第二 讲 计算机网络体系结构

1、学习目标u1、什么是OSI模型？u2、OSI参考模型又是如何工作的？每层的功能又是什么？学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：学习重点与难点 协议与分层的基本概念协议与分层的基本概念 ISO/OSI参考模型参考模型 TCP/IP参考模型参考模型教学时量 90分钟第三课第三课 OSIOSI参考模型及参考模型及TCP/IPTCP/IP协议协议什么是协议什么是协议？什么是协议？ 为了使数据可以在网络上从源传递到目的地，网络上所有设备需为了使数据可以在网络上从源传递到目的地，网络上所有设备需要要“讲讲”相同的相同的“语言语言” 描述网络通信中描述网络通信中“语言语言”规范的一组规则就是协

2、议规范的一组规则就是协议 例如：两个人交谈，必须使用相同的语例如：两个人交谈，必须使用相同的语 言，如果你说汉语，他说阿拉伯语言，如果你说汉语，他说阿拉伯语数据通信协议的定义数据通信协议的定义 决定数据的格式和传输的一组规则或者一组惯例决定数据的格式和传输的一组规则或者一组惯例#&$ 如同人与人之间相互交流需要遵循一定的规矩一样，要使整个计算机网络系统协调工作，网络中的各种设备在通信时就必须遵循一定的规则和约定，这些规则和约定就是网络协议（Protocol）。简单地说，网络协议就是在网络中发送、接收数据时采用的一些规范。计算机网络上的通信协议：协议分层 网络通信的过程很复杂网络通信的过

3、程很复杂 数据以电子信号的形式穿越介质到达正确的计算机，数据以电子信号的形式穿越介质到达正确的计算机，然后转换成最初的形式，以便接收者能够阅读然后转换成最初的形式，以便接收者能够阅读 为了降低网络设计的复杂性，将协议进行了分层设计为了降低网络设计的复杂性，将协议进行了分层设计通信协议 网络协议是网络设备之间通信规则的正式描述。5432154321TCP/IP协议栈Source Host ADestination Host B好啊,我也懂TCP/IP。请问可以用TCP/IP和你通信吗?TCP/IP协议栈网络的演进Host低速连接低速连接HostWAN简单连接简单连接1960s 1970s基于网络

4、的连接基于网络的连接1970s 1980s网络互联网络互联1980s 网络协议的三个组成要素 语法：将若干协议元素以及所需数据组合在一起，用以表达一个完整内容所应遵循的格式，即数据与控制信息的结构或格式 。 语义：对协议元素的含义进行解释，例如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（时序）：对事件实现顺序的详细说明。 网络体系结构的层次模型 大多数的计算机网络的体系结构都采用层次结构模型；因此，计算机网络体系结构也可定义为网络的层次结构模型以及各层协议的集合网络的层次结构模型以及各层协议的集合。或者说，分层和每层协议的总和，称为网络体分层和每层协议的总和，称为网络体系结构系

5、结构。 体系结构说明了网络的总体功能。但是，对层数的设置和每层功能及协议，不同体的系结构看法不一。 体系结构中的所有协议的集合被称为协议族协议族，有时也被称为协议栈协议栈。分层的思想 把整个网络的功能划分为若干独立的层次。 每层完成独立的功能。 每层功能的实现需要借助下层的服务来完成，同时向上层提供更高级的服务。 层间通信只能在层间进行，不能跨层调用。分层的好处 “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。 主要特点 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。 层数多少要适当 若层数太少，就会使每

6、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。 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 计算机网络的各层以及其协议的结合，称为网络的体系计算机网络的各层以及其协议的结合，称为网络的体系结构。换言之，计算机网络的体系结构即是对计算机网络及其部结构。换言之，计算机网络的体系结构即是对计算机网络及其部件所应该完成的功能的精确定义。即计算机网络应设置哪几层，件所应该完成的功能的精确定义。即计算机网络应设置哪几层，每层应提供哪些功能的精确定义每层应提供哪些功能的精确定义, ,至于功能是如何实现的，则不至于功能是如何实现的，则不属于网络体系结构讨论的范围。换句话说，网络

