第二节OSI模型和TCPIP协议族

1、l2.1 网络协议的分层网络协议的分层l2.2 OSI模型模型l2.3 TCP/IP协议族协议族l2.4 编址编址 1. 掌握协议分层思想掌握协议分层思想 2. 掌握掌握TCP/IP分层结构分层结构 3. 掌握掌握TCP/IP协议系统所需的四种类型的地址协议系统所需的四种类型的地址l2.1 网络协议的分层网络协议的分层l2.2 OSI模型模型l2.3 TCP/IP协议族协议族l2.4 编址编址l相互通信的两个计算机系统必须相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作高度协调工作才行，而才行，而这种这种“协调协调”是相当复杂的。是相当复杂的。 l “分层分层”可将庞大而复杂的问题，转化为可将庞大而复

2、杂的问题，转化为若干较小的局若干较小的局部问题部问题，而这些较小的局部问题就比较，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理易于研究和处理。 即，通过即，通过划分层次划分层次，将复杂系统模块化，简化了问题，将复杂系统模块化，简化了问题.l如：教材如：教材17、18页的两个例子页的两个例子l模块化易于维护和系统的更新模块化易于维护和系统的更新各层服务实现的改变对于系统的其他部分透明。各层服务实现的改变对于系统的其他部分透明。用户用户（写信人）（写信人）邮局邮局用户用户（收信人）（收信人）邮局邮局运输部门运输部门运输部门运输部门甲地甲地乙地乙地用户间约定用户间约定邮局间约定邮局间约定运输部门间约定运

3、输部门间约定用户子系统用户子系统邮局子系统邮局子系统运输子系统运输子系统l所谓所谓“分层分层”，就是，就是在逻辑上在逻辑上把功能分为若干层，每一层把功能分为若干层，每一层实现一个定义明确的功能。任务要按分层结构中的顺序执实现一个定义明确的功能。任务要按分层结构中的顺序执行。行。l分层思想分层思想：l层次间相对独立，每一层使用下层提供的服务实现自己层次间相对独立，每一层使用下层提供的服务实现自己的功能；的功能；l层次应足够多，以免不同功能混杂在同一层中，但也不层次应足够多，以免不同功能混杂在同一层中，但也不能太多，否则体系结构会过于庞大；能太多，否则体系结构会过于庞大；l每一层的目的都是向它的上

4、一层提供服务并且向上层屏每一层的目的都是向它的上一层提供服务并且向上层屏蔽实现细节。蔽实现细节。l2.1 网络协议的分层网络协议的分层l2.2 OSI模型模型l2.3 TCP/IP协议族协议族l2.4 编址编址lOSI (Open System Interconnection)模型以国际标准化组织模型以国际标准化组织ISO的一份提案为基础，的一份提案为基础，1995年进行了修订，称为年进行了修订，称为ISO OSI Reference Model。涉及如何将互相通信而开放的系统连接。涉及如何将互相通信而开放的系统连接起来。起来。lOSI/RM采用了分层的结构化技术，由采用了分层的结构化技术，由

5、7个层组成，目的是个层组成，目的是为了设计出能让各类计算机相互通信的网络系统。为了设计出能让各类计算机相互通信的网络系统。l在市场化方面在市场化方面 OSI 却失败了。却失败了。OSI 的专家们在完成的专家们在完成 OSI 标准时标准时没有商业驱动力没有商业驱动力；OSI 标准的制定标准的制定周期太长周期太长，因而使得按，因而使得按 OSI 标准生产的标准生产的设备无法及时进入市场；设备无法及时进入市场；OSI 的层次划分并也不太合理，有些的层次划分并也不太合理，有些功能功能在多个层次中在多个层次中重复出现重复出现；OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低效

