1、第2章 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用Computer Network Technology and Application南京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中心教學(xué)大綱要求1、掌握網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念和網(wǎng)絡(luò)三要素的 含義；2、了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念，掌 握開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM、 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)成和各功能層的 基本功能，理解兩者之間的主要差別。 內(nèi)容綱要 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM TCP/IP 參考模型OSI/RM和TCP/IP的比較網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織 內(nèi)容綱要 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/R

2、M TCP/IP 參考模型OSI/RM和TCP/IP的比較 網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)通信是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的。 “分層”可以將龐大而復(fù)雜的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問(wèn)題，而這些較小的局部問(wèn)題就比較易于研究和處理。 1969年，世界上公認(rèn)ARPANET是第一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；資源共享分布式控制分組交換方式從邏輯上分為通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)采用層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)ARPANET1974年，IBM公司首先公布了SNA（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）SNAISO/OSI-RM1977年，ISO網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)SC16。1984年制

3、定OSI-RM2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu) 首先發(fā)信人采用某種語(yǔ)言寫成一封信，按照某種格式填好地址，投入到信箱中。郵局收集信件，按照目的地址進(jìn)行分類打包，并送到郵政處理中心。處理中心匯集各個(gè)郵包，并進(jìn)行再次分類，送到鐵路等運(yùn)輸部門。運(yùn)輸部門將郵包送到目的地的郵政處理中心。目的地的郵政處理中心解包后根據(jù)目的地址，將信件送到相應(yīng)的郵政分理處。分理處將信件送到收信人。收信人最終拆開信封，閱讀信函。 例題 ：一封信件的寫作與發(fā)送過(guò)程2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)寫好一封信填好信封郵局分類打包運(yùn)輸部門打包發(fā)信人收到一封信按地址投送郵局拆包分類運(yùn)輸部門拆包收信人2個(gè)特點(diǎn)：不同的部門相互獨(dú)立，又有聯(lián)系 地

4、址等信息都有相應(yīng)的格式2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單地說(shuō)，協(xié)議是指通信雙方必須遵循的、控制信息交換的規(guī)則的集合，是一套語(yǔ)義和語(yǔ)法規(guī)則，用來(lái)規(guī)定有關(guān)功能部件在通信過(guò)程中的操作，它定義了數(shù)據(jù)發(fā)送和接收工作中必經(jīng)的過(guò)程。協(xié)議規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)中使用的格式、定時(shí)方式、順序和檢錯(cuò)。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)語(yǔ)法：指數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式，確定通信時(shí)采用的數(shù)據(jù)格式，編碼及信號(hào)電平等，回答“怎么講”。 語(yǔ)義：協(xié)議的語(yǔ)義是指對(duì)構(gòu)成協(xié)議的協(xié)議元素含義的解釋“講什么” 同步：規(guī)定了事件的執(zhí)行順序 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的特點(diǎn)是層次性,可靠性和有效性。 協(xié)議的分層

5、可以將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化 協(xié)議可靠性和有效性是正常和正確通信的保證，只有協(xié)議可靠和有效，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各種資源共享。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的特點(diǎn)2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu) 協(xié)議層次模型計(jì)算機(jī)A計(jì)算機(jī)Bn+1層n層n-1層(n+1)層與n層協(xié)議接口，n層提供服務(wù)n層與(n-1)層協(xié)議接口，(n-1)層提供服務(wù)n+1層n層n-1層n層協(xié)議對(duì)等層n+1層協(xié)議對(duì)等層n-1層協(xié)議對(duì)等層對(duì)等端虛通信物理媒體實(shí)通信2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)實(shí)體(Entity):是通信時(shí)能發(fā)送和接收信息的任何軟硬件設(shè)施；接口(Interface):是指網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)中各相鄰層之間的通信接口。 協(xié)議層次模型2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)

6、構(gòu)各層之間是獨(dú)立的。靈活性好。結(jié)構(gòu)上可分割開。易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。分層的好處2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)若層數(shù)太少，就會(huì)使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。層數(shù)太多又會(huì)在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時(shí)遇到較多的困難。 設(shè)置合理的層數(shù)，有利于描述和綜合這些層次功能。 層數(shù)多少要適當(dāng) 2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)按功能分層、歸類，每層功能應(yīng)明確、獨(dú)立。層與層的接口適合于標(biāo)準(zhǔn)化，其邊界的信息流應(yīng)盡可能少。每一層只與相鄰層有邊界。為滿足各種通信服務(wù)需要，在一層內(nèi)可形成若干子層。 分層的原則2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)內(nèi)容綱要 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM TCP

7、/IP 參考模型OSI/RM和TCP/IP的比較網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織 2.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RMOSI/RM體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層表示層會(huì)話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI參考模型中高層，面向信息處理。OSI參考模型中低層，面向數(shù)據(jù)通信。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的信息流動(dòng)2.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM物理層：利用傳輸介質(zhì)為通信的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間建立、維護(hù)和釋放物理連接，實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸，進(jìn)而為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層：在物理層提供服務(wù)的基礎(chǔ)上，在通信的實(shí)體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接，傳輸以幀(frame)為單位的數(shù)據(jù)包，并采取差錯(cuò)控制和流量控制的方法，使有差錯(cuò)的物