7、体系结构只是从属于网络体系结构讨论的范围。换句话说，网络体系结构只是从功能上描述计算机网络的结构，而不涉及每层硬件和软件的组成功能上描述计算机网络的结构，而不涉及每层硬件和软件的组成，也不涉及这些硬件或软件的实现问题。，也不涉及这些硬件或软件的实现问题。 世界上第一个网络体系结构是世界上第一个网络体系结构是19741974年由年由IBMIBM公司提出的公司提出的“系统网络体系结构系统网络体系结构SNA”SNA”。之后，许多公司纷纷提出了各自的网。之后，许多公司纷纷提出了各自的网络体系结构。所有这些体系结构都采用了分层技术，但层次的划络体系结构。所有这些体系结构都采用了分层技术，但层次的划分、功

8、能的分配及采用的技术均不相同。随着通信技术的发展，分、功能的分配及采用的技术均不相同。随着通信技术的发展，不同结构的计算机网络互连已成为人们迫切需要解决的问题。在不同结构的计算机网络互连已成为人们迫切需要解决的问题。在这个前提下，开放系统互连参考模型这个前提下，开放系统互连参考模型OSIOSI就提出来了。就提出来了。OSI 协议模型通信通信协议协议协议协议分层分层OSI7OSI7层层模型模型通信的双方需要通信的双方需要“讲讲”相同的语言相同的语言网络通信的过程很复杂，为了降低复杂性网络通信的过程很复杂，为了降低复杂性1974年，年，ISO组织发布了组织发布了OSI参考模型参考模型v OSI(O

9、pen System Internetwork)是开放的通信系统互联参考模型是开放的通信系统互联参考模型OSI参考模型参考模型 7070年代以来，国外一些主要计算机生产厂家先年代以来，国外一些主要计算机生产厂家先后推出了各自的网络体系结构，但都属于专用的。为后推出了各自的网络体系结构，但都属于专用的。为使不同计算机厂家的计算机能够互相通信，以便在更使不同计算机厂家的计算机能够互相通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，有必要建立一个国际范大的范围内建立计算机网络，有必要建立一个国际范围的网络体系结构标准。国际标准化组织围的网络体系结构标准。国际标准化组织ISOISO于于19811981年年正式

10、推荐了一个网络系统结构正式推荐了一个网络系统结构开放系统互连模型开放系统互连模型(Open System Interconnection reference (Open System Interconnection reference model )OSI/RM,model )OSI/RM,简称简称OSIOSI。由于这个标准模型的建立，。由于这个标准模型的建立，使得各种计算机网络向它靠拢，大大推动了网络通信使得各种计算机网络向它靠拢，大大推动了网络通信的发展。的发展。 “ “开放开放”这个词表示：只要遵循这个词表示：只要遵循OSIOSI标准，一个标准，一个系统可以和位于世界上任何地方的、也遵循

11、系统可以和位于世界上任何地方的、也遵循OSIOSI标准的标准的其他任何系统进行连接。其他任何系统进行连接。信件的旅程邮局实例写信人写信人邮局邮局运输部门运输部门收信人收信人邮局邮局甲地甲地乙地乙地用户（写信人）邮政局运输部门用户（收信人）邮政局运输部门用户邮局约定邮局运输部门约定甲地(青岛延安路90号)乙地(上海天津路10号)运输子系统用户子系统邮局子系统用户间约定邮政局间约定运输部门间约定邮局实例 邮局对于写信人来说是下层 运输部门是邮局的下层 下层为上层提供服务 写信人与收信人之间使用相同的语言 邮局之间的约定 同层次之间使用相同的协议7 应用层 Application6 表示层 Pres

12、entation5 会话层 Session4 传输层 Transport3 网络层 Internet2 数据链路层 Data Link1 物理层 Physical分层（layering）应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层物理传输信道物理传输信道系统系统在网络应用程序之间传递信息处理文本格式化显示代码转换建立、维持、协调通信确保数据正确发送决定传输路由，处理信息传递编码、编址、传输管理硬件连接开放系统互连参考模型（OSI模型）(Open Syste

