1、1,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程,高郵職業(yè)教育中心 王蒞,2,課程內(nèi)容簡介,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)（OSI/RM和TCP/IP） 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)原理及其實(shí)現(xiàn)技術(shù) 計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)絡(luò)原理及其實(shí)現(xiàn)技術(shù) 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及Internet原理及其實(shí)現(xiàn)技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)安全理論,3,課程學(xué)習(xí)方法,總原則：課堂講授、課外自學(xué)與上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合 課堂講授：基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)與部析 課外自學(xué)：閱讀參考書目及相關(guān)理論和實(shí)踐方面的文章 上機(jī)實(shí)踐：分析網(wǎng)絡(luò)解決方案，組建實(shí)驗(yàn)型局域網(wǎng)并與Internet互聯(lián)，編程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。,4,所需先行知識,熟悉一種操作系統(tǒng)（Windows、Unix或Linux） 熟悉一門編程語言（C語言或匯編

2、語言） 了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)知識 了解計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)知識 了解數(shù)據(jù)通信相關(guān)理論,5,參考書目,TCP/IP詳解（1、2卷）（美）W. Richard Stevens著，機(jī)械工業(yè)出版社 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第4版）謝希仁著、電子工業(yè)出版社 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程教程黃叔武楊一平著、清華大學(xué)出版社 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程彭澎著、機(jī)械工業(yè)出版社,6,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,1.1 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu) 1.2 OSI參考模型 1.2.1 模型結(jié)構(gòu) 1.2.2 協(xié)議層 1.2.3 服務(wù)定義 1.2.4 協(xié)議描述 PDU定義 協(xié)議操作 協(xié)議描述方法,7,第一章 O

3、SI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,1.3 TCP/IP協(xié)議體系 1.4 一個(gè)基于OSI的修改模型,8,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生 產(chǎn)生的原因：資源共享與數(shù)據(jù)交換的要求。 產(chǎn)生的基礎(chǔ)：是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 （1）通信網(wǎng)絡(luò)為計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳遞和交換提供了必要的手段； （2）數(shù)字計(jì)算技術(shù)的發(fā)展?jié)B透到通信技術(shù)中，又提高了通信網(wǎng)絡(luò)的各種性能。,9,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程 1、具有通信功能的單機(jī)系統(tǒng)（終端計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）：將一臺計(jì)算機(jī)經(jīng)通信線路與若干臺終端直接相連，如下圖所示。美國20世紀(jì)50年代的半自動(dòng)地面防

4、空系統(tǒng)（SAGE）就屬于該類網(wǎng)絡(luò)。它把遠(yuǎn)距離的雷達(dá)和其它測量控制設(shè)備的信號通過通信線路送到一臺旋風(fēng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和控制，首次實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的結(jié)合。,HHOST，主計(jì)算機(jī) T終端,10,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,缺點(diǎn)：（1）終端增多時(shí)，HOST負(fù)擔(dān)重，效率下降； （2）每一終端要一線路，費(fèi)用高 2、具有通信功能的多機(jī)系統(tǒng)：為減輕承擔(dān)數(shù)據(jù)處理的中心計(jì)算機(jī)的負(fù)載,在通信線路和中心計(jì)算機(jī)之間設(shè)置了一個(gè)前端處理機(jī)FEP (Front End Processor)或通信控制器CCP(Communication Control Processor ),專門負(fù)責(zé)與終端之間的通信

5、控制,從而出現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理和通信控制的分工,更好地發(fā)揮了主計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力。另外,在終端較集中處設(shè)置集中器（Concentrator),它首先通過低速線路將附近群集的終端連至集中器,然后通過高速通信線路與遠(yuǎn)程中心計(jì)算機(jī)的前端機(jī)相連，如下圖所示。,11,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,實(shí)例：20世紀(jì)60年代初，美國建成了全國性航空公司飛機(jī)票系統(tǒng)（SABRE），它用一臺主計(jì)算機(jī)連接遍布全國各地的2000多個(gè)終端。 3、計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：即計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，20世紀(jì)60年代中期發(fā)展了由若干計(jì)算機(jī)互聯(lián)的系統(tǒng)，即利用通信線路將多臺計(jì)算機(jī)連接起來，開始了計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)之間的通信。有兩種結(jié)構(gòu)形式，如

