计算机网络体系结构

第二章

计算机网络体系结构本章内容2.1网络体系结构的概念2.2OSI参考模型2.3TCP/IP工业模型2.4局域网体系结构2.1网络体系结构所谓网络体系就是为了完成计算机之间的通信合作，把每台计算机的功能划分成有明确定义的层次，并固定了同层次的进程通信的协议及相邻之间的接口及服务，将对应层次进程通讯的协议及相邻层的接口统称为网络体系结构。在20世纪70年代，各大计算机生产商的产品都拥有自己的网络通信协议。但是不同的厂家生产的计算机系统就难以连接，为了实现不同厂商生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO（开放系统互连参考模型）即OSI/RM也称为ISO/OSI，该系统称为开放系统。

2.2标准化组织ISO

ISO:国际标准化组织(InternationalOrganizationforStandardization)OSI:开放系统互联(

opensysteminterconnection)20世纪70年代后期，ISO创建OSI参考模型，希望不同供应商的网络能够相互协同工作，但迄今为止，这仍然是一个伟大的目标！网络分层的优点

层layer：描述了所有需求的有效的通讯过程，并把这些过程逻辑上的组叫做层。分层的优点：1.促进标准化工作,允许各个供应商进行开发.2.各层间相互独立,把网络操作分成低复杂性单元.3.灵活性好,某一层变化不会影响到别层，设计者可专心设计和开发模块功能.4.各层间通过一个接口在相邻层上下通信OSI模式概述应用层(高)会话层表示层应用层OSI模式数据流层传输层数据链路层网络层物理层应用层(高)会话层表示层应用层应用层作用TelnetSMTPHTTPFTP用户接口例子应用层TelnetSMTPHTTPFTPASCIIEBCDICJPEG用户接口数据表示加密等特殊处理过程例子表示层应用层应用层作用

TelnetHTTPASCIIEBCDICJPEG保证不同应用间的数据区分用户接口数据表示加密等特殊处理过程OperatingSystem/ApplicationAccessScheduling例子会话层表示层应用层应用层作用

保证不同应用间的数据区分用户接口数据表示加密等特殊处理过程TelnetHTTPASCIIEBCDICJPEGOperatingSystem/ApplicationAccessScheduling传输层数据链路层网络层物理层例子会话层表示层应用层应用层作用

数据流层的作用EIA/TIA-232

V.35例子物理层设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等802.3/802.2HDLCEIA/TIA-232

V.35例子数据流层的作用

数据链路层物理层

将比特组合成字节进而组合成帧用MAC地址访问介质错误发现但不能纠正设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等802.3/802.2HDLCEIA/TIA-232

V.35IPIPX例子数据流层的作用

网络层数据链路层物理层将比特组合成字节进而组合成帧用MAC地址访问介质错误发现但不能纠正设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等提供路由器用来决定路径的逻辑寻址TCPUDPSPX802.3/802.2HDLCEIA/TIA-232

V.35IPIPX例子数据流层的作用

传输层数据链路层物理层

可靠或不可靠的数据传输数据重传前的错误纠正将比特组合成字节进而组合成帧用MAC地址访问介质错误发现但不能纠正设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等网络层提供路由器用来决定路径的逻辑寻址TCPUDPSPX802.3/802.2HDLCEIA/TIA-232

V.35IPIPX表示层应用层会话层例子数据流层的作用

可靠或不可靠的数据传输数据重传前的错误纠正将比特组合成字节进而组合成帧用MAC地址访问介质错误发现但不能纠正设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等传输层数据链路层物理层网络层提供路由器用来决定路径的逻辑寻址PDU

PDU（protocoldataunit):每一层使用自己层的协议和别的系统的对应层相互通信，协议层的协议在对等层之间交换的信息叫协议数据单元。上层:messagetransportlayer:segmentNetworklayer:packetData-linklayer:FramePhysicallayer:bit封装与解封装

封装（encapsulate/encapsulation）：数据要通过网络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一个主机要传送数据到别的主机，先把数据装到一个特殊协议报头中，这个过程叫-----封装封装分为：切片和加控制信息解封装：上述的逆向过程上层数据LLC头+IP+TCP+上层数据MAC头IP+TCP+上层数据LLC头TCP+上层数据IP头上层数据TCP头0101110101001000010传输层数据链路层物理层网络层表示层应用层会话层封装过程