13、m Interconnection )OSI模型概述 传输层传输层数据链路层数据链路层网络层网络层物理层物理层会话层会话层表示层表示层应用层应用层应用层（高层）高层的功能为处理高层的功能为处理用户接口、数据格用户接口、数据格式及应用访问。主式及应用访问。主要由操作系统实现要由操作系统实现数据流层（低层）数据流层（低层） 定义了数据如何在网定义了数据如何在网络传输介质之间传送，络传输介质之间传送，及数据如何通过网线和及数据如何通过网线和网络设备传输到期望的网络设备传输到期望的终端终端OSI各层的主要功能 物理层(Physical layer) 在物理传输介质上可靠、透明地传送比特流； 数据链路层

14、(Data link layer) 在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，采用差错控制、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； 网络层(Network layer) 网络层主要任务是利用路由算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层要实现路由选择、拥塞控制与网络互连等功能，把分组传输到目的地； 传输层(Transport layer) 为上层提供可靠的端到端(End-to-End)服务，透明地传送报文。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最关键的一层； 会话层(Session layer) 组织

15、两个会话进程之间的通信，管理数据的交换； 表示层(Presentation layer) 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等； 应用层(Application layer) 定义应用的框架，直接为用户的应用进程提供服务。五层协议的体系结构 应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer) 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层主机 1 向主机 2 发

16、送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 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主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 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）主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧主机 1 向主机 2 发送数据 54321543

17、21主机 1AP2AP1主机 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主机 1 向主机 2 发送数据 应用层(application layer) 5432154321物理传输媒体主机 1AP2AP1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主机 2主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321

18、主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 11010

19、1110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 210100110100101 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H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧

20、的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用

21、程序数据交给应用进程主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！七层功能应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层1234567底层底层:负责网络数据传输负责网络数据传输高层高层:负责主机之间的数据传输负责主机之间的数据传输七层功能应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层1234567提供应用程序间通信提供应用程序间通信处理数据格式、数据加密等处理数据格式、数据加密等建立、维护和管理会话建立、维护和管理会话建立主机端到端

22、连接建立主机端到端连接寻址和路由选择寻址和路由选择提供介质访问、链路管理等提供介质访问、链路管理等比特流传输比特流传输 物理层的功能 物理层是OSI分层结构体系中最重要最基础的一层。 它是建立在通信媒质基础上的实现设备之间连接的物理接口。 利用传输介质为通信的网络节点之间建立、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。 物理层需要解决的问题 实现位操作实现位操作 保障由0和1组成的数字位流的发出、传送和接收 保证发送方发出信号信号的正确性，以及发送方与接收方信号的一致性 数据信号的传输数据信号的传输 传输方式 传输速率 传输持续时间 解决信号失真 接口规范接口规范

23、 每个引脚的规格、功能、作用等 信号传输规程信号传输规程 对传输的整个过程和事件发生的顺序进行合理的安排和处理 在通信信道上传输比特流在通信信道上传输比特流，确定与传输媒体的接口的一确定与传输媒体的接口的一些特性，即：些特性，即： 机械特性：机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。 电气特性：电气特性：指明在接口电缆的各条线的连结方式、信号电平以及传输速率、电缆长度、阻抗等。 功能特性：功能特性：指明物理接口中每条线路的用途，以及某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。 规程特性：规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 举例：举例：RS-2

24、32、RS-449、V.24、V.28，X.21和和X.21bis等。等。 机械特性 机械特性是指连接各种实体的连接接口特性，其中包括以下的几个方面： 接口的形状、大小； 接口引脚的个数、功能、规格，以及引脚的分布； 相应传输介质的参数和特性 电气特性 电气特性规定了线路连接方式，适用元件，传输速率，信号电平，电缆长度和阻抗。主要解决和处理以下的问题： 信号产生。信号产生。如何将0和1转换成信号，其中包括各种调制和解调方式。 传输速率。传输速率。对系统中数据的传输速率和调制速率进行测算。传输速率决定了传输距离。 信号传输。信号传输。常采用移频键控和移相键控技术。在信号传输过程中，常常出现信号失

