数据通信与网络技术3

1、第第1 1章章 概概 述述体系结构体系结构TCP/IP数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT2划分层次的必要性划分层次的必要性l计算机网络中要正确交换数据，就必须遵守一些计算机网络中要正确交换数据，就必须遵守一些事先约定好的事先约定好的规则规则，以规定交换数据的格式等。，以规定交换数据的格式等。l网络协议的概念：为在网络中进行数据交换而建网络协议的概念：为在网络中进行数据交换而建立的立的规则规则、标准标准或或约定约定，称为，称为网络协议网络协议，简称，简称协协议议。包括。包括3要素：要素：p语法语

2、法：即数据与控制信息的结构或格式；：即数据与控制信息的结构或格式；p语义语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及作出何种响应；作出何种响应；p同步同步：即通信双方实现顺序操作的详细说明。：即通信双方实现顺序操作的详细说明。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT3划分层次的必要性划分层次的必要性(续)l分层结构分层结构优点优点：p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、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。能促进标准化工作。l分层的

3、分层的实质实质p上一层在下一层提供上一层在下一层提供服务服务的基础上完成独立的功能；的基础上完成独立的功能；p相当于上层调用下层的子程序。相当于上层调用下层的子程序。l层次结构分层层次结构分层原则原则p层间接口尽可能清晰简单，传输的信息应尽可能的少；层间接口尽可能清晰简单，传输的信息应尽可能的少；p每层应完成一组特定的独立的明确的功能；每层应完成一组特定的独立的明确的功能；p每层只与上下层具有接口；每层只与上下层具有接口；p层数应足够多。层数应足够多。若层数太少，就会使每一层的协议太复杂；太多又若层数太少，就会使每一层的协议太复杂；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。会

4、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。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT4划分层次的必要性划分层次的必要性（续）l层次结构的层次结构的特点特点pn层中的实体层中的实体(硬、软件的集合硬、软件的集合)定义自身功能时，直接使用定义自身功能时，直接使用n1层（下层）提供的层（下层）提供的服务服务； pn层将以下各层功能总和附加上自己的功能为层将以下各层功能总和附加上自己的功能为n1层提供更强功层提供更强功能的能的服务服务，即，即“增值增值” 服务服务，并将功能的实现细节屏蔽起来；，并将功能的实现细节屏蔽起来；p每层既要对上层

5、提供服务，也可以向应用每层既要对上层提供服务，也可以向应用(程序程序)直接提供服务。直接提供服务。l网络的体系结构网络的体系结构：计算机网络的：计算机网络的各层及其协议各层及其协议的集合的集合,也也就是这个网络及其部件所完成功能的精确定义就是这个网络及其部件所完成功能的精确定义。体系结构体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬是真正在运行的计算机硬件和软件件和软件。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT6计算机网络体系结构的形成计算机网络体系结构的形成l 1974年，年，IBM提出了它的系统

6、网络体系结构提出了它的系统网络体系结构SNA，并采，并采用分层的结构；其他公司也相继推出自己的网络体系结用分层的结构；其他公司也相继推出自己的网络体系结构；但不同体系间很难互连互通。构；但不同体系间很难互连互通。l 为使不同体系结构的计算机网络能互连交换信息，为使不同体系结构的计算机网络能互连交换信息， ISO 1977年成立了专门的研究机构，研究互连网的标准框架；年成立了专门的研究机构，研究互连网的标准框架；并于并于1983年形成了开放系统互连基本参考模型，即年形成了开放系统互连基本参考模型，即OSI 七层协议的体系结构；七层协议的体系结构；l OSI试图使全世界的计算机网络都遵循这一标准以

7、方便试图使全世界的计算机网络都遵循这一标准以方便世界范围计算机的互连和交换数据；世界范围计算机的互连和交换数据；l 20世纪世纪90年代，采用年代，采用TCP/IP协议构建的协议构建的Internet覆盖了覆盖了全世界很大的范围，全世界很大的范围，TCP/IP成为互连网事实上的国际标成为互连网事实上的国际标准，标志准，标志OSI标准的失败。标准的失败。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT7n n wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT8应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层

8、传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层通信通信子网子网面向通信面向通信面向面向服务服务面向应用面向应用wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT10TCP/IP协议体系结构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传输层传输层网际层网际层网络接口层网络接口层OSI/RMTCP/IPn Internet历史的和技历史的和技术上的开放性，造成了术上的开放性，造成了现在网络互联技术的多现在网络互联技术的多样性。样性。11五层体系结构*应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7