LLC头IP头FCSFCS上层数据LLC头+IP+TCP+上层数据MAC头IP+TCP+上层数据LLC头TCP+上层数据IP头上层数据TCP头0101110101001000010传输层数据链路层物理层网络层表示层应用层会话层解封装过程

数据传输过程

通信介质应用层表示层会话层传输层网络层数据连路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据连路层物理层网络层数据连路层物理层通信介质传输层协议会话层协议表示层协议应用层协议端系统A端系统B定义介质类型连接器类型

信令类型Ethernet802.3V.35物理层EIA/TIA-232物理层功能Ethernet/802.3的物理层集线器多个主机主机10Base2—细缆以太网

10Base5—粗缆以太网10BaseT—双绞线物理层设备集线器中继器编码—解码器传输介质连接器ABCD物理层所有设备在同一冲突域所有设备在同一广播域所有设备共享相同的带宽集线器运行在物理层

冲突域广播域冲突（collision）：在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发出的帧将会碰撞，在物理介质上相遇，彼此数据都会被破坏冲突域（collisiondomain）一个支持共享介质的网段广播域(broadcastdomain)：广播帧传输的网络范围，一般是路由器来设定边界（因为router不转发广播）集线器：同一个冲突域接入设备越多冲突机率越大用CSMA/CD技术CSMA/CD技术载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD（carriersensemultipleaccess/collisiondetect)：一种介质访问的控制方法，当在同一个共享网络中的不同节点同时传送数据包时，不可避免的会产生冲突，而CSMA/CD机制就是用来解决这种冲突问题CSMA/CD工作原理当一个节点想在网络中发送数据时，它首先检查线路上是否有其他主机的信号在传送：如果有，说明其他主机在发送数据，自己则利用退避算法等一会再试图发送；如果线路上没有其他主机的信号，自己就将数据发送出去，同时，不停的监听线路，以确信其他主机没有发送数据，如果检测到有其他信号，自己就发送一个JAM阻塞信号，通知网段上的其他节点停止发送数据，这时，其他节点也必须采用退避算法等一会再试图发送。CSMA/CD重要特性使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率定义源和目标的物理地址与帧关联的高层协议

(ServiceAccessPoint)网络拓扑帧顺序数据流控制有向或无向连接数据链路层物理层EIA/TIA-232v.35EthernetFrameRelayHDLC802.2802.3数据链路层功能MAC子层MAC子层（mediaaccesscontrol):负责MAC寻址和定义介质访问控制方法MAC子层一般的访问控制方式：1。争用式：冲突不可避免；CSMA/CD；FCFS（firstcomefirstservice)2。轮流式：访问时间可预见，不发生冲突；但是要有Token令牌MAC子层协议有：802.3802.5FDDI（fiberdistributeddatainterface)这三个LAN技术的不同在于帧结构和访问机制的不同LLC子层LLC子层（logicallinkcontrol):为上层协议提供SAP服务访问点，并为数据加上控制信息LLC子层协议：802.2802.2协议只在LLC子层，为以太网和令牌环网提供了通用功能SAP服务访问点SAP（ServiceAccessPoint服务访问点）：LLC子层为了网络层的各种协议提供服务，而上层可能运行不同协议，为区分不同上层协议的数据，要采用服务访问点数据源地址FCS长度目标地址可变长26640000.0Cxx.xxxx厂商自己分配IEEE分配MAC子层-802.3前导符EthernetII在这里用“Type”指明上层协议，所以不用802.2.MAC地址8#字节数据链路层功能(续)每段有自己的冲突域所有的段都在同一广播域数据链路层或123124交换机和桥运行在链路层

交换机每段有自己的冲突域广播信息向所有段转发缓冲区交换定义与指定协议相关联的源和目标逻辑地址定义通过网络的路径多链路连接网络层IP,IPX数据链路层物理层EIA/TIA-232v.35Ethernet帧中继HDLC802.2802.3网络层功能数据源地址目标地址IP头主机号网络号逻辑地址网络层端接设备的数据包网络层功能(续)路由表目标网络端口距离124S0S0E01001.04.01.3E04.3S02.2E02.1S01.2路由表目标网络端口距离124E0S0S0001逻辑地址提供分层结构的网络需要的配置利用配置信息来识别到达目标网络的路径网络层功能(续)

