计算机网络讲义3课件

指导教师指导教师:杨建国杨建国二零一零年三月二零一零年三月2盛威网：专业的计算机学习网站第三章第三章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构v 第一节第一节 网络体系结构网络体系结构v 第二节第二节 物理层协议物理层协议v 第三节第三节 数据链路协议数据链路协议v 第四节第四节 网络层协议网络层协议v 第五节第五节 传输层协议传输层协议v 第六节第六节 高层协议高层协议3盛威网：专业的计算机学习网站3.1 网络体系结构网络体系结构一一.基本概念基本概念第三章第三章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构p计算机网络的四个重要的概念：计算机网络的四个重要的概念：层次（层次（layer）协议（协议（protocol）接口（接口（interface）体系结构（体系结构（architecture）4盛威网：专业的计算机学习网站1.层次（层次（layer）层次是人们对复杂问题处理的基本方法层次是人们对复杂问题处理的基本方法将总体要实现的很多功能分配在不同层次中将总体要实现的很多功能分配在不同层次中对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定不同的系统分成相同的层次不同的系统分成相同的层次不同系统的最低层之间存在着不同系统的最低层之间存在着“物理物理”通信通信不同系统的对等层次之间存在着不同系统的对等层次之间存在着“虚拟虚拟”通信通信对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具 体实现方法体实现方法5盛威网：专业的计算机学习网站层次结构研究方法的优点：层次结构研究方法的优点：各层之间相互独立各层之间相互独立灵活性好灵活性好各层都可以采用最合适的技术来实现各层都可以采用最合适的技术来实现易于实现和维护易于实现和维护有利于促进标准化有利于促进标准化6盛威网：专业的计算机学习网站2.协议协议v 协议协议:通信双方为了实现通信所进行的约定或对话规则通信双方为了实现通信所进行的约定或对话规则v虚拟终端协议虚拟终端协议:对于不相容终端对于不相容终端,除了需变换字符集字符除了需变换字符集字符 外外,其他特性其他特性(如显示格式与行长如显示格式与行长)也需作相应的变换的也需作相应的变换的协议协议v 计算机网络协议计算机网络协议:为网络数据交换而制定的规则、约定与标准为网络数据交换而制定的规则、约定与标准 语义语义:用于解释比特流的每一部分的意义用于解释比特流的每一部分的意义语法语法:语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数 据出现的顺序的意义据出现的顺序的意义 定时定时:事件实现顺序的详细说明事件实现顺序的详细说明7盛威网：专业的计算机学习网站3.接口（接口（interface）接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低层同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低层 向高层通过接口提供服务向高层通过接口提供服务只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体实只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体实 现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作8盛威网：专业的计算机学习网站体系结构体系结构定定 义义元元 素素物理结构物理结构实现网络逻辑功能最优分实现网络逻辑功能最优分配的各种网络子系统和设配的各种网络子系统和设备备完成一定功能的完成一定功能的物理物理部件部件逻辑结构逻辑结构执行各种网络操作任务所执行各种网络操作任务所需的功能需的功能决定输入、存储、发决定输入、存储、发送、处理或信息传递送、处理或信息传递的的基本操作功能基本操作功能软件结构软件结构网络软件的结构网络软件的结构,这些网络这些网络软件就是在各网络部件中软件就是在各网络部件中执行网络功能的程序执行网络功能的程序各种程序各种程序4.体系结构体系结构9盛威网：专业的计算机学习网站一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集网络协议是按层次结构来组织的网络协议是按层次结构来组织的网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的 定义定义体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件和体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件和 软件软件10盛威网：专业的计算机学习网站二二.ISO/OSI参考模型参考模型在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际 组织是：组织是：国际电报与电话咨询委员会：国际电报与电话咨询委员会：CCITT，Consultative Committee on International Telegraph and Telephone国际标准化组织：国际标准化组织：ISO，International Standards OrganizationCCITT与与ISO的工作领域是不同的：的工作领域是不同的：CCITT 主要是考虑通信标准的制定主要是考虑通信标准的制定ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构主要是考虑信息处理与网络体系结构11盛威网：专业的计算机学习网站在在OSI中中 的的“开放开放”是指只要遵循是指只要遵循OSI标准，一个系统标准，一个系统就就 可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其它可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其它 