAC 铁路分组数据网 45 按照网络拓扑结构分类 1 星型优点 可靠性高 易管理 易安装 易扩展 传输效率高 缺点 线路利用率低 中心节点应有很高的可靠性和冗余度 典型应用 以太网交换机 集线器 HUB ATM交换机等 星型拓扑结构 星型拓扑结构的应用 1 3 2几种不同的分类方法 四 46 2 总线型优点 费用低 易扩展 线路利用率高 缺点 管理维护困难 可靠性较低 传输效率低 典型应用 10BASE2 细缆 10BASE5 粗缆 等 总线型拓扑结构 总线型拓扑结构的应用 1 3 2几种不同的分类方法 四 47 3 环型优点 令牌控制 没有线路竞争 实时性好 传输控制简单 缺点 安装管理维护困难 可靠性较低 典型应用 IBM令牌环网 FDDI网 环型拓扑结构 环型拓扑结构的应用 1 3 2几种不同的分类方法 四 48 4 树型优点 易扩展和进行故障隔离 网络层次性清晰 缺点 节点可靠性要求高 尤其是根节点 资源共享能力差 典型应用 以太网交换机 集线器间的级联 树型拓扑结构 树型拓扑结构的应用 1 3 2几种不同的分类方法 四 49 5 网状优点 可靠性高 易扩充 组网方式灵活 缺点 费用高 结构复杂 管理维护困难 典型应用 一般用于广域网组网 如CHINANET等 网状拓扑结构 网状拓扑结构的应用 1 3 2几种不同的分类方法 四 50 按照网络传输技术分类 1 广播型网络 如传统以太网 广播 组播 广播式传输网络 BroadcastNetwork 采用单一的 由该网络上的全部主机共享的传输介质 同一时刻只允许一台主机发送数据包 而网络上的任何主机发送的数据包 Packet 均可被网络上所有其他的主机接收到 在数据包中使用一个地址字段 AddressField 来放置接收该数据包的主机的地址 网络上其他的主机接收到该数据包时 即检查其地址字段 如果是给自己的 则对之进行处理 如果不是给自己的 则不予理睬 为了保证广播式传输网络上的各台主机在发送数据包时不致彼此发生冲突 需要严格的传输介质访问控制规程 1 3 2几种不同的分类方法 五 51 2 点对点网络 如分组交换网等广域网点对点传输网络 Point to PointNetwork 由许多成对互连的主机组成 在这种网络上 同时允许多台主机发送数据包 即网络上可以同时传输来自多个不同源站点并需要传到多个不同目的站点的数据包 每个从信息源发出的数据包一般要经过一个或多个中间结点才能最终到达接收站点 此外 由于各个数据包从源站点到目的站点可能存在多种长度不同的传输路径 显然 既要确定各数据包传输的先后顺序 又要选择最佳路径 还要保证所传输数据包正确无误和不丢失等 确定最佳路线的算法是这种网络传输技术的关键 1 3 2几种不同的分类方法 五 52 1 4计算机网络的主要性能指标1 4 1带宽 带宽 bandwidth 本来是指信号具有的频带宽度 单位是赫 或千赫 兆赫 吉赫等 现在 带宽 是数字信道所能传送的 最高数据率 的同义语 单位是 比特每秒 或b s bit s 常用的带宽单位是千比每秒 即kb s 103b s 兆比每秒 即Mb s 106b s 吉比每秒 即Gb s 109b s 太比每秒 即Tb s 1012b s 请注意 在计算机界 K 210 1024M 220 G 230 T 240 53 数字信号流随时间的变化 在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄 54 时延 delay或latency 发送时延 传输时延 发送数据时 数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间 信道带宽数据在信道上的发送速率 常称为数据在信道上的传输速率 传播时延电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间 信号传输速率 即发送速率 和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念 55 时延 delay或latency 处理时延交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间 结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分 处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量 有时可用排队时延作为处理时延 数据经历的总时延就是发送时延 传播时延和处理时延之和 总时延 发送时延 传播时延 处理时延 56 三种时延所产生的地方 1011001 发送器 队列 结点B 结点A 数据 从结点A向结点B发送数据 链路 对于高速网络链路 我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率 提高链路带宽减小了数据的发送时延 57 1 4 3时延带宽积和往返时延 传播 时延 链路 带宽 时延带宽积 传播时延 带宽 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度 往返时延RTT 从发送端发送数据开始到收到来自接收端的确认信息总共经历的时延 58 1 5计算机网络的体系结构1 5 1几个重要的标准化组织 