6、率很低。链路层链路层协议协议物理层物理层协议协议网络层网络层协议协议分组流分组流比特流比特流帧流帧流应用协议应用协议应用层应用层7应用层应用层传输层传输层4传输层传输层网络层网络层3网络层网络层链路层链路层2链路层链路层物理层物理层1物理层物理层表示层表示层6表示层表示层会话层会话层5会话层会话层表示协议表示协议会话协议会话协议传输协议传输协议网络层网络层网络层网络层链路层链路层链路层链路层物理层物理层物理层物理层子子网网内内部部协协议议路由器路由器路由器路由器通信子网通信子网主机主机A主机主机Bl不同设备之间的通信，中间结点不同设备之间的通信，中间结点l互操作性互操作性l层之间的接口层之间的

7、接口l层的组织方式层的组织方式l数据的封装数据的封装l物理层：经过媒体传送比特，提供机械的和电器的规物理层：经过媒体传送比特，提供机械的和电器的规约约l数据链路层：将比特组织成帧结构，提供逐跳交付数据链路层：将比特组织成帧结构，提供逐跳交付l网络层：从源到终点传送分组，提供网络互联网络层：从源到终点传送分组，提供网络互联l运输层：提供可靠的进程到进程的交付和差错恢复运输层：提供可靠的进程到进程的交付和差错恢复l会话层：监理、管理和终止会话会话层：监理、管理和终止会话l表示层：数据的转换、加密和压缩表示层：数据的转换、加密和压缩l应用层：允许访问网络资源应用层：允许访问网络资源如何实现不同类数据

8、如何实现不同类数据帧帧的转发？的转发？网络网络1（以太网）（以太网） 网络网络2（Modem拨号，拨号，PPP） 协议协议数据数据FCSF7EAFFC03F7E111212类型类型数据数据FCS目的地址目的地址源地址源地址6624如何通信？如何通信？问题一：数据格式不同问题一：数据格式不同问题二：地址不同问题二：地址不同lIP层层统一了数据格式和地址格式统一了数据格式和地址格式以太网以太网令牌环网令牌环网拨号线路拨号线路帧中继帧中继IP层（层（IP地址，地址，IP报文格式确定）报文格式确定）应用应用1应用应用2应用应用n网络网络1（以太网）（以太网） 网络网络2（Modem拨号，拨号，PPP）

9、 以太网帧以太网帧IP数据报数据报PPP帧帧问题：谁来进行转换？问题：谁来进行转换？解决：引入解决：引入IP路由器路由器以太网帧以太网帧IP数据报数据报IP数据报数据报PPP帧帧IP数据报数据报l路由器接收以太网数据帧，解封路由器接收以太网数据帧，解封提取提取IP数据报，然后封装成数据报，然后封装成PPP帧帧l路由器主要用来转发数据报，是路由器主要用来转发数据报，是网络互联的核心设备网络互联的核心设备l如何选择数据通信的最佳路径？如何选择数据通信的最佳路径？l网络通信存在不可靠性网络通信存在不可靠性l如何对网络拥塞进行控制？如何对网络拥塞进行控制？l能否只由能否只由IP来解决？来解决？lTCP

10、/IP设计者的策略：简化问题，分而治之设计者的策略：简化问题，分而治之lTCP/IP协议族协议族解决：对于每个问题都引入专门的协议来解决解决：对于每个问题都引入专门的协议来解决路由协议：路由协议：（RIP、OSPF、BGP等）等）ICMP：Internet控制报文协议控制报文协议TCP/UDP：传输层协议（传输控制协议和用户数据报协议）传输层协议（传输控制协议和用户数据报协议）其优点是：其优点是：减轻了协议设计和实现的复杂度减轻了协议设计和实现的复杂度有利于软件的更新换代有利于软件的更新换代在上述协议的基础上，实现了多种网络应用。在上述协议的基础上，实现了多种网络应用。FTP、HTTP、TEL

11、NET、POP3、SMTP、SNMP、DNS等等等等TCP/IP协议族：是上述各个协议的统称。协议族：是上述各个协议的统称。 TCP/IP是网间互连的一个重要协议，是一个被是网间互连的一个重要协议，是一个被广泛采用的互连协议标准。广泛采用的互连协议标准。 TCP/IP是一个协议族，是一个协议族，TCP和和IP是其中两个最是其中两个最重要的且必不可少的协议，故用它们作为代表命名。重要的且必不可少的协议，故用它们作为代表命名。问题：问题：TCP/IP协议族中各协议的关系如何？协议族中各协议的关系如何？IP、ICMP、IGMP 、OSPFARP、RARP、PPPUDPTCPHTTP, Telnet,

