1、網絡體系結構與協(xié)議,本章主要內容,網絡體系結構的基本概念 開放系統(tǒng)互連參考模型 TCP/IP的體系結構 OSI與TCP/IP參考模型的比較,3.1 網絡體系結構的基本概念,協(xié)議（protocol）:是通信雙方為了實現(xiàn)通信所進行的 約定或所作的對話規(guī)則 網絡協(xié)議的優(yōu)劣直接影響網絡的性能 網絡協(xié)議的組成 語義：做什么（what to do） 語法：怎么做（how to do） 定時關系：何時做（when to do）,3.1.1 網絡協(xié)議的概念,計算機網絡中存在有多種協(xié)議 協(xié)議之間的相互作用: 為避免重復工作，每個協(xié)議應該處理沒有被其他;協(xié)議處理過的通信問題; 協(xié)議之間可以共享數(shù)據和信息。,協(xié)議(

2、Protocol) ：它是一種通信規(guī)約。例如：在郵政通信系統(tǒng)中，就存在著很多的通信規(guī)約。寫郵編、收件人地址、收件人姓名、發(fā)件人地址。 層次(Layer)：它是人們對復雜問題處理的基本方法。 接口(Interface)：它是同一結點內相鄰層之間交換信息的連接點。 體系結構(Architecture)：計算機網絡協(xié)議就是按照層次結構模型來組織的。我們將網絡層次結構模型與各層協(xié)議的集合定義為計算機網絡體系結構。,3.1.2 幾個重要的概念,3.1.3 網絡體系結構的提出,計算機網絡中采用層次結構，它有以下一些好處： 各層之間相互獨立。 靈活性好。 各層實現(xiàn)技術的改變不影響其他層。 易于實現(xiàn)和維護。

3、有利于促進標準化。,3.2 開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI/RM),OSI/RM中的“開放”是表示任何兩個遵守OSI/RM的系統(tǒng)都可以進行互連，當一個系統(tǒng)能按OSI/RM與另一個系統(tǒng)進行通信時，就稱為該系統(tǒng)為開放系統(tǒng)。 OSI/RM只給出了一些原則性的說明，它并不是一個具體的網絡。它將整個網絡的功能劃分成7個層次，而且在兩個通信實體之間的通信必須遵循這7層結構，,3.2.1 概述 1.OSI參考模型的提出 1978年由ISO國際標準化組織制定出來的標準 2.OSI參考模型的概念,OSI/RM的最高層為應用層，面向用戶提供應用服務；最低層為物理層，連接通信媒體實現(xiàn)數(shù)據傳輸。層與層之間的聯(lián)系是通過各

4、層之間的接口來進行的，上層通過接口向下層提出服務請求，而下層通過接口向上層提供服務。,ISO/OSI的7層參考模型,OSI參考模型的基本思想:,網絡中各節(jié)點具有相同的層次； 不同節(jié)點的同等層具有相同的功能； 同一節(jié)點內相鄰層之間通過接口通信； 每一層可以使用下層提供的服務，并向其上層提供服務； 不同節(jié)點的同等層按照協(xié)議實現(xiàn)對等層之間的通信。,3. OSI各層的功能概述,物理層(Physical Layer)：利用傳輸介質為數(shù)據鏈路層提供物理連接，實現(xiàn)比特流的透明傳輸。 數(shù)據鏈路層(Data Link Layer)：在物理層提供比特流服務的基礎上，線路變成無差錯的數(shù)據鏈路。 網絡層(Networ

5、k Layer)：為數(shù)據在結點之間傳輸創(chuàng)建邏輯鏈路，通過路由選擇算法為分組通過通信子網選擇最適當?shù)穆窂?，以及實現(xiàn)擁塞控制授、網絡互連功能。 傳輸層(Transport Layer)：向用戶提供端到端(最終用戶到最終用戶)的透明的、可靠的數(shù)據傳輸服務。,會話層(Session Layer)： 為表示層提供建立、維護和結束會話連接的功能，并提供會話管理服務等功能。 表示層(Presentation Layer)： 用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，主要包括數(shù)據格式變換、數(shù)據加密與解密、數(shù)據壓縮與恢復等功能。 應用層(Application Layer)： 為網絡用戶或應用程序提供各種服務

6、，如文件傳輸(FTP)、電子郵件(Email)、分布式數(shù)據庫以及網絡管理等。,物理層(Physical Layer)主要功能,物理層（完成網線上的傳輸）單位是比特位 提供機械,電氣,功能和過程特性 物理層負責的是數(shù)據在傳輸介質上的(網線)上的傳輸 . 傳輸二進制的比特流. 它還定義用于傳輸數(shù)據的硬件特性，其基本功能是保證網絡一方可正確接收另一方發(fā)送的信號。 物理層所用的設備有:集線器（HUB）,1.把數(shù)據封裝成幀 傳輸單位是幀(frame) 數(shù)據鏈路層要將網絡層的數(shù)據分成可以管理和控制的數(shù)據單元，稱其為幀。 2.物理地址尋址 數(shù)據幀在不同的網絡中傳輸時，需要標識出發(fā)送數(shù)據幀和接收數(shù)據幀的節(jié)點。