25、真，导致发出和接收到的信号不一致。因此，必须采取相应的措施优化通信线路。 编码。编码。物理层的编码是指字符和报文的组装，可采用多种编码方式，如最常使用的ASC码。在信号传输过程中，系统需要对字符进行控制，能够从比特流中区分和提取出字符或报文。 功能特性 功能特性主要反应接口电路的功能，确定物理接口中每条线路的用途。 功能特性主要由CCITT规定。 功能特性标准主要包括以下两方面内容： 接口线功能规定方法。有每条接口线一个功能和每条接口线有多个功能两种。 接口线功能分类。可分为数据、控制、定时和接地四类。 另外，接口线命名方法有三种：用阿拉伯数字命名、用英文字母组合命名和用英文缩写命名。例如:

26、在EIA RS-232-C中用AB表示地线 而在CCITT V.24中用102表示地线。（注：EIA即Electronic Industries Association 电子工业协会,是美国电子行业标准制定者之一.） 规程特性 规程特性反映了利用接口进行传输位流的全过程以及事件发生的可能顺序，它涉及到信号传输方式。 规程特性主要包括以下几个方面： 接口。接口与传输过程以及传输过程中各事件执行的顺序有关。 传输方式。主要包括单工、半双工和全双工。 传输过程及事件发生执行的先后顺序。举例：RS-232的信号定义(1) 保护地(2) 发送数据(3) 接收数据(4) 请求发送(5) 允许发送(6) D

27、CE 就绪(7) 信号地(8) 载波检测(20) DTE 就绪(22) 振铃指示DTEDCE计算机或终端调制解调器 在在电缆段电缆段之间复制之间复制比特流比特流网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层高层高层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层高层高层物理层物理层中继器、集线器中继器、集线器电缆段电缆段2电缆段电缆段1OSI模型 - 数据链路层 数据链路层的概念 通过一些数据链路层协议（或链路控制规程），在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。 链路(link)是数据传输中两个节点间一条无源的点到点的物理线路段，链路间不存在其他交换节点（如交换机、路由器）

28、。 链路是网络中最基本的通信单元。 计算机之间的网络连接，通常是由多个链路组成的。为此，将网络中连接两台计算机之间的多个通信链路也称为通路（path）。 数据链路(data link) ：除了物理线路外，还必须有通信协议来控制数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。 现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。 一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。 报文、段、分组、帧：物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层数据帧bit流0110110011110001110010110数据报文报文数据段 段头数据数据数据报分组头 段头

29、数据数据帧头 分组头 段头 帧尾数据数据segmentdatagrammessageframe 数据链路层的功能 链路管理 帧同步 流量控制 差错控制 将数据和控制信息区分开来 透明传输 寻址p 数据链路层的功能是实现系统实体之间二进制数据单元的正确传输，通过必要的同步控制、差错控制、流量控制，为其上层（网络层）提供可靠、无差错的数据通信。具体分析，可将数据链路层的主要功能归纳为以下几点：1链路管理链路管理链路管理是指数据链路的建立、维护和释放操作。 当网络中的两个节点间要进行通信时，数据的发送方必须知道接收方是否处于准备接收状态。 为此，在传输数据之前，通信双方必须事先交换一些必要的信息，让

30、通信双方做好数据发送和接收的准备。 即在通信之前，必须在发送方与接收方之间建立一条数据链路。2帧同步帧同步在数据链路层中，数据的传输单位是帧。数据就是一帧一帧地从发送方传输到接收方的。帧同步是指接收方应当从收到的比特流中准确地区分帧的开始与结束，并让发送方将在传输中出错的帧重新发送（重传），这样可避免重新传输所有的数据。3流量控制流量控制在数据传输过程中，为了让数据高效、可靠地传输到接收方，防止出现数据传输中的过载和阻塞现象，就需要对数据流量进行控制。流量控制（flow control）功能用于控制发送方发送数据的速率，保证接收方能够来得及接收。当接收方来不及接收时，就必须及时控制发送方发送数

