計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用

第二章第2章網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)本章主要內(nèi)容基本概念；OSI體系結(jié)構(gòu)；TCP/IP體系結(jié)構(gòu)；OSI體系結(jié)構(gòu)和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的比較；網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織。2.1基本概念本講主要內(nèi)容分層結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基本概念。一、分層結(jié)構(gòu)（1）將復(fù)雜的功能體，分解為若干個功能子體，每一個功能子體完成功能體的部分功能，所有功能子體協(xié)調(diào)完成功能體的全部功能；（2）每一個功能子體對應(yīng)圖中的某一層，不同的功能子體之間符合圖所示的分層結(jié)構(gòu)；（3）圖中第1層實(shí)現(xiàn)的功能最簡單，每一層在下一層實(shí)現(xiàn)的功能的基礎(chǔ)上，增加本層實(shí)現(xiàn)的功能，第n層提供復(fù)雜功能體提供的全部服務(wù)；一、分層結(jié)構(gòu)（4）每一層需要定義以下內(nèi)容，一是下一層為本層提供的服務(wù)。二是本層為上一層提供的服務(wù)。三是本層實(shí)現(xiàn)的功能。本層實(shí)現(xiàn)的功能就是用于彌補(bǔ)下一層為本層提供的服務(wù)與本層為上一層提供的服務(wù)之間的落差；（5）相鄰層之間定義接口，n層通過接口發(fā)出服務(wù)請求，n－1層通過接口提供服務(wù)響應(yīng)；（6）只要n－1層與n層之間的接口不變，其他層的變化不會對n層的實(shí)現(xiàn)過程產(chǎn)生影響。一、分層結(jié)構(gòu)分層原則（1）每一層的功能相對獨(dú)立，以此保證每一層功能的實(shí)現(xiàn)過程對其他層是透明的。（2）相鄰層之間有著清晰的接口，相鄰層之間請求服務(wù)和提供服務(wù)時交換的信息盡可能的少。（3）需要綜合考慮實(shí)現(xiàn)難度和運(yùn)行效率。分層越多，每一層的功能越容易實(shí)現(xiàn)，但運(yùn)行效率越低，因此，層的數(shù)量需要綜合考慮實(shí)現(xiàn)難度和運(yùn)行效率。一、分層結(jié)構(gòu)底層主板是硬件，用于執(zhí)行指令，控制數(shù)據(jù)輸入輸出過程。對于BIOS這一層，下一層為本層提供的服務(wù)是，主板提供的執(zhí)行指令、控制數(shù)據(jù)輸入輸出過程等。本層為上一層提供的服務(wù)是，基本的輸入輸出服務(wù)。對于操作系統(tǒng)這一層，下一層為本層提供的服務(wù)是，BIOS提供的基本輸入輸出服務(wù)。本層為上一層提供的服務(wù)是，為用戶提供良好的用戶接口、為應(yīng)用程序設(shè)計者提供高效的應(yīng)用程序開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境。PC分層結(jié)構(gòu)一、分層結(jié)構(gòu)信件投遞過程涉及寄信人一端和收信人一端;兩端都是分層結(jié)構(gòu)，每一端分為三層，分別是寄信人或收信人、郵局和公共運(yùn)輸系統(tǒng);每一端位于相同位置的這一層的功能是相同的。一、分層結(jié)構(gòu)

