第章_网络体系结构与网络协议

第2章网络体系结构与网络协议 1 63 107 128 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 2 2 1网络体系结构的基本概念2 2OSI参考模型2 3TCP IP参考模型2 4OSI参考模型与TCP IP参考模型的比较2 5一种建议的参考模型2 6进一步理解 计算机网络的体系结构 Page63 第2章网络体系结构与网络协议学习内容 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 3 掌握 协议 层次 接口与网络体系结构的基本概念 掌握 网络体系结构的层次化研究方法 掌握 OSI参考模型及各层的基本服务功能 掌握 TCP IP参考模型的层次划分 各层的基本服务功能与主要协议 了解 OSI参考模型与TCP IP参考模型的比较 了解 网络协议标准组织 RFC文档 Internet草案与Internet协议标准的制定过程 本章学习要求 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 4 2 1网络体系结构的基本概念 2 1 1网络协议的概念2 1 2协议 层次 接口与体系结构的概念2 1 3网络体系结构的研究方法 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 5 2 1 1网络协议的概念 网络协议是为网络数据交换而制定的规则 约定与标准 网络协议的三要素 语义 做什么What 语法 怎么做How 与时序 什么时候做When 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 具体来讲 用于解释比特流的每一部分的意义 语法 语法是用户数据与控制信息的结构与格式 以及数据出现的顺序的意义 简而言之 数据与控制信息的结构或格式 时序 或同步 事件实现顺序的详细说明 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 6 为什么要研究网络协议 协议 层次 接口与体系结构 实际邮政系统信件发送 接收过程示意图 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 7 2 1 2协议 层次 接口与体系结构的概念 协议 protocol 层次 layer 接口 interface 体系结构 architecture 计算机网络的四个重要的概念 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 8 1 协议 protocol 协议是一种通信规则 约定与标准 是一种来自于外交的术语 生活中的协议举例 1 邮件信封的书写格式 收信人地址 收信人的邮政编码 收信人姓名寄信人地址 寄信人的邮政编码 寄信人姓名 2 人民币 某一时代发行的各种元 角 分的格式 并且被使用者认可 各种防伪标记 面值大小等等 发行者与使用者认可就是同步 时序 3 火车票的格式 起止点 车次 时间 座位 票面金额 4 汽车 自行车 行人遵守的交通规则 红绿灯 靠右行等等 5 各种填写格式与内容 考试卷的卷首 练习本的封面 课程表 盲人摸象 没有遵循协议 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 9 生活中的协议举例 练习本的封面格式及其所填写的内容的示例 1 整个封面格式类似网络协议中的 语法 2 封面格式中所填写的内容类似网络协议中的 语义 3 学生和教师之间遵守这种格式的填写规则就是网络协议中的 时序 或 同步 的关系 生活中的言行一致也是一种同步 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 10 生活中的协议举例 湖北大学教务处给数计学院某年级计算机科学与技术专业制定的课程表作为示例 用网络协议中的三要素 语法 语义 时序 或 同步 之间的关系说明教务处 教师与学生如何在教学实施过程中执行 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 11 生活中的协议举例 课程表的格式及其所填写的内容的示例解释 1 整个课表的格式类似网络协议中 语法 例如星期一 五 上午 下午 晚上的1 11所表示的含义 课程名 教学周的时间范围 教学楼及教室 任课教师等在课表中的位置属于语法 2 课表中的中所填写的内容类似网络协议中 语义 例如计算机网络课程名 教学周的时间范围为8 18周 教学地点在4 204 及任课教师陈端荣 3 学生和教师之间遵守教务处这种格式的填写规则就是网络协议中的 时序 或 同步 的关系 例如 在星期四的晚上9 11节课在4号楼204教室上计算机网络课程 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 12 计算机技术中的协议举例 1 C语言中定义的某一种结构类型 该结构中的所规定的各种数据类型 例如整型 实型 字符型 语法 以及编程人员遵循 CPU执行 同步 等等 2 数据库中某一记录的类型等 3 计算机组成原理中的CPU工作过程 地址信号 控制信号 读 写 数据信号 各种信号的宽度等等 4 A D采集数据 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 13 2 层次 layer 层次是人们对复杂问题处理的基本方法 将总体要实现的很多功能分配在不同层次中 对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定 不同的系统分成相同的层次 不同系统的最低层之间存在着 物理 通信 不同系统的对等层次之间存在着 虚拟 通信 对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定 高层使用低层提供的服务时 并不需要知道低层服务的具体实现方法 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 14 ProtocolHierarchies 层次举例 Thephilosopher translator secretaryarchitecture 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 15 3 接口 interface 接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点 同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口 低层向高层通过接口提供服务 只要接口条件不变 低层功能不变 低层功能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 16 4 网络体系结构 networkarchitecture 一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集 网络协议是按层次结构来组织的 网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构 网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义 体系结构是抽象的 而实现是指能够运行的一些硬件和软件 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 17 2 1 3网络体系结构的研究方法 层次结构研究方法的5个优点 教材第43页 各层之间相互独立 灵活性好 各层都可以采用最合适的技术来实现 易于实现和维护 有利于促进标准化 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 18 2 2OSI参考模型 2 2 1OSI参考模型的基本概念2 2 2OSI参考模型的结构2 2 3OSI参考模型各层的功能2 2 4OSI环境中的数据传输过程2 2 5面向连接服务与无连接服务 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 19 2 2 1OSI参考模型的基本概念 在制定计算机网络标准方面 起着很大作用的两大国际组织是 国际电报与电话咨询委员会 ConsultativeCommitteeonInternationalTelegraphandTelephone CCITT 国际标准化组织 InternationalStandardsOrganization