国际标准化组织ISO InternationalStandardOrganization 世界上最大的国际标准化专门机构国际电信联盟ITU国际电信联盟 电信标准部ITU T 前身是CCITT 电气与电子工程师协会IEEE欧洲计算机制造商协会ECMA美国国家标准学会ANSl电子工业协会EIA 59 1 5 2 因特网的标准化工作 因特网协会ISOC 因特网研究指导小组IRSG 因特网研究部IRTF 因特网工程部IETF 因特网工程指导小组IESG RG WG RG 领域 领域 因特网体系结构研究委员会IAB WG WG WG 60 制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段 因特网草案 InternetDraft 在这个阶段还不是RFC文档 建议标准 ProposedStandard 从这个阶段开始就成为RFC文档 草案标准 DraftStandard 因特网标准 InternetStandard RFC就是请求评论 RequestForComments 61 各种RFC之间的关系 因特网草案 建议标准 草案标准 因特网标准 历史的RFC 实验的RFC 提供信息的RFC 6种RFC 62 1 5 3计算机网络体系结构的形成 网络体系结构发展的背景 网络的状况多种通信媒介 有线 无线 不同种类的设备 通用 专用 不同的操作系统 Unix Windows 不同的应用环境 固定 移动 不同种类业务 分时 交互 实时 宝贵的投资和积累 有形 无形 用户业务的延续性 不允许出现大的跌宕起伏它们互相交织 形成了非常复杂的系统应用环境 63 网络日益复杂需要由标准化组织制定标准 规则 统一管理 网络体系结构就是由标准化组织制定的一系列标准的组合 网络体系结构可以使这些用不同媒介连接起来的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作性 并满足各种业务的需求的一种粘合剂 它营造了一种 生存空间 任何厂商的任何产品 以及任何技术只要遵守这个空间的行为规则 就能够在其中生存并发展 网络体系结构解决异质性问题采用的是分层方法 把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的 单一的问题 在不同层上予以解决 就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样 1 5 3计算机网络体系结构的形成 64 1 5 3计算机网络体系结构的形成 层次结构方法要解决的问题1 网络应该具有哪些层次 每一层的功能是什么 分层与功能 2 各层之间的关系是怎样的 它们如何进行交互 服务与接口 3 通信双方的数据传输要遵循哪些规则 协议 分层的好处各层之间是独立的 灵活性好 结构上可分割开 易于实现和维护 能促进标准化工作 若层数太少 就会使每一层的协议太复杂 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 65 1 5 4计算机网络体系结构 计算机网络的体系结构 architecture 是计算机网络的各层及其协议的集合 体系结构是一个框架 是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义 只说明了做什麼 而未规定怎样做 实现是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题 体系结构是抽象的 而实现则是具体的 是真正在运行的计算机硬件和软件 66 1 5 4计算机网络体系结构OSI参考模型 67 五层协议的体系结构 应用层 applicationlayer 运输层 transportlayer 网络层 networklayer 数据链路层 datalinklayer 物理层 physicallayer 数据链路层 5应用层 4运输层 3网络层 2数据链路层 1物理层 68 实体 协议 服务和服务访问点 实体 任何可以发送或接收信息的硬件 软件进程 对等层 两个不同系统的同名层次 对等实体 位于不同系统的同名层次中的两个实体 协议 控制两个对等实体进行通信的规则的集合 不同层具有各自不同的协议 语法数据与控制信息的结构或格式 语义需要发出何种控制信息 完成何种动作以及做出何种响应 同步事件实现顺序的详细说明 接口 相邻两层之间交互的界面 定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务 同一系统相邻两层的实体进行交互的规则 服务访问点SAP 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方 两层的实体的逻辑接口 69 实体 协议 服务和服务访问点 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议 协议是 水平的 即协议是控制对等实体之间通信的规则 服务是 垂直的 即服务是由下层向上层通过层间接口提供的 协议是不同机器同等层次间通信的约定接口是同一机器相邻层次间通信的约定 70 服务用户 第n层 第n 1层 服务用户 实体 协议 服务和服务访问点 71 信息传送单元 在网络体系结构中 信息传送单位 数据单元 共有三种 