第三章计算机网络体系结构郝春雷

1、计算机网络计算机网络第三章第三章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构第三章 计算机网络体系结构 掌握协议基本概念掌握协议基本概念 了解计算机网络体系结构了解计算机网络体系结构 理解理解OSI参考模型的基本结构参考模型的基本结构 理解理解TCP/IP模型的基本组成模型的基本组成本章内容本章内容学 习 难 点 与 重 点 网络协议基本概念网络协议基本概念 OSI参考模型的基本结构及意义参考模型的基本结构及意义 TCP/IP模型的基本组成模型的基本组成网络与协议网络与协议专题研讨二专题研讨二 网络协议网络协议 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 OSI参考模型参考模型 分层工作模式分层工作模式

2、TCP/IP模型模型互动问答互动问答 什么是网络协议？什么是网络协议？ 举例说明协议三要素举例说明协议三要素 网络体系结构是什么？网络体系结构是什么？ 网络为什么要分层？网络为什么要分层？ 什么是什么是OSI参考模型？参考模型？ 简述简述OSI参考模型各层功能参考模型各层功能 什么是帧？什么是帧？ 什么是什么是TCP/IP？计算机网络协议是计算机网络中实体之间有关通信是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。规则约定的集合。计算机网络的协议是通信双方所遵计算机网络的协议是通信双方所遵循的规定与规程。它决定数据如何循的规定与规程。它决定数据如何通过网络进行传输，以及数据如何通过网络进行传输，

3、以及数据如何进行进行封装封装和和寻址寻址。在同一个网络内。在同一个网络内进行通信的两台计算机必须使用相进行通信的两台计算机必须使用相同的协议。同的协议。邮政网络中的协议邮政网络中的协议处在不同地域的甲与乙均写信给丙，都需处在不同地域的甲与乙均写信给丙，都需要将信装入信封，并写明收信人的地址要将信装入信封，并写明收信人的地址（目的地址）与自己的地址（源地址），（目的地址）与自己的地址（源地址），丙才能正确收到信件。丙才能正确收到信件。邮筒邮筒邮箱邮局邮局甲乙丙邮筒邮筒邮局计算机网络协议要素计算机网络协议要素协议有三个要素，即：协议有三个要素，即： 语法语法:数据与控制信息的格式、数据数据与控制信

4、息的格式、数据编码等。编码等。 语义语义:控制信息的内容控制信息的内容,需要做出的动需要做出的动作及响应。作及响应。 时序时序：事件先后顺序和速度匹配。事件先后顺序和速度匹配。邮政网络中的三要素邮政网络中的三要素邮票收信人收信人寄信人寄信人语法语法定义了信封的格式定义了信封的格式语义语义定义了格式的含义及动作定义了格式的含义及动作时序时序定义了邮信的过程定义了邮信的过程协议的外部特点协议的外部特点 计算机网络软、硬件厂商在生产网计算机网络软、硬件厂商在生产网络产品时，是按照协议规定的规则络产品时，是按照协议规定的规则生产产品，使生产出的产品符合协生产产品，使生产出的产品符合协议规定的标准，但生

5、产厂商选择什议规定的标准，但生产厂商选择什么电子元件、使用何种语言是不受么电子元件、使用何种语言是不受约束的。约束的。计算机网络体系结构计算机网络体系结构 一个功能完备的计算机网络需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。要制定一整套复杂的协议集。对于结构复杂的网络协议来说，对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构模最好的组织方式是层次结构模型。计算机网络协议就是按照型。计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的。层次结构模型来组织的。 分层优点分层优点 各层间相互独立各层间相互独立 灵活性好灵活性好 各层可以运用合适的技术实现各层可以运用合适的技术实现 易于实现与维护

6、易于实现与维护 有利于促进标准化有利于促进标准化OSI参考模型的提出参考模型的提出 早期早期 网络体系结构多种多样，网络产品网络体系结构多种多样，网络产品互不兼容，缺乏统一标准，影响了计算互不兼容，缺乏统一标准，影响了计算机网络的发展。机网络的发展。 1977年国际标准化组织年国际标准化组织ISO制定了一套制定了一套能在世界范围内将不同计算机互联成网能在世界范围内将不同计算机互联成网的标准框架：的标准框架：OSI/RM(Open System Interconnect /Reference Model)开放系开放系统互联参考模型统互联参考模型。用来描述网络环境，。用来描述网络环境，各设备厂商根