公共運(yùn)輸系統(tǒng)提供寄信人所在物理位置至收信人所在物理位置的信袋運(yùn)輸服務(wù)。

郵局基于公共運(yùn)輸系統(tǒng)提供的寄信人所在物理位置至收信人所在物理位置的信袋運(yùn)輸服務(wù)，為上一層（寄信人或收信人）提供寄信人至收信人的信件投遞服務(wù)。一、分層結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu)的好處（1）每一層實(shí)現(xiàn)過程只需關(guān)心以下四方面內(nèi)容。一是下一層為本層提供的服務(wù)。二是本層為上一層提供的服務(wù)。三是本層實(shí)現(xiàn)的功能。四是本層功能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。（2）可以屏蔽底層差異。（3）可以借用已有的公共服務(wù)。（4）分層可以簡化復(fù)雜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程。（5）分層容易使每一層功能實(shí)現(xiàn)過程專業(yè)化。（6）分層容易使每一層功能實(shí)現(xiàn)過程標(biāo)準(zhǔn)化。二、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基本概念郵政系統(tǒng)的幾點(diǎn)啟示（1）用分層結(jié)構(gòu)構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)，相鄰層之間存在接口。（2）垂直調(diào)用和逐層封裝，寄信人通過垂直方向逐層調(diào)用，最終由垂直方向的最低層實(shí)際完成從發(fā)送地到接收地的運(yùn)輸過程，而收信人通過從最低層開始的逐層提供的服務(wù)，最終獲得寄信人的信紙。（3）兩端每一層之間都有相應(yīng)的約定，且兩端每一層之間的約定只用于解決兩端該層之間的通信問題。二、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基本概念二、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基本概念

將根據(jù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能分解出的分層結(jié)構(gòu)、每一層的功能描述和兩端相同位置的功能層之間的協(xié)調(diào)過程的集合稱為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

瀏覽器發(fā)送數(shù)據(jù)給Web服務(wù)器的過程和寄信人發(fā)送信紙給收信人的過程一樣，必須由多層功能體共同完成。

瀏覽器傳輸給Web服務(wù)器的數(shù)據(jù)通過逐層封裝、逐層調(diào)用，最終由最低層的傳輸網(wǎng)絡(luò)真正完成用戶終端至Web服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸過程。

兩端每一層之間為了實(shí)現(xiàn)正常通信，需要制定一些規(guī)則。二、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基本概念和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)有關(guān)的一些概念對等層：在體系結(jié)構(gòu)中處于同一地位，起相同作用的功能層。實(shí)體：真正完成所處層功能的硬件和軟件集合。協(xié)議：兩端對等層之間的約定和規(guī)范。協(xié)議主要由三個要素組成，分別是語法、語義和同步。二、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基本概念網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)有三個要素分層結(jié)構(gòu)；每一功能層的功能；用于精確定義對等層之間交換的信息的格式等的協(xié)議。2.2OSI體系結(jié)構(gòu)本講主要內(nèi)容OSI網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；OSI各層功能；OSI數(shù)據(jù)傳輸過程。一、OSI網(wǎng)絡(luò)環(huán)境一、OSI網(wǎng)絡(luò)環(huán)境終端通過物理鏈路接入分組交換機(jī)；終端和分組交換機(jī)之間、分組交換機(jī)與分組交換機(jī)之間采用點(diǎn)對點(diǎn)連接方式，但也允許存在多點(diǎn)連接方式

；每一個分組交換機(jī)通過多個端口連接多條物理鏈路，這些物理鏈路可以直接連接終端，也可以連接其他分組交換機(jī)；分組交換機(jī)是一種具有存儲和轉(zhuǎn)發(fā)分組功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，分組是組合數(shù)據(jù)、地址信息和檢錯碼的一種信息格式。二、OSI各層功能

物理層的功能是實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制位流的傳輸過程，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制位流傳輸過程涉及兩個方面，一是建立用于傳播信號的信道。二是完成二進(jìn)制位流與信號之間的相互轉(zhuǎn)換過程。

數(shù)據(jù)鏈路層的功能是在物理層提供的二進(jìn)制位流傳輸服務(wù)的基礎(chǔ)上，為網(wǎng)絡(luò)層提供可靠的分組傳輸服務(wù)。為實(shí)現(xiàn)分組可靠傳輸，鏈路層需要實(shí)現(xiàn)以下功能：一是差錯控制功能。二是將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝成分組。三是能夠從信道傳輸?shù)亩M(jìn)制位流中正確分離出屬于各個分組的一組二進(jìn)制位。