任何系统进行通信任何系统进行通信OSI标准中，采用的是三级抽象：标准中，采用的是三级抽象：体系结构（体系结构（architecture）服务定义（服务定义（service definition）协议说明（协议说明（protocol specification）12盛威网：专业的计算机学习网站（1）体系结构）体系结构开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包 括的可能的服务括的可能的服务作为一个框架来协调和组织各层协议的制定作为一个框架来协调和组织各层协议的制定对网络内部结构最精炼地概括与描述对网络内部结构最精炼地概括与描述13盛威网：专业的计算机学习网站（2）服务定义）服务定义详细地说明了各层所提供的服务详细地说明了各层所提供的服务某一层的服务就是该层及其以下各层的一种能力某一层的服务就是该层及其以下各层的一种能力低层的服务是通过接口向上一层提供的低层的服务是通过接口向上一层提供的各层所提供的服务与这些服务是如何实现的无关各层所提供的服务与这些服务是如何实现的无关定义了层与层之间的接口与各层使用的原语，但不涉及定义了层与层之间的接口与各层使用的原语，但不涉及 接口是具体实现的接口是具体实现的14盛威网：专业的计算机学习网站（3）协议说明）协议说明OSI标准中的各种协议精确地定义了：标准中的各种协议精确地定义了：应该发送什么样的控制信息应该发送什么样的控制信息如何解释这个控制信息如何解释这个控制信息 协议的规程说明具有最严格的约束协议的规程说明具有最严格的约束15盛威网：专业的计算机学习网站OSI参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程间通参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程间通 信标准的制定信标准的制定在在OSI的范围内，只有各种的协议是可以被实现的，而的范围内，只有各种的协议是可以被实现的，而 各种产品只有和各种产品只有和OSI的协议相一致时才能互连的协议相一致时才能互连OSI参考模型并不是一个标准，而是一个在制定标准时参考模型并不是一个标准，而是一个在制定标准时 所使用的概念性的框架所使用的概念性的框架16盛威网：专业的计算机学习网站ISO划分七层结构的基本原则划分七层结构的基本原则:网中各结点都具有相同的层次网中各结点都具有相同的层次不同结点的同等层具有相同的功能不同结点的同等层具有相同的功能同一结点内相邻层之间通过接口通信同一结点内相邻层之间通过接口通信每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信17盛威网：专业的计算机学习网站18盛威网：专业的计算机学习网站物理层的主要功能：物理层的主要功能：利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物 理连接理连接实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务物理层的数据传输单元是比特物理层的数据传输单元是比特19盛威网：专业的计算机学习网站数据链路层的主要功能：数据链路层的主要功能：在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体 间建立数据链路连接间建立数据链路连接传输以传输以“帧帧”为单位的数据包为单位的数据包采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变 成无差错的数据链路成无差错的数据链路20盛威网：专业的计算机学习网站网络层的主要功能：网络层的主要功能：通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径为数据在结点之间传输创建逻辑链路为数据在结点之间传输创建逻辑链路实现拥塞控制、网络互连等功能实现拥塞控制、网络互连等功能21盛威网：专业的计算机学习网站传输层的主要功能：传输层的主要功能：向用户提供可靠端到端（向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务服务处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问 题题传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信 体系结构中关键的一层体系结构中关键的一层22盛威网：专业的计算机学习网站会话层的主要功能会话层的主要功能:负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点到点传负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点到点传 输不中断输不中断管理数据交换管理数据交换23盛威网：专业的计算机学习网站表示层的主要功能表示层的主要功能:用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式数据格式变换数据格式变换数据加密与解密数据加密与解密数据压缩与恢复数据压缩与恢复24盛威网：专业的计算机学习网站应用层的主要功能应用层的主要功能:为应用程序提供了网络服务为应用程序提供了网络服务应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工 作的应用程序之间的同步作的应用程序之间的同步建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制25盛威网：专业的计算机学习网站OSI环境（环境（OSI environment）26盛威网：专业的计算机学习网站OSI环境中的数据传输过程环境中的数据传输过程27盛威网：专业的计算机学习网站面向连接服务与无连接服务面向连接服务与无连接服务在网络体系结构中讨论的服务可以分为通信子网对网络中在网络体系结构中讨论的服务可以分为通信子网对网络中 数据传输所提供的服务数据传输所提供的服务,与整个网络系统为用户提供的服与整个网络系统为用户提供的服 