ISO CCITT与ISO的工作领域是不同的 CCITT主要是考虑通信标准的制定 ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 20 在OSI中的 开放 是指只要遵循OSI标准 一个系统就可以与位于世界上任何地方 同样遵循同一标准的其他任何系统进行通信 OSI标准中 采用的是三级抽象 教材第37页 体系结构 architecture 服务定义 servicedefinition 协议说明 protocolspecification OSI OpenSystemInterconnection 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 21 体系结构 开放系统的层次结构 层次之间的相互关系及各层所包括的可能的服务 作为一个框架来协调和组织各层协议的制定 对网络内部结构最精炼地概括与描述 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 22 2 服务定义 详细地说明了各层所提供的服务 某一层的服务就是该层及其以下各层的一种能力 低层的服务是通过接口向上一层提供的 各层所提供的服务与这些服务是如何实现的无关 定义了层与层之间的接口与各层使用的原语 但不涉及接口是怎样实现的 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 23 3 协议说明 OSI标准中的各种协议明确地定义了 应该发送什么样的控制信息 语法 如何解释这个控制信息 语义 协议的规程说明具有最严格的约束 时序 同步 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 24 OSI参考模型只是描述了一些概念 用来协调进程间通信标准的制定 在OSI的范围内 只有各种的协议是可以被实现的 而各种产品只有和OSI的协议相一致时才能互连 OSI参考模型并不是一个标准 而是一个在制定标准时所使用的概念性的框架 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 25 2 2 2OSI参考模型的结构 ISO划分七层结构的基本原则网中各结点都具有相同的层次 不同结点的同等层具有相同的功能 同一结点内相邻层之间通过接口通信 每一层可以使用下层提供的服务 并向其上层提供服务 不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 26 OSI的七层参考模型的结构 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 27 TheOSIReferenceModels 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 28 2 2 3OSI参考模型各层的功能 教材第38页 物理层的主要功能 利用传输介质为通信的网络结点之间建立 管理和释放物理连接 实现比特流的透明传输 为数据链路层提供数据传输服务 物理层的数据传输单元是比特 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 29 数据链路层的主要功能 在物理层提供的服务基础上 数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接 传输以 帧 为单位的数据包 采用差错控制与流量控制方法 使有差错的物理线路变成无差错的数据链路 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 30 网络层的主要功能 通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径 为数据在结点之间传输创建逻辑链路 实现拥塞控制 网络互连等功能 传输层的主要功能 向用户提供可靠端到端 end to end 服务 处理数据包错误 数据包次序 以及其他一些关键传输问题 传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节 是计算机通信体系结构中关键的一层 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 31 会话层的主要功能 负责维护两个结点之间的传输链接 以便确保点到点传输不中断 管理数据交换 表示层的主要功能 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式 数据格式变换 数据加密与解密 数据压缩与恢复 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 32 应用层的主要功能 为应用程序提供了网络服务 应用层需要识别并保证通信对方的可用性 使得协同工作的应用程序之间的同步 建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 33 2 2 4OSI环境中的数据传输过程 1 OSI环境 OSIenvironment 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 34 2 OSI环境中的数据传输过程 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 35 2 2 5面向连接服务与无连接服务 在网络体系结构中讨论的服务可以分为通信子网对网络中数据传输所提供的服务 与整个网络系统为用户提供的服务 通信子网的服务是指通信子网对主机间数据传输的效率和可靠性所提供的保证机制 通信服务可以分为两大类 面向连接服务 connect orientedservices 无连接服务 connectlessservices 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 36 理解网络服务需要注意的问题 面向连接服务与无连接服务对实现服务的传输可靠性与协议复杂性有很大的影响 根据主机间数据传输的可靠性要求和效率的不同 设计者可以选择面向连接服务与无连接服务的类型 在网络数据传输的各层 如物理层 数据链路层 网络层与传输层都会涉及面向连接服务与无连接服务的问题 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 37 面向连接服务的特点 面向连接服务的数据传输过程必须经过三个过程 连接建立 连接维护与释放连接 面向连接服务的在数据传输过程中 各分组可以不携带目的结点的地址 面向连接服务的传输连接类似一个通信管道 发送者在一端放入数据 接收者从另一端取出数据 面向连接数据传输的收发数据顺序不变 传输可靠性好 但是协议复杂 通信效率不高 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 38 无连接服务的特点 无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址 各分组在系统中是独立传送的 无连接服务中的数据传输过程不需要经过连接建立 连接维护与释放连接的三个过程 数据分组传输过程中 目的结点接收的数据分组可能出现乱序 重复与丢失的现象 无连接服务的可靠性不好 但是协议相对简单 通信效率较高 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 39 确认和重传机制的特点 网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制保证 确认是指数据分组的接收结点在正确地接收到每个分组后 要求向发送结点发回接收分组的确认信息 在规定的时间内 如果发送结点没有接收到接收结点的确认信息 就认为该数据分组发送失败 发送结点重新发送该数据分组 确认和重传机制可以提高数据传输的可靠性 但是它需要制定较为复杂的确认和重传协议 并且需要增加网络额外的通信负荷 占用网络带宽 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 40 服务类型与服务质量 通信协议四种类型 面向连接与确认服务 面向连接与不确认服务 无连接与确认服务 无连接与不确认服务 设计者可以根据不同的通信要求 决定选择不同的服务类型 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 41 2 3TCP IP参考模型 教材第51页 2 3 1TCP IP参考模型的发展2 3 2TCP IP参考模型各层的功能 