第2讲网络体系结构-ppt课件

1、第 2讲 网络体系构造知识回想l计算机网络功能计算机网络功能l因特网的组成因特网的组成l计算机网络在我国的开展计算机网络在我国的开展l计算机网络的定义和分类计算机网络的定义和分类l性能目的：速度、带宽、时延、吞吐量性能目的：速度、带宽、时延、吞吐量本讲内容和教学目的l 计算机网络的体系构造计算机网络的体系构造l 计算机网络体系构造的构成计算机网络体系构造的构成l协议与划分层次协议与划分层次l具有五层协议的体系构造具有五层协议的体系构造l实体、协议、效力和效力访问点实体、协议、效力和效力访问点lTCP/IP 的体系构造的体系构造l 教学目的教学目的l 了解协议分层设计的根本思想。了解协议分层设计

2、的根本思想。l 根本了解物理层、数据链路层、网络层、传输层和运用层的功能。根本了解物理层、数据链路层、网络层、传输层和运用层的功能。l 了解了解TCP/IP体系构造。体系构造。计算机网络体系构造的构成l 相互通讯的两个计算机系统必需高度协调任相互通讯的两个计算机系统必需高度协调任务才行，而这种务才行，而这种“协调是相当复杂的。协调是相当复杂的。 l “分层可将庞大而复杂的问题，转化为假设分层可将庞大而复杂的问题，转化为假设干较小的部分问题，而这些较小的部分问题干较小的部分问题，而这些较小的部分问题就比较易于研讨和处置。就比较易于研讨和处置。 开放系统互连参考模型OSI/RMl 只需遵照只需遵照

3、 OSI 规范，一个系统就可以和位于世界上任何规范，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵照这同一规范的其他任何系统进展通讯。地方的、也遵照这同一规范的其他任何系统进展通讯。l 在市场化方面在市场化方面 OSI 失败的缘由失败的缘由l OSI 的专家们在完成的专家们在完成 OSI 规范时没有商业驱动力；规范时没有商业驱动力；l OSI 的协议实现起来过分复杂，且运转效率很低；的协议实现起来过分复杂，且运转效率很低；l OSI 规范的制定周期太长，因此使得按规范的制定周期太长，因此使得按 OSI 规范消费的规范消费的设备无法及时进入市场；设备无法及时进入市场；l OSI 的层次划分并也不太合

4、理，有些功能在多个层次中的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中反复出现。反复出现。 协议l 计算机网络中的数据交换必需遵守事先商定好的规那计算机网络中的数据交换必需遵守事先商定好的规那么。么。 l 这些规那么明确规定了所交换的数据的格式以及有关这些规那么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。的同步问题同步含有时序的意思。l 网络协议网络协议(network protocol)，简称为协议，是为进展，简称为协议，是为进展网络中的数据交换而建立的规那么、规范或商定。网络中的数据交换而建立的规那么、规范或商定。 l 网络协议的组成要素网络协议的组成要素l 语法语法

5、l 数据与控制信息的构造或格式数据与控制信息的构造或格式 。 l 语义语义 l 需求发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种需求发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种呼应。呼应。 l 同步同步 l 事件实现顺序的详细阐明。事件实现顺序的详细阐明。划分层次的概念举例 l 主机主机 1 向主机向主机 2 经过网络发送文件。经过网络发送文件。l 可以将要做的任务进展如下的划分。可以将要做的任务进展如下的划分。l 第一类任务与传送文件直接有关。第一类任务与传送文件直接有关。l 确信对方已做好接纳和存储文件的预备。确信对方已做好接纳和存储文件的预备。l 双方协调好一致的文件格式。双方协调好一致的文

6、件格式。l 两个主机将文件传送模块作为最高的一层两个主机将文件传送模块作为最高的一层 。剩下的任务由下面的模块担任。剩下的任务由下面的模块担任。主机交换文件表示图文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块好似文件及文件传送命令是按照程度方向的虚线传送的把文件交给下层模块进展发送把收到的文件交给上层模块通讯效力模块 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块只看这两个通讯效力模块好似可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进展发送把收到的文件交给上层模块通讯效力模块通讯效力模块网络接入模块 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块通讯效力模块通讯效力模块网络接入模块网络接