9、654321OSI 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 的体系结构数据链路层应用层运输层网络层数据链路层物理层五层体系结构wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT12五层协议的体系结构传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层应用层应用层物理层物理层协议数据单元协议数据单元PDU (Protocol Data Unit)：对等层次上：对等层次上传送数据的单位。传送数据的单位。数据数据 Data报文段报文段 Segment分组分组 Pa

10、cket帧帧 Frame比特比特 BitwenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT13计算机 1 向计算机 2 发送数据 ApplicationTransportNetworkDatalinkPhysicalPCAP2AP1Web server应 用 程 序 数 据Aplication headH510100110100101 比 特 流 110101110101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H4Transport headH3Network headH2Li

11、nk headT2Link tailApplicationTransportNetworkDatalinkPhysicalwenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT14计算机 1 向计算机 2 发送数据* 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 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wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT15H3H4H5应 用 程 序 数 据

12、计算机 1 向计算机 2 发送数据* 5432154321计算机 1AP2AP1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H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT16H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据* 5432154321计算机 1AP2AP1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wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT17H5应 用 程

13、 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据* 5432154321计算机 1AP2AP1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wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT18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* 5432154321计算机 1AP2AP1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wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT19计算机 1 向计算机 2

14、发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT20一些重要概念*l 实体实体(Entity)：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。多数情况下是指一个特定的软件模块。进程。多数情况下是指一个特定的软件模块。l 协议协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。p在协议控制下，两个对等实体间的通信使得本层能在协议控制下，两个对等实体间的通信使得本层能向上一层向上一层提供

15、提供服务，服务，本层本层协议的实现还需要使用下面一层提供的服务。协议的实现还需要使用下面一层提供的服务。p重要特点：必须事先考虑所有不利的条件，没有重要特点：必须事先考虑所有不利的条件，没有100%可靠的协议，可靠的协议，是很复杂的。（三军问题）是很复杂的。（三军问题）l 服务服务：由下面一层向上面一层提供的可用功能，称之为：由下面一层向上面一层提供的可用功能，称之为服服务务。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT21一些重要概念（续（续1）*l 协议与服务的区别：协议与服务的区别：p协议协议是是“水平的水平的”，即是控制对等实体间通信

16、的规则；，即是控制对等实体间通信的规则；p服务服务是是“垂直的垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。p上面一层可以看见下面一层提供的服务，但下面一层的协议对上上面一层可以看见下面一层提供的服务，但下面一层的协议对上面一层是透明的。即面一层是透明的。即本层的服务用户只能看见服务而无法看见下本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。面的协议。l 服务原语服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换的一些命令，换的一些命令，OSI模型中称这些命令为模型中称这些命令为服务原语服务原语。l 服务

17、访问点服务访问点SAP：同一系统中相邻两层的实体交换信息的：同一系统中相邻两层的实体交换信息的地方。抽象概念，表示一个逻辑接口。地方。抽象概念，表示一个逻辑接口。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT22一些重要概念（续（续2）*l 任何相邻两层间的关系如下图：图中两对等实体图中两对等实体(服务用户服务用户)通过协议通信，通过协议通信，目的目的是为上层提供服务。是为上层提供服务。协协 议议交换原语交换原语交换原语交换原语服务用户服务用户提提 供供 服服 务务服服 务务 提提 供供 者者第第 n 层层第第n+1层层服务用户服务用户SAPS

18、APwenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT23ApplicationNetworkPhysicalData LinkTransportPresentationSession7312465OSI与与TCP/IP体系结构的比较体系结构的比较*l TCP/IP协议是协议是OSI 参考模型的实例，参考模型的实例，不包括不包括物理层物理层和和链路层链路层，可使用，可使用底层的任何网络技术底层的任何网络技术(以太网、令牌环、以太网、令牌环、FDDI、帧中继、帧中继FR、X.25等等)。OSI 体系结构体系结构TCP/IP体系结构体系结构IPTCPU

19、DPsmtptelnetftptftpARPICMP网络接口层网络接口层无连接分组交付服务运输服务 (可靠或不可靠)各种应用服务TCP/IP 的三个服务层次的三个服务层次wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT24面向连接服务与无连接服务l 从通信角度看，各层所提供的服务可分为：从通信角度看，各层所提供的服务可分为：p面向连接服务面向连接服务(connection-oriented)l面向连接服务具有面向连接服务具有连接建立连接建立、数据传输数据传输和和连接释放连接释放三个阶段三个阶段。p无连接服务无连接服务(connectionless