6、下圖所示：,12,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,a,CC,CC,CC,H,T,T,T,H,T,T,H,T,T,T,b,通信子網(wǎng),資源子網(wǎng),13,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,圖a所示是主計(jì)算機(jī)通過通信線路直接互聯(lián)的結(jié)構(gòu)，主計(jì)算機(jī)同時(shí)承擔(dān)數(shù)據(jù)處理和通信工作；圖b所示是通過通信控制處理機(jī)（CC）間接地把各主計(jì)算機(jī)連接的結(jié)構(gòu)，通信控制處理機(jī)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中各主機(jī)間的通信處理和控制，主計(jì)算機(jī)則只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理。 4、信息網(wǎng)絡(luò)：1993年美國提出的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施NII計(jì)劃。提出：高速信息網(wǎng)是國家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分，也稱“信息高速公路”；1994年，美國又提出建立全球

7、信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)GII的倡議，建議將各國的NII互邊起來，組成世界范圍的信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。,14,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義：（沒有一致的嚴(yán)格定義） 從計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)相結(jié)合的廣義觀點(diǎn)出發(fā)定義：計(jì)算技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息處理和進(jìn)一步共享資源的系統(tǒng)。照此定義，五十年代的遠(yuǎn)程終端計(jì)算機(jī)網(wǎng)，六十年代的計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)網(wǎng)以及目前發(fā)展的分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)均屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 美國信息處理學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)（AFIPS）在1970年從共享資源角度出發(fā)定義：“以能夠相互共享資源（硬件、軟件和數(shù)據(jù)等）的方式連接起來，并各自具備獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合”。 隨著“遠(yuǎn)程終端計(jì)算機(jī)”通信發(fā)展

8、到“計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)”通信，后來人們又提出了計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的定義：在計(jì)算機(jī)之間以傳輸信息為目的連接起來的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合，稱為計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)。,15,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,從物理結(jié)構(gòu)上看，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)又可定義為在協(xié)議控制下，由若干計(jì)算機(jī)、終端設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和通信控制處理機(jī)等組成的系統(tǒng)集合。該定義強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)網(wǎng)是在協(xié)議控制下，通過通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的連接，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是區(qū)別計(jì)算網(wǎng)絡(luò)與一般的計(jì)算機(jī)互連系統(tǒng)的標(biāo)志。 綜上所述，根據(jù)目前流行的觀點(diǎn)，可以把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義為：按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以共享資源為主要目的，將地理上分散且獨(dú)立的計(jì)算機(jī)互相連接起來形成的集合體。通常根據(jù)人們所處環(huán)境和研究的

9、著眼點(diǎn)不同，可采用不同術(shù)語。當(dāng)著重研究網(wǎng)絡(luò)資源共享問題時(shí)，可稱作計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)著重研究和分析通信方面問題時(shí)，常稱作計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。我們對這兩個(gè)術(shù)語將不加嚴(yán)格區(qū)分，一般都稱作計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,16,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該有三個(gè)主要的組成部分： 1、若干個(gè)主機(jī)，它們向各用戶提供服務(wù)； 2、一個(gè)通信子網(wǎng)，它由一些專用的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)和連接這些結(jié)點(diǎn)的通信鏈路組成； 3、一系列協(xié)議，為在主機(jī)之間或主機(jī)與子網(wǎng)之間的通信而用。,17,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,實(shí)體與協(xié)議： 網(wǎng)絡(luò)中的通信是指在不同系統(tǒng)中的實(shí)體之間的通信。 實(shí)體，是指能發(fā)送和接收信息的任何東

10、西，包括終端、應(yīng)用軟件、通信進(jìn)程等。 協(xié)議：跟在人與人之間交流一樣，實(shí)體之間通信需要一些規(guī)則和約定，例如，傳送的信息塊采用何種編碼和怎樣的格式？如何識別收發(fā)者的名稱和地址？傳送過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤如何處理？發(fā)送和接收速率不一致怎么辦？簡單地講，通信雙方在通信時(shí)需要遵循的一組規(guī)則和約定就是協(xié)議。 協(xié)議的構(gòu)成：協(xié)議主要由語義、語法和定時(shí)三部分組成，語義規(guī)定通信雙方準(zhǔn)備“講什么”，亦即確定協(xié)議元素的種類；語法規(guī)定通信雙方“如何講”，確定數(shù)據(jù)的信息格式、信號電平等；定時(shí)則包括速度匹配和排序等。,18,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要功能 數(shù)據(jù)通信：即數(shù)據(jù)傳送，用以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與終

