计算机网络基础-1.2

计算机网络技术课程结构01020304计算机网络基础路由原理协议原理局域网技术基础情境一：计算机网络基础2OSI参考模型与TCP/IP模型情感目标（1）了解计算机OSI参考模型产生背景（2）掌握计算机网络体系结构的概念（3）掌握OSI参考模型各层次名称及功能（4）掌握数据封装过程通过课堂交流，培养学生的创新精神、合作意识以及严谨踏实的学习习惯和精益求精的工作态度。知识目标教学目标思政元素标准化与规范化意识•模型的概念：在介绍OSI和TCP/IP模型时，强调标准化和规范化在网络通信中的重要性。引导学生认识到，只有遵循统一的通信协议和标准，才能实现不同设备之间的互联互通。•OSI七层模型与TCP/IP模型的理解：通过对比OSI和TCP/IP模型，让学生理解不同层次的功能和作用，以及它们在网络通信中的协作关系。同时，强调在网络设计和实现过程中，应遵循标准化和规范化的原则，确保网络的稳定性和可靠性。规则意识与法治精神•培养学生的规则意识，让他们认识到在网络通信中遵守规则和协议的重要性•强调法治精神，引导学生自觉遵守国家法律法规和网络安全规定，共同维护网络空间的法治秩序。思政内容思政内容与元素计算机网络体系结构Part01计算机网络所采用的一般模型为层次模型.

计算机网络体系结构概述定义：网络功能分层结构与各层协议的统称。不同的网络体系结构中分层的数量、各层的名称、内容与功能会有所不同。分层的目的是为了降低复杂性，提高灵活性----“分而治之，各个击破”以邮件传递为例说明分层的好处：YouWuhanAirportPostofficeAYourfriendPostofficeBBeijingAirportPostruleUserruleAirportrule计算机网络体系结构概述分层的原则 分层是根据功能的抽象分层 每个层次所要实现的功能或服务均有明确的规定 不同的系统分成相同的层次，对等层次具有相同功能。 每层功能的选择应有利于标准化 高层使用下层提供的服务时，下层服务的实现是不可见的 层次的数目要适当（太少功能不明确，太多体系结构过于庞大）计算机网络体系结构概述计算机网络体系结构概述层次模型相关术语1、源和目标源：通信过程中，数据的发送方目标：通信过程中，数据的接收方2、实体与对等实体Entity(实体):每一层上的活动元素，包括实现该层功能的所有硬件与软件Peer-peerentity(对等实体)：相互通信的两个不同机器上的同一层次3、服务与接口Service(服务）：每一层为上一层所提供的功能称为服务。N层使用N-1层所提供的服务，向N+1层提供更高的服务。Interface(接口)：定义下层向其相邻的上层提供的服务及原语操作，但服务的实现细节对上层是透明的（不可见的）。

计算机网络体系结构概述层次模型相关术语4、协议与协议数据单元 定义:为网络通信所制定的一组规则、约定和标准。网络通信是一种层到层的对等通信，第N层上的通信规则或约定称为N层协议5、协议的三大要素语法：定义数据和控制信息的格式语义：规定协议语法成分的含义时序：协议语法成分的顺序和速度匹配关系计算机网络体系结构概述层次模型相关术语7、数据单元（PDU） 按每层协议所采用的数据格式，被对等实体用于执行其相同的协议 网络中所传送的数据的逻辑组成单元 从高层到下层，存在数据的封装过程 从下层到高层，存在数据的拆封过程OSI参考模型的产生Part02OSI参考模型的产生在网络发展的早期时代，网络技术的发展变化速度非常快，计算机网络变得越来越复杂，新的协议和应用不断产生，而网络设备大部分都是按厂商自己的标准生产，不能兼容，相互间很难进行通信。为了解决网络之间的兼容性问题，实现网络设备间的相互通信，国际标准化组织于1984年提出了OSI参考模型（开放系统互联参考模型）。OSI参考模型很快成为计算机网络通信的基础模型。OSI参考模型是应用在局域网和广域网上的一套普遍适用的规范集合，它使得全球范围内的计算机平台可进行开放式通信。OSI参考模型说明了网络架构体系和标准，并描述了网络中信息是如何传输的。多年以来，OSI参考模型极大地促进了网络通信的发展，也充分体现了为网络软件和硬件实施标准化做出的努力。由于种种原因，并没有一种完全忠实于OSI参考模型的协议族流行开来。相反，源于美国国防部高级研究项目机构（DARPA）20世纪60年代开发的ARPNET的TCP/IP协议得到广泛应用，成为Internet的事实标准。OSI七层参考模型具有以下优点：开放的标准化接口多厂商兼容性易于学习、理解和更新协议标准实现模块化工程。降低了开发实现的复杂度便于故障排除