20、) l两个实体之间的通信两个实体之间的通信不需要不需要事事先建立好连接。先建立好连接。 l是一种是一种不可靠不可靠的服务，常被描述为的服务，常被描述为“尽最大努力交付尽最大努力交付”(best effort delivery)或或“尽力而为尽力而为”。 wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT25TCP/IP 协议的表示方法协议的表示方法1*l 注意：注意：NIC(网卡网卡)包括硬件和软件，实现了数据链路层和物理层的功包括硬件和软件，实现了数据链路层和物理层的功能；能；路由设备路由设备中的网络接口也实现了这两层功能，但没有应用层和中的网络

21、接口也实现了这两层功能，但没有应用层和传输层。传输层。l TCP/IP通常是指通常是指Internet所使用的整个所使用的整个TCP/IP协议族，最重要的就协议族，最重要的就是是TCP和和IP协议。协议。应用层运输层网际层网络接口层路由器网络 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4321wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT26TCP/IP 协议的表示方法协议的表示方法2*HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP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 3IP起核心作用起核心作用IP 可应用到各

22、式各样的网络上可应用到各式各样的网络上(IP over Everything )IP 可为各式各样的应用程序提供服务可为各式各样的应用程序提供服务(Everything over IP )wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT27补充：补充：层功能的作用范围层功能的作用范围l 各层作用范围各层作用范围p1-2层：相邻系统间，层：相邻系统间，点到点点到点通信（通信（Point to Point）p3层：层： 网络拓扑间，网络通信（网络拓扑间，网络通信（Network）p4-5层：端系统间，层：端系统间，端到端端到端通信（通信（End to

23、 End）端系统端系统A端系统端系统B应用层应用层传输层传输层数据链路层数据链路层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网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层应用层应用层传输层传输层数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT28作业l P35l 1-24wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT29应用层应用层(Application Layer) q这是体系结构的最高层，它直接为用户的应用进程这是体系结构的

24、最高层，它直接为用户的应用进程提供服务。提供服务。q 应用层协议应用层协议：HttpHttp、 FTPFTP、SMTPSMTP、TelnetTelnet等等wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT30 传输层传输层(Transport Layer) q负责两个主机中进程之间的通信（负责两个主机中进程之间的通信（端到端的通信端到端的通信）。）。q传输层具有复用和分用的功能。传输层具有复用和分用的功能。qInternetInternet的传输层可使用两种不同的协议：的传输层可使用两种不同的协议：q传输控制协议传输控制协议TCPTCP (Tra

25、nsport Control Protocol) (Transport Control Protocol)：面向连接，提供可靠的交付，其数据传输单位是面向连接，提供可靠的交付，其数据传输单位是TCPTCP报报文段文段(Segment) (Segment) （类比打电话（类比打电话)q用户数据报协议用户数据报协议UDPUDP (User Datagram Protocol) (User Datagram Protocol)：无连接的，不能提供可靠的交付，只能是无连接的，不能提供可靠的交付，只能是“尽最大努尽最大努力交付力交付(Best-effort Delivery)”(Best-effort

26、Delivery)”，其数据传输单位，其数据传输单位是是UDPUDP数据报数据报 。（类比寄信）。（类比寄信）wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT31 网络层网络层(Network Layer) l任务任务1：负责为分组交换网上的不同主机提供通信。发送：负责为分组交换网上的不同主机提供通信。发送时，将传输层产生的报文段或用户数据报封装成分组时，将传输层产生的报文段或用户数据报封装成分组(包包)进行传送；接收时，向传输层提供接收的数据；进行传送；接收时，向传输层提供接收的数据；l任务任务2：选择合适的路由，使源主机传输层的分组，能通：选择合适的路由，使源主机传输层的分组，能通过网络中的路由器找到目的主机。过网络中的路由器找到目的主机。lTCP/IP体系中，分组也叫体系中，分组也叫IP数据报，简称数据报；因特数据报，简称数据报；因特网网络层的网网络层的主要协议主要协议是是IP和各种路由协议，故网络层也和各种路由协议，故网络层也叫叫IP层。层。wenzhanSchool of Communication Engineering, CUIT32数据链