31、据的速率。概括地讲，流量控制就是使发送方和接收方的数据处理速率保持一致。4差错控制差错控制为了将比特流在传输中的差错率控制在一定的范围之内，广泛地采用了各种编码技术。其中，编码技术可分为两类： 一类是向前纠错，当接收方收到出错的数据帧后，能够自动将错误修正过来。这种方法的系统开销较大，不适合于计算机网络。 另一类是检错重传，即接收方检测到错误的帧后，就通知发送方重新发送该帧，直到收到正确的帧为止。这种方法的系统开销较小，通常应用于计算机网络中。5将数据和控制信息区分开来将数据和控制信息区分开来一个完整的帧由帧的起始和结束标记、控制信息、数据信息、帧校验序列、发送方和接收方地址等信息组成，将其分

32、为数据部分数据部分和控制部控制部分分两部分。当接收方收到帧后，一定要有相应的措施将数据部分和控制信息部分区分开来。6透明传输透明传输透明传输包括两个功能： 一是不管所传数据是什么样的比特组合，都应该能够在链路上传输； 二是当所传数据中的比特组合正好与某一控制信息完全相同时，必须能够采取适当的措施，使接收方能够辨认出其是数据还是某种控制信息。 当同时实现这两个功能时，才能够保证数据链路层的传输是透明的。7寻址寻址寻址是指在数据交换中，发送方能够知道将每一帧发送到什么地方。同时，在接收方收到每一个帧时，也应该知道该帧是从什么地方发来的。 通信控制规程 也称为传输控制规程。 是为实现传输控制所制定的

33、一系列规范。 涉及数据编码、同步方式、传输控制字符、报文格式、差错控制、应答方式、传输速率等。 面向字符型 面向比特型 面向字符型 在链路上所传输的数据必须是由规定字符集（如ASC码）中的字符组成，而不能使用其他的字符。 在链路上传输的控制信息也必须由同一个字符集中的某些指定的控制字符组成。 面向字符的通信控制规程具有以下的特点： 以字符为信息传输的基本单位，且规定：用于传输控制信息的控制字符不允许在用户信息中出现，以避免产生控制信息和用户信息的混淆； 采用指定的编码，如ASC码等； 允许使用同步和异步传输方式； 差错控制采用反馈重发方式，差错控制编码通常采用水平垂直奇偶校验； 发送方式采用应

34、答确认方式； 多采用半双工通信方式，也可以采用全双工通信方式。 面向字符通信控制规程的效率较低，可靠性较低，在计算机网络的发展过程中曾起到了重要作用，目前还在一定的范围内在使用。 随着计算机网络技术的发展以及应用范围的不断拓宽，面向字符型的通信控制规程在许多方面已无法适应新业务的应用需求。 20世纪60年代末出现了面向比特型的通信控制规程。 与面向字符型的通信控制规程相比，面向比特型的通信控制规程具有很大优点，具体如下： 在面向比特型的通信控制规程中，报文的数据和控制信息完全独立，具有良好的透明性； 差错检验一般采用纠错方式，可靠性较强； 在链路上可进行信息的双向发送，传输效率较高； 信息的传

35、输都采用统一的格式，以帧为单位进行，控制简单。 面向比特型 在在网段网段之间转发之间转发数据帧（根据物理地址）数据帧（根据物理地址）物理层物理层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层高层高层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层高层高层物理层物理层网桥、交换机网桥、交换机数据链路层数据链路层网段网段1网段网段2传输层概述传输层概述 从通信和信息处理的角度看，传输层向它上面的应用层提供通信从通信和信息处理的角度看，传输层向它上面的应用层提供通信服务。服务。属于面向通信部分的最高层。属于面向通信部分的最高层。同时也是用户功能中的最低层。同时也是用户功能中的最低层