OSI参考模型的产生OSI参考模型Part03OSI参考模型的层次结构OSI七层参考模型允许接入网络资源应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层建立、管理和终止会话将分组从源端传送到目的端；提供网络互联在媒体上传输比特；提供机械的和电气的规约对数据进行转换、加密和压缩提供可靠的端到端的报文传输和差错控制将分组数据封装成帧；提供节点到节点方式的传输OSI参考模型OSI参考模型层次间关系以及数据封装每一层都使用自己的协议每一层都利用下层提供的服务与对等层通信对等通信HostAHostBAPDUPPDUSPDUSegment（段）Packet（包）Frame（帧）Bit（比特）应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI参考模型层次间关系以及数据封装OSI中的数据传输数据流从源的上层逐层流向下层，在目的端则由下层逐层流向上层源–数据封装:APDU->PPDU->SPDU->Segments->Packet->Frame->Bits目的–数据的拆封:Bits->frame->Packet->Segment->SPDU->PPDU->APDU数据封装与解封装DataData第7层头+第7层头+第6层头Data第7层头第6层头+第5层头Data第7层头第6层头第5层头+第4层头Data第7层头第6层头第5层头第4层头+第3层头Data第7层头第6层头第5层头第4层头第3层头+第2层头Data第7层头第6层头第5层头第4层头第3层头第2层头+第1层头应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层Data第2层头第3层头第4层头第5层头第6层头第7层头二进制的数据流第1层头Data第2层头第3层头第4层头第5层头第6层头第7层头Data第3层头第4层头第5层头第6层头第7层头Data第4层头第5层头第6层头第7层头Data第5层头第6层头第7层头Data第6层头第7层头Data第7层头封装解封装物理层节点：节点通常分为DTE与DCE两大类。DTE为用户端接设备，DCE为数据控制设备。该层协议的功能是定义网络物理设备DTE/DCE的接口。物理层协议具有四个特性：机械特性：设备接插件的规格、尺寸、引脚数量和排列等电气特性：信号电平的高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制等功能特性：物理接口上各信号线的功能规程特性：利用各信号线传输二进制位流的一组操作规程，即各信号线工作的规则和先后顺序。如何建立与拆除物理连接、全双工或半双工、同步还是异步传输。物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层物理层介质双绞线、同轴电缆、光纤、无线电信号等局域网物理层常见标准：10Base-T、100Base-TX/FX、1000Base-T、1000Base-SX/LX常见设备：中继器、集线器广域网物理层常见标准：RS-232、V.24、V.35常见设备：Modem典型物理层标准和设备数据链路层的功能：编帧和识别帧数据链路的建立、维持和释放传输资源控制流量控制差错验证寻址标识上层数据局域网数据链路层分为LLC子层和MAC子层数据链路层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层局域网数据链路层标准IEEE802.1基本局域网问题IEEE802.2定义LLC子层IEEE802.3以太网标准IEEE802.4令牌总线网IEEE802.5令牌环网广域网数据链路层标准HDLCPPPFrameRelay典型数据链路层标准编址路由拥塞控制异种网络互连网络层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层网络层地址通常由两部分组成网络地址主机地址网络层地址是全局唯一的网络层地址IP地址IPX地址网络地址主机地址10.8.2.48网络地址主机地址1aceb0b1.0000.0c00.6e25IP网络IP网络路由协议与可路由协议可路由协议（routedprotocol）定义数据包内各个字段的格式和用途，对数据进行网络层封装路由协议（routingprotocol）在路由器之间传递信息，计算路由并形成路由表，为可路由协议选择路径可路由协议：IP路由协议：RIP、OSPF、BGPRIPOSPFBGP面向连接的服务通信之前先建立连接，通信完成后断开连接有序传递应答确认差错重传适合于对可靠性要求高的应用无连接的服务尽力而为的服务无需建立连接无序列号机制，无确认机制，无重传机制适合于对延迟敏感的应用面向连接和无连接的服务网络层协议操作网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层表示层会话层传输层应用层RTARTBRTCRTDRTERTARTBRTC网络层数据链路层物理层表示层会话层传输层应用层HostAHostBHostAHostB传输层功能：分段上层数据建立端到端连接屏蔽了上三层(面向应用)和下三层（面向数据传输）之间的界限，弥补网络所提供的服务质量的不足实现透明、可靠传输流量控制传输层协议：主要有TCP/IP协议族的TCP协议和UDP协议，以及IPX/SPX协议组的SPX协议等。传输层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层协议：为应用程序进程（比如文字处理、邮件、电子表格）提供网络服务SQL、NFS、RPC等表示层协议：定义数据格式与结构协商上层数据格式ASCII、MPEG、JPEG等会话层协议：主机间通信建立、维护、终结应用程序之间的会话文字处理、邮件、电子表格等会话层、表示层和应用层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI参考模型和TCP/IP的出现，为清晰地理解互联网络、开发网络产品和网络设计等带来了极大的方便，推动了计算机网络的飞速发展OSI参考模型分为七层结构总结情境一：计算机网络基础2OSI参考模型与TCP/IP模型情感目标（1）TCP/IP与OSI对比（2）掌握TCP/IP层次模型各层名称（3）掌握各层包含的协议基本概念及功能通过课堂交流，培养学生的创新精神、合作意识以及严谨踏实的学习习惯和精益求精的工作态度。知识目标教学目标TCP/IP模型的层次结构Part01TCP/IP协议概述