11、端或計(jì)算機(jī)之間傳送各種信息，利用這一功能，地理位置分散的生產(chǎn)單位或業(yè)務(wù)部門可通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接起來，進(jìn)行集中的控制和管理。 資源共享：包括共享軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源，可以使網(wǎng)上用戶都能部分或全部地享受這些資源，使網(wǎng)絡(luò)中各地區(qū)的資源互通有無，分工協(xié)作，從而大大地提高系統(tǒng)資源的利用率。 提高計(jì)算機(jī)的可靠性和可用性：,19,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,提高可靠性表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中各臺計(jì)算機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)彼此互為后備機(jī)，一旦某臺計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，故障機(jī)的任務(wù)就可由其它計(jì)算機(jī)代為處理，避免了單機(jī)在無后備使用情況下，某些計(jì)算機(jī)故障導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓的現(xiàn)象，大大提高了可靠性。 提高可用性指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某臺計(jì)算機(jī)

12、負(fù)載過重時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可將新的任務(wù)轉(zhuǎn)交給網(wǎng)中較空閑的計(jì)算機(jī)完成，這樣就能均衡各計(jì)算機(jī)的負(fù)載，提高了每一臺計(jì)算機(jī)的可用性。 易于進(jìn)行分布處理：各用戶可根據(jù)情況合理選擇網(wǎng)內(nèi)資源，以就近、快速地處理。,20,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 1、按距離分：局域網(wǎng)（LAN），城域網(wǎng)（MAN）和廣域網(wǎng)（WAN）； 2、按數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)的擁有者分：公用網(wǎng)和專用網(wǎng)。 3、按交換方式分：包交換和電路交換。,21,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,LAN,22,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,MAN,23,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,WAN,2

13、4,第一章 OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系,Internetwork(Internet),25,1.1 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu),分層的原因： 兩個(gè)系統(tǒng)中實(shí)體間的通信是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，為了減少協(xié)議設(shè)計(jì)和調(diào)試過程的復(fù)雜性，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)都按層次的方式來組織，每一層完成一定的功能，每一層又都建立在它的下層之上。 不同的網(wǎng)絡(luò)，其層的數(shù)量、各層的名字、內(nèi)容和功能不盡相同，然而在所有的網(wǎng)絡(luò)中，每一層都是通過層間接口向上一層提供一定的服務(wù)，而把這種服務(wù)是如何實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)對上層加以屏蔽。,26,1.1 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu),27,1.1 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu),更具體地講，如圖1-1所示，層次結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)含義： 第n

14、層的實(shí)體在實(shí)現(xiàn)自身定義的功能時(shí)，只使用（n-1）層提供的服務(wù)。 n層向（n+1）層提供服務(wù)，此服務(wù)不僅包括n層本身所執(zhí)行的功能，還包括由下層服務(wù)提供的功能總和。 最低層只提供服務(wù)，是提供服務(wù)的基礎(chǔ)；最高層只是用戶，是使用服務(wù)的最高層；中間各層既是下一層的用戶，又是上一層服務(wù)的提供者。 僅在相鄰層間有接口，且下層所提供服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對上層完全屏蔽。,28,1.1 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu),N層中的活動(dòng)元素通常稱為n層實(shí)體。不同機(jī)器上同一層的實(shí)體叫做對等實(shí)體。N層實(shí)體實(shí)現(xiàn)的服務(wù)為n+1層所利用。在這種情況下，n層被稱為服務(wù)提供者，n+1層是服務(wù)用戶。服務(wù)是在服務(wù)訪問點(diǎn)（SAP）提供給上層使用的。N層SA

15、P就是N+1層可以訪問N層服務(wù)的地方。每個(gè)SAP都有一個(gè)能夠唯一地標(biāo)識它的地址。在同樣的意義上，我們可以把電話系統(tǒng)中的電話插孔看成是一種SAP，而SAP地址就是這些插孔的電話號碼。要想和他人通話，就必須知道他的SAP地址（電話號碼）。類似地，在郵政系統(tǒng)中，SAP地址是街名和信箱。發(fā)一封信，必須知道收信人的SAP地址。,29,1.1 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu),相鄰層之間要交換信息，在接口處也必須遵循一定的規(guī)則。如圖1-2所示，在典型的接口上，n+1層實(shí)體通過SAP把一個(gè)接口數(shù)據(jù)單元（IDU）傳遞給n層實(shí)體。IDU由服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）和一些控制信息組成。SDU是將要跨越網(wǎng)絡(luò)傳遞給遠(yuǎn)方對等實(shí)體，然后上交給

