第2章：网络体系结构与网络协议剖析课件

第第2章章 网络体系结构与网络协议网络体系结构与网络协议?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议2本章学本章学习要求：要求：掌掌握握：协议、层次次、接接口口与与网网络体体系系结构构的根本概念。的根本概念。掌握：网掌握：网络体系体系结构的构的层次化研究方法。次化研究方法。掌握：掌握：OSIOSI参考模型及各参考模型及各层的根本效的根本效劳功能。功能。掌掌握握：TCP/IPTCP/IP参参考考模模型型的的层次次划划分分、各各层的根本效的根本效劳功能与主要功能与主要协议。了了解解：OSIOSI参参考考模模型型与与TCP/IPTCP/IP参参考考模模型型的的比比较。了了解解：网网络协议标准准组织，RFCRFC文文档档、InternetInternet草草案案与与InternetInternet协议标准准的的制制定定过程。程。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议3在在计算机网算机网络的根本概念中，分的根本概念中，分层次的体系次的体系结构是最根本的。构是最根本的。计算机网算机网络是一个很复是一个很复杂的系的系统。为了了说明明这一点，用一个一点，用一个简单的的实例来例来说明，明，连接在网接在网络上的两台上的两台计算机要互相算机要互相传送送文件。文件。首先，在两台首先，在两台计算机之算机之间必修有一条必修有一条传送数据的通路，但是送数据的通路，但是有了有了这个个还不不够，至少，至少还要完成下面的工作要完成下面的工作:见教材教材p20p20。由由该实例，我例，我们知道，互相通信的两台知道，互相通信的两台计算机的系算机的系统必必须是是高度高度协调工作的。工作的。为了了实现这种高度种高度协调的工作，提出了采的工作，提出了采用用“分分层的方法，的方法，“分分层可以将一个可以将一个庞大而复大而复杂的的问题转化成化成为很多很多较小的局部小的局部问题，这些些较小的小的问题比比较容易研容易研究和究和处理。理。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议4计算机网算机网络体系体系结构的形成的构的形成的过程：程：19741974年，年，IBMIBM宣布了它研制的系宣布了它研制的系统网网络体系体系结构构SNASNA，该网网络标准就是按照准就是按照层次的方法制定的，它是世界上使用得相当广泛的次的方法制定的，它是世界上使用得相当广泛的一种网一种网络体系体系结构。构。早期的早期的问题：各个生：各个生产厂家各种厂家各种产品的相互兼容的品的相互兼容的问题，以及，以及大厂家的大厂家的垄断断问题。随后，国随后，国际标准化准化组织ISOISO于于19741974年成立年成立专门的机构研究的机构研究这个个问题，并提出了一个，并提出了一个试图使各种使各种计算机在世界范算机在世界范围内互内互连成网成网的的标准框架。准框架。这一个一个标准就是著名的开放系准就是著名的开放系统互互连根本参考模根本参考模型型OSIOSI。“开放指的是：开放指的是：“系系统指的是：指的是：OSIOSI参考模型是一个抽象的概念。在参考模型是一个抽象的概念。在19831983年形成了年形成了OSIOSI参考模型参考模型的正式文件，它是一个七的正式文件，它是一个七层协议的体系的体系结构。构。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议5OSIOSI参考模型参考模型试图试图到达一种理想的境界，既成到达一种理想的境界，既成为为全世界的全世界的计计算机网算机网络络都遵循的都遵循的统统一一标标准。但是它事与愿准。但是它事与愿违违，现现在全在全世界上使用最多的网世界上使用最多的网络协议络协议不是不是OSIOSI参考模型。参考模型。它失它失败败的原因是：的原因是：OSI OSI参考模型的参考模型的专专家缺乏家缺乏实际经验实际经验。OSIOSI参考模型没有什么商参考模型没有什么商业驱动业驱动力。力。OSI OSI参考模型的参考模型的协议协议实现实现起来起来较过较过于复于复杂杂，运行效率低，运行效率低，OSI OSI标标准制定的周期准制定的周期太太长长，是按照，是按照该标该标准制定的准制定的产产品品设备设备无法按无法按时进时进入市入市场场。现现在使用最多的网在使用最多的网络络体系体系结结构构标标准是准是TCP/IPTCP/IP这这个非国个非国际标际标准的准的结结构。它被称构。它被称为为事事实实上的上的 国国际标际标准。它是一个四准。它是一个四层层结结构的网构的网络协议络协议。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议62.2 2.2 网网络体系体系结构的根本概念构的根本概念2.2.1 2.2.1 网网络协议的概念的概念计算机网算机网络中要很好的中要很好的实现数据的通信，就必数据的通信，就必须遵守一些遵守一些事先事先约定的定的规那么。那么。这些些规那么要明确的那么要明确的规定所交定所交换的数的数据的格式以及有关的同步据的格式以及有关的同步问题。这里的里的“同步不是狭同步不是狭义的同的同频或同或同频同相，是广同相，是广义的同步，含有有的同步，含有有时序的意思。序的意思。网网络协议：为了了进行网行网络中的数据交中的数据交换而建立的而建立的规那么、那么、标准或准或约定就称定就称为网网络协议。