务务通信子网的服务是指通信子网对主机间数据传输的效率和通信子网的服务是指通信子网对主机间数据传输的效率和 可靠性所提供的保证机制可靠性所提供的保证机制通信服务可以分为两大类：通信服务可以分为两大类：面向连接服务（面向连接服务（connect-oriented service）无连接服务（无连接服务（connectless service）28盛威网：专业的计算机学习网站 理解网络服务需要注意的问题理解网络服务需要注意的问题面向连接服务与无连接服务对实现服务的传输可靠性面向连接服务与无连接服务对实现服务的传输可靠性 与协议复杂性有很大的影响与协议复杂性有很大的影响根据主机间数据传输的可靠性要求和效率的不同，设根据主机间数据传输的可靠性要求和效率的不同，设 计者可以选择面向连接服务与无连接服务的类型计者可以选择面向连接服务与无连接服务的类型在网络数据传输的各层，如物理层、数据链路层、网在网络数据传输的各层，如物理层、数据链路层、网 络层与传输层都会涉及面向连接服务与无连接服务的问络层与传输层都会涉及面向连接服务与无连接服务的问 题题29盛威网：专业的计算机学习网站面向连接服务的特点面向连接服务的特点面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连接面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连接 维护与释放连接的三个过程维护与释放连接的三个过程面向连接服务的在数据传输过程中，各分组可以不携带面向连接服务的在数据传输过程中，各分组可以不携带 目的结点的地址目的结点的地址面向连接服务的传输连接类似一个通信管道，发送者在面向连接服务的传输连接类似一个通信管道，发送者在 一端放入数据，接收者从另一端取出数据一端放入数据，接收者从另一端取出数据面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性 好，但是协议复杂，通信效率不高好，但是协议复杂，通信效率不高30盛威网：专业的计算机学习网站无连接服务的特点无连接服务的特点无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址，各无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址，各 分组在系统中是独立传送的分组在系统中是独立传送的无连接服务中的数据传输过程不需要经过连接建立、连无连接服务中的数据传输过程不需要经过连接建立、连 接维护与释放连接的三个过程接维护与释放连接的三个过程数据分组传输过程中，目的结点接收的数据分组可能出数据分组传输过程中，目的结点接收的数据分组可能出 现乱序、重复与丢失的现象现乱序、重复与丢失的现象无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信效无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信效 率较高率较高31盛威网：专业的计算机学习网站确认和重传机制的特点确认和重传机制的特点 网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制保证网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制保证确认是指数据分组的接收结点在正确地接收到每个分组确认是指数据分组的接收结点在正确地接收到每个分组 后，要求向发送结点发回接收分组的确认信息后，要求向发送结点发回接收分组的确认信息在规定的时间内，如果发送结点没有接收到接收结点的在规定的时间内，如果发送结点没有接收到接收结点的 确认信息，就认为该数据分组发送失败，发送结点重新确认信息，就认为该数据分组发送失败，发送结点重新 发送该数据分组发送该数据分组确认和重传机制可以提高数据传输的可靠性，但是它需确认和重传机制可以提高数据传输的可靠性，但是它需 要制定较为复杂的确认和重传协议，并且需要增加网络要制定较为复杂的确认和重传协议，并且需要增加网络 额外的通信负荷，占用网络带宽额外的通信负荷，占用网络带宽32盛威网：专业的计算机学习网站服务类型与服务质量服务类型与服务质量通信协议四种类型通信协议四种类型:面向连接与确认服务面向连接与确认服务面向连接与不确认服务面向连接与不确认服务无连接与确认服务无连接与确认服务无连接与不确认服务无连接与不确认服务设计者可以根据不同的通信要求，决定选择不同的服务类型设计者可以根据不同的通信要求，决定选择不同的服务类型33盛威网：专业的计算机学习网站TCP/IP参考模型参考模型TCP/IP参考模型的发展参考模型的发展在在TCP/IP协议研究初期，并没有提出参考模型协议研究初期，并没有提出参考模型1974年年Kahn定义了最早的定义了最早的TCP/IP参考模型参考模型80年代年代Leiner、Clark等人对等人对TCP/IP参考模型进一步的研究参考模型进一步的研究TCP/IP协议一共出现了协议一共出现了6个版本，后个版本，后3个版本是版本个版本是版本4、版本、版本5 与版本与版本6目前我们使用的是版本目前我们使用的是版本4，它的网络层，它的网络层IP协议一般记作协议一般记作IPv4 版本版本6的网络层的网络层IP协议一般记作协议一般记作IPv6（或或IPng,IP next generation）IPv6被称为下一代的被称为下一代的IP协议协议34盛威网：专业的计算机学习网站TCP/IP协议的特点协议的特点开放的协议标准开放的协议标准独立于特定的计算机硬件与操作系统独立于特定的计算机硬件与操作系统独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更 适用于互连网中适用于互连网中 统一的网络地址分配方案，使得整个统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中设备在网中 都具有唯一的地址都具有唯一的地址标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务35盛威网：专业的计算机学习网站TCP/IP参考模型各层的功能参考模型各层的功能应用层（应用层（application