第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)1、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議問(wèn)題：為何要使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議？概念：為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。協(xié)議的特點(diǎn)：具有層次性和可靠性。協(xié)議的三要素：語(yǔ)法：數(shù)據(jù)和控制信息的結(jié)構(gòu)與格式。即“如何講”語(yǔ)義：對(duì)具體事件應(yīng)發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種應(yīng)答。即“講什么”時(shí)序：對(duì)事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)質(zhì)上是實(shí)體間通信時(shí)使用的語(yǔ)言。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)2、開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型在制定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)方面，起著很大作用的兩大國(guó)際組織：國(guó)際電報(bào)與電話咨詢委員會(huì)（ConsultativeCommitteeonInternationalTelegraphandTelephone，CCITT）；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（InternationalStandardsOrganization，ISO）開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型以層次（Layer）觀念為主，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)劃分為7層，每層都有獨(dú)自負(fù)責(zé)的功能，但又息息相關(guān)。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)（1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用層次結(jié)構(gòu)及其原則分層的原因：將一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)分解為若干個(gè)容易處理的子系統(tǒng)，是工程中常用的方法。每一層實(shí)現(xiàn)一種相對(duì)獨(dú)立的功能，同時(shí)互相聯(lián)系。分層原則：網(wǎng)絡(luò)中各結(jié)點(diǎn)都具有相同的層次。不同結(jié)點(diǎn)的同等層具有相同功能。同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間通過(guò)接口通信。

每層使用下層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)。不同結(jié)點(diǎn)的同等層通過(guò)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。層數(shù)應(yīng)適中。層數(shù)太少，則每層的協(xié)議太復(fù)雜；層數(shù)太多，則體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)（2）OSI/RM七層模型一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)說(shuō)明：“開(kāi)放”的含義：只要遵守OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)可以位于世界任何地方，與遵循同樣標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)通信。OSI/RM定義了開(kāi)放系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、層次間關(guān)系，以及各層所包括的可能服務(wù)。OSI/RM并沒(méi)有提供一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的方法，它只是描述了網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)概念性的框架。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)（3）幾個(gè)概念實(shí)體：每層中具有數(shù)據(jù)收發(fā)能力的活動(dòng)單元，可以是軟實(shí)體（如進(jìn)程）或硬件實(shí)體（網(wǎng)卡）。對(duì)等實(shí)體：不同計(jì)算機(jī)中同一層的實(shí)體叫做對(duì)等（Peer）實(shí)體。服務(wù)：網(wǎng)絡(luò)中各層向上層提供的一組功能（操作）。在網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)分為：面向連接的服務(wù)和無(wú)連接服務(wù)服務(wù)定義了兩層之間的接口，上層是服務(wù)的用戶，下層是服務(wù)的提供者。服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（SAP）：上層訪問(wèn)本層服務(wù)的地址。服務(wù)原語(yǔ)：上層通過(guò)與下層交換一些命令來(lái)使用下層為它提供的服務(wù)，這些命令稱為服務(wù)原語(yǔ)。分為四種：請(qǐng)求、指示、響應(yīng)和確認(rèn)。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)例：1.COENNCT.request：呼叫方請(qǐng)求建立連接