36、。 物理层网络层传输层应用层数据链路层面向信息处理面向通信用户功能网络功能传输层的主要功能传输层的主要功能 传输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。传输层为相互通信的应用进程提供逻辑通信传输层为相互通信的应用进程提供逻辑通信 54321传输层提供应用进程间的逻辑通信主机 A主机 B应用进程应用进程路由器 1路由器 2AP1LAN2WANAP2AP3AP4IP 层LAN1AP1AP2AP4端口端口54321IP 协议的作用范围传输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围AP3应用进程之间的通信应用进程之间的通信 两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应用进程互

37、相通信。 应用进程之间的通信又称为端到端的通信端到端的通信。 传输层的一个很重要的功能就是复用和分用。应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到传输层，经传输层复用后向下共用网络层提供的服务。 “传输层提供应用进程间的逻辑通信”。 “逻辑通信”的意思是： 传输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。 但事实上这两个传输层之间并没有一条水平方向的物理连接。传输层协议和网络层协议的传输层协议和网络层协议的主要区别主要区别 应用进程应用进程IP 协议的作用范围（提供主机之间的逻辑通信）TCP 和 UDP 协议的作用范围（提供进程之间的逻辑通信）因 特 网传输层与网络层的关系 传输层提供传输层提供进程进

38、程间的间的“逻辑通信逻辑通信”；而网络层则提供网络中而网络层则提供网络中主机主机间的间的“逻逻辑通信辑通信” 二者之间的差别微妙而又重要二者之间的差别微妙而又重要 主机主机= =单位的传达室单位的传达室 进程进程= =单位中的职员单位中的职员 应用层报文应用层报文= =信的内容信的内容 网络层协议网络层协议= =邮局的投递服务邮局的投递服务 传输层协议传输层协议= =传达室的收发业务传达室的收发业务服务质量（服务质量（QoSQoS） 在传输连接点之间所出现的传输连接的特征。在传输连接点之间所出现的传输连接的特征。 服务质量反映了传输质量及服务的可用性。服务质量反映了传输质量及服务的可用性。 它

39、是用以衡量传输层性能的。它是用以衡量传输层性能的。 参数包括：参数包括： 建立连接延迟、建立连接失败率、吞吐量、传输建立连接延迟、建立连接失败率、吞吐量、传输延迟、残余差错率、连接拆除延迟、连接拆除失延迟、残余差错率、连接拆除延迟、连接拆除失败率、传输失败率等。败率、传输失败率等。 网络服务按质量划分为三类网络服务按质量划分为三类 A类网络服务：网络连接具有可接受的残留差错率和可类网络服务：网络连接具有可接受的残留差错率和可接受的故障通知率（网络连接断开和复位发生的比率），接受的故障通知率（网络连接断开和复位发生的比率），也就是无也就是无N-RESET完美的网络服务。完美的网络服务。 B类网络

40、服务：网络连接具有可接受的残留差错率和不类网络服务：网络连接具有可接受的残留差错率和不可接受的故障通知率可接受的故障通知率，即完美的分组递交但有即完美的分组递交但有N-RESET或或N-DISCNNECT(撤消网络层连接撤消网络层连接)存在的网络服务。存在的网络服务。 C类网络服务：网络连接具有不可接受的残留差错率类网络服务：网络连接具有不可接受的残留差错率, 即即网络连接不可靠网络连接不可靠,可能会丢失分组或出现重复分组可能会丢失分组或出现重复分组,且存在且存在N-DISCNNECT的网络服务。的网络服务。传输层提供的服务传输层提供的服务两类服务两类服务: : 面向连接的和无连接的服务面向连

41、接的和无连接的服务目的：在主机系统之间传输数据。目的：在主机系统之间传输数据。qTCP 传输控制协议传输控制协议 RFC 793 用于因特网的用于因特网的 传输前需建立连接传输前需建立连接可靠的可靠的, 有序的有序的 字节流传输字节流传输流量控制与拥塞控制流量控制与拥塞控制qUDP 用户数据报协议用户数据报协议 RFC 768: 用于因特网的用于因特网的不可靠的不可靠的数据传输数据传输 无流量控制无流量控制 无拥塞控制无拥塞控制传输层向上提供可靠的和不可靠传输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道的逻辑通信信道 ？应用层运输层发送进程接收进程接收进程数据数据全双工可靠信道数据数据使用 TCP