7、据这个模型标准设计制造各设备厂商根据这个模型标准设计制造自己的网络产品。自己的网络产品。分层原则分层原则网络中各结点都具相同的层次；网络中各结点都具相同的层次；不同结点的相同层具有相同的功能；不同结点的相同层具有相同的功能；同一结点内各相邻层之间通过接口通信；同一结点内各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，并向每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；其上层提供服务；不同结点的同等层通过协议来实现对等不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。层之间的通信。ISO/OSI参考模型组成参考模型组成应用层应用层表示层表示层会话层会话层运输层运输层网络层网络层数据链路

8、层数据链路层物理层物理层7654321为用户提供服务为用户提供服务数据格式的转换数据格式的转换进程间的通信进程间的通信端到端的传输控制端到端的传输控制为分组选择合适路由为分组选择合适路由相邻结点间准确传输帧相邻结点间准确传输帧透明地传输比特流透明地传输比特流物理层物理层 利用传输介质为数据链路层提供物理连利用传输介质为数据链路层提供物理连接，将二进制流从一个节点通过传输介接，将二进制流从一个节点通过传输介质传送到另一个节点。它不关心数据内质传送到另一个节点。它不关心数据内容容,是面向硬件的。是面向硬件的。 通过定义的接口规范与协议，将数据链通过定义的接口规范与协议，将数据链路层提供的数据转换成

9、能在物理信道上路层提供的数据转换成能在物理信道上传送的电信号，并有简单的差错处理功传送的电信号，并有简单的差错处理功能。能。数据链路层数据链路层 在物理层提供的服务基础上，数据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链路层在通信的实体间建立数据链路连接，传输以路连接，传输以“帧帧”为单位的数为单位的数据包，并采用差错控制与流量控制据包，并采用差错控制与流量控制方法，在不可靠的物理线路上进行方法，在不可靠的物理线路上进行无差错的数据传输。无差错的数据传输。帧结构举例帧结构举例 帧是用来在数据链路层保证准确传输的帧是用来在数据链路层保证准确传输的具有特殊格式的数据包。典型的帧结

10、构具有特殊格式的数据包。典型的帧结构如下图所示。如下图所示。网络层数据网络层数据CRC控制信息控制信息源地址源地址 目的地址目的地址IP报文报文帧首部帧首部帧首部帧首部数据帧数据帧注：链路层地址习惯上称为物理地址即注：链路层地址习惯上称为物理地址即MAC地址地址网络层网络层在网络中，计算机间的通信可能要经过在网络中，计算机间的通信可能要经过许多许多中间节点、链路中间节点、链路，甚至若干个，甚至若干个子网子网。网络层的主要功能就是在通信的源和目网络层的主要功能就是在通信的源和目的节点间选择一条最佳路径，使传送的的节点间选择一条最佳路径，使传送的数据分组（信息包）能正确、无误地到数据分组（信息包）

11、能正确、无误地到达目的地，同时还要负责网络中的拥塞达目的地，同时还要负责网络中的拥塞控制等。网络层向运输层提供面向连接控制等。网络层向运输层提供面向连接和无连接和无连接两种服务两种服务，网络层传送的数据，网络层传送的数据单位是单位是分组或包分组或包。网络层提供的服务网络层提供的服务H1H4H2H3ADBCGEFH4132123面向无连接服务面向无连接服务面向连接服务面向连接服务面向连接服务面向连接服务H1H4H2H3ADBCGEFH1所有分组有序地按所有分组有序地按相同路径传送相同路径传送4 3 2首先建立一条逻辑连接面向无连接服务面向无连接服务H1H4H2H3ADBCGEFH所有分组按不同路