2.CONNECT.indication：被呼叫方指示有人請(qǐng)求建立連接

3.CONNECT.response：被呼叫方表示接受/拒絕建立連接請(qǐng)求

4.CONNECT.confirm：通知呼叫方建立連接的請(qǐng)求是否被接受

一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)單元：網(wǎng)絡(luò)中信息傳送的單位，分為協(xié)議數(shù)據(jù)單元、服務(wù)數(shù)據(jù)單元和接口數(shù)據(jù)單元。協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU：傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息稱為PDU。協(xié)議控制信息PCI:在PDU進(jìn)入下層之前，會(huì)在PDU中加入新的控制信息，這種控制信息稱為PCI。接口控制信息ICI：在PDU中加入發(fā)送給下層的指令。接口數(shù)據(jù)單元IDU：PDU、PCI與ICI共同構(gòu)成了IDU，它為經(jīng)過(guò)層間接口的數(shù)據(jù)單元。服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU：下層接收到IDU后，從中除掉ICI，此時(shí)的數(shù)據(jù)包稱為SDU。面向連接的服務(wù)特點(diǎn)（類似于電話系統(tǒng)服務(wù)模式）：1、數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程必須經(jīng)過(guò)建立連接、連接維護(hù)與終止連接的三個(gè)過(guò)程；2、面向連接服務(wù)的傳輸連接類似一個(gè)通信管道，發(fā)送者在一端放入數(shù)據(jù)，接收者從另一端取出數(shù)據(jù)；3、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)包不必?cái)y帶目的結(jié)點(diǎn)的地址；4、接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送方發(fā)出的數(shù)據(jù)在內(nèi)容和順序上保持一致，傳輸可靠性好，但是協(xié)議復(fù)雜，通信效率不高。無(wú)連接服務(wù)特點(diǎn)（類似于郵政系統(tǒng)服務(wù)模式）：1、無(wú)連接服務(wù)中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程不需要經(jīng)過(guò)建立連接、連接維護(hù)與終止連接三個(gè)過(guò)程；2、無(wú)連接服務(wù)的每個(gè)分組都攜帶完整的目的結(jié)點(diǎn)地址，各分組在系統(tǒng)中是獨(dú)立傳送的；3、數(shù)據(jù)分組傳輸過(guò)程中，目的結(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)分組可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失的現(xiàn)象；4、無(wú)連接服務(wù)的可靠性不好，但是協(xié)議相對(duì)簡(jiǎn)單，通信效率較高。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)（4）OSI各層物理層物理層為OSI的最底層，直接面向通信介質(zhì)。物理層的功能利用傳輸介質(zhì)為網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間建立、管理和釋放物理連接利用物理介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，利用物理連接透明地傳輸比特流；物理層的數(shù)據(jù)傳輸單元是比特（位）。物理層常用的設(shè)備：DTE和DCE。DTE為數(shù)據(jù)終端設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、終端等；DCE為數(shù)據(jù)電路連接設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器、中繼器、集線器等。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層為何設(shè)置數(shù)據(jù)鏈路層？原因：在原始物理傳輸線路上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)是有差錯(cuò)的；目的：將有差錯(cuò)的物理線路改進(jìn)成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路；作用：改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路管理：通信的兩個(gè)實(shí)體之間數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)與釋放。采用差錯(cuò)控制與流量控制方法，使有差錯(cuò)的物理線路變成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)傳送單位為幀。思考：數(shù)據(jù)鏈路與物理線路有什么區(qū)別？一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)中通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間要經(jīng)過(guò)許多的節(jié)點(diǎn)和鏈路或幾個(gè)通信子網(wǎng)，由于網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳送單位是分組，因此網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中選擇合適的路由，使得數(shù)據(jù)分組能夠正確的到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)層的特點(diǎn)完成網(wǎng)絡(luò)中任意結(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)傳送單位是分組；通過(guò)路由選擇算法為分組在通信子網(wǎng)中選擇最適當(dāng)?shù)穆窂綖閿?shù)據(jù)在結(jié)點(diǎn)之間傳輸創(chuàng)建邏輯鏈路；實(shí)現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互連等功能。說(shuō)明：OSI七層模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層是面向網(wǎng)絡(luò)通信的低三層協(xié)議，該三層構(gòu)成通信子網(wǎng)，一般由硬件完成。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)傳輸層傳輸層是7層中最關(guān)鍵的一層，位于面向網(wǎng)絡(luò)通信的通信子網(wǎng)和面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的資源子網(wǎng)之間。傳輸層功能傳輸層向高層屏蔽下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)；傳輸層以上層不再管理信息的傳送問(wèn)題。接收會(huì)話層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，把其分成更小的單元，根據(jù)通信子網(wǎng)的特性最佳的利用網(wǎng)絡(luò)資源，以可靠的方式，建立一個(gè)端到端的連接；傳輸層數(shù)據(jù)傳輸單位是報(bào)文。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)會(huì)話層“會(huì)話”的含義：兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程為交換數(shù)據(jù)信息而按一定的規(guī)則建立起來(lái)的一個(gè)暫時(shí)聯(lián)系。會(huì)話層功能會(huì)話層不參與具體的網(wǎng)絡(luò)傳輸，主要功能是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，它為相互通信的兩個(gè)進(jìn)程之間提供一套會(huì)話設(shè)施，組織和同步他們的會(huì)話活動(dòng)，管理他們的數(shù)據(jù)交換過(guò)程。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)表示層處理實(shí)體間交換數(shù)據(jù)的語(yǔ)法，解決格式和數(shù)據(jù)表示的差別，從而為應(yīng)用層提供一個(gè)一致的數(shù)據(jù)格式。主要功能：用于處理在兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式；數(shù)據(jù)格式變換；數(shù)據(jù)加密與解密；數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層應(yīng)用層功能為應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù);應(yīng)用層需要識(shí)別并保證通信對(duì)方的可用性，使得協(xié)同工作的應(yīng)用程序之間的同步;建立傳輸錯(cuò)誤糾正與保證數(shù)據(jù)完整性的控制機(jī)制。說(shuō)明：OSI七層模型中的會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層是面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的高層，將這三層合并為應(yīng)用層，組成網(wǎng)絡(luò)的資源子網(wǎng),一般由軟件方式實(shí)現(xiàn)。傳輸層是通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的接口，負(fù)責(zé)兩個(gè)子網(wǎng)之間的溝通。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)（5）OSI環(huán)境中數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程O(píng)SI環(huán)境一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)步驟：進(jìn)程A要與進(jìn)程B交換數(shù)據(jù)。進(jìn)程A、進(jìn)程B分別處于主機(jī)A與主機(jī)B的本地系統(tǒng)中。主機(jī)A的應(yīng)用層將進(jìn)程A的通信請(qǐng)求傳輸?shù)奖硎緦?，表示層再向?huì)話層傳送，直至物理層。物理層通過(guò)與主機(jī)A連接的路由器A，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰酚善鰽上。路由器A的物理層接收到數(shù)據(jù)后，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行檢測(cè)，若沒(méi)有錯(cuò)誤由網(wǎng)絡(luò)層確定下面應(yīng)該把數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥膫€(gè)路由器。通過(guò)路由選擇算法，確定下一個(gè)結(jié)點(diǎn)是路由器B，則把數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰酚善鰾。路由器B采用同樣的方法，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)B上。主機(jī)B將接到的數(shù)據(jù)從物理層傳輸?shù)綉?yīng)用層。應(yīng)用層再將數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)B的進(jìn)程B。一、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層