网网络协议主要由三个要素主要由三个要素组成：成：1 1、语法：数据与控制信息的法：数据与控制信息的结构或格式；构或格式；2 2、语义：既需要：既需要发出何种控制信息，完成何种出何种控制信息，完成何种动作以及作以及做出何种响做出何种响应；3 3、同步：既事件、同步：既事件实现顺序的序的详细说明明?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议72.2 网网络体系体系结构的根本概念构的根本概念2.2.1 网网络协议的概念的概念另外的一种另外的一种说法：法：网网络协议是是为网网络数据交数据交换而制定的而制定的规那么、那么、约定与定与标准；准；网网络协议的三要素：的三要素：语义、语法与法与时序；序；语义：用于解：用于解释比特流的每一局部的意比特流的每一局部的意义；语法：法：语法是用法是用户数据与控制信息的数据与控制信息的结构与格构与格 式，以及数据出式，以及数据出现的的顺序的意序的意义；时序：事件序：事件实现顺序的序的详细说明。明。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议8社会上存在的社会上存在的邮政系政系统?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议9协议和划分和划分层次次如如书上例子：上例子：P22P22来来说明要划分明要划分层次的概念次的概念?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议10协议和划分和划分层次次由上面的例子我由上面的例子我们可以更好的理解分可以更好的理解分层带来的好来的好处：1 1、各、各层之之间是独立的；是独立的；2 2、更好的灵活性；、更好的灵活性；3 3、结构上可以分割开；构上可以分割开；4 4、易于、易于维护；5 5、能促、能促进标准化工作。准化工作。在分在分层时，也要注意每一，也要注意每一层的功能非常明确，的功能非常明确，层数不能数不能太少，太少，这样会使每一会使每一层的的协议太复太复杂，但是，但是层数也能太数也能太多，多，这样又会使描述和又会使描述和综合各合各层功能的系功能的系统工程任工程任务时遇到遇到较多的困多的困难。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议11协议和划分和划分层次次通常在每一通常在每一层所要所要实现的一般功能都具有下面的一种功能或的一般功能都具有下面的一种功能或几种功能：几种功能：过失控制：失控制：流量控制：流量控制：分段和重分段和重组：复用和分用：复用和分用：连接和接和释放：放：在分在分层也存在一些缺点：如有些功能在不同的也存在一些缺点：如有些功能在不同的层次中重复出次中重复出现，因此造成了，因此造成了额外的开外的开销。网网络的体系的体系结构：就是构：就是计算机网算机网络的各的各层及其及其协议的集合就的集合就称称为网网络的体系的体系结构。构。体系体系结构是抽象的，而构是抽象的，而实现那么是具体的，是真正的运行在那么是具体的，是真正的运行在计算机硬件和算机硬件和软件。件。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议122.2.2 协议、层次、接口与体系次、接口与体系结构的概念构的概念计算机网算机网络的四个重要的概念的四个重要的概念层次次layer协议protocol 接口接口interface 体系体系结构构architecture?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议13层次次layer层次是人次是人们对复复杂问题处理的根本方法；理的根本方法；将将总体要体要实现的很多功能分配在不同的很多功能分配在不同层次中；次中；对每个每个层次要完成的效次要完成的效劳及效及效劳要求都有明确要求都有明确规定；定；不同的系不同的系统分成相同的分成相同的层次；次；不同系不同系统的最低的最低层之之间存在着存在着“物理通信；物理通信；不同系不同系统的的对等等层次之次之间存在着存在着“虚虚拟通信；通信；对不同系不同系统的的对等等层之之间的通信有明确的通信的通信有明确的通信规定；定；高高层使用低使用低层提供的效提供的效劳时，并不需要知道低，并不需要知道低层效效劳的具体的具体实现方法。方法。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议14协议protocolprotocol协议根本上是通信双方关于通信如何根本上是通信双方关于通信如何进行达成的一致行达成的一致规那么那么协议栈：某一系：某一系统所使用的所使用的协议列表，每列表，每层一个一个协议，就称就称为协议栈。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议15接口接口interface接口是同一接口是同一结点内相点内相邻层之之间交交换信息的信息的连接点接点;同一个同一个结点的相点的相邻层之之间存在着明确存在着明确规定的接口，定的接口，低低层向高向高层通通过接口提供效接口提供效劳;只要接口条件不只要接口条件不变、低、低层功能不功能不变，低，低层功能的功能的具体具体实现方法与技方法与技术的的变化不会影响整个系化不会影响整个系统的的工作。工作。