7、入模块通讯网络网络接口网络接口网络接入模块担任做与网络接口细节有关的任务例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。分层的益处及各层要完成的功能l 分层的益处分层的益处l 各层之间是独立的各层之间是独立的l 灵敏性好灵敏性好l 构造上可分割开构造上可分割开l 易于实现和维护易于实现和维护l 能促进规范化任务能促进规范化任务l 各层要完成的功能各层要完成的功能l 过失控制过失控制l 流量控制流量控制l 分段与重装分段与重装l 复用与分用复用与分用l 衔接建立与释放衔接建立与释放计算机网络的体系构造 l 计算机网络的体系构造计算机网络的体系构造(architecture)l 是计算机网络的各层及其协议

8、的是计算机网络的各层及其协议的集合。集合。 l 体系构培育是这个计算机网络及体系构培育是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的准确定其部件所应完成的功能的准确定义。义。l 实现实现(implementation)是遵照这是遵照这种体系构造的前提下用何种硬件种体系构造的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。或软件完成这些功能的问题。l 体系构造是笼统的，而实现那么体系构造是笼统的，而实现那么是详细。是详细。l 右图是右图是ISO/OSIOpen Systems Interconnection) 七层参考模型。七层参考模型。 OSI参考模型各层的功能l运用层运用层l各种运用：网络虚拟终端、各种

9、运用：网络虚拟终端、SMTP、文件传输、，、文件传输、，EMAIL等等 l表示层表示层l完成特定的常见的功能，关怀所传输信息的语法和语义。完成特定的常见的功能，关怀所传输信息的语法和语义。 l数据紧缩、数据转换、数据加密。数据紧缩、数据转换、数据加密。l会话层会话层l为会话用户提供一个建立衔接及在上按顺序传送数据的方法。为会话用户提供一个建立衔接及在上按顺序传送数据的方法。 会话衔接与传输层有差别，会话衔接与传输层有差别，前者需双方赞同才可中断衔接，后者可一方中断，有如。前者需双方赞同才可中断衔接，后者可一方中断，有如。l传输层传输层l目的是在源端与目的端之间建立可靠的端到端效力。目的是在源端

10、与目的端之间建立可靠的端到端效力。l隔离网络的上下层协议，使得网络运用与下层无关。隔离网络的上下层协议，使得网络运用与下层无关。 l在网络中担任相当于链路层的错误控制，流量控制及顺序问题。在网络中担任相当于链路层的错误控制，流量控制及顺序问题。 l衔接效力衔接效力lTCP：面向衔接的协议，数据传输的单位是报文段，提供可靠交付。：面向衔接的协议，数据传输的单位是报文段，提供可靠交付。lUDP：无衔接的协议，数据传输的单位是用户数据报，不保证可靠的传输。：无衔接的协议，数据传输的单位是用户数据报，不保证可靠的传输。OSI参考模型各层的功能(续)l 网络层网络层l 确定分组从源端到目的端如何选择路由

11、确定分组从源端到目的端如何选择路由.l 寻址、途径交换、拥塞控制、网络互连寻址、途径交换、拥塞控制、网络互连l 传输单位是分组传输单位是分组(Packet)，由于网络层运用，由于网络层运用IP协议，也叫做协议，也叫做IP数据报。数据报。l 数据链路层数据链路层l 加强物理层的传输原始比特的功能，建立一条无过失的传输线路。加强物理层的传输原始比特的功能，建立一条无过失的传输线路。 l 将物理层传输的比特组合成帧，确定帧边境及过失纠正。将物理层传输的比特组合成帧，确定帧边境及过失纠正。 l 数据帧、确认帧、识别帧边境、流量调理机制。数据帧、确认帧、识别帧边境、流量调理机制。l 传输单位是帧传输单位

12、是帧(Frame)l 物理层物理层l 涉及通讯在信道上传输的原始比特流。涉及通讯在信道上传输的原始比特流。 l 处置机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传输介质等问题。处置机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传输介质等问题。l /wiki/OSI_model 具有五层协议的体系构造 l TCP/IP 是四层的体系构造是四层的体系构造l 运用层、运输层、网际层和网络接口层。运用层、运输层、网际层和网络接口层。l 网络接口层并没有详细内容。因此往往采取折中的方法，即综合网络接口层并没有详细内容。因此往往采取折中的方法，即综合 OSI 和和 TCP