PDU計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2應(yīng)用層PDU再傳送到運(yùn)輸層加上運(yùn)輸層首部，成為運(yùn)輸層報(bào)文計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2運(yùn)輸層報(bào)文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為IP數(shù)據(jù)報(bào)（或分組）計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2IP數(shù)據(jù)報(bào)再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

應(yīng)用層(applicationlayer)5432154321物理傳輸媒體計(jì)算機(jī)

1AP2AP1電信號(hào)（或光信號(hào)）在物理媒體中傳播從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層計(jì)算機(jī)

2計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分上交給運(yùn)輸層計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞浚〕鰬?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進(jìn)程計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2我收到了

AP1

發(fā)來(lái)的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2應(yīng)用程序數(shù)據(jù)應(yīng)用層首部H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒?yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4運(yùn)輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

210100110100101比特流110101110101計(jì)算機(jī)2的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運(yùn)輸層H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2運(yùn)輸層剝?nèi)?bào)文首部后把報(bào)文的數(shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層PDU首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

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2我收到了

AP1

發(fā)來(lái)的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！二、TCP/IP參考模型TCP/IP協(xié)議是美國(guó)國(guó)防部高級(jí)計(jì)劃研究局為實(shí)現(xiàn)ARPANET(后來(lái)發(fā)展為Internet)互連網(wǎng)而開(kāi)發(fā)的。目前，ITERNET采用TCP/IP協(xié)議，它成為一個(gè)事實(shí)