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 42 2 3 1TCP IP参考模型的发展 在TCP IP协议研究时 并没有提出参考模型 1974年Kahn定义了最早的TCP IP参考模型 20世纪80年代Leiner Clark等人对TCP IP参考模型进一步的研究 TCP IP协议一共出现了6个版本 后3个版本是版本4 版本5与版本6 目前我们使用的是版本4 它的网络层IP协议一般记作IPv4 版本6的网络层IP协议一般记作IPv6 或IPng IPnextgeneration IPv6被称为下一代的IP协议 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 43 TCP IP协议的特点 教材第52页 开放的协议标准 独立于特定的计算机硬件与操作系统 独立于特定的网络硬件 可以运行在局域网 广域网 更适用于互连网中 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 标准化的高层协议 可以提供多种可靠的用户服务 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 44 2 3 2TCP IP参考模型各层的功能 应用层 applicationlayer 传输层 transportlayer 互连层 internetlayer 主机 网络层 host to networklayer 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 45 TCP IP参考模型与OSI参考模型的对应关系 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 46 ComparingOSIandTCP IPreferenceModels 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 47 主机 网络层 参考模型的最低层 负责通过网络发送和接收IP数据报 允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议 如局域网的Ethernet 令牌网 分组交换网的X 25 帧中继 ATM协议等 当一种物理网被用作传送IP数据包的通道时 就可以认为是这一层的内容 充分体现出TCP IP协议的兼容性与适应性 它也为TCP IP的成功奠定了基础 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 48 互连层 相当OSI参考模型网络层无连接网络服务 处理互连的路由选择 流控与拥塞问题 IP协议是无连接的 提供 尽力而为 服务的网络层协议 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 49 传输层 主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端 端连接 传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议 用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 50 应用层 应用层协议主要有 网络终端协议Telnet 文件传输协议FTP 简单邮件传输协议SMTP 域名系统DNS 简单网络管理协议SNMP 超文本传输协议HTTP 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 51 2 4OSI参考模型与TCP IP参考模型的比较 2 4 1对OSI参考模型的评价2 4 2对TCP IP参考模型评价2 4 3一种建议的参考模型 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 52 2 4 1对OSI参考模型的评价 层次数量与内容选择不是很好 会话层很少用到 表示层几乎是空的 数据链路层与网络层有很多的子层插入 寻址 流控与差错控制在每一层里都重复出现 降低系统效率 数据安全性 加密与网络管理在参考模型的设计初期被忽略了 参考模型的设计更多是被通信的思想所支配 不适合于计算机与软件的工作方式 严格按照层次模型编程的软件效率很低 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 53 2 4 2对TCP IP参考模型评价 在服务 接口与协议的区别上不很清楚 一个好的软件工程应该将功能与实现方法区分开 参考模型不适合于其他非TCP IP协议族 TCP IP参考模型的主机 网络层本身并不是实际的一层 物理层与数据链路层的划分是必要和合理的 而TCP IP参考模型却没有做到这点 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 54 2 4 3一种建议的参考模型 HybridModel Thehybridreferencemodeltobeusedinthisbook 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 55 2 5网络与Internet协议标准组织及管理机构 网络协议标准组织 NetworkStandardization RFC文档http NNNN textInternet草案Internet协议标准Internet管理机构Who sWhointheTelecommunicationsWorldWho sWhointheInternationalStandardsWorldWho sWhointheInternetStandardsWorld 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 56 2 5 1网络协议标准组织 国际电话电报咨询委员会CCITT国际电信联盟ITU国际标准化组织ISO电子工业协会EIA电气与电子工程师协会IEEEATM 异步传输模式 论坛 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 57 2 5 2RFC文档 请求评价RFC文档从1969年ARPANET出现时就开始存在 它们是用于Internet开发团体的最初的技术文档系列 任何人都可以提交RFC文档 但它并不是一定会成为标准 事实上很多RFC文档都没有实现 RFC文档草案对于从事Internet技术研究与开发的技术人员是获得技术发展状况与动态的重要信息来源 读者可以很方便地从相关主机使用和其他的检索方式获取这些文档 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 58 读RFC文档时 需要注意的问题 一是需要确定它是最新的文档 二是需要注意RFC文档的类别 所有的RFC文档都要经历评论和反馈过程 并且在这一段时间内它们会被划分为不同的类别 RFC文档一旦被提交 IETF和IAB组织将审查RFC文档 通过后可以成为一项标准 RFC文档按照它发展与成熟的过程可以分为 标准 草案标准 提案标准 实验性的 信息性或历史性的 RFC文档又可以分为 被要求 被推荐 被选择 受限制使用或不被推荐 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 59 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 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 60 各种RFC之间的关系 教材第57页图2 6 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 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 61 2 5 3Internet管理机构 教材第58页 国家科学基金会NSFInternet协会ISOCInternet体系结构委员会IABInternet工程任务组IETFInternet工程指导委员会IESGInternet研究任务组IRTFInternet网络信息中心InterNICInternet地址分配授权机构IANAWWW联盟 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 62 关于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 