16、遠(yuǎn)方n+1層的信息。控制信息被下層實(shí)體用來指導(dǎo)其功能任務(wù)的執(zhí)行，但不是發(fā)送給遠(yuǎn)方對等實(shí)體的內(nèi)容。,30,1.1 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu),31,1.1 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu),為了傳送SDU，n層實(shí)體可能把SDU分成幾段，每一段加上一個(gè)頭之后作為一個(gè)獨(dú)立的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）送出。PDU被對等實(shí)體用于執(zhí)行對等協(xié)議。對等實(shí)體根據(jù)PDU頭部的信息分辨哪些PDU包含數(shù)據(jù)，哪些PDU包含控制信息，以及哪些PDU提供順序號和計(jì)數(shù)等。 下層向上層提供的服務(wù)可以劃分為面向連接的和無連接的兩大類別。面向連接的服務(wù)類似于打電話。要和某個(gè)人通話，我們先拿起電話，撥號碼，談話，然后掛斷。同樣，在使用面向連接的服務(wù)時(shí)，用戶首先要建立

17、連接，傳送數(shù)據(jù)，然后釋放連接。連接本質(zhì)上象個(gè)管道，發(fā)送者在管道的一端放入物體，接收者在另一端以同樣的次序取出物體。,32,1.1 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu),相反，無連接服務(wù)類似于郵政系統(tǒng)中普通信件的投遞。每個(gè)報(bào)文（信件）帶有完整的目標(biāo)地址，并且每一個(gè)報(bào)文都獨(dú)立于其它報(bào)文，經(jīng)由系統(tǒng)選定的路線傳遞。在正常情況下，當(dāng)兩個(gè)報(bào)文發(fā)往同一目的地時(shí)，先發(fā)的先收到。但是，也有可能先發(fā)的報(bào)文在途中延誤了，后發(fā)的報(bào)文反而先收到。而這種情況在面向連接的服務(wù)中是絕不可能發(fā)生的。,33,1.1 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu),應(yīng)該指出，服務(wù)和協(xié)議是完全不同的概念，但二者又常常被混淆在一起。它們之間的區(qū)別是如此重要，以致于我們在此必須再強(qiáng)調(diào)一次。

18、服務(wù)是各層向它的上層提供的一組原語。盡管服務(wù)定義了該層能夠?yàn)樗纳蠈油瓿傻牟僮?，但絲毫也未涉及這些操作是如何完成的。服務(wù)定義了兩層之間的接口，上層是服務(wù)用戶，下層是服務(wù)提供者 與之相對比，協(xié)議是定義在相同層次的對等實(shí)體之間交換的幀、分組和報(bào)文的格式及含義的一組規(guī)則。實(shí)體利用協(xié)議來實(shí)現(xiàn)它們的服務(wù)定義。只要不改變提供給用戶的服務(wù)，實(shí)體可以任意地改變它們的協(xié)議。這樣，服務(wù)和協(xié)議就被完全地分離開來。,34,1.1 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu),我們可以把服務(wù)跟程序設(shè)計(jì)語言相類比。服務(wù)就象程序設(shè)計(jì)語言中的抽象數(shù)據(jù)類型。抽象數(shù)據(jù)類型定義了能在一個(gè)目標(biāo)上執(zhí)行的操作，但并不說明這些操作是如何實(shí)現(xiàn)的。協(xié)議關(guān)系到服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，但

19、對服務(wù)的用戶來說是不可見的。 在典型的情況下，當(dāng)接收到一個(gè)服務(wù)原語時(shí)，一層的協(xié)議實(shí)體讀原語中的參數(shù)，并把它們與附加的協(xié)議控制信息相結(jié)合形成該層的PDU。所產(chǎn)生的PDU再放到帶有附加參數(shù)的服務(wù)原語的用戶數(shù)據(jù)段中，以傳遞給相鄰下層。這可以用圖1-4來說明。,35,1.1 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu),36,1.2 OSI參考模型,對于結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)，一般將層和協(xié)議的集合叫作網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。我們已經(jīng)知道，制定通信協(xié)議的主要目的是要保證兩個(gè)通信實(shí)體能夠發(fā)送、接收并解釋它們想要交換的信息。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)則定義大的框架，協(xié)議功能是在該框架中被適當(dāng)?shù)囟x的。體系結(jié)構(gòu)對于減少存在于端點(diǎn)到端點(diǎn)通信任務(wù)中固有的概念復(fù)雜性很有

20、價(jià)值。現(xiàn)今大多數(shù)的體系結(jié)構(gòu)都是基于層次的概念。在這種體系結(jié)構(gòu)中，一個(gè)端到端的通信任務(wù)是通過逐次地在每個(gè)協(xié)議層中不斷增加“確切含義”來完成的。,37,1.2 OSI參考模型,多年來國際標(biāo)準(zhǔn)化組織、學(xué)術(shù)團(tuán)體、各個(gè)國家的許多研究機(jī)構(gòu)和大的公司都十分重視對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究和開發(fā)。目前比較著名的體系結(jié)構(gòu)是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出的開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型和美國國防部研制的TCP/IP協(xié)議體系。另外IBM公司的SNA體系（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）、Novell公司和微軟公司提出的局域網(wǎng)協(xié)議結(jié)構(gòu)也很有影響。在本章內(nèi)后面的討論中，我們將重點(diǎn)敘述OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系，并在此基礎(chǔ)上介紹一個(gè)