42、协议使用 UDP 协议不可靠信道发送进程OSI模型模型 高层高层会话层会话层 功能：功能：建立不同机器间的会话联系。建立不同机器间的会话联系。会话连接的管理会话连接的管理会话控制（谁、什么时候、多长时间）。会话控制（谁、什么时候、多长时间）。通信故障恢复，并保证不丢失数据。通信故障恢复，并保证不丢失数据。表示层表示层 功能：功能：传输数据的表示解释，包括格式转换、编码、传输数据的表示解释，包括格式转换、编码、压缩、加密等。压缩、加密等。应用层 功能：功能：为用户提供应用服务为用户提供应用服务应用层负责对软件提供接口以使程序能使用网应用层负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务。络服务。直接面向

43、用户，为用户提供各种服务。直接面向用户，为用户提供各种服务。是用户访问网络的接口层。是用户访问网络的接口层。 举例：举例：ISO8571/14：用于文件传送、存取和管理：用于文件传送、存取和管理（FTAM）ISO8831/2：作业传送与操作协议（：作业传送与操作协议（JTM）ISO8649/50：公共应用服务元素（：公共应用服务元素（CASE）协议数据单元协议数据单元PDU是指对等层次之间传递的是指对等层次之间传递的数据单位。数据单位。 协议数据单元物理层的协议数据单元物理层的 PDU是是数据位数据位（bit），），数据链路层数据链路层的的 PDU是是数据数据帧帧（frame），），网络层网络

44、层的的PDU是数据包是数据包（packet），），传输层传输层的的 PDU是是数据段数据段（segment），其他更高层次的），其他更高层次的PDU是数是数据（据（data）。）。返回总总 结结 掌握层次顺序掌握层次顺序 掌握各层的功能掌握各层的功能 掌握各层对应的设备掌握各层对应的设备 掌握掌握HDLCHDLC协议协议 了解了解PPPPPP协议协议 网络层提供的服务（掌握面向连接与无连接、网络层提供的服务（掌握面向连接与无连接、虚电路与数据报等重要概念）虚电路与数据报等重要概念） 路由选择机制，静态路由与动态路由路由选择机制，静态路由与动态路由 传输层与网络层对比传输层与网络层对比TCP/I

45、P协议本讲目标本讲目标:了解TCP/IP参考模型的起源与特点熟悉TCP/IP参考模型各层的功能以及相关协议的作用 掌握TCP/IP参考模型中数据的封装 掌握TCP/IP与OSI的优缺点 主要内容 TCP/IP协议族 客户-服务器模型 理解TCP/IP协议与OSI模型的对比2.3 TCP/IP协议族 TCP/IP协议族是一个Internet协议系列，它的前身是实验性分组交换网APRANET（由美国国防部高级研究计划署DoD ARPA所资助）。 TCP/IP协议族包含了大量由Internet体系结构委员会（Internet Architecture Board, IAB）作为Internet标准发

46、布的协议。 TCP/IP协议族由应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层构成。每一层的功能由一个或多个协议实现。 网络接口层 网络接口层（Host-to-network Layer），也有翻译成主机网络层的。 在TCP/IP参考模型中并没有详细定义这一层的功能，只是指出通信主机必须采用某种协议连接到网络上，并且能够传输网络数据分组。具体使用哪种协议，在本层里并没有规定。实际上根据主机与网络拓扑结构的不同，局域网基本上采用了802系列的协议，如802.3以太网协议、802.5令牌环网协议；广域网较常采用的协议有帧中继、X.25等。网网 络络 层层 网络层（Internet Layer）的主要功