layer）传输层（传输层（transport layer）互联层（互联层（internet layer）主机主机-网络层（网络层（host-to-network layer）36盛威网：专业的计算机学习网站TCP/IP 参考模型与参考模型与 OSI 参考模型的对应关系参考模型的对应关系37盛威网：专业的计算机学习网站主机主机-网络层网络层参考模型的最低层，负责通过网络发送和接收参考模型的最低层，负责通过网络发送和接收IP数据报数据报允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，如允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，如 局域网的局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的令牌网、分组交换网的X.25、帧中帧中 继、继、ATM协议等协议等当一种物理网被用作传送当一种物理网被用作传送IP数据包的通道时，就可以认数据包的通道时，就可以认 为是这一层的内容为是这一层的内容充分体现出充分体现出TCP/IP协议的兼容性与适应性，它也为协议的兼容性与适应性，它也为 TCP/IP的成功奠定了基础的成功奠定了基础38盛威网：专业的计算机学习网站互联层互联层相当相当OSI参考模型网络层无连接网络服务参考模型网络层无连接网络服务处理互联的路由选择、流控与拥塞问题处理互联的路由选择、流控与拥塞问题IP协议是无连接的、提供协议是无连接的、提供“尽力而为尽力而为”服务的网络层协议服务的网络层协议39盛威网：专业的计算机学习网站传输层传输层主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间 建立用于会话的端建立用于会话的端-端连接端连接传输控制协议传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议是一种可靠的面向连接协议用户数据报协议用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议是一种不可靠的无连接协议40盛威网：专业的计算机学习网站应用层应用层应用层协议主要有：应用层协议主要有：远程登录协议远程登录协议 Telnet文件传输协议文件传输协议 FTP简单邮件传输协议简单邮件传输协议 SMTP域名系统域名系统 DNS简单网络管理协议简单网络管理协议 SNMP超文本传输协议超文本传输协议 HTTP41盛威网：专业的计算机学习网站OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较对对OSI参考模型的评价参考模型的评价:层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表示层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表示 层几乎是空的，数据链路层与网络层有很多的子层插入层几乎是空的，数据链路层与网络层有很多的子层插入寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降低系寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降低系 统效率统效率数据安全性、加密与网络管理在参考模型的设计初期被数据安全性、加密与网络管理在参考模型的设计初期被 忽略了忽略了参考模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适合于参考模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适合于 计算机与软件的工作方式计算机与软件的工作方式严格按照层次模型编程的软件效率很低严格按照层次模型编程的软件效率很低42盛威网：专业的计算机学习网站对对TCP/IP参考模型评价参考模型评价在服务、接口与协议的区别上不很清楚，一个好的软件在服务、接口与协议的区别上不很清楚，一个好的软件 工程应该将功能与实现方法区分开，参考模型不适合于工程应该将功能与实现方法区分开，参考模型不适合于 其它非其它非TCP/IP协议族协议族TCP/IP参考模型的主机参考模型的主机-网络层本身并不是实际的一层网络层本身并不是实际的一层物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，而物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，而 TCP/IP参考模型却没有做到这点参考模型却没有做到这点43盛威网：专业的计算机学习网站网络与网络与Internet协议标准组织及管理机构协议标准组织及管理机构网络协议标准组织网络协议标准组织RFC文档（文档（Request For Comments请求评议）请求评议）Internet草案草案Internet协议标准协议标准Internet管理机构管理机构44盛威网：专业的计算机学习网站网络协议标准组织网络协议标准组织国际电话电报咨询委员会国际电话电报咨询委员会CCITT国际电信联盟国际电信联盟ITU国际标准化组织国际标准化组织ISO 电子工业协会电子工业协会EIA电气与电子工程师协会电气与电子工程师协会IEEEATM论坛论坛45盛威网：专业的计算机学习网站RFC文档文档请求评价请求评价RFC文档从文档从1969年年ARPANET出现时就开始存在出现时就开始存在它们是用于它们是用于Internet开发团体的最初的技术文档系列开发团体的最初的技术文档系列任何人都可以提交任何人都可以提交RFC文档，但它并不是一定会成为标文档，但它并不是一定会成为标 准，事实上很多准，事实上很多RFC 文档都没有实现文档都没有实现RFC文档草案对于从事文档草案对于从事Internet技术研究与开发的技术人技术研究与开发的技术人 员是获得技术发展状况与动态的重要信息来源员是获得技术发展状况与动态的重要信息来源读者可以很方便地从相关主机使用读者可以很方便地从相关主机使用FTP、Web和其它的检和其它的检 