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 63 2 6小结 计算机网络的体系结构 2 6 1计算机网络体系结构的形成2 6 2划分层次的必要性2 6 3五层协议的体系结构2 6 4实体 协议 服务和服务访问点2 6 5面向连接服务与无连接服务2 6 6OSI与TCP IP体系结构的比较 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 64 2 6 1计算机网络体系结构的形成 相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行 而这种 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 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 65 关于开放系统互连参考模型OSI RM 只要遵循OSI标准 一个系统就可以与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 OSI的专家们在完成OSI标准时没有商业驱动力 OSI的协议实现起来过分复杂 且运行效率很低 OSI标准的制定周期太长 因而使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场 OSI的层次划分并也不太合理 有些功能在多个层次中重复出现 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 66 两种国际标准 法律上的 dejure 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 defacto 国际标准 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 67 2 6 2划分层次的必要性 计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题 同步含有时序的意思 为进行网络中的数据交换而建立的规则 标准或约定即网络协议 networkprotocol 简称为协议 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 68 划分层次的概念举例 计算机1向计算机2通过网络发送文件 可以将要做的工作进行如下的划分 第一类工作与传送文件直接有关 确信对方已做好接收和存储文件的准备 双方协调好一致的文件格式 两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 剩下的工作由下面的模块负责 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 69 两个计算机交换文件 文件传送模块 计算机1 计算机2 文件传送模块 只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的 把文件交给下层模块进行发送 把收到的文件交给上层模块 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 70 再设计一个通信服务模块 文件传送模块 计算机1 计算机2 文件传送模块 只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方 把文件交给下层模块进行发送 把收到的文件交给上层模块 通信服务模块 通信服务模块 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 71 再设计一个网络接入模块 文件传送模块 计算机1 计算机2 文件传送模块 通信服务模块 通信服务模块 网络接入模块 网络接入模块 通信网络 网络接口 网络接口 网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如 规定传输的帧格式 帧的最大长度等 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 72 分层的好处 教材第43页 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 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 73 层数多少要适当 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 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 74 计算机网络的体系结构 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 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义 实现 implementation 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 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 75 2 6 3五层协议的体系结构 TCP IP是四层的体系结构 应用层 运输层 网际层和网络接口层 最下面的网络接口层并没有具体内容 因此往往采取折中的办法 即综合OSI和TCP IP的优点 采用一种只有五层协议的体系结构 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 76 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 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 77 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用进程数据先传送到应用层 加上应用层首部 成为应用层PDU 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 78 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层PDU再传送到运输层 加上运输层首部 成为运输层报文 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 79 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层报文再传送到网络层 加上网络层首部 成为IP数据报 或分组 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 80 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 IP数据报再传送到数据链路层 加上链路层首部和尾部 成为数据链路层帧 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 81 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层帧再传送到物理层 最下面的物理层把比特流传送到物理媒体 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 82 计算机1向计算机2发送数据 应用层 applicationlayer 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 物理传输媒体 计算机1 AP2 AP1 电信号 或光信号 在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层 计算机2 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 83 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 物理层接收到比特流 上交给数据链路层 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 84 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分 上交给网络层 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 