網(wǎng)絡(luò)層的功能是在數(shù)據(jù)鏈路層提供的物理鏈路兩端之間的可靠分組傳輸服務(wù)的基礎(chǔ)上，為傳輸層提供連接在由分組交換機(jī)分隔開的不同物理鏈路上的兩個終端之間的分組傳輸服務(wù)。二、OSI各層功能

傳輸層的功能是在網(wǎng)絡(luò)層提供的不可靠的端到端分組傳輸服務(wù)的基礎(chǔ)上，為會話層提供可靠的進(jìn)程之間的通信服務(wù)。

會話層的功能用于管理兩個用戶間進(jìn)行的會話。

表示層的功能用于統(tǒng)一通信雙方描述傳輸信息所使用的語義和語法。

應(yīng)用層的功能是定義某個應(yīng)用的消息格式和實(shí)現(xiàn)過程。三、OSI數(shù)據(jù)傳輸過程

終端A應(yīng)用層產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過逐層服務(wù)請求，到達(dá)終端A的物理層。每一層都在上一層提交的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，增加本層的控制信息。

由終端A的物理層通過互連終端A和分組交換機(jī)1的物理鏈路將二進(jìn)制位流發(fā)送給分組交換機(jī)1的物理層。分組交換機(jī)1通過逐層去封裝，將網(wǎng)絡(luò)層對應(yīng)的數(shù)據(jù)單元提交給分組交換機(jī)1的網(wǎng)絡(luò)層，由分組交換機(jī)1的網(wǎng)絡(luò)層選擇通往終端C的傳輸路徑。三、OSI數(shù)據(jù)傳輸過程

最終由終端C的物理層接收到分組交換機(jī)2的物理層發(fā)送的二進(jìn)制位流。終端C從物理層開始，逐層向上返回服務(wù)響應(yīng)，每一層剝離本層控制信息后向上一層提供數(shù)據(jù)，最終由終端C應(yīng)用層接收到終端A應(yīng)用層產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。三、OSI數(shù)據(jù)傳輸過程

對等層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元提交給下層時，作為下層的服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）。本層在上一層提供的服務(wù)數(shù)據(jù)單元的基礎(chǔ)上增加本層的協(xié)議控制信息后，產(chǎn)生本層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)本講主要內(nèi)容TCP/IP分層結(jié)構(gòu)；TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；TCP/IP各層功能；TCP/IP數(shù)據(jù)封裝過程；TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸過程。一、TCP/IP分層結(jié)構(gòu)