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议16网网络体系体系结构构network architecture网网络体系体系结构：是构：是层和和协议的集合的集合一个功能完一个功能完备的的计算机网算机网络需要制定一整套复需要制定一整套复杂的的协议集集;网网络协议是按是按层次次结构来构来组织的；的；网网络层次次结构模型与各构模型与各层协议的集合称的集合称为网网络体系体系结构；构；网网络体系体系结构构对计算机网算机网络应该实现的功能的功能进行了精行了精确的定确的定义；体系体系结构是抽象的，而构是抽象的，而实现是指能是指能够运行的一些硬件运行的一些硬件和和软件。件。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议172.2.3 网网络体系体系结构的研究方法构的研究方法层次次结构研究方法的构研究方法的优点点各各层之之间相互独立相互独立;灵活性好灵活性好;各各层都可以采用最适宜的技都可以采用最适宜的技术来来实现;易于易于实现和和维护;有利于促有利于促进标准化。准化。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议182.3 OSI参考模型参考模型2.3.1 OSI参考模型的根本概念参考模型的根本概念 在制定在制定计算机网算机网络标准方面，起着很大作用的两大国准方面，起着很大作用的两大国际组织是：是：国国际电报与与 咨咨询委委员会会 Consultative Committee on InternationalTelegraph and Telephone，CCITT；国国际标准化准化组织 International Standards Organization，ISO。CCITT与与ISO的工作的工作领域是不同的：域是不同的：CCITT 主要是考主要是考虑通信通信标准的制定；准的制定；ISO主要是考主要是考虑信息信息处理与网理与网络体系体系结构。构。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议19在在OSI中中 的的“开放是指只要遵循开放是指只要遵循OSI标准，一个系准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一遵循同一标准的准的其他任何系其他任何系统进行通信；行通信；OSI标准中，采用的是三准中，采用的是三级抽象：抽象：体系体系结构构architecture；效效劳定定义service definition；协议说明明protocol specification。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议20体系体系结构构开放系开放系统的的层次次结构、构、层次之次之间的相互关系及各的相互关系及各层所所包括的可能的效包括的可能的效劳；作作为一个框架来一个框架来协调和和组织各各层协议的制定；的制定；对网网络内部内部结构最精构最精炼地概括与描述。地概括与描述。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议21效效劳定定义详细地地说明了各明了各层所提供的效所提供的效劳；某一某一层的效的效劳就是就是该层及其以下各及其以下各层的一种能力；的一种能力；低低层的效的效劳是通是通过接口向上一接口向上一层提供的提供的;各各层所提供的效所提供的效劳与与这些效些效劳是如何是如何实现的无关；的无关；定定义了了层与与层之之间的接口与各的接口与各层使用的原使用的原语，但不涉，但不涉及接口是具体及接口是具体实现的。的。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议22协议说明明OSI标准中的各种准中的各种协议明确地定明确地定义了：了：应该发送什么送什么样的控制信息；的控制信息；如何解如何解释这个控制信息。个控制信息。协议的的规程程说明具有最明具有最严格的格的约束。束。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议23OSI参考模型只是描述了一些概念，用来参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程程间通通信信标准的制定；准的制定；在在OSI的范的范围内，只有各种的内，只有各种的协议是可以被是可以被实现的，而的，而各种各种产品只有和品只有和OSI的的协议相一致相一致时才能互才能互连；OSI参考模型并不是一个参考模型并不是一个标准，而是一个在制定准，而是一个在制定标准准时所使用的概念性的框架。所使用的概念性的框架。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议242.3.2 OSI参考模型的参考模型的结构构 ISO划分七划分七层结构的根本原那么构的根本原那么网中各网中各结点都具有相同的点都具有相同的层次；次；不同不同结点的同等点的同等层具有相同的功能；具有相同的功能；同一同一结点内相点内相邻层之之间通通过接口通信；接口通信；每每一一层可可以以使使用用下下层提提供供的的效效劳，并并向向其其上上层提提供供效效劳；不不同同结点点的的同同等等层通通过协议来来实现对等等层之之间的的通通信。信。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议25OSI参考模型的参考模型的结构构?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议262.3.3 OSI参考模型各参考模型各层的功能的功能OSIOSI参考模型共分参考模型共分7 7层层。