索方式获取这些文档索方式获取这些文档46盛威网：专业的计算机学习网站读读RFC文档时，需要注意的问题：文档时，需要注意的问题：一是需要确定它是最新的文档，二是需要注意一是需要确定它是最新的文档，二是需要注意RFC文档文档 的类别的类别所有的所有的RFC文档都要经历评论和反馈过程，并且在这一文档都要经历评论和反馈过程，并且在这一 段时间内它们会被划分为不同的类别段时间内它们会被划分为不同的类别RFC文档一旦被提交，文档一旦被提交，IFTF和和IAB组织将审查组织将审查RFC文文 档，通过后可以成为一项标准档，通过后可以成为一项标准RFC文档按照它发展与成熟的过程可以分为标准、草案文档按照它发展与成熟的过程可以分为标准、草案 标准、提案标准、实验性的、信息性或历史性的标准、提案标准、实验性的、信息性或历史性的RFC文档又可以分为被要求、被推荐、被选择、受限制文档又可以分为被要求、被推荐、被选择、受限制 使用或不被推荐使用或不被推荐47盛威网：专业的计算机学习网站各种各种RFC文档之间的关系文档之间的关系48盛威网：专业的计算机学习网站Internet草案草案Internet技术管理核心是制定网络连接和应用的协议标准技术管理核心是制定网络连接和应用的协议标准在在Internet上，任何一个用户都可以对上，任何一个用户都可以对Internet某一领域的某一领域的 问题提出自己的解决方案或规范，作为问题提出自己的解决方案或规范，作为Internet草案草案 （ID，Internet Drafts）提交给）提交给IETF草案存放在美国、欧洲和亚太地区的工作文件站点上，供草案存放在美国、欧洲和亚太地区的工作文件站点上，供 世界多国自愿参加的世界多国自愿参加的IETF成员进行讨论、测试和审查成员进行讨论、测试和审查最后由最后由IESG确定该草案是否能成为确定该草案是否能成为Internet的标准的标准 49盛威网：专业的计算机学习网站Internet标准标准Internet 的标准特点，是自发而非政府干预的，称为的标准特点，是自发而非政府干预的，称为RFC 没有任何组织、企业或政府能够拥有没有任何组织、企业或政府能够拥有Internet由一些独立的管理机构管理，每个机构有自己特定的职责由一些独立的管理机构管理，每个机构有自己特定的职责TCP/IP 协议集确立了协议集确立了 Internet 的技术基础的技术基础TCP/IP 的发展始于美国的发展始于美国 DOD（国防部）方案（国防部）方案TCP/IP 协议集记录在协议集记录在RFC文件中文件中50盛威网：专业的计算机学习网站国家科学基金会国家科学基金会NSF（National Science Foundation）成立于成立于 1950 年年 任务是通过对基础研究计划的资助，改进科学教育，发展任务是通过对基础研究计划的资助，改进科学教育，发展 科学信息和增进国际科学合作等办法促进美国科学的发展科学信息和增进国际科学合作等办法促进美国科学的发展美国国家科学基金会组织由国家科学委员会和美国国家科学基金会组织由国家科学委员会和 1名主席、名主席、1名副主席及名副主席及5名主席助理组成。国家科学委员会的成员名主席助理组成。国家科学委员会的成员 由美国总统任命由美国总统任命美国美国NSF的计划：基础研究计划、科学教育计划、应用研的计划：基础研究计划、科学教育计划、应用研 究计划、有关科学政策的计划究计划、有关科学政策的计划、国际合作计划、国际合作计划Internet管理机构管理机构51盛威网：专业的计算机学习网站Internet协会协会ISOC（Internet Society）创建于创建于1992年年它是一个最权威的它是一个最权威的“Internet全球协调与合作的国际化组全球协调与合作的国际化组织织”ISOC（http:/www.iab.org）是由）是由Internet专业人员和专家专业人员和专家 组成的协会，致力于调整组成的协会，致力于调整Internet的生存能力和规模的生存能力和规模ISOC的重要任务是与其他组织合作，共同完成的重要任务是与其他组织合作，共同完成Internet标标 准与协议的制定准与协议的制定52盛威网：专业的计算机学习网站Internet体系结构委员会体系结构委员会IAB（Internet Architecture Board）创建于创建于1992年年6月，是月，是ISOC的技术咨询机构的技术咨询机构由探讨与因特网结构有关问题的互联网研究员组成的委员会由探讨与因特网结构有关问题的互联网研究员组成的委员会其职责是任命各种与因特网相关的组织，如其职责是任命各种与因特网相关的组织，如IANA、IESG和和 IRSGIAB由由ISOC的理事进行任命的理事进行任命 IAB下属两个机构：下属两个机构：IEIF、IRTF IAB 最初由美国政府发起，如今转变为公开而自治的机构最初由美国政府发起，如今转变为公开而自治的机构IAB 协同研究和开发协同研究和开发 TCP/IP 协议集的底层结构，并引导着协议集的底层结构，并引导着 Internet 的发展的发展53盛威网：专业的计算机学习网站Internet工程任务组工程任务组IETF（Internet Engineering Task Force）松散的、自律的、志愿的民间学术组织，成立于松散的、自律的、志愿的民间学术组织，成立于1985年年主要任务是负责互联网相关技术规范的研发和制定主要任务是负责互联网相关技术规范的研发和制定任何人都可以注册参加任何人都可以注册参加IETF的会议的会议IETF大会每年举行三次，规模均在千人以上大会每年举行三次，规模均在千人以上应用研究领域含应用研究领域含20个个工作组工作组、通用研究领域含、通用研究领域含5个、网际个、网际 互联研究领域含互联研究领域含21个、操作与管理研究领域含个、操作与管理研究领域含24个、路由个、路由 研究领域含研究领域含14个、安全研究领域含个、安全研究领域含21个、传输研究领域含个、传输研究领域含 1个、临时研究领域个、临时研究领域54盛威网：专业的计算机学习网站Internet工程指导委员会工程指导委员会IESG（Internet Engineering Steering Group）IESG负责负责IETF活动和标准制定程序的技术管理工作，核活动和标准制定程序的技术管理工作，核 