7、 3.流量控制 數(shù)據鏈路層對發(fā)送數(shù)據幀的速率必須進行控制，如果發(fā)送的數(shù)據幀太多，就會使目的節(jié)點來不及處理而造成數(shù)據丟失。 4.差錯控制 為了保證物理層傳輸數(shù)據的可靠性，數(shù)據鏈路層需要在數(shù)據幀中使用一些控制方法，檢測出錯或重復的數(shù)據幀，并對錯誤的幀進行糾錯或重發(fā)。 數(shù)據鏈路層所用的設備有:交換機.網橋,中繼器,網卡 完成子網內的數(shù)據傳輸,實現(xiàn)相鄰兩個接點之間的傳輸.,數(shù)據鏈路層(Data Link Layer)主要功能,網絡層(Network Layer)主要功能,網絡層（完成子網間的傳輸） 傳輸單位是:數(shù)據包(packet) 功能 1 路由選擇: 根據IP地址傳遞數(shù)據包,處理網絡間路由 2 網

8、際互聯(lián): 連通不同網段或不同類型的網絡.(局域網-廣域網) 3 提供擁塞機制、網絡計費信息、隔離廣播包 4 網絡層所用的設備有:路由器,傳輸層(Transport Layer)主要功能,傳輸層（完成數(shù)據包的重組） 整個協(xié)議層結構中最核心的一層，它包括了有關傳輸數(shù)據的所有細節(jié)。 實現(xiàn)了可靠的端到端的數(shù)據傳輸. 傳輸層的主要工作是數(shù)據包的分段和重組。 偉輸單位是:數(shù)據段(segment),會話層(Session Layer)主要功能,會話層負責在兩個節(jié)點之間建立和維護通信鏈路 決定節(jié)點傳輸數(shù)據占用的時間 如何從傳輸錯誤中回復數(shù)據 -通信方式,表示層(Presentation Layer)主要功能,

9、表示層管理數(shù)據的格式化工作，因為軟件應用程序通常使用不同的數(shù)據格式化模式 。 以一種有序的有意義的方式表示信息，此層的主要功能是數(shù)據翻譯、數(shù)據加密、數(shù)據壓縮（TCP/IP中沒有）。,應用層(Application Layer)主要功能,控制計算機用戶對應用程序和網絡服務最直接的訪問 此層為用戶提供同應用程序及網絡相互作用的接口。例如包括萬維網服務（www）、文件傳輸（FTP）、域名服務（DNS）、電子郵件服務（SMTP）（pop3）、動態(tài)主機地址分配服務（dhcp）等,OSI各層的主要功能,數(shù)據的通信過程,課堂練習,1、OSI參考模型分為7層，請?zhí)顚懴鄳膶哟蚊Q： _層利用傳輸介質實現(xiàn)比特流

10、的透明傳輸； _層在不太可靠的物理線路上實現(xiàn)可靠的數(shù)據傳輸； _層向用戶提供可靠的端到端服務。 2在OSI參考模型中,數(shù)據鏈路層的數(shù)據服務單元是_。 A分組 B報文 C幀 D比特序列,物理,數(shù)據鏈路,傳輸,C,3.3 TCP/IP體系結構,3.3.1.TCP/IP概述 TCP/IP是Internet上所有網絡和主機之間進行交流所使用得共同“語言”，是Internet上使用得一組完整的標準網絡連接協(xié)議。 通常所說的TCP/IP協(xié)議實際上包含了大量的協(xié)議和應用，且由多個獨力定義的協(xié)議組合在一起，因此，更確切地說，應該稱其為TCP/IP協(xié)議集。 本身兩個協(xié)議:TCP-傳輸控制協(xié)議 IP-互聯(lián)網絡協(xié)議

11、,TCP/IP協(xié)議的主要特點： 開放的協(xié)議標準，可以免費使用，并且獨力于特定的計算機硬件于操作系統(tǒng)。 獨立于特定的網絡硬件，可以運行在局域網、廣域網中，更適用于互聯(lián)網中。 統(tǒng)一的網絡地址分配方案，使得整個TCP/IP設備在網中都具有惟一的地址。 標準化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務。,TCP/IP參考模型與OSI模型的關系,TCP/IP體系結構中各層的功能,TCP/IP協(xié)議集的主要協(xié)議及它們所提供的服務,27,數(shù)據鏈路層協(xié)議,點對點協(xié)議（PPP） PPP 是一種標準協(xié)議，規(guī)定了同步或異步電路上的路由器對路由器、主機對網絡的連接。 串行線路互連協(xié)議（SLIP，Serial Line In