85 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去首部 取出数据部分上交给运输层 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 86 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层剥去首部 取出数据部分上交给应用层 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 87 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层剥去首部 取出应用程序数据上交给应用进程 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 88 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 我收到了AP1发来的应用程序数据 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 89 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用程序数据 10100110100101比特流110101110101 注意观察加入或剥去首部 尾部 的层次 应用程序数据 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 90 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 10100110100101比特流110101110101 计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 91 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层 H2 T2 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 92 H3 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 93 H4 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 94 应用程序数据 H5 应用程序数据 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 95 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 我收到了AP1发来的应用程序数据 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 96 2 6 4实体 协议 服务和服务访问点 实体 entity 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合 在协议的控制下 两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务 要实现本层协议 还需要使用下层所提供的服务 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 97 实体 协议 服务和服务访问点 续 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议 下面的协议对上面的服务用户是透明的 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 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方 称为服务访问点SAP ServiceAccessPoint 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 98 实体 协议 服务和服务访问点 续 服务用户 第n层 第n 1层 服务用户 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 99 协议很复杂 协议必须将各种不利的条件事先都估计到 而不能假定一切情况都是很理想和很顺利的 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 应当注意 事实上难免有极个别的不利情况在设计协议时并没有预计到 在出现这种情况时 协议就会失败 因此实际上协议往往只能应付绝大多数的不利情况 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 100 著名的协议举例 占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作战 力量对比是 一个山顶上的蓝军打不过白军 但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军 一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻击 于是发送电文给另一山顶上的友军 但通信线路很不好 电文出错的可能性很大 因此要求收到电文的友军必须发送确认电文 但确认电文也可能出错 试问能否设计出一种协议 使得蓝军能实现协同作战因而一定 即100 取得胜利 这样的协议无法实现 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 102 结论 这样无限循环下去 两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到 没有一种协议能够使蓝军拥有100 的获胜几率 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 103 2 6 5面向连接服务与无连接服务 面向连接服务 connection oriented 面向连接服务具有连接建立 数据传输和连接释放这三个阶段 无连接服务 connectionless 两个实体之间的通信不需要先建立好连接 是一种不可靠的服务 这种服务常被描述为 尽最大努力交付 besteffortdelivery 或 尽力而为 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 104 2 6 6OSI与TCP IP体系结构的比较 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 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 105 TCP IP四层协议的表示方法举例 应用层运输层网际层网络接口层 主机A 主机B 路由器 网络2 网络1 应用层运输层网际层网络接口层 网际层网络接口层 4321 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 106 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 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 107 小结 网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的概念 网络中计算机之间要做到有条不紊地交换数据就必须遵守一些事先约定好的规则 这些为网络数据交换而制定的规则 约定与标准被称为网络协议 功能完备的网络需要制定一系列的协议 网络协议就是按照层次结构模型来组织的 网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构 ISO定义的开放系统互联参考模型对推动网络协议标准化的研究起到了重要的作用 Internet的广泛应用使TCP IP协议成为事实上的标准 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 108 本章作业 教材第60页 一 名词解释二 单项选择三 判断对错四 问答题 4 1 4 2 计算机网络 第2章网络体系结构与网络协议 109 ProbingtheInternet Twotools ping 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