准或纠正准或纠正IETF各工作组的研究成果，有对工作组的设立各工作组的研究成果，有对工作组的设立 终结权，确保非工作组草案在成为终结权，确保非工作组草案在成为RFC时的准确性时的准确性它依据它依据ISOC理事会认可的条例规程进行管理理事会认可的条例规程进行管理可以认为可以认为IESG是是IETF的实施决策机构的实施决策机构IESG的成员也由任命委员会（的成员也由任命委员会（NomcomNominations Committee）选举产生，任期两年）选举产生，任期两年55盛威网：专业的计算机学习网站Internet研究任务组研究任务组IRTF（Internet Research Task Force）由由IAB授权对一些长期的互联网问题进行理论研究的组授权对一些长期的互联网问题进行理论研究的组 织，研究互联网协议、应用、架构和技术织，研究互联网协议、应用、架构和技术各成员均为个人代表，并不代表任何组织的利益各成员均为个人代表，并不代表任何组织的利益目前活动的研究小组有：反垃圾邮件研究小组、目前活动的研究小组有：反垃圾邮件研究小组、Crypto论论 坛研究小组、延迟容许网络连接研究小组、端到段研究坛研究小组、延迟容许网络连接研究小组、端到段研究 小组、主机特征协议、互联网测量研究小组、小组、主机特征协议、互联网测量研究小组、IP移动优移动优 化（化（Mob Opts）研究小组、网络管理研究小组、点对点）研究小组、网络管理研究小组、点对点 研究小组、路由研究小组、传输模型研究小组、互联网研究小组、路由研究小组、传输模型研究小组、互联网 拥塞控制研究小组拥塞控制研究小组56盛威网：专业的计算机学习网站Internet网络信息中心网络信息中心InterNIC（Internet Network Information Center）为了保证国际互联网络的正常运行和向全体互联网络用户为了保证国际互联网络的正常运行和向全体互联网络用户 提供服务，国际上设立了提供服务，国际上设立了InterNIChttp:/InterNIC网站目前由网站目前由ICANN负责维护，提供互联网域名负责维护，提供互联网域名 登记服务的公开信息登记服务的公开信息InterNIC遂逐渐演变为现行之分区阶层式管理结构，最上遂逐渐演变为现行之分区阶层式管理结构，最上 层为层为InterNIC：提供美洲以及全球其它没有所属的：提供美洲以及全球其它没有所属的NIC之之 国家网络信息服务。第二层区域性的国家网络信息服务。第二层区域性的NIC；例如：；例如：APNIC为亚太网络信息中心。第三层国家的为亚太网络信息中心。第三层国家的NIC；例如；例如 中国网络信息中心中国网络信息中心(CNNIC)提供中国网络信息服务提供中国网络信息服务57盛威网：专业的计算机学习网站Internet地址分配授权机构地址分配授权机构IANA（Internet Assigned Numbers Authority）国际互联网代理成员管理局（国际互联网代理成员管理局（IANA）是在国际互联网中）是在国际互联网中 使用的使用的IP 地址、域名和许多其它参数的管理机构地址、域名和许多其它参数的管理机构IP地址、自治系统成员以及许多顶级和二级域名分配的日地址、自治系统成员以及许多顶级和二级域名分配的日 常职责由国际互联网注册中心（常职责由国际互联网注册中心（IR）和地区注册中心承担）和地区注册中心承担58盛威网：专业的计算机学习网站WWW联盟联盟万维网联盟（万维网联盟（World Wide Web Consortium，简称，简称 W3C），又称），又称W3C理事会理事会1994年年10月在拥有月在拥有“世界理工大学之最世界理工大学之最”称号的麻省理工称号的麻省理工学学 院（院（MIT）计算机科学实验室成立）计算机科学实验室成立建立者是万维网的发明者蒂姆建立者是万维网的发明者蒂姆伯纳斯伯纳斯李李59盛威网：专业的计算机学习网站一种建议的参考模型一种建议的参考模型60盛威网：专业的计算机学习网站网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的概念网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的概念网络中计算机之间要做到有条不紊地交换数据就必须遵守网络中计算机之间要做到有条不紊地交换数据就必须遵守 一些事先约定好的规则。这些为网络数据交换而制定的规一些事先约定好的规则。这些为网络数据交换而制定的规 则、约定与标准被称为网络协议。功能完备的网络需要制则、约定与标准被称为网络协议。功能完备的网络需要制 定一系列的协议定一系列的协议网络协议就是按照层次结构模型来组织的，网络层次结构网络协议就是按照层次结构模型来组织的，网络层次结构 模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构 ISO定义的开放系统互联参考模型对推动网络协议标定义的开放系统互联参考模型对推动网络协议标 准准 化的研究起到了重要的作用化的研究起到了重要的作用 Internet的广泛应用使的广泛应用使TCP/IP协议成为事实上的标准协议成为事实上的标准小结小结61盛威网：专业的计算机学习网站3.2 物理层协议物理层协议p物理层协议描述物理层协议描述p 通信设备通信设备:DTE(Data Terminal Equipment)+DCE(Data Circuitterminating Equipment)1.机械特性机械特性:指连接器的大小和形状指连接器的大小和形状,即合适的电缆、插头或即合适的电缆、插头或插座插座2.电气特性电气特性:确定信号码型结构、电压电平和电压变化的规则确定信号码型结构、电压电平和电压变化的规则以及信号的同步以及信号的同步3.功能特性功能特性:它说明接口信号引脚的功能和作用，以反映电路它说明接口信号引脚的功能和作用，以反映电路功能功能4.过程特性过程特性:规定了接口的功能函数和传输数据的顺序规定了接口的功能函数和传输数据的顺序62盛威网：专业的计算机学习网站3.3 数据链路协议数据链路协议一一.数据链路数据链路1.链路链路(物理链路物理链路):它是一条无源的点到点的物理线路段它是一条无源的点到点的物理线路段,中间中间没没有交换节点有交换节点2.数据链路数据链路(逻辑链路逻辑链路):把实现协议的硬件和软件加到链路上把实现协议的硬件和软件加到链路上3.