21、綜合的實(shí)用模型，即采用五個(gè)層次的經(jīng)修改的OSI模型。,38,1.2 OSI參考模型,OSI參考模型如圖1-5所示。該模型基于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的建議，是作為要對各種層次上使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)國際標(biāo)準(zhǔn)化的工作的第一步而提出來的。它的提出是要為協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的研制提供一個(gè)共同的基礎(chǔ)，允許現(xiàn)存的和正在演變的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)有一致的框架和前景。其最終目的是，允許任一支持某種可用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)程自由地與任何支持同一標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行通信，而不管計(jì)算機(jī)是由哪個(gè)廠商制造的。正因?yàn)槿绱?，該模型被稱為開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型。,39,1.2 OSI參考模型,40,1.2 OSI參考模型 1.2.1

22、模型結(jié)構(gòu),如圖1-5所示, OSI參考模型把整個(gè)通信子系統(tǒng)被劃分為七個(gè)層次，每層執(zhí)行一種明確定義的功能。 從概念上講，這些層可以被看成執(zhí)行兩類功能，即依賴于網(wǎng)絡(luò)的功能和面向應(yīng)用的功能。由此產(chǎn)生了下列三種不同的操作環(huán)境： 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 涉及跟不同類型的下層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。 OSI環(huán)境 包括網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和面向應(yīng)用的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，允許未端系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）以開放的方式互相通信。 現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)環(huán)境 建立在OSI環(huán)境之上，參與一個(gè)廠商自己的專有軟件和服務(wù)，通過這種軟件和服務(wù)完成特別的分布式信息處理任務(wù)。,41,1.2 OSI參考模型 1.2.1 模型結(jié)構(gòu),在圖1-4所示的7個(gè)OSI層次中，最低3層（1-3）

23、是依賴網(wǎng)絡(luò)的，牽涉到將兩臺通信計(jì)算機(jī)鏈接在一起所使用的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的相關(guān)協(xié)議。高三層（5-7）是面向應(yīng)用的，牽涉到允許兩個(gè)末端用戶應(yīng)用進(jìn)程交互作用的協(xié)議，通常是由本地操作系統(tǒng)提供的一套服務(wù)。中間的傳輸層為面向應(yīng)用的上3層遮蔽了跟網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的下3層的詳細(xì)操作。本質(zhì)上講，它建立在由下3層提供的服務(wù)上，為面向應(yīng)用的高層提供網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的信息交換服務(wù)。,42,1.2 OSI參考模型 1.2.1 模型結(jié)構(gòu),每一層的功能以協(xié)議形式正規(guī)描述，協(xié)議定義了某層跟另一（遠(yuǎn)方）系統(tǒng)中的一個(gè)類似層（對等層）通信所使用的一套規(guī)則和約定。每一層向相鄰上層提供一套確定的服務(wù)，并且使用由相鄰下層提供的服務(wù)向遠(yuǎn)方對等層傳輸跟該層協(xié)議相

24、關(guān)的信息單元。例如，傳輸層為它上面的會(huì)話層提供可靠的網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的信息傳輸服務(wù)，并且使用其下面網(wǎng)絡(luò)層所提供的服務(wù)將與傳輸層協(xié)議有關(guān)的一組信息單元傳送給另一系統(tǒng)中的一對等傳輸層。在概念上，每一層都根據(jù)一個(gè)明確定義的協(xié)議跟一個(gè)遠(yuǎn)方系統(tǒng)中的一個(gè)類似對等層通信，但在實(shí)際上該層所產(chǎn)生的協(xié)議信息單元是借助于相鄰下層所提供的服務(wù)傳送的。,43,1.2 OSI參考模型 1.2.1 模型結(jié)構(gòu),下面我們就從最下層開始，逐次討論OSI參考模型的各層。請注意，OSI模型本身并未確切地描述用于各層的具體服務(wù)和協(xié)議，它僅僅告訴我們每一層應(yīng)該做什么。不過，ISO確實(shí)已為各層制定了一些標(biāo)準(zhǔn)，但它們并不是參考模型的一部分，它們是作