12、所有分组按不同路径传送，达到顺序径传送，达到顺序不定不定14 3 2两种服务两种服务 面向连接面向连接：在：在H1与与H3通信之前需要建通信之前需要建立连接立连接H1-A-E-G-H-H3。所有所有H1发送发送到到H3的分组均按序地沿着这一条路由传的分组均按序地沿着这一条路由传送。在传输过程中需要维持连接，传输送。在传输过程中需要维持连接，传输结束要拆除连接。结束要拆除连接。 面向无连接面向无连接：在：在H2与与H4通信之前不需通信之前不需要建立连接，所有要建立连接，所有H2发送到发送到H4的分组的分组由网络层按路由算法选取不同的节点转由网络层按路由算法选取不同的节点转发。传输结束没有拆除连接

13、的过程。发。传输结束没有拆除连接的过程。运输层运输层 运输层提供两个端系统之间可靠、运输层提供两个端系统之间可靠、透明的数据传送。为此，它要进行透明的数据传送。为此，它要进行差错控制、顺序控制和流量控制等。差错控制、顺序控制和流量控制等。运输层传送数据的单位是报文，一运输层传送数据的单位是报文，一个大的报文可分为若干个分组传送个大的报文可分为若干个分组传送。 会话层会话层 它在两个互相通信的应用进程之间它在两个互相通信的应用进程之间建立会话连接，然后进行数据交换，建立会话连接，然后进行数据交换，数据交换的单位是报文，会话层还数据交换的单位是报文，会话层还提供会话管理、令牌管理、同步管提供会话管

14、理、令牌管理、同步管理等功能。会话层虽然不参与具体理等功能。会话层虽然不参与具体的数据传送，但它对数据传送却要的数据传送，但它对数据传送却要进行管理。进行管理。 表示层表示层 它将适合于用户的信息表示（抽象它将适合于用户的信息表示（抽象语法）转换为适合语法）转换为适合OSI内部使用的内部使用的传送语法，即完成信息格式的转换。传送语法，即完成信息格式的转换。完成计算机期望的数据格式与网络完成计算机期望的数据格式与网络需要的数据格式间的转换。主要完需要的数据格式间的转换。主要完成协议转换、数据转换、压缩与加成协议转换、数据转换、压缩与加密、字符集转换、图形命令的解释密、字符集转换、图形命令的解释等

15、工作。等工作。应用层应用层 包含了用户应用计算机网络的包含了用户应用计算机网络的众多协议，此外还有电子函件、众多协议，此外还有电子函件、目录查询等功能。目录查询等功能。OSI模型的七模型的七个层次中，应用层是最复杂的，个层次中，应用层是最复杂的，所包含的协议也最多，某些还所包含的协议也最多，某些还正在研究和开发之中。正在研究和开发之中。 OSI参考模型的工作模式参考模型的工作模式 除物理层以外，每层的功能均是建立在除物理层以外，每层的功能均是建立在它的下层之上的。每层按一定的它的下层之上的。每层按一定的接口形接口形式式向上一层提供服务。向上一层提供服务。 不同设备间按不同设备间按同层协议同层协

16、议进行通信。进行通信。 发送时总是由发送时总是由高层高层将本层协议信息封装将本层协议信息封装为新数据信息提供给下层，直到变为电为新数据信息提供给下层，直到变为电信号发到传输介质上。信号发到传输介质上。 接收时总是由接收时总是由低层低层将本层协议信息拆除将本层协议信息拆除变为新数据提交到上层，直到变为用户变为新数据提交到上层，直到变为用户信息。信息。网络分层通信实例网络分层通信实例DATADATAH5DATAH5H4H3DATAH5H4H2H3DATAH5H4H1H3应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层比特流比特

17、流报文报文报文帧网络分层发送数据网络分层发送数据H2H3DATAH5H4H5DATAH5H4DATAH5H4H3H3DATAH5H4H2发送报文发送报文HB应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层物理层物理层HA应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层DATA网络分层接收数据网络分层接收数据HB应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层物理层物理层HA应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层发送发送报文报文H2H3DATAH5H4H2H3DATAH5H4H3DATAH5H4DATAH5H4DATAH5用户信息用户信息接收报文接收报文网络分层

