1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程 （新編版）,第3章 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,本章學(xué)習(xí)要求： 掌握：協(xié)議、層次、接口與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念 掌握：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次化研究方法 掌握：OSI參考模型及各層的基本服務(wù)功能 掌握：TCP/IP參考模型的層次劃分、各層的基本服務(wù) 功能與協(xié)議族 了解：OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較,協(xié)議、層次、接口與體系結(jié)構(gòu)的概念,層次（layer） 協(xié)議（protocol） 接口（interface） 體系結(jié)構(gòu)（architecture）,3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標(biāo)準(zhǔn)； 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三要素：語義、語法與同步； 語義：用于

2、解釋比特流的每一部分的意義； 語法：語法是用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格 式，以及數(shù)據(jù)出現(xiàn)的順序的意義； 同步：事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。,層次（layer）,層次是人們對復(fù)雜問題處理的基本方法； 將總體要實(shí)現(xiàn)的很多功能分配在不同層次中； 對每個層次要完成的服務(wù)及服務(wù)要求都有明確規(guī)定； 不同的系統(tǒng)分成相同的層次； 不同系統(tǒng)的最低層之間存在著“物理”通信； 不同系統(tǒng)的對等層次之間存在著“虛擬”通信； 對不同系統(tǒng)的對等層之間的通信有明確的通信規(guī)定； 高層使用低層提供的服務(wù)時，并不需要知道低層服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)方法。,接口（interface）,接口是同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間交換信息的連接點(diǎn); 同一個結(jié)點(diǎn)的相鄰

3、層之間存在著明確規(guī)定的接口，低層向高層通過接口提供服務(wù); 只要接口條件不變、低層功能不變，低層功能的具體實(shí)現(xiàn)方法與技術(shù)的變化不會影響整個系統(tǒng)的工作。,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（network architecture）,一個功能完備的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)需要制定一整套復(fù)雜的協(xié)議集; 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是按層次結(jié)構(gòu)來組織的； 網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型與各層協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)； 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了精確的定義； 體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)是指能夠運(yùn)行的一些硬件和軟件。,社會上存在的郵政系統(tǒng),3.2 OSI參考模型,3.2.1 OSI參考模型的基本概念 在制定計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)方面，起著很大作用的兩大國際組織是：

4、 國際電報與電話咨詢委員會（CCITT） 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO） CCITT與ISO的工作領(lǐng)域不同： CCITT 主要是考慮通信標(biāo)準(zhǔn)的制定；ISO主要是考慮信息處理與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。,在OSI中 的“開放”是指只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個系統(tǒng)就可以與位于世界上任何地方、同樣遵循同一標(biāo)準(zhǔn)的其它任何系統(tǒng)進(jìn)行通信； OSI標(biāo)準(zhǔn)中，采用的是三級抽象： 體系結(jié)構(gòu)（architecture） 服務(wù)定義（service definition） 協(xié)議說明（protocol specification）,體系結(jié)構(gòu),開放系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、層次之間的相互關(guān)系及各層所包括的可能的服務(wù)； 作為一個框架來協(xié)調(diào)和組織各層協(xié)議的制

5、定； 對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)最精煉地概括與描述。,服務(wù)定義,詳細(xì)地說明了各層所提供的服務(wù)； 某一層的服務(wù)就是該層及其以下各層的一種能力； 低層的服務(wù)是通過接口向上一層提供的; 各層所提供的服務(wù)與這些服務(wù)是如何實(shí)現(xiàn)的無關(guān)； 定義了層與層之間的接口與各層使用的原語，但不涉及接口是具體實(shí)現(xiàn)的。,3.2.2 OSI參考模型的結(jié)構(gòu),ISO劃分七層結(jié)構(gòu)的基本原則： 網(wǎng)中各結(jié)點(diǎn)都具有相同的層次； 不同結(jié)點(diǎn)的同等層具有相同的功能； 同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間通過接口通信； 每層可以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)的同等層通過協(xié)議來實(shí)現(xiàn)對等層之間的通信。,OSI參考模型的結(jié)構(gòu),3.2.3 OSI參考模型各層

6、的功能,物理層的主要功能： 利用傳輸介質(zhì)為通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間建立、管理和釋放物理連接； 實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)； 物理層的數(shù)據(jù)傳輸單元是比特。,數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能： 在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)鏈路層在通信的實(shí)體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接； 傳輸以“幀”為單位的數(shù)據(jù)包； 采用差錯控制與流量控制方法，使有差錯的物理線路變成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。 網(wǎng)絡(luò)層的主要功能： 通過路由選擇算法為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂剑?為數(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。,傳輸層的主要功能： 向用戶提供可靠端到端（end-to-end）服務(wù)； 處理數(shù)據(jù)包錯誤、數(shù)據(jù)