协议数据单元PDU 接口数据单元IDU和服务数据单元SDU 协议数据单元PDU 在不同站点的各层对等实体之间 为实现该层协议所要交换的信息单元 由用户数据和协议控制信息PCI两部分组成 接口数据单元IDU 在同一系统相邻两层实体的一次交互中 经过层间接口的信息单元 它由一个PDU加上适当的接口控制信息ICI构成 当IDU通过层间接口后 即将接口控制信息ICI去除 服务数据单元SDU 实体为了完成服务用户所请求的功能 提供服务所要传送的逻辑数据单元 72 三种数据单元的关系 73 服务原语 当上层实体向下层实体请求服务时 服务用户与服务提供者之间要进行一些交互 在进行交互时所要交换的一些必要信息叫做服务原语 服务原语用以表明需要本地或远端的对等实体做哪些事情 服务原语类型 服务原语分为4种类型 请求 request 一个实体请求做某项服务指示 indication 一个实体被告知做某项服务响应 response 一个实体发出响应证实 confirm 请求得到响应 74 表示方法 空间表示法 证实型 confirmed 和非证实型 unconfirmed 服务的区别 证实型服务包含所有4种服务原语 非证实型服务只包含请求和指示2种服务原语 75 时间表示法 表示方法 76 举例说明服务原语的意义 打电话 主叫人 被叫人 两个服务用户电信局 电话交换机 服务提供者 主叫摘机拨号 服务用户发出Request原语 被叫话机振铃 电信局 电话交换机 向服务用户发出Indication原语被叫摘机 被叫用户发出了Response原语主叫听到回铃音断了 可开始通话了 服务提供者发出了Confirm原语 使服务用户知道了刚才请求的服务已经实现了 77 对等通信的实质 不同主机的对等层之间不是直接通信 而是虚拟通信 实际通信在最底层完成 实际上 每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一台主机的对应层通信 上层使用下层提供的服务 Serviceuser 下层向上层提供服务 Serviceprovider 1 5 4计算机网络体系结构 78 协议分层 服务和接口的理解 举一日常生活中的例子来形象地描述各层的peer to peerprotocol 对等协议 和上下层之间的interface 接口 天大学生张明给交大学生李强写信的例子张明写信李强读信封入信封拆开信封投入信箱从信箱中取信件收信分检装邮包开邮包选路投递邮包送转运站从转运站取回邮包装列车箱发运列车箱卸包送转运站 中文 姓名地址 目的地址 目的站 79 张明给李强写信的通信协议体系结构图例张明 发送方 李强 接收方 2 1接口 3 2接口 4 3接口 第4层 第3层 第2层 第1层 第2层对等协议 利用邮政传递 第1层对等协议 列车传送 第3层对等协议 采用书信方式交流 第4层对等协议 对交谈内容的共识 写信 读信 封信 投信 收信分检装包 转运邮包 装车 卸车 取回邮包 投递选路拆包 拆信 取信 发车 到站 铁轨 传输媒体 80 数据封装与拆封 在网络体系结构中 每一层都要依靠下一层提供的服务 为了提供服务 下层把上层的PDU作为本层的数据封装 然后加入本层的头部 和尾部 头部中含有控制信息 数据自上而下递交的过程 封装的过程到达目的地后自下而上递交的过程 拆封的过程在物理线路上传输的数据 其外面实际上被包封了多层 信封 某一层只能识别由对等层封装的 信封 而对于被封装在 信封 内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层 本层不作任何处理 81 数据 数据报文数据包帧比特电脉冲 011101000011000010100101111010110 数据多层封装 82 TCP头 应用层数据 应用层数据 TCP头 应用层数据 IP头 帧头 TCP头 应用层数据 IP头 帧尾 实际例子 TCP IP协议的封装 应用层 传输层 网际层 数链层 83 1 5 5开放系统互连参考模型ISO OSI RM OSI的含义 ISO OSI RM 国际标准化组织 开放系统互连 参考模型 是为不同开放系统的应用进程之间进行通信所定义的标准 OSI的分层原则网中各节点具有相同的层次结构 相同的层次要具有同样的功能 各层功能及技术实现要有明显差别 确定层间边界时应使层间的交互作用尽可能少 以有利于标准化 84 1 5 5开放系统互连参考模型ISO OSI RM 85 各层功能描述 应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层 提供网络服务 提供与用户应用进程的接口 提供不同信息格式和编码转换 数据压缩 加密 表示等 提供进程之间会话的管理和同步 操作系统 应用访问调度 提供端到端的可靠的透明数据传输 差错控制 流量控制等 提供路由选择 流控 拥塞控制 网络互连 选择服务质量 提供点到点链路上可靠数据传输 差错控制 流量控制 提供比特传送的物理通道 包括机械 电气 功能和规程特性 开放系统互连参考模型ISO OSI RM 86 第7层 应用层 Application 为用户的应用程序提供网络通信服务识别并证实目的通信方的可用性使协同工作的应用程序之间进行同步判断是否为通信过程申请了足够的资源应用层协议的例子 远程登录协议Telnet 文件传输协议FTP 超文本传输协议HTTP 域名服务DNS 