路由器：运行在网络层广播信息控制多点发送信息控制路径优化流量管制逻辑寻址提供WAN连接路由器提供远程访问服务因特网家庭办公用户分部调制解调器或ISDN适配卡移动用户公司总部区分不同的上层应用建立应用间的端到端连接定义流量控制为数据传输提供可靠或不可靠的连接服务网络层IPXIP传输层SPXTCPUDP传输层功能同步请求回应同步请求,同步请求回应同步请求数据传输(传输数据段)发送方接收方连接建立可靠的传输层功能OSI模型的意义提供了网络间互连的参考模型成为实际网络建模、设计的重要参考工具和理论依据OSI/RM的思想为我们提供了进行网络设计与分析的方法（实际的网络几乎都是分层结构，功能分层，协议分层，只是根据实际需要，层次有多有少。模块化的结构便于同时开发、升级换代，维护管理）OSI模型的缺陷许多功能在多个层次重复，有冗余感（如流控，差错控制等）各层功能分配不均匀（链路、网络层任务重，会话层任务轻）功能和服务定义复杂，很难产品化（实际应用中几乎没有完全按OSI七层模型设计的产品）2.3TCP/IP协议族7654325432应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1应用层主机到主机层Internet层1网络接入层应用层概述*路由器使用应用层主机到主机层Internet层文件传输 -TFTP* -FTP* -NFSE-Mail -SMTP远程登陆 -Telnet* -rlogin*网络管理 -SNMP*名称管理 -DNS*网络接入层主机到主机层概述TransmissionControlProtocol(TCP)UserDatagramProtocol(UDP)应用层主机到主机层Internet层网络接入层面向连接

非面向连接端口号TCP端口号F

T

P传输层T

E

L

N

E

TD

N

SS

N

M

PT

F

T

PS

M

T

PUDP应用层2123255369161R

I

P520TCP三次握手TCP简单确认滑动窗口=1发送方

接收方TCP简单确认滑动窗口=1发送方

接收方发送1接收1TCP简单确认滑动窗口=1发送方

接收方发送1接收1接收ACK2发送ACK2TCP简单确认滑动窗口=1发送方

接收方发送1接收1接收ACK2发送ACK2发送2接收2TCP简单确认滑动窗口=1发送方

接收方发送1接收1接收ACK2发送ACK2发送2接收2接收ACK3发送ACK3TCP简单确认滑动窗口=1发送方

接收方发送1接收1接收ACK2发送ACK2发送2接收2接收ACK3发送ACK3发送3接收3滑动窗口=1发送方

接收方发送1接收1接收ACK2发送ACK2发送2接收2接收ACK3发送ACK3发送3接收3接收ACK4发送ACK4TCP简单确认TCP窗口发送方接收方TCP窗口Windowsize=3Send2发送方接收方Windowsize=3Send1Windowsize=3Send3Windowsize=3Send2TCP窗口发送方Windowsize=3Send1Windowsize=3Send3ACK3Windowsize=2数据3被丢弃接收方Windowsize=3Send2TCP窗口发送方Windowsize=3Send1Windowsize=3Send3ACK3Windowsize=2数据3被丢弃Windowsize=3Send4Windowsize=3Send3接收方Windowsize=3Send2TCP窗口发送方Windowsize=3Send1Windowsize=3Send3ACK3Windowsize=2数据3被丢弃Windowsize=3Send4Windowsize=3Send3ACK5Windowsize=2接收方Internet层概述OSI网络层对应的是TCP/IP的internet层InternetProtocol(IP)InternetControlMessageProtocol(ICMP)AddressResolutionProtocol(ARP)ReverseAddressResolutionProtocol(RARP)应用层主机到主机层Internet层网络接入层IP数据

Version

(4)DestinationIPAddress(32)Options(0or32ifany)Data(variesifany)1Bit0Bit15Bit16Bit31Header

Length(4)Priority&Type

ofService(8)TotalLength(16)Identification(16)Flags

(3)Fragmentoffset(13)Timetolive(8)Protocol(8)Headerchecksum(16)SourceIPAddress(32)20

BytesARP协议IP:=???我需要知道的物理地址.ARP协议IP:=?