12、 FTP, BGP,SMTP, POP, IMAPRIP, DHCP,SNMP, BOOTPDNSNFSIP应用应用1应用应用2应用应用n网络网络1网络网络2网络网络n描述描述TCP/IP协议族的著名沙漏模型协议族的著名沙漏模型IPIP位于所有通信的中心，位于所有通信的中心，是唯一被所有应用程序是唯一被所有应用程序所共用的协议所共用的协议。l多路复用：上层协议多路复用下层协议。多路复用：上层协议多路复用下层协议。l多路分解：下层协议根据分组首部字段的指示决定把多路分解：下层协议根据分组首部字段的指示决定把分组上交给上层哪个协议模块。分组上交给上层哪个协议模块。l2.1 网络协议的分层网络协议的

13、分层l2.2 OSI模型模型l2.3 TCP/IP协议族协议族l2.4 编址编址应用层应用层传输层传输层IP层层物理接口层物理接口层硬件层硬件层TCP/IP分层模型分层模型层间数据流层间数据流报文或数据流报文或数据流传输协议分组或报文段传输协议分组或报文段IP数据报数据报特定于物理网络的帧特定于物理网络的帧比特流比特流TCP/IP分层模型分层模型 TCP/IP 模型是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层模型是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层和网络接口层( 最下面的网络接口层并没有具体内容最下面的网络接口层并没有具体内容)。 往往采取折中的办法，即综合往往采取折中的办法，即综

14、合 OSI 和和 TCP/IP 的优点，采的优点，采用一种只有五层协议的体系结构用一种只有五层协议的体系结构 。 应用层应用层运输层运输层网络层网络层表示层表示层会话层会话层数据链路层数据链路层物理层物理层7 76 65 54 43 32 21 1OSI 的体系结构的体系结构应用层应用层网络接口层网络接口层网际层网际层 IP (各种应用层协议如各种应用层协议如TELNET, FTP, SMTP 等等)运输层运输层(TCP 或或 UDP)TCP/IP 的体系结构的体系结构无连接分组交付服务无连接分组交付服务运输服务运输服务 (可靠或不可靠可靠或不可靠)各种各种应用服务应用服务TCP/IP 的三个

15、服务层次的三个服务层次l物理层：没有为其定义特定协议，以比特为单位。物理层：没有为其定义特定协议，以比特为单位。l数据链路层：没有为其定义特定协议，支持标准的和专用的数据链路层：没有为其定义特定协议，支持标准的和专用的协议。通信单位是帧。协议。通信单位是帧。l网络层：负责点到点通信网络层：负责点到点通信 处理处理TCP分层发送请求分层发送请求 为进入的数据报寻径为进入的数据报寻径处理处理ICMP报文：流控、拥塞控制报文：流控、拥塞控制 组播服务组播服务l运输层：提供应用程序间端到端的通信运输层：提供应用程序间端到端的通信 格式化信息流格式化信息流 提供可靠传输提供可靠传输 识别不同应用程序识别

16、不同应用程序l应用层：提供通用的应用程序，如电子邮件、文件传输等。应用层：提供通用的应用程序，如电子邮件、文件传输等。应用层首部应用层首部H5H4运输层首部运输层首部H3网络层首部网络层首部5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2应应 用用 程程 序序 数数 据据10100110100101 比比 特特 流流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应应 用用 程程 序序 数数 据据H5应应 用用 程程 序序 数数 据据H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据H3H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据H2链路

17、层链路层首部首部T2链路层链路层尾部尾部5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 210100110100101 比比 特特 流流 110101110101计算机计算机 2 的物理层收到比特流后的物理层收到比特流后交给数据链路层交给数据链路层H2T2H3H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据H3H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后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把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据H4H5应应