18、通信实例网络分层通信实例发送时：由发送时：由高层高层将将本层协议信息封装本层协议信息封装为新数据信息提供为新数据信息提供给给下层下层，直至变成，直至变成电信号。电信号。接收时：由接收时：由低层低层将将本层协议信息拆除本层协议信息拆除变为新数据提交到变为新数据提交到上层上层，直至变成用，直至变成用户信息。户信息。发送发送报文报文接收接收报文报文HB应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层物理层物理层HA应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层在以太网上浏览网页封装过程在以太网上浏览网页封装过程个人用户WEB服务器个人用户H3

19、H1请求结果请求结果在以太网上浏览网页封装过程在以太网上浏览网页封装过程网页网页http网页httptcpIP网页httptcp以太IP网页httptcpH1H3应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层比特流比特流应用报文应用报文TCP报文段报文段IP数据报数据报以太网帧以太网帧原始数据原始数据服务器发送网页封装过程服务器发送网页封装过程server应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层PC应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层网页网页httphttp应用报文应用报文网页

20、httptcpTCP报文段报文段网页httptcpIPIP数据报数据报IP网页httptcp以太帧帧以太IP网页httptcp客户机接收网页拆封过程客户机接收网页拆封过程server应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层PC应用层应用层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层网页http网页httptcpIP网页httptcp帧IP网页httptcp帧IP网页httptcp应用报文应用报文TCP报文报文IP报文报文帧帧用户数据用户数据TCP/IP网络模型网络模型 TCP/IP（Transmission Control Protocol /Internet Prot

21、ocol）是传输控制协议是传输控制协议/网网际协议的缩写，当初是为美国国防部高际协议的缩写，当初是为美国国防部高级研究计划局（级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，缩写为缩写为DARPA）设计的，一般称为设计的，一般称为ARPAnet，其目的在于能使各种各样的计算机都能其目的在于能使各种各样的计算机都能在一个共同的网络环境中运行。在一个共同的网络环境中运行。 TCP/IP协议协议 TCP/IP协议成功地解决了不同网络协议成功地解决了不同网络之间难以互连的问题，实现了异构之间难以互连的问题，实现了异构网互连通信。网互连通信。TCP/IP

22、是当今网络互是当今网络互连的核心协议，可以说没有连的核心协议，可以说没有TCPIP协议就没有今天的网络互连技术，协议就没有今天的网络互连技术，就没有今天的以互连技术为核心建就没有今天的以互连技术为核心建立起来的立起来的Internet。TCP/IP协议特点协议特点 TCP/IP协议具有以下特点：协议具有以下特点： 协议标准具有开放性，其独立于特协议标准具有开放性，其独立于特定的计算机硬件及操作系统；定的计算机硬件及操作系统；统 一 分 配 网 络 地 址 ， 使 得 整 个统 一 分 配 网 络 地 址 ， 使 得 整 个TCP/IP设备在网中都具有唯一的设备在网中都具有唯一的IP地址；地址；

23、 实现了高层协议的标准化，能为实现了高层协议的标准化，能为用户提供多种可靠的服务。用户提供多种可靠的服务。TCP/IP与与OSI模型的关系模型的关系TCP/IP协议是一个协议栈，可分为：协议是一个协议栈，可分为：应用、传输、网际与网络接口层。应用、传输、网际与网络接口层。物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层运输层运输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层网络接口层网络接口层网际层网际层 IP传输层传输层TCP UDP应用层应用层Telnet Ftp SMTP 等等TCP/IP协议簇协议簇TelnetFTPSMTPDNS其它协议TCPUDPARPRARPIPEthernetToken Ring其它协议应用层传输层网络互联层网络接口层网络接口层协议网络接口层协议 网络接口层是网络接口层是TCP/IP协议的最协议的最低层，是负责网络层与硬体设低层，是负责网络层与硬体设备间的联系，这一层的协议非备间的联系，这一层的协议非常多，包括逻辑链路控制和媒常多，包括逻辑链路控制和媒体访问控制。体访问控制。 网际层协议网际层协议 在网络互联层，主要定义了网络互在网络互联层，主要定义了网络互联协议（联协议（IP）以及数据分组的格式。以及数据分组的格式。它的主要功能是路由选择和拥塞控它的主要功能是路由选择和拥塞控制。另外，本层还定义了制。另外，本层还定义了地址