TCP/IP协议是Internet上使用最为广泛的通信协议，是Internet发展的基础。所谓TCP/IP协议，实际上是一个协议簇（组），是一组协议，其中TCP协议（TransmissionControlProtocol）和IP协议（InternetProtocol）是其中两个最重要的协议。IP协议称为网际协议，用来给各种不同的局域网和通信子网提供一个统一的互联平台。TCP协议称为传输控制协议，用来为应用程序提供端到端的通信和控制功能。

TCP/IP模型与OSI参考模型对比应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1234567应用层传输层网络层网络接口层1234OSI参考模型TCP/IP模型用于实现主机与传输媒介的物理接口，为网络层发送和接收IP数据报。相关的细节物理线路和接口链路层通信主要协议以太网/FDDI/令牌环SLIP/HDLC/PPPX.25/帧中继/ATM这些协议和标准都遵循IEEE的系统标准。具体来说，都遵循IEEE802标准。网络接口层应用层传输层网络层网络接口层1234TCP/IP模型负责将数据包送达正确的目的数据包的路由路由的维护主要协议IPICMPIGMPARPRARP网络层应用层传输层网络层网络接口层1234TCP/IP模型

IP协议的主要功能

IP协议实现两个基本功能：分段和寻址。IP协议的分段（或重组）功能是靠IP数据包头部的一个字段来实现的。网络只能传输一定长度的数据包，而当待传输的数据报超出这一限制时，就需要利用IP协议的分段功能将长的数据报分解为若干较小的数据包。寻址功能同样也在IP数据包头部实现。数据包头部中包含了源端地址、目的端地址以及一些其它信息字段，可用于对IP数据包进行寻址。网络控制信息协议（ICMP）

ICMP是“InternetControlMessageProtocol”（Internet控制信息协议）的缩写。它是TCP/IP协议族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。ICMP包与IP包的关系

可利用ICMP协议来提供错误信息给来源主机，此信息也以包的形式来传送，称为ICMP包。ICMP协议的使用是建立在IP协议基础上的，换言之，ICMP协议无法单独运行，我们甚至可以将ICMP当作时IP协议的一部分。ICMP的包是嵌在IP包中来传送的，IP包的数据区部分是由整个ICMP包组成的。如图所示地址解析协议（ARP协议）