18、 用用 程程 序序 数数 据据H3H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2网络层剥去分组首部后网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层把分组的数据部分交给运输层H5应应 用用 程程 序序 数数 据据H4H5应应 用用 程程 序序 数数 据据5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2运输层剥去报文首部后运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层把报文的数据部分交给应用层应应 用用 程程 序序 数数 据据H5应应 用用 程程 序序 数数 据据5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机

19、 2应用层剥去应用层应用层剥去应用层 PDU 首部后首部后把应用程序数据交给应用进程把应用程序数据交给应用进程5432154321计算机计算机 1AP2AP1计算机计算机 2我收到了我收到了 AP1 发来的发来的应用程序数据！应用程序数据！应用层应用层传输层传输层IP层层物理接口层物理接口层硬件层硬件层TCP/IP分层模型分层模型分层模型中的两个边界分层模型中的两个边界操作系统边界操作系统边界OSOS外实现外实现OSOS内实现内实现协议地址边界协议地址边界使用使用IPIP地址地址使用硬件地址使用硬件地址OSOS内部实现包括：内部实现包括： 传输层及其以下各层的协议传输层及其以下各层的协议 应用

20、层中被应用层中被IETFIETF标准化的协议标准化的协议 OSOS厂商自定义的协议厂商自定义的协议应用层应用层传输层传输层IP层层物理接口层物理接口层硬件层硬件层Socket编程接口编程接口目前连接网络应目前连接网络应用和操作系统的用和操作系统的一个常用接口一个常用接口数据数据100-0a-3d-54-7e-4f500-0a-3d-54-68-795401-0a-3d-53-09-7a5401-0a-3d-54-0a-7b01-0a-3d-53-09-7a数据数据使用使用AR

21、P和和RARP协议协议问题问题2：如何实现：如何实现IP地址和到物理地地址和到物理地址的映射？址的映射？01-0b-3c-53-09-7a3数据数据数据数据01-0b-3c-53-09-7al2.1 网络协议的分层网络协议的分层l2.2 OSI模型模型l2.3 TCP/IP协议族协议族l2.4 编址编址l物理地址物理地址：或称链路地址，仅在局域网或广域网中有：或称链路地址，仅在局域网或广域网中有效；物理地址的长度和格式随网络的不同而变化；效；物理地址的长度和格式随网络的不同而变化；l单播地址单播地址（多播地址和广播地址）：（多播地址和

22、广播地址）：IP地址，全局性地址，全局性的编址方式，唯一标志一台主机的编址方式，唯一标志一台主机注：注：物理地址逐跳改变，逻辑地址保持不变物理地址逐跳改变，逻辑地址保持不变l端口地址端口地址：进程的标号：进程的标号l特定应用地址特定应用地址：电子邮件地址和：电子邮件地址和URL物理地址示例物理地址示例逻辑地址示例逻辑地址示例端口号示例端口号示例关于点到点和端到端关于点到点和端到端应用层应用层传输层传输层IP层层物理接口层物理接口层硬件层硬件层端到端端到端点到点点到点应用层应用层传输层传输层IP层层网络接口层网络接口层应用层应用层传输层传输层IP层层网络接口层网络接口层IP层层网络接口层网络接口

23、层IP层层网络接口层网络接口层端到端端到端端到端端到端点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点lTCP/IP是一个协议族，其模型采用了分层思想是一个协议族，其模型采用了分层思想l异构网络通过异构网络通过TCP/IP得以互联互通得以互联互通lTCP/IP分层模型中有两个边界：即操作系统边界（网络应分层模型中有两个边界：即操作系统边界（网络应用可使用套接字来调用底层协议栈提供的服务）、协议地用可使用套接字来调用底层协议栈提供的服务）、协议地址边界（址边界（ARP协议可实现边界两侧不同地址的转换）协议可实现边界两侧不同地址的转换）lIP层是网络互联的核心：向下可以屏蔽底层物理网络的差层是网络互联的核心：向下可以屏蔽底层物理网络的差