简单邮件传输协议SMTP 邮局协议POP3等 各层的作用 87 第6层 表示层 Presentation 处理被传送数据的表示问题 即信息的语法和语义 如有必要 使用一种通用的数据表示格式在多种数据表示格式之间进行转换 例如 在日期 货币 数值 特别是浮点数 等本地数据表示格式与标准数据表示格式之间进行转换 数据的加解密 压缩 解压缩等 本地表示1 本地表示2 公共表示 公共表示 表示层 传输层 88 第5层 会话层 Session 建立 管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话 会话 完成一项任务而进行的一系列相关的信息交换 同步 解决失败后从哪里重新开始 设置检查点 会话失败后 恢复到最后一个检查点处 而不用从头开始 例如 数据送到打印服务器上打印 接收的数据已被确认 但打印机出现故障 这时没必要再从头开始打印 只要在每页开始处设置检查点 打印出错时只需重传最后一个检查点以后的页面 89 活动管理 保证活动的完整性和正确性 活动 相对独立的一组相关操作 例如 一次会话传送多个文件 其中每一个文件的传送为一个活动 90 第4层 传输层 Transport 为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输服务 屏蔽各类通信子网的差异 使上层不受通信子网技术变化的影响 进行数据分段并组装成报文流 提供 面向连接 虚电路 和 无连接 数据报 两种服务 传输差错校验与恢复 信息流控制 防止数据传输过载 91 第3层 网络层 Network 在源端与目的端之间建立 维护 终止网络的连接 功能和服务最佳路由选择和数据包中转流量控制和拥塞控制差错检测与恢复流量统计和记账 92 路由选择如何在多条通信路径中找一条最佳路径 依据 速度 距离 步跳数 价格 拥塞程度路由器 路由表建立与维护静态 人工设置 只适用于小型网络动态 运行过程中根据网络情况自动地动态维护路由算法距离向量算法 RIP CGP等 93 第2层 数据链路层 DataLink 在物理线路上提供可靠的数据传输 使之对网络层呈现为一条无错的线路 所关心的问题包括 物理地址 网络拓扑 组帧 把数据封装在帧中 按顺序传送 并处理返回的确认帧 定界与同步 产生 识别帧边界 差错恢复 采用重传 ARQ 的方法 流量控制 收发双方传输速率的匹配 94 第1层 物理层 Physical 实现在物理媒体上透明地传送原始比特流 定义了激活 维护和关闭终端用户之间机械的 电气的 过程的和功能的特性 数据终端设备DTE 数据通信设备DCEDTE 用于处理用户数据的设备 如计算机 路由器 DCE 用于把DTE发出的数字信号转换成适合于在传输介质上传输的形式 如MODEM 95 面向通信 传输层 数据链路层 网络层 物理层 开放系统互连参考模型ISO OSI RM 96 ISO OSI RM与TCP IP体系结构 只要遵循OSI标准 一个系统就可以和位于世界上任何地方的 也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信 在市场化方面OSI却失败了 法律上的国际标准OSI并没有得到市场的认可 是非国际标准TCP IP现在获得了最广泛的应用 TCP IP常被称为事实上的国际标准 97 1 5 6TCP IP模型 主机至网络层 或网络接口层 在TCP IP模型中很少提及 98 1 5 6TCP IP模型 互连网层 提供非连接的分组交换功能 99 1 5 6TCP IP模型 传输层 提供可靠的面向连接的传输层协议TCP和不可靠的非连接传输层协议UDP 100 1 5 6TCP IP模型 应用层 向用户提供应用服务 如FTP TELNET等 101 沙漏计时器形状的TCP IP协议族 HTTP SMTP DNS RTP TCP UDP IP 网际层 网络接口层 运输层 应用层 网络接口1 网络接口2 网络接口3 EverythingoverIPIP可为各式各样的应用程序提供服务 IPoverEverythingIP可应用到各式各样的网络上 102 应用层 运输层 网络层 表示层 会话层 数据链路层 物理层 7654321 OSI的体系结构 应用层 网络接口层 网际层IP 各种应用层协议如TELNET FTP SMTP等 运输层 TCP或UDP TCP IP的体系结构 无连接分组交付服务 运输服务 可靠或不可靠 TCP IP的三个服务层次 OSI与TCP IP模型的比较 103 2020 3 21 104 均采用协议分层方法 各协议层次功能大体相等 网络层 点到点通信 完成路由选择 流量控制 拥塞控制 传输层 端到端通信 高层用户应用与低层通信子网隔离 均可解决异构网的互连 解决不同厂家生产的计算机之间的通信 均提供面向连接和无连接的两种通信服务机制 均基于一种协议集的概念 共同点 OSI与TCP IP体系结构的比较 2020 3 21 105 模型设计的差异 OSI 协议制定前设计 限制协议TCP IP 为协议而制定 是对协议的描述 层数和层间调用关系不同 OSI 不能越级调用 TCP IP 允许越过一级调用 对可靠性的强调不同 OSI 可靠性由点到点 端到端共同保证 TCP IP 可靠性由端到端解决 市场应用和支持不同 OSI成熟产品少 市场占有率低 TCP IP 可操作性强 虽