8、理線路變成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。網(wǎng)絡(luò)層：為分組交換網(wǎng)絡(luò)上的不同主機(jī)提供通信服務(wù)，為以分組為單位的數(shù)據(jù)報(bào)通過(guò)通信子網(wǎng)選擇適當(dāng)?shù)穆酚?，并?shí)現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互連等功能。2.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM傳輸層：向用戶提供端到端（end-to-end）的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，實(shí)現(xiàn)為上層屏蔽低層的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。會(huì)話層：負(fù)責(zé)維護(hù)通信中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的會(huì)話連接的建立、維護(hù)和斷開，以及數(shù)據(jù)的交換。表示層：用于處理在兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，主要包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)的加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。應(yīng)用層：為應(yīng)用程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，它包含了各種用戶使用的協(xié)議。 2.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM54

9、321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)7654321762.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM54321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)7654321762.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM54321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)7654321762.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM54321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù)

10、 據(jù)H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H47654321762.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM54321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H37654321762.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM54321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H6H7應(yīng) 用 程 序

11、數(shù) 據(jù)H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H3H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H3H2765432176T22.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM54321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H3H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H3H2H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H3H2H1765432176T2T22.2開放系統(tǒng)

12、互連的參考模型 OSI/RM54321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H3H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H3H2H5H6H7應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H3H2H1765432176T2T22.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM 服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)OSI各層間存在信息交換，一個(gè)系統(tǒng)中的相鄰兩個(gè)層次間的信息交換是通過(guò)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(Service Access Point, SAP)這樣的接口實(shí)現(xiàn)的。SAP實(shí)際上

13、就是(N)層實(shí)體和上一層(N+1)層實(shí)體之間的邏輯接口。 2.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM 服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)N層服務(wù)提供者N層服務(wù)用戶N層服務(wù)用戶（N+1）層協(xié)議（N）層協(xié)議（N）層SAP2.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM 服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（N-1）層用戶數(shù)據(jù)（N）層用戶數(shù)據(jù)（N）層PCI（N）層PDU（N-1）層PCI2.2開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM內(nèi)容綱要 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM TCP/IP 參考模型OSI/RM和TCP/IP的比較網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織 2.3 TCP/IP參考模型TCPICMP, IGMP IP ARP/RARP各類物理

14、網(wǎng)絡(luò)，如FDDI, Ethernet等 SMTP, Telent, FTP, HTTP等傳輸層Transport Layer互連網(wǎng)絡(luò)層Internet Layer應(yīng)用層Application Layer網(wǎng)絡(luò)接入層Host to Network LayerSNMP, RIP等UDPHTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP互連網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)接入層傳輸層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)接口 1網(wǎng)絡(luò)接口 2網(wǎng)絡(luò)接口 32.3 TCP/IP參考模型應(yīng)用層的協(xié)議相對(duì)較多，分別使用UDP和TCP協(xié)議進(jìn)行承載，它們位于各自的上方。 網(wǎng)絡(luò)層除核心協(xié)議IP外，還有ICMP、IGMP、ARP和RARP，分別位于IP協(xié)議的上下方。 TCP

15、/IP模型中的核心協(xié)議是TCP、UDP和IP，且呈現(xiàn)漏斗狀，IP協(xié)議處于漏斗的最窄處。 2.3 TCP/IP參考模型內(nèi)容綱要 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM TCP/IP 參考模型OSI/RM和TCP/IP的比較網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織 2.4 OSI-RM和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的比較 應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層表示層會(huì)話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI 的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)接入層互連網(wǎng)絡(luò)層 (各種應(yīng)用層協(xié)議如TELNET, FTP, SMTP 等)傳輸層(TCP 或 UDP)TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)無(wú)連接分組交付服務(wù)傳輸服務(wù) (可靠或不可靠)各種應(yīng)用服務(wù)TCP/IP 的三

16、個(gè)服務(wù)層次出發(fā)點(diǎn)不同 ：OSI-RM是作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)而制定的,不得不兼顧各方,考慮各種情況,造成OSI-RM相對(duì)比較復(fù)雜,協(xié)議的數(shù)量和復(fù)雜性都遠(yuǎn)高于TCP/IP。早期TCP/IP協(xié)議是為軍用網(wǎng)ARPANET設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)，一開始就考慮了一些特殊要求,如可用性,殘存性，安全性，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)性以及處理瞬間大信息量的能力等。 2.4 OSI-RM和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的比較 對(duì)層次間的關(guān)系：OSI-RM模型嚴(yán)格按層次結(jié)構(gòu)，而TCP/IP可以跨層； 無(wú)連接服務(wù)問(wèn)題 ：OSI-RM模型只考慮面向連接的服務(wù)，而TCP/IP同時(shí)還考慮無(wú)連接服務(wù) 對(duì)一些問(wèn)題的處理方法不同，如：2.4 OSI-RM和TCP/IP體系

17、結(jié)構(gòu)的比較 按照一般的概念，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備只有符合有關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)才能在大范圍獲得工程上的應(yīng)用。但現(xiàn)在情況卻反過(guò)來(lái)了，得到最廣泛應(yīng)用的不是法律上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)OSI，而是非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP。這樣，TCP/IP就常被稱為是事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2.4 OSI-RM和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的比較 內(nèi)容綱要 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分層體系結(jié)構(gòu)開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI/RM TCP/IP 參考模型OSI/RM和TCP/IP的比較網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織 兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織： ISO（1947年成立）和ITU（1865年成立）; ISO的前身是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì) ISA; ITU于1993年重組設(shè)立了三個(gè)部門： ITU-T 電信標(biāo)準(zhǔn)化 ITU-R 無(wú)線電通信規(guī)范 ITU-D 電信發(fā)展2.5 網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作由稱為IAB（Internet Activities Board，1983年成立）的組織負(fù)責(zé)，下設(shè)Task Force負(fù)責(zé)具體的某一方面標(biāo)準(zhǔn)。如IETF(Internet Engineering Task Force