25、為獨(dú)立的國際標(biāo)準(zhǔn)公布的。,44,1、物理層(Physical Layer),功能 完成相鄰節(jié)點(diǎn)之間原始比特流的傳輸 協(xié)議 機(jī)械特性：連接器形狀 電氣特性：正、負(fù)邏輯，傳輸介質(zhì)、速率、距離等 功能特性：每一根信號線的功能定義 過程特性：完成特定功能時(shí)，各信號的工作過程 實(shí)例 EIA RS-232-C， RS-449，RS-422，RS-423，RS-530,45,2、數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer),功能 完成相鄰節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的可靠傳輸 協(xié)議 幀(frame) 差錯(cuò)控制 流量控制 實(shí)例 SDLC，HDLC，LAPB LAN的數(shù)據(jù)鏈路層又分為兩個(gè)子層： 介質(zhì)訪問子層（MAC） 邏輯鏈路

26、子層（LLC）,46,3、網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer),功能 完成兩個(gè)主機(jī)之間的報(bào)文的傳輸 協(xié)議 報(bào)文(packet) 主機(jī)尋址 路由選擇 擁塞控制 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi) 實(shí)例 IP IPX,47,4、傳輸層(Transport Layer),功能 在兩個(gè)主機(jī)的不同進(jìn)程之間提供無差錯(cuò)和有效的數(shù)據(jù)通信服務(wù) 協(xié)議 進(jìn)程尋址 流量控制 差錯(cuò)控制 服務(wù)質(zhì)量QoS 多路復(fù)用和分解 實(shí)例 TCP/UDP SPX,48,5、會(huì)話層(Session Layer),功能 完成用戶進(jìn)程之間的會(huì)話管理 協(xié)議 同步 令牌管理 實(shí)例 OSIs 會(huì)話層協(xié)議 SUNs RPC,49,6、表示層(Presentatio

27、n Layer),功能 完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)加密/解密 數(shù)據(jù)壓縮/解壓 實(shí)例 OSI ASN.1,50,7、應(yīng)用層(Application Layer),功能 提供訪問網(wǎng)絡(luò)的各種接口和應(yīng)用層協(xié)議 實(shí)例 E-mail Telnet FTP ftp:/ WWW BBS Gopher，Achieve，WAIS,51,1.2 OSI參考模型 1.2.1 模型結(jié)構(gòu),52,1.2 OSI參考模型 1.2.1 模型結(jié)構(gòu),整個(gè)過程中最關(guān)鍵的概念是，雖然數(shù)據(jù)的實(shí)際傳輸方向是垂直的，但每一層在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)都好象數(shù)據(jù)一直是水平傳輸?shù)?。例如，?dāng)發(fā)送方的傳輸層從會(huì)話層得到報(bào)文時(shí)，它加上一個(gè)傳輸層報(bào)頭，并把報(bào)文發(fā)送給

28、接收方的傳輸層。從發(fā)送方傳輸層的觀點(diǎn)來看，實(shí)際上它必須把報(bào)文傳給本機(jī)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)層，但這一事實(shí)只是不重要的技術(shù)細(xì)節(jié)。如同一位說非通用語的外交官在聯(lián)合國發(fā)言時(shí)，他認(rèn)為自己是在向在座的其他外交官致詞。事實(shí)上，他僅是在向自己的翻譯講話，也許只有翻譯能夠明白他在講什么內(nèi)容；然而這并不妨礙他和別的外交官交流，因?yàn)檫@僅僅是一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)。,53,1.2 OSI參考模型 1.2.2 協(xié)議層,當(dāng)描述任何協(xié)議層的動(dòng)作時(shí)，從一開始就要將該層所提供的服務(wù)、該層的內(nèi)部操作（即協(xié)議）和該層所使用的服務(wù)區(qū)別開來。每一層的功能只能在與其它層的關(guān)系中進(jìn)行定義。實(shí)現(xiàn)單個(gè)協(xié)議層的程序設(shè)計(jì)人員只需要知道該層向上層提供的服務(wù)，該層的內(nèi)部協(xié)

29、議，以及為了將跟該層協(xié)議有關(guān)的適當(dāng)?shù)男畔㈨?xiàng)傳送給遠(yuǎn)方系統(tǒng)中的類似層由下層所提供的服務(wù)。該層軟件實(shí)現(xiàn)人員不需要知道其它層更多的東西。,54,1.2 OSI參考模型 1.2.2 協(xié)議層,例如，為描述傳輸層的功能，只需要考慮： （1）傳輸層要向會(huì)話層提供的一套明確的服務(wù)，其目的是為了把會(huì)話層信息單元傳輸?shù)竭h(yuǎn)方系統(tǒng)的同等會(huì)話層。 （2）傳輸層內(nèi)部操作（協(xié)議），牽涉到諸如建立和管理與遠(yuǎn)方系統(tǒng)中對等傳輸層的邏輯連接，以及在所建立的鏈接上傳送的傳輸層信息單元的錯(cuò)誤處理及流控制這樣的 功能。 （3）為了將這些信息單元傳送給一個(gè)對等傳輸層由網(wǎng)絡(luò)層所提供的服務(wù)。 在描述每一協(xié)議層的功能時(shí)，上述三個(gè)方面要分別對待。