ARP协议是“AddressResolutionProtocol”（地址解析协议）的缩写。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。ARP协议的基本功能就是根据目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。反向地址解析协议（RARP协议）

ReverseAddressResolutionProtocol,简称RARP协议。RARP协议和前面所提到的ARP协议，其功能刚好相反，将32位的IP地址转换成物理的硬件地址，这是ARP协议的主要功能，而RARP协议则是，将网络的物理地址转换成32位的网络IP地址。DHCP协议

DHCP的全称是动态主机配置协议（DynamicHostConfigurationProtocol），由IETF（Internet网络工程师任务小组）设计，是WindowsNT和Windows2000Server提供的动态分配主机IP地址的服务。DHCP服务的目的是为了减轻对TCP/IP网络的规划、管理和维护的负担，解决IP地址缺乏问题。DHCP提供了自动在TCP/IP网络上安全地分配和租用IP地址的机制，实现IP地址的集中式管理，基本上不需要网络管理人员的人为干预。负责提供端到端通信数据完整性校验差错重传数据的重新排序主要协议TCPUDP传输层应用层传输层网络层网络接口层1234TCP/IP模型

TCP协议（传输控制协议）的主要功能TCP协议的主要功能，用一句话概括就是：TCP协议提供具有连接性的、可靠的数据流式的传输服务。⑴连接性

连接性表示要传输数据的双方，必须事先沟通，在建立好连接之后，才能正式开始传输数据。两台主机之间要想完成一次数据传输，必须经历连接建立、数据传输、以及连接拆除三个阶段。

无连接性是指两台主机在进行信息交换之前，无须事先经呼叫来建立通信连接，各个分组独立地各自传送到目的地。⑵可靠性TCP协议用来在两个端用户之间提供可靠的数据传输服务。其可靠性是由TCP协议提供的确认重传机制实现的。

⑶数据流量控制我们在讨论TCP协议在保证数据传输的可靠性时，发送端每次都要等到收到回应的确认包后，才传送下一个数据包。由于发送端用于等待确认包的时间是闲置的时间，从而造成整个数据传输效率的低下，造成带宽的浪费。因此，在TCP协议中，使用了一种叫滑动窗的技术，来解决这一问题。

UDP协议用户数据报协议（UserDatagramProtocol），简称UDP协议，提供了不同于TCP的另一种数据传输服务方式，它和TCP协议都处于主机-主机层。它们之间是平行的，都是构建在IP协议之上，以IP协议为基础。使用UDP协议进行数据传输具有非连接性和不可靠性。UDP提供面向非连接的，不可靠的数据传输服务。UDP没有提供流量控制，因而省去了在流量控制方面的传输开销，因而传输速度快，适用于实时、大量但对数据的正确性要求不高的数据传输。

负责处理特定的应用程序细节远程访问资源共享主要协议TelnetFTP/TFTPSMTP/POP3SNMP/HTTP应用层应用层传输层网络层网络接口层1234TCP/IP模型

HTTP超文本传输通信协议（HyperTextTransferProtocol，HTTP）是WWW客户端与WWW服务器之间的传输协议。通过这个协议，文字、图片、声音、影像等多媒体信息便可以在客户端与服务器之间传输。HTTP对在Internet上WWW服务器与用户浏览器之间的Web文本传输，是个相当重要的通讯协议，正因为如此，所以有些人把Web服务器也称为http服务器。

DNS域名系统

为了不必去记忆那些难记的IP地址，能够通过有意义的文字来记忆网络地址，便出现了域名系统（DNS，DomainNameSystem）。DNS的功能，简单地说，就是通过名称数据库将主机名称转换为IP地址。也可反向转换，即将IP地址转换为主机名称。

SMTP（SimpleMailTransferProtocol）

是一组用于由源地址到目的地址传送邮件的规则，由它来控制信件的中转方式。SMTP协议属于TCP／IP协议族,它帮助每台计算机在发送或中转信件时找到下一个目的地。通过SMTP协议所指定的服务器，我们就可以把电子邮件寄到收信人的服务器上了，