上面的三。上面的三层层是是较较高高层层 应应用用层层 下面下面的四的四层为层为数据流数据流动层动层。物理物理层层的主要功能：的主要功能：利用利用传输传输介介质为质为通信的网通信的网络结络结点之点之间间建立、管建立、管 理和理和释释放物理放物理连连接；接；实现实现比特流的透明比特流的透明传输传输，为为数据数据链链路路层层提供数提供数 据据传输传输效效劳劳；物理物理层层的数据的数据传输单传输单元是比特。元是比特。物理物理层为层为激活、激活、维维持和持和释释放放终终端系端系统统之之间间的物理的物理链链路定路定义义了了电电气、机械、气、机械、过过程和功能的程和功能的标标准。如：准。如：电压电压、电压变电压变化化的的时间时间、物理数据速率、最大、物理数据速率、最大传输传输的距离、物理的距离、物理连连接器和接器和其他的物理其他的物理层标层标准中定准中定义义的的类类似特点。似特点。信号和介信号和介质质?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议27数据数据链路路层的主要功能：的主要功能：在物理在物理层提供的效提供的效劳根底上，数据根底上，数据链路路层在在 通信的通信的实体体间建立数据建立数据链路路连接；接；传输以以“帧为单位的数据包；位的数据包；采用采用过失控制与流量控制方法，使有失控制与流量控制方法，使有过失的失的 物理物理线路路变成无成无过失的数据失的数据链路。路。数数据据连路路层提提供供数数据据在在物物理理链路路上上的的传输。物物理理寻址址、网网络拓拓扑扑、网网络介介质访问、过失失检测。帧和介和介质访问控制控制?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议28网网络层的主要功能：的主要功能：通通过路由路由选择算法算法为分分组通通过通信子网通信子网选择最最适当的路径；适当的路径；为数据在数据在结点之点之间传输创立立逻辑链路；路；实现拥塞控制、网塞控制、网络互互连等功能。等功能。网网络层是复是复杂的一的一层，它提供两台主机之，它提供两台主机之间的的连接和路径接和路径选择。路径的。路径的选择、路由及、路由及逻辑寻址址?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议29传输层的主要功能：的主要功能：向用向用户提供可靠端到端提供可靠端到端end-to-endend-to-end效效劳；处理数据包理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关、数据包次序，以及其他一些关键传输问题；传输层向高向高层屏蔽了下屏蔽了下层数据通信的数据通信的细节，是，是计算机通信体系算机通信体系结构中关构中关键的的传输层在在发送主机系送主机系统上上对将要将要发送的数据送的数据进行行分段，在接收主机系分段，在接收主机系统上完成数据段到数据流上完成数据段到数据流的重的重组。传输层和会和会话层之之间的的边界可以界可以认为是是应用用协议和数据流和数据流协议的分界。的分界。应用用层、表、表示示层、会、会话层需要考需要考虑的是的是应用方面的用方面的问题。而下而下4 4层只需要考只需要考虑数据数据传输的的问题。流量控。流量控制和可靠性制和可靠性OSIOSI参考模型的参考模型的较低低4 4层规定了如何通定了如何通过互互联网网设备把数据在一条物理把数据在一条物理线路上路上传输到目到目标终端站端站并最并最终到达到达应用用层的的过程。程。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议30会会话层的主要功能：的主要功能：负责维护两个两个结点之点之间的的传输链接，以便接，以便确保点到点确保点到点传输不中断；不中断；管理数据交管理数据交换。会会话层是建立、管理和是建立、管理和终止两台通信主机止两台通信主机之之间的会的会话。它是。它是为表示表示层效效劳的。也的。也对两台主机的表示两台主机的表示层之之间的会的会话进行同行同步，并管理其数据交步，并管理其数据交换。除了会。除了会话规那那么以外，会么以外，会话层为进行高效的用行高效的用户传输、效效劳分分类和会和会话层、表示、表示层以及以及应用用层的的过失失报告提供条件。告提供条件。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议31表示表示层的主要功能的主要功能：表示表示层确保一个系确保一个系统应用用层发布的信息可以被布的信息可以被另一种系另一种系统的的应用用层读起。它需要把各种不同起。它需要把各种不同的数据格式的数据格式转化成一种通用的格式。化成一种通用的格式。用于用于处理在两个通信系理在两个通信系统中交中交换信息的表示方信息的表示方式；式；数据格式数据格式变换；数据加密与解密；数据加密与解密；数据数据压缩与恢复。与恢复。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议32应用用层的主要功能的主要功能:应用用层是是OSIOSI参考模型中最靠近用参考模型中最靠近用户的一的一层，它，它为用用户的的应用用程序提供效程序提供效劳。它。它为想要想要进行通信的行通信的实体建立体建立连接，接，进行行同步并建立关于同步并建立关于错误纠正和控制数据完整性正和控制数据完整性过程的程的协商。商。不不为OSIOSI参考模型中的任何一参考模型中的任何一层提供效提供效劳，只，只为OSIOSI参考模参考模型以外的型以外的应用程序提供效用程序提供效劳。