7、包次序，以及其他一些關(guān)鍵傳輸問題； 傳輸層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，是計算機(jī)通信體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的一層。 會話層的主要功能： 負(fù)責(zé)維護(hù)兩個結(jié)點(diǎn)之間的傳輸鏈接，以便確保點(diǎn)-點(diǎn)傳輸不中斷； 管理數(shù)據(jù)交換。,表示層的主要功能： 用于處理在兩個通信系統(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)。 應(yīng)用層的主要功能: 為應(yīng)用程序提供了網(wǎng)絡(luò)服務(wù); 應(yīng)用層需要識別并保證通信對方的可用性，使得協(xié)同工作的應(yīng)用程序之間的同步; 建立傳輸錯誤糾正與保證數(shù)據(jù)完整性的控制機(jī)制。,3.2.4 OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程 OSI環(huán)境（OSI environment）,OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)流,

8、3.3 TCP/IP參考模型,3.3.1 TCP/IP參考模型的發(fā)展 在TCP/IP協(xié)議研究時，并沒有提出參考模型； 1974年Kahn定義了最早的TCP/IP參考模型； 80年代Leiner、Clark等人對TCP/IP參考模型進(jìn)一步的研究； TCP/IP協(xié)議一共出現(xiàn)了6個版本，后3個版本是版本4、版本5與版本6； 目前我們使用的是版本4，一般被稱為IPv4 ； IPv6被稱為下一代的IP協(xié)議。,TCP/IP協(xié)議的特點(diǎn),開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn); 獨(dú)立于特定的計算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)； 獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)，更適用于互連網(wǎng)中； 統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)

9、中都具有唯一的地址； 標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。,3.3.2 TCP/IP參考模型各層的功能,應(yīng)用層（application layer） 傳輸層（transport layer） 網(wǎng)際層（internet layer） 網(wǎng)絡(luò)接口層（host-to-network layer）,TCP/IP 參考模型與 OSI 參考模型的對應(yīng)關(guān)系,網(wǎng)絡(luò)接口層,TCP/IP參考模型的最低層，負(fù)責(zé)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報; 允許主機(jī)連入網(wǎng)絡(luò)時使用多種現(xiàn)成的與流行的協(xié)議，例如局域網(wǎng)的Ethernet、令牌網(wǎng)、分組交換網(wǎng)的X.25、幀中繼、ATM協(xié)議等; 當(dāng)一種物理網(wǎng)被用作傳送IP數(shù)據(jù)包的通道

10、時，就可以認(rèn)為是這一層的內(nèi)容; 充分體現(xiàn)出TCP/IP協(xié)議的兼容性與適應(yīng)性，它也為TCP/IP的成功奠定了基礎(chǔ)。,網(wǎng)際層,相當(dāng)OSI參考模型網(wǎng)絡(luò)層無連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)； 處理互連的路由選擇、流控與擁塞問題； IP協(xié)議是一種無連接的、提供“盡力而為”服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。,傳輸層,主要功能是在互連網(wǎng)中源主機(jī)與目的主機(jī)的對等實(shí)體間建立用于會話的端-端連接； 傳輸控制協(xié)議TCP是一種可靠的面向連接協(xié)議； 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP是一種不可靠的無連接協(xié)議。,應(yīng)用層,網(wǎng)絡(luò)終端協(xié)議Telnet 文件傳輸協(xié)議FTP 簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP 域名系統(tǒng)DNS 簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP 超文本傳輸協(xié)議HTTP,TCP/IP協(xié)

11、議棧,3.4 OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較,3.4.1 對OSI參考模型的評價 層次數(shù)量與內(nèi)容選擇不是很好，會話層很少用到，表示層幾乎是空的，數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層有很多的子層插入； OSI 參考模型將“服務(wù)”與“協(xié)議”的定義結(jié)合起來，使得參考模型變得格外復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難； 尋址、流控與差錯控制在每一層里都重復(fù)出現(xiàn)，降低系統(tǒng)效率； 數(shù)據(jù)安全性、加密與網(wǎng)絡(luò)管理在參考模型的設(shè)計初期被忽略了； 參考模型的設(shè)計更多是被通信的思想所支配，不適合于計算機(jī)與軟件的工作方式； 嚴(yán)格按照層次模型編程的軟件效率很低。,3.4.2 對TCP/IP參考模型評價,在服務(wù)、接口與協(xié)議的區(qū)別上不很清楚，一個好的軟件工程應(yīng)該將功能與實(shí)現(xiàn)方法區(qū)分開，參考模型不適合于其它非TCP/IP協(xié)議族； TCP/IP參考模型的網(wǎng)絡(luò)接口層本身并不是實(shí)際的一層； 物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的劃分是必要和合理的， 但是TCP/IP參考模型卻沒有做到這點(diǎn)。,3.4.3 一種建議的參考模型,3.5 小結(jié),網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中兩個最基本的概