12、ternet Protocol） SLIP 是PPP 的前身，用于使用TCP/IP 的點對點串行連接。SLIP 已經基本上被PPP 取代。 高級數(shù)據鏈路控制協(xié)議（HDLC，High-level Data Link Controller） HDLC 標準是思科路由器私有的，它是點對點、專用鏈路和電路交換連接上默認的封裝類型。,28,網絡層協(xié)議,IP協(xié)議 ARP RARP ICMP IGMP,29,(1) 網際協(xié)議(Internet Protocol，IP) IP協(xié)議的任務是對數(shù)據包進行相應的尋址和路由，并從一個網絡轉發(fā)到另一個網絡。 (2) 網際控制報文協(xié)議(Internet Control M

13、essage Protocol，ICMP) 網際控制報文協(xié)議ICMP為IP協(xié)議提供差錯報告。有兩種類型:請求和響應 (3) 網際主機組管理協(xié)議(Internet Group Management Protocol，IGMP) IP協(xié)議只是負責網絡中點到點的數(shù)據包傳輸，而點到多點的數(shù)據包傳輸則要依靠網際主機組管理協(xié)議IGMP來完成。 (4) 地址解析協(xié)議(Address Resolution Protocol，ARP) （5）反向地址解析協(xié)議RARP（Reverse Address Resolution Protocol,IP 協(xié)議（網際協(xié)議）,Internet （國際互聯(lián)網） protocol

14、 （協(xié)議） Ip地址 例如： 網絡通信過程中以32位二進制進行通信,將IP地址分為4個字節(jié)(每個字節(jié)為8bit)，且每個字節(jié) 用十進制表示，并用點號“.”隔開。如上圖所示是“新浪 網站”www服務器的IP地址。,ARP地址解析協(xié)議,33,RARP反向地址解析協(xié)議,34,ICMP協(xié)議,ICMP經常被認為是IP層的一個組成部分。它傳遞差錯報文以及其他需要注意的信息。ICMP報文通常被IP層或更高層協(xié)議（TCP或UDP）使用。一些ICMP報文把差錯報文返回給用戶進程 ICMP用來傳送一些關于網絡和主機的控制信息。如目標主機是不可到達的、路由的重定向等。常用的ping命令就是使用

15、了ICMP協(xié)議,35,傳輸層協(xié)議,傳輸層的服務允許用戶按照傳輸層的數(shù)據格式分段及封裝應用層送來的數(shù)據。這一層數(shù)據流提供了端到端的傳輸服務，它在發(fā)送主機與接收主機之間構建了一個邏輯連接 。它允許在Internet上兩臺主機之間信息的無差錯傳輸。TCP還進行流量控制，以避免發(fā)送過快而發(fā)生擁塞。 傳輸層包括了兩個協(xié)議。第一個是TCP協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議，是一個可靠的、面向連接的協(xié)議。例如遠程桌面服務采用的就是3389端口。 第二個是UDP協(xié)議，它采用無連接的方式，不管發(fā)送的數(shù)據包是否到達目的主機，數(shù)據包是否出錯。收到數(shù)據包的主機也不會告訴發(fā)送方是否正確收到了數(shù)據，它的可靠性是由上層協(xié)議來保障的。例如

16、QQ采用的就是UDP的4000或者8000端口。,36,(1) 傳輸控制協(xié)議(Transmission Control Protocol，TCP) TCP協(xié)議是為應用程序提供的一種面向連接的通信協(xié)議，它可提供可靠的數(shù)據傳送。對于大量數(shù)據的傳輸，通常都要求有可靠的傳送。適合一次傳輸大量數(shù)據 經典的三次握手協(xié)議,Seq=x,Ack=x+1,seq=y,Ack=x+1,ack=y+1,主機A,主機B,1 A發(fā)送一個信息給B, seq=x B收到后回信息給A ack=x+1,seq=a A收到回信后,給B再回個確認信息給B ack=x+1,ack=y+1,(2) 用戶數(shù)據報協(xié)議(User Datagr

17、am Protocol，UDP) UDP協(xié)議是為應用程序提供的一種面向無連接的協(xié)議，因此，它不能提供可靠的數(shù)據傳輸，而且 UDP不進行差錯檢驗，必須由應用層的應用程序來實現(xiàn)可靠性機制和差錯控制， 以保證端到端數(shù)據傳輸?shù)恼_性。 適合于一次傳輸小數(shù)據 可靠性可能通過應用層來負責,協(xié)議與端口,39,傳輸層的功能及特點,分割上層應用程序 建立連接 使用流量控制來發(fā)送數(shù)據 使用窗口技術來保證可靠性 確認技術 傳輸?shù)骄W絡層,40,分割上層應用程序,41,其他常用的協(xié)議(應用層協(xié)議),網頁瀏覽 （HTTP， SSL） 文件傳輸 （FTP，TFTP） E-Mail （SMTP，POP3） 遠程登錄 （Telnet，Rlogin） 域名服務 （DNS） 網絡管理 （SNMP）,42,小 結,網絡體系結構與網絡協(xié)議是網絡技術中兩個最基本的概念。