30、 每個(gè)協(xié)議層的描述包括兩套文檔：服務(wù)定義文本和協(xié)議描述文本。,55,1.3 TCP/IP協(xié)議體系,TCP/IP（Transmission Contol Protocol / Internet Protocol）是傳輸控制協(xié)議/互連網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的縮寫，當(dāng)初是為美國國防部高級研究計(jì)劃局（DARPA）設(shè)計(jì)的，一般稱為ARPAnet，其目的在于能夠讓各種各樣的計(jì)算機(jī)都可以在一個(gè)共同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運(yùn)行。TCP/IP協(xié)議的形成有一個(gè)過程。1969年初建的ARPAnet主要是一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工程；70年代初，在最初建網(wǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開始了第二代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)工作，稱為網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP。70年代中，國際信息處理聯(lián)合會(huì)進(jìn)一

31、步補(bǔ)充和完善了NCP的開發(fā)工作，從而導(dǎo)致了TCP/IP協(xié)議的出現(xiàn) 。,56,1.3 TCP/IP協(xié)議體系,80年代初，美國伯克利大學(xué)將TCP/IP設(shè)計(jì)在UNIX操作系統(tǒng)內(nèi)核中，1983年美國國防部DOD宣布，將ARPAnet的NCP完全過渡到TCP/IP，成為正式的軍事標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，SUN等公司將TCP/IP引入了廣泛的商業(yè)領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代中期WWW的流行更帶來了Internet用戶爆炸性的增長?，F(xiàn)在Internet已發(fā)展成為世界上最大的國際性計(jì)算機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)。,57,1.3 TCP/IP協(xié)議體系,58,1.3 TCP/IP協(xié)議體系,圖1-12示出了TCP/IP的分層結(jié)構(gòu)及其與OSI七層

32、協(xié)議模型的對應(yīng)關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)接口層似乎與OSI的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層相對應(yīng)，但實(shí)際上TCP/IP本身并沒有真正描述這一部分，只是指出主機(jī)必須使用某種協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)連接，以便能在其上傳遞IP（互連網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）分組。具體的物理網(wǎng)絡(luò)可以是各種類型的局域網(wǎng)，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、令牌總線網(wǎng)等，也可以是諸如X.25、幀中繼、電話網(wǎng)、DDN等公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)接口層負(fù)責(zé)從主機(jī)或節(jié)點(diǎn)接收IP分組，并把它們發(fā)送到指定的物理網(wǎng)絡(luò)上。,59,1.3 TCP/IP協(xié)議體系,互連網(wǎng)絡(luò)層是整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，它的功能是使主機(jī)可以把分組發(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)，并使分組獨(dú)立地傳向目的地（可能經(jīng)由不同的物理網(wǎng)絡(luò)）。這些分組到達(dá)的順序和發(fā)送的順序

33、可能不同，因此如需要按順序發(fā)送及接收時(shí)，高層必須對分組排序。必須注意到，我們所說的“internet”是基于一般意義的，雖然Internet（因特網(wǎng)）中確實(shí)存在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層。 互連網(wǎng)絡(luò)層定義了標(biāo)準(zhǔn)的分組格式和協(xié)議，即IP協(xié)議（internet protocol）?；ミB網(wǎng)絡(luò)層的功能就是把IP分組發(fā)送到應(yīng)該去的地方。選擇分組路由和避免阻塞是這里主要的設(shè)計(jì)問題。由于這些原因，我們有理由說TCP/IP互連網(wǎng)絡(luò)層和OSI網(wǎng)絡(luò)層在功能上非常相似。,60,1.3 TCP/IP協(xié)議體系,傳輸層（又稱運(yùn)輸層）在TCP/IP模型中位于互連網(wǎng)絡(luò)層之上，它的功能是使源端和目的端主機(jī)上的對等實(shí)體可以進(jìn)行會(huì)話（和OSI的傳