作用作用:通过数据链路层协议通过数据链路层协议,在不太可靠的物理链路上实现可在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输靠的数据传输63盛威网：专业的计算机学习网站二二.数据链路层的主要功能数据链路层的主要功能1.链路管理链路管理:数据链路的建立、维持和释放数据链路的建立、维持和释放2.帧同步帧同步:在传输过程中必须实现帧同步，以保证对帧中各个在传输过程中必须实现帧同步，以保证对帧中各个 字段的正确识别字段的正确识别64盛威网：专业的计算机学习网站3.流量控制流量控制:停等协议停等协议:原理原理(发送器发送器接收器接收器);特点特点(简单但利用率不简单但利用率不高高)滑动窗口协议滑动窗口协议:允许连续发送多个帧而无需等待应答允许连续发送多个帧而无需等待应答;“捎带捎带”技术技术(在利用全双工线路进行双向通信的情况下在利用全双工线路进行双向通信的情况下,应应 答信号放在反向发送的数据帧中答信号放在反向发送的数据帧中)4.差错控制差错控制:前向纠错和检错重发前向纠错和检错重发.应付传输差错的办法应付传输差错的办法:v 肯定应答肯定应答:v否定应答重发否定应答重发:v超时重发超时重发:停等停等ARQ、后退后退N帧帧ARQ、选择性选择性ARQ协议协议65盛威网：专业的计算机学习网站5.帧控制帧控制:要求发送站把网络送来的数据信息分成若干码组，在每个要求发送站把网络送来的数据信息分成若干码组，在每个 码组中加入地址字段、控制字段、校验字段以及帧开始和码组中加入地址字段、控制字段、校验字段以及帧开始和 结束标志，组成帧来发送结束标志，组成帧来发送要求接收端从收到的帧中去掉标志字段，还原成原始数据要求接收端从收到的帧中去掉标志字段，还原成原始数据 信息后送到网络层信息后送到网络层6.透明传输透明传输:不管所传数据是什么样的比特组合不管所传数据是什么样的比特组合,都应当能够都应当能够在链路上传送在链路上传送66盛威网：专业的计算机学习网站7.寻址寻址:保证每一帧送到正确的地址保证每一帧送到正确的地址,收方应知道发送方地址收方应知道发送方地址8.异常状态恢复：异常状态恢复：当链路发生异常情况时，如收到含义不清当链路发生异常情况时，如收到含义不清 的序列或超时收不到响应等，能自动重新启动，恢复到正的序列或超时收不到响应等，能自动重新启动，恢复到正 常工作状态常工作状态67盛威网：专业的计算机学习网站三三.数据链路层协议数据链路层协议1.面向字符型协议面向字符型协议:也称为基本型传输控制规程也称为基本型传输控制规程ISO 1745、IBM的二进制同步规程的二进制同步规程BSC、我国、我国GB3543-82缺点：就是它与所用的字符集有密切的关系，使用不同字符缺点：就是它与所用的字符集有密切的关系，使用不同字符 集的两个站之间，很难使用该规程进行通信集的两个站之间，很难使用该规程进行通信主要适用于中低速异步或同步传输，很适合于通过电话网的主要适用于中低速异步或同步传输，很适合于通过电话网的 数据通信数据通信68盛威网：专业的计算机学习网站2.面向比特型协议（面向比特型协议（HDLC）:ITU-T制定的制定的X.25建议的建议的LAPB、ISO制定的制定的HDLC、美国国、美国国 家标准家标准ADCCP、IBM公司的公司的SDLC采用特定的二进制序列采用特定的二进制序列01111110作为帧的开始和结束，以一作为帧的开始和结束，以一 定的比特组合所表示的命令和响应实现链路的监控功能，命定的比特组合所表示的命令和响应实现链路的监控功能，命 令和响应可以和信息一起传送令和响应可以和信息一起传送所以它可以实现不编码限制的、高可靠和高效率的透明传输所以它可以实现不编码限制的、高可靠和高效率的透明传输主要适用于中高速同步半双工和全双工数据通信，如分组交主要适用于中高速同步半双工和全双工数据通信，如分组交 换方式中的链路层就采用这种规程换方式中的链路层就采用这种规程69盛威网：专业的计算机学习网站HDLC特点特点:透明传输透明传输：HDLC对任意比特组合的数据均能透明传输对任意比特组合的数据均能透明传输可靠性高可靠性高：在：在HDLC规程中，差错控制的范围是除了规程中，差错控制的范围是除了F标志标志 的整个帧，而基本型传输控制规程中不包括前缀和部分控制的整个帧，而基本型传输控制规程中不包括前缀和部分控制 字符。另外字符。另外HDLC对对I帧进行编号传输，有效地防止了帧的帧进行编号传输，有效地防止了帧的 重收和漏收重收和漏收传输效率高传输效率高：在：在HDLC中，额外的开销比特少，允许高效的中，额外的开销比特少，允许高效的 差错控制和流量控制差错控制和流量控制适应性强适应性强：HDLC规程能适应各种比特类型的工作站和链路规程能适应各种比特类型的工作站和链路结构灵活结构灵活：在：在HDLC中，传输控制功能和处理功能分离，层中，传输控制功能和处理功能分离，层 次清楚，应用非常灵活次清楚，应用非常灵活70盛威网：专业的计算机学习网站四四.HDLC的帧格式的帧格式71盛威网：专业的计算机学习网站1.标志序列标志序列FHDLC指定采用指定采用01111110为标志序列为标志序列要求所有的帧必须以要求所有的帧必须以F标志开始和结束标志开始和结束 接收设备不断地搜寻接收设备不断地搜寻F标志，以实现帧同步，从而保证接收标志，以实现帧同步，从而保证接收 部分对后续字段的正确识别部分对后续字段的正确识别在帧与帧的空载期间，可以连续发送在帧与帧的空载期间，可以连续发送F，用来作时间填充，用来作时间填充为了防止产生与标志字段的码型相同的比特组合，采取了为了防止产生与标志字段的码型相同的比特组合，采取了 比特填充技术：在信码中连续比特填充技术：在信码中连续5个个“1”以后插入一个以后插入一个“0”；而；而 在接收端，则去除在接收端，则去除5个个“1”以后的以后的“0”，恢复原来的数据，恢复原来的数据序列序列 例如：例如：0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 72盛威网：专业的计算机学习网站2.