47、能是负责在互连网上传输数据分组。网络层与OSI参考模型的网络层相对应，相当于OSI参考模型中网络层的无连接网络服务。 网络层是TCP/IP参考模型中最重要的一层，它是通信的枢纽 从底层来的数据包要由它来选择继续传给其他网络结点或是直接交给传输层 对从传输层来的数据包，要负责按照数据分组的格式填充报头，选择发送路径，并交由相应的线路发送出去。 在网络层，主要定义了网络协议（IP）以及数据分组的格式。它的主要功能是路由选择和拥塞控制。另外，本层还定义了地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP、Internet控制报文协议(ICMP)、Internet组管理协议IGMP以及路由选择协议。传 输

48、层 传输层（Transport Layer）的主要功能是负责端到端的对等实体之间进行通信。 TCP/IP的传输层定义了两个协议： 传输控制协议（Transport Control Protocol）TCP，参见RFC793； 用户数据报协议（User Datagram Protocol）UDP，参见RFC768。 TCP协议是可靠的、面向连接的协议 它用于包交换的计算机通信网络、互连系统以及类似的网络上，保证通信主机之间有可靠的字节流传输。 UDP是一种不可靠的、无连接协议。 它最大的优点是协议简单，额外开销小，效率较高；缺点是不保证正确传输，也不排除重复信息的发生。UDP不是面向连接的。 需

49、要可靠数据传输保证的应用应选用TCP协议；相反，对数据精确度要求不是太高，而对速度、效率要求很高的环境，如声音、视频的传输，应该选用UDP 协议。应 用 层 应用层（Application Layer）是TCP/IP协议族的最高层，直接针对用户需求的协议。它包含了所有OSI参考模型中会话层、表示层和应用层这些高层的协议的功能。每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题。 互连网络上应用层协议有下面几种： 电子邮件协议（SMTP） 超文本传输协议（HTTP） 网络终端协议（TELNET） 文件传输协议（FTP） 网络新闻传输协议（NNTP） 域名系统（DNS） 简单网络管理协议（SNMP）2.4

50、客户-服务器模型 客户-服务器方式(client-server model )是TCP/IP的进程之间经常使用的通信方式，这种方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。 客户-服务器方式的基本工作过程1) 服务器进程在一台主机上启动，等待客户进程的服务请求。2) 一个客户进程向服务器发出建立连接的请求。3) 服务器端收到来自客户的请求连接报文后，按照预定的通信协议做出响应。4) 如果服务器同意这一连接请求，则由服务器进程向客户返回一个同意连接的报文。5) 客户进程收到服务器发回的同意连接的报文后，即可通过所建立的连接向服务器进程发送客户访问服务器资源的具体要求和参数。6) 服务器进程收到客户访

51、问服务器的具体要求后，响应这个请求。7) 服务器进程完成客户请求后，服务器返回等待状态，等待同一个或其它客户进程的服务请求。 服务与服务访问点 服务 是网络中各层向其相邻上层提供的一组操作 服务访问点（SAP） N+1层实体是通过N层的SAP来使用N层所提供的服务 SAP相当于相邻层之间的接口服务类型 面向连接的服务 先建立连接再传输数据，之后再断开连接 数据传输过程中，数据包不需要携带目的地址 保证数据传输的可靠性 无连接的服务 不需要事先建立连接，直接发送数据 每个报文都带有完整的目的地址 不保证报文传输的可靠性服务元素元素意义举例请求（Request）用户请求建立一个连接用户拨号指示（Indication）服务提供者向被呼叫方示意有人请求建立连接被呼叫用户电话振铃响应（Response）被呼叫方用来表示接受建立连接的请求被呼叫方摘机确认（Confirm）服务提供者通知呼叫方建立连接的请求已被接受呼叫方听到拨号音停止，对方摘机 面向连接的服务在建立连接和断开连接过程中，使用以下几个服务元素服务元素举例11112222拨号拨号2222，请求请求建立连接建立连接振铃，得到建振铃，得到建立连接的立连接的指示指示摘机，对连接请求的摘机，对连接请求的响应响应听到振铃音