34、輸層一樣）。這里定義了兩個(gè)端到端的協(xié)議。第一個(gè)是傳輸控制協(xié)議TCP（Transmission Control Protocol）。它是一個(gè)面向連接的協(xié)議，允許從一臺機(jī)器發(fā)出的字節(jié)流無差錯(cuò)地發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其它機(jī)器。它把輸入的字節(jié)流分成報(bào)文段，并傳給互連網(wǎng)絡(luò)層。在接收端，TCP接收進(jìn)程把收到的報(bào)文再組裝成輸出流。TCP還要處理流量控制，以避免快速發(fā)送方向低速接收方發(fā)送過多報(bào)文而使接收方無法處理。,61,1.3 TCP/IP協(xié)議體系,第二個(gè)協(xié)議是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP（User Datagram Protocol）。它是一個(gè)不可靠的、無連接協(xié)議，用于不需要TCP的排序和流量控制能力而是自己完成這些功能

35、的應(yīng)用程序。它也被廣泛地應(yīng)用于只有一次的客戶服務(wù)器模式的請求應(yīng)答查詢，以及快速遞交比準(zhǔn)確遞交更重要的應(yīng)用程序，如傳輸語音或影像。IP、TCP和UDP之間的關(guān)系如圖1-13所示。自從這個(gè)協(xié)議體系出現(xiàn)以來，IP已經(jīng)在很多其它網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)了。,62,1.3 TCP/IP協(xié)議體系,63,1.3 TCP/IP協(xié)議體系,傳輸層的上面是應(yīng)用層。它包含所有的高層協(xié)議。最早引入的是虛擬終端協(xié)議（TELNET）、文件傳輸協(xié)議（FTP）和電子郵件協(xié)議（SMTP），如圖F-6所示。虛擬終端協(xié)議允許一臺機(jī)器上的用戶登錄到遠(yuǎn)程機(jī)器上進(jìn)行工作，文件傳輸協(xié)議提供了有效地把數(shù)據(jù)從一臺機(jī)器移動(dòng)到另一臺機(jī)器的方法。電子郵件最初僅是一

36、種文件傳輸，但是后來為它提出了專門的協(xié)議。這些年來又增加了不少協(xié)議，例如域名系統(tǒng)服務(wù)DNS（domain name service）用于把主機(jī)名映射到網(wǎng)絡(luò)地址；NNTP協(xié)議，用于傳遞新聞文章；還有HTTP協(xié)議，用于在環(huán)球網(wǎng)（WWW）上獲取主頁等。,64,1.4 一個(gè)基于OSI的修改模型,OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議體系有很多相似之處。它們都是基于獨(dú)立的協(xié)議棧的概念。而且層的功能也大體相似。例如，在兩個(gè)模型中，自底向上直至和包括傳輸層的若干層為希望通信的進(jìn)程提供端到端的與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的傳輸服務(wù)。這些層形成了傳輸提供者。同樣，在兩種體系結(jié)構(gòu)中，傳輸層以上的層都是面向應(yīng)用的傳輸服務(wù)的用戶。,65,1

37、.4 一個(gè)基于OSI的修改模型,除了這些基本的相似點(diǎn)之外，兩種體系也有很多差別。OSI模型有3個(gè)主要概念，即服務(wù)、接口和協(xié)議。可能OSI模型的最大貢獻(xiàn)就是使這3個(gè)概念之間的區(qū)別明確化了。每一層都為它上面的層提供某些服務(wù)。服務(wù)定義一個(gè)層做些什么，而不管上面的層怎樣訪問它，也不管該層是如何工作的。接口告訴上面的進(jìn)程如何訪問它，它定義需要什么參數(shù)以及預(yù)期結(jié)果是什么樣的。同樣，它也和該層如何工作無關(guān)。最后，某一層中使用的對等協(xié)議是該層的內(nèi)部事務(wù)。它可以使用任何一種協(xié)議，只要能勝任工作（例如提供承諾的服務(wù)）。即使某一層改變了協(xié)議，也不會(huì)影響高層中軟件的工作。這些思想和現(xiàn)代面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)非常吻合。一個(gè)對象（象一個(gè)層一樣）有一組方法（操作），在該對象外部的進(jìn)程可以使用它們。方法的語義定義該對象所提供的服務(wù)。方法的參數(shù)和結(jié)果就是對象的接口，而對象內(nèi)部的代碼即是它的協(xié)議，在對象外部是不可見的。,66,1.4 一個(gè)基于OSI的修改模型,相比之外，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)最初沒有明確區(qū)分服務(wù)、接口和協(xié)議，雖然后來人們試圖改進(jìn)它以便向OSI靠攏。例如，互連網(wǎng)絡(luò)層真正提供的服務(wù)只是發(fā)送IP分組和接收IP分組。因此，OSI模型中的協(xié)議比TCP/IP結(jié)構(gòu)中的協(xié)議