13、/IP 的优点，采用一种只需五层协议的体系构造的优点，采用一种只需五层协议的体系构造 。l 运用层运用层(application layer) l 运输层运输层(transport layer) l 网络层网络层(network layer) l 数据链路层数据链路层(data link layer) l 物理层物理层(physical layer) l /wiki/TCP/IP_model主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运用进程数据先传送到运用层加上运用层首部，成为运用层 PDU主机 1 向主机 2 发送数据 5

14、432154321主机 1AP2AP1主机 2运用层 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 5432154321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 l 运用层运用层(appli

15、cation 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纳端物理层主机 2主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2物理层接纳到比特流，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

16、运输层剥去首部，取出数据部分上交给运用层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运用层剥去首部，取出运用程序数据上交给运用进程主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的运用程序数据！主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应 用 程 序 数 据运用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101留意察看参与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

17、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

18、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运用层应 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运用层剥去运用层 PDU 首部后把运用程序数据交给运用进程主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的运用程序数据！实体、协议、效

19、力和效力访问点 l 实体实体(entity) l 表示任何可发送或接纳信息的硬件或软件进表示任何可发送或接纳信息的硬件或软件进程。程。 l 协议协议l 是控制两个对等实体进展通讯的规那么的集是控制两个对等实体进展通讯的规那么的集合。合。 l 在协议的控制下，两个对等实体间的通讯使在协议的控制下，两个对等实体间的通讯使得本层可以向上一层提供效力。得本层可以向上一层提供效力。l 要实现本层协议，还需求运用下层所提供的要实现本层协议，还需求运用下层所提供的效力。效力。 实体、协议、效力和效力访问点(续l 本层的效力用户只能看见效力而无法看见下面的协议。本层的效力用户只能看见效力而无法看见下面的协议。

20、l 下面的协议对上面的效力用户是透明的。下面的协议对上面的效力用户是透明的。 l 协议是协议是“程度的，即协议是控制对等实体之间通讯的程度的，即协议是控制对等实体之间通讯的规那么。规那么。l 效力是效力是“垂直的，即效力是由下层向上层经过层间接垂直的，即效力是由下层向上层经过层间接口提供的。口提供的。l 同一系统相邻两层的实体进展交互的地方，称为效力同一系统相邻两层的实体进展交互的地方，称为效力访问点访问点 SAP (Service Access Point)。 实体、协议、效力和效力访问点协议(n + 1)SAPSAP交换原语交换原语实体(n + 1)效力提供者第 n 层第 n + 1 层实

21、体(n + 1)效力用户实体(n)实体(n)协议(n)协议评价规范l 协议必需把一切不利的条件事先都估计到，协议必需把一切不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。而不能假定一切都是正常的和非常理想的。 l 看一个计算机网络协议能否正确，不能光看看一个计算机网络协议能否正确，不能光看在正常情况下能否正确，而且还必需非常仔在正常情况下能否正确，而且还必需非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。细地检查这个协议能否应付各种异常情况。 协议举例l 占据东、西两个山顶的蓝军占据东、西两个山顶的蓝军1和蓝军和蓝军2与驻扎在山谷的白军与驻扎在山谷的白军作战。作战。l 其力量对比是：

22、单独的蓝军其力量对比是：单独的蓝军1或蓝军或蓝军2打不过白军，但蓝军打不过白军，但蓝军1和蓝军和蓝军2协同作战那么可战胜白军。协同作战那么可战胜白军。l 现蓝军现蓝军1拟于次日正午向白军发起攻击。于是用计算机发拟于次日正午向白军发起攻击。于是用计算机发送电文给蓝军送电文给蓝军2。l 但通讯线路很不好，电文出错或丧失的能够性较大没有但通讯线路很不好，电文出错或丧失的能够性较大没有可运用。因此要求收到电文的友军必需送回一个确认电可运用。因此要求收到电文的友军必需送回一个确认电文。但此确认电文也能够出错或丧失。文。但此确认电文也能够出错或丧失。l 试问能否设计出一种协议使得蓝军试问能否设计出一种协议使得蓝军1和蓝军和蓝军2可以实现协同可以实现协同作战因此一定即作战因此一定即100 %而不是而不是99.999%获得胜利？获得胜利？ 赞同收到：收到“赞同TCP/IP的体系构造运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运用层运输层网际层网络接口层网际层网络接口层4321路由器在转发分组时最高只用到网络层而没有运用运输层和运用层。 沙漏计时器外形的TCP/IP协议族 SMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络