分為4層，分別是應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層，不同類型的網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)接口層二、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是由多種不同類型的網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)際網(wǎng)；以太網(wǎng)終端之間的通信過程涉及OSI體系結(jié)構(gòu)中物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的功能；TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，存在兩種類型的終端之間的通信過程；三、TCP/IP各層功能應(yīng)用層的功能包含OSI體系結(jié)構(gòu)中應(yīng)用層、表示層和會話層的功能；傳輸層的功能與OSI體系結(jié)構(gòu)中傳輸層的功能相似；網(wǎng)際層實(shí)現(xiàn)連接在不同類型網(wǎng)絡(luò)上的兩個終端之間的IP分組傳輸過程。IP分組必須獨(dú)立于每一個網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)接口層基于網(wǎng)絡(luò)提供的連接在同一網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點(diǎn)之間的幀傳輸服務(wù)，為網(wǎng)際層提供統(tǒng)一的連接在同一網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點(diǎn)之間的IP分組傳輸服務(wù)。四、TCP/IP數(shù)據(jù)封裝過程應(yīng)用層數(shù)據(jù)→傳輸層報文→IP分組→傳輸網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的幀將上一層數(shù)據(jù)作為凈荷，加上本層的首部，構(gòu)成本層的PDU五、TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸過程終端A應(yīng)用層產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)過逐層封裝成為PPP幀，IPoverPSTN負(fù)責(zé)將IP分組封裝成PPP幀；IP分組經(jīng)過以太網(wǎng)傳輸時封裝成MAC幀，IPover以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)這一過程。2.4OSI體系結(jié)構(gòu)和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的比較本講主要內(nèi)容OSI體系結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)；TCP/IP體系結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)；綜合運(yùn)用OSI和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)。一、OSI體系結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)OSI體系結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)較好地定義了服務(wù)、接口、協(xié)議等相關(guān)概念；分層結(jié)構(gòu)和每一層的功能為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)提供了依據(jù)；分層結(jié)構(gòu)和每一層的功能為理解網(wǎng)絡(luò)提供了思路。一、OSI體系結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)OSI體系結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)每一層只定義了功能，沒有系統(tǒng)制訂用于定義對等層之間交換的信息的格式的協(xié)議；OSI體系結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，有些功能（如差錯控制）在多層中反復(fù)定義，影響OSI體系結(jié)構(gòu)的運(yùn)行效率；OSI體系結(jié)構(gòu)不容易實(shí)現(xiàn)，幾乎沒有成功實(shí)現(xiàn)的案例。二、TCP/IP體系結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)TCP/IP體系結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)簡潔的分層結(jié)構(gòu)，TCP/IP四層結(jié)構(gòu)一是較好地平衡了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度和運(yùn)行效率。二是將OSI體系結(jié)構(gòu)中最高三層的功能融合到應(yīng)用層后，使得應(yīng)用層的功能定義更加清晰；網(wǎng)絡(luò)接口層的開放性，是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑷魏晤愋徒K端、任何類型網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)在一起的基礎(chǔ)；二、TCP/IP體系結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)TCP/IP體系結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)定義各層協(xié)議，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)定義了應(yīng)用層、傳輸層和網(wǎng)際層協(xié)議，為路由器的標(biāo)準(zhǔn)化、為終端各功能層的實(shí)現(xiàn)提供了依據(jù)；促使各種類型傳輸網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立發(fā)展，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的開放性促使各種不同類型的傳輸網(wǎng)絡(luò)各自獨(dú)立快速發(fā)展。二、TCP/IP體系結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)TCP/IP體系結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)沒有清晰定義概念，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)沒有清晰區(qū)分服務(wù)、接口、協(xié)議等概念之間的區(qū)別；無法描述具體傳輸網(wǎng)絡(luò)，很難通過TCP/IP體系結(jié)構(gòu)描述具體傳輸網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)和各層功能；網(wǎng)絡(luò)接口層和其他層之間有所區(qū)別，TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)接口層更像是具體傳輸網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)際層之間的接口。三、綜合運(yùn)用OSI和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)基于TCP/IP體系結(jié)構(gòu)組織教材內(nèi)容連接在同一網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點(diǎn)之間的幀傳輸過程；連接在同一網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點(diǎn)之間的IP分組傳輸過程；連接在不同類型網(wǎng)絡(luò)上的兩個結(jié)點(diǎn)之間的IP分組傳輸過程。三、綜合運(yùn)用OSI和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)基于OSI體系結(jié)構(gòu)描述具體傳輸網(wǎng)絡(luò)

將具體傳輸網(wǎng)絡(luò)功能按照OSI體系結(jié)構(gòu)分為物理層和鏈路層，討論該種類型傳輸網(wǎng)絡(luò)的物理層和鏈路層功能及協(xié)議。2.5網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織本講主要內(nèi)容ITU；ISO；IEEE；IETF。一、ITU

ITU是聯(lián)合國主管信息通信技術(shù)事務(wù)的專門機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)分配和管理全球無線電頻譜與衛(wèi)星軌道資源，制定全球電信標(biāo)準(zhǔn)，向發(fā)展中國家提供電信援助，促進(jìn)全球電信發(fā)展等。二、ISOISO是標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)