地址字段地址字段A表示链路上站的地址表示链路上站的地址在使用不平衡方式传送数据时，地址字段总是写入从站的在使用不平衡方式传送数据时，地址字段总是写入从站的 地址；使用平衡方式，地址字段总是写入应答站的地址地址；使用平衡方式，地址字段总是写入应答站的地址 地址字段的长度一般为地址字段的长度一般为8bit，最多可以表示，最多可以表示256个站的地个站的地 址，在许多系统中规定，地址字段为址，在许多系统中规定，地址字段为“11111111”时，定义时，定义 为全站地址，即通知所有的接收站接收有关的命令帧并按为全站地址，即通知所有的接收站接收有关的命令帧并按 其动作；全其动作；全“0”比特为无站地址，用于测试数据链路的状比特为无站地址，用于测试数据链路的状 态。因此有效地址共有态。因此有效地址共有254个之多个之多例如使用分组无线网，用户可能很多，可使用扩充地址字例如使用分组无线网，用户可能很多，可使用扩充地址字 段，以字节为单位扩充。在扩充时，每个地址字段的第段，以字节为单位扩充。在扩充时，每个地址字段的第1位位 用作扩充指示，即当第用作扩充指示，即当第1位为位为“0”时，后续字节为扩充地址时，后续字节为扩充地址 字段；当第字段；当第1位为位为“1”时，后续字节不是扩充地址字段，地时，后续字节不是扩充地址字段，地 址字段到此为止址字段到此为止 73盛威网：专业的计算机学习网站3.控制字段控制字段C控制字段是控制字段是HDLC的关键字段，许多重要功能都靠它来实现的关键字段，许多重要功能都靠它来实现用来表示帧类型、帧编号以及命令、响应等用来表示帧类型、帧编号以及命令、响应等 由于由于C字段的构成不同，可以把字段的构成不同，可以把HDLC帧分为三种类型：信帧分为三种类型：信 息帧、监控帧、无编号帧，分别简称息帧、监控帧、无编号帧，分别简称I帧帧(Information)、S帧帧 (Supervisory)、U帧帧(Unnumbered)在控制字段中，第在控制字段中，第1位是位是“0”为为I帧，第帧，第1、2位是位是“10”为为S 帧，第帧，第1、2位是位是“11”为为U帧帧控制字段也允许扩展控制字段也允许扩展 74盛威网：专业的计算机学习网站4.信息字段信息字段I包含了用户的数据信息和来自上层的各种控制信息包含了用户的数据信息和来自上层的各种控制信息在在I帧和某些帧和某些U帧中，具有该字段，它可以是任意长度的比帧中，具有该字段，它可以是任意长度的比 特序列。在实际应用中，其长度由收发站的缓冲器的大小特序列。在实际应用中，其长度由收发站的缓冲器的大小 和线路的差错情况决定，但必须是和线路的差错情况决定，但必须是8bit的整数倍的整数倍 在帧结构中允许不包含信息字段在帧结构中允许不包含信息字段I75盛威网：专业的计算机学习网站5.帧校验序列字段帧校验序列字段FCS用于对帧进行循环冗余校验，其校验范围从地址字段的第用于对帧进行循环冗余校验，其校验范围从地址字段的第1 比特到信息字段的最后一比特的序列，并且规定为了透明比特到信息字段的最后一比特的序列，并且规定为了透明 传输而插入的传输而插入的“0”不在校验范围内不在校验范围内 76盛威网：专业的计算机学习网站五五.HDLC的命令和响应的命令和响应控制字段格式控制字段格式控制字段的位控制字段的位12345678信息帧信息帧（I帧）帧）0N（S）P/FN（R）监控帧监控帧（S帧）帧）10SP/FN（R）无编号帧无编号帧（U帧）帧）1 1MP/FMN（S）发送帧序列编号发送帧序列编号N（R）期望接收的帧序列编号，且是对期望接收的帧序列编号，且是对N(R)以前帧的确认以前帧的确认S监控功能比特监控功能比特M无编号功能比特无编号功能比特P/F查询查询/结束结束(Poll/Final)比特，作为命令帧发送时的查询比特，作为命令帧发送时的查询比比 特，以特，以P位出现；作为响应帧发送时结束比特，以位出现；作为响应帧发送时结束比特，以F位出现位出现 77盛威网：专业的计算机学习网站I帧：帧：用于数据传送，它包含信息字段用于数据传送，它包含信息字段 由于是全双工通信，所以通信每一方都各有一个由于是全双工通信，所以通信每一方都各有一个N（S）和）和 N（R）为了保证为了保证HDLC的正常工作，在收发双方都设置两个状态：的正常工作，在收发双方都设置两个状态：V（S）是发送状态变量，为发送）是发送状态变量，为发送I帧的数据站所保持，其值帧的数据站所保持，其值 指示待发的一帧的编号指示待发的一帧的编号V（R）是接收状态变量，其值为期望所收到的下一个）是接收状态变量，其值为期望所收到的下一个I帧的帧的 编号编号 78盛威网：专业的计算机学习网站S帧：帧：用于监视和控制数据链路，完成信息帧的接收确认、重发用于监视和控制数据链路，完成信息帧的接收确认、重发 请求、暂停发送请求等功能请求、暂停发送请求等功能 79盛威网：专业的计算机学习网站U帧：帧：用于数据链路的控制，它本身不带编号，可以在任何需要用于数据链路的控制，它本身不带编号，可以在任何需要 的时刻发出，而不影响带编号的信息帧的交换顺序的时刻发出，而不影响带编号的信息帧的交换顺序它可以分为命令帧和响应帧它可以分为命令帧和响应帧用用5个比特位（即个比特位（即M1、M2）来表示不同功能的无编号帧）来表示不同功能的无编号帧 80盛威网：专业的计算机学习网站六六.HDLC分类分类1.三种类型的站三种类型的站:v 主站主站:发送命令发送命令,包括信息帧和接收响应帧包括信息帧和接收响应帧,负责整个链路控制负责整个链路控制 v 次站次站:接收主站命令帧和发送响应帧接收主站命令帧和发送响应帧,并配合主站参与差错校并配合主站参与差错校正正v 复合站复合站:既发送又能接收命令帧和响应帧既发送又能接收命令帧和响应帧,并负责整个链路控并负责整个链路控制制81盛威网：专业的计算机学习网站2.三种链路配置三种链路配置:82盛威网：专业的计算机学习网站3.三种数据传输方式三种数据传输方式 正常响应方式（正常响应方式（NRM）:适用于不平衡链路结构，即用于点适用于不平衡链路结构，即用于点-点和点点和点-多点的链路结构多点的链路结构 中，特别是点中，特别是点-多点链路多点链路这种方式中，由主站控制整个链路的操作，负责链路的初始这种方式中，由主站控制整个链路的操作，负责链路的初始 化、数据流控制和链路复位等化、数据流控制和链路复位等从站的功能很简单，它只有在收到主站的明确允许后，才能从站的功能很简单，它只有在收到主站的明确允许后，才能 发出响应发出响应 83盛威网：专业的计算机学习网站 异