电子子邮件、件、远程登程登录、HTTPHTTP等等为应用程序提供了网用程序提供了网络效效劳;应用用层需要需要识别并保并保证通信通信对方的可用性，使得方的可用性，使得协同工作的同工作的应用程序之用程序之间的同步的同步;建立建立传输错误纠正与保正与保证数据完整性的控制机制。数据完整性的控制机制。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议33OSIOSI参考模型参考模型较上上层及下及下层的作用的作用?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议342.3.4 OSI环境中的数据境中的数据传输过程程1.OSI环境境OSI environment?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议352.OSI环境中的数据境中的数据传输过程程?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议36封装与解封装封装与解封装数据封装的数据封装的5 5个步个步骤；4.4.附加本地地址附加本地地址MACMAC地址到数据地址到数据链路路报头解封装解封装当当远程程设备顺序接到一串比特序接到一串比特时，它会把它，它会把它们转送送给数据数据链路路层组装成装成帧。当数据。当数据链路路层收到收到帧时，它会有以下的工作：，它会有以下的工作：读起物理地址和由直接起物理地址和由直接连接的接的对等数据等数据链路路层所提供的信息所提供的信息从从该帧别离离该控制信息并由此控制信息并由此创立一个新的数据立一个新的数据报。遵照在遵照在帧的控制局部中出的控制局部中出现的内容而把数据的内容而把数据报向上向上转送到相送到相邻的的层。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议372.4 TCP/IP参考模型参考模型2.4.1 TCP/IP参考模型的开展参考模型的开展在在TCP/IP协议研究研究时，并没有提出参考模型；，并没有提出参考模型；1974年年Kahn定定义了最早的了最早的TCP/IP参考模型；参考模型；20世世纪80年代年代Leiner、Clark等人等人对TCP/IP参考模型参考模型进一步一步的研究；的研究；TCP/IP协议一共出一共出现了了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；目前我目前我们使用的是版本使用的是版本4，它的网，它的网络层IP协议一般一般记作作IPv4；版本版本6的网的网络层IP协议一般一般记作作IPv6或或IPng,IP next generation；IPv6被称被称为下一代的下一代的IP协议。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议38TCP/IP协议的特点的特点 开放的开放的协议标准准;独立于特定的独立于特定的计算机硬件与操作系算机硬件与操作系统；独独立立于于特特定定的的网网络硬硬件件，可可以以运运行行在在局局域域网网、广广域域网，更适用于互网，更适用于互连网中；网中；统一一的的网网络地地址址分分配配方方案案，使使得得整整个个TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址；在网中都具有惟一的地址；标准化的高准化的高层协议，可以提供多种可靠的用，可以提供多种可靠的用户效效劳。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议392.4.2 TCP/IP参考模型各参考模型各层的功能的功能 TCP/IP TCP/IP 参参考考模模型型的的组组成成：分分为为4 4层层，应应用用层层、传输层传输层、互、互联联网网络层络层、网、网络络接入接入层层。应应用用层层 application layerapplication layer 传输层传输层 transport layertransport layer 互互连层连层 internet layerinternet layer 主机主机-网网络层络层 host-to-network layerhost-to-network layer?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议40TCP/IP 参考模型与参考模型与 OSI 参考模型的参考模型的对应关系关系?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议41主机主机-网网络层参考模型的最低参考模型的最低层，负责通通过网网络发送和接收送和接收IPIP数据数据报;允允许主主机机连入入网网络时使使用用多多种种现成成的的与与流流行行的的协议，如如局局域域网网的的EthernetEthernet、令令牌牌网网、分分组交交换网网的的X.25X.25、帧中中继、ATMATM协议等等;当当一一种种物物理理网网被被用用作作传送送IPIP数数据据包包的的通通道道时，就就可可以以认为是是这一一层的内容的内容;充充分分表表达达出出TCP/IPTCP/IP协议的的兼兼容容性性与与适适应性性，它它也也为TCP/IPTCP/IP的的成成功功奠奠定定了了根根底底。此此层的的名名称称很很广广泛泛。也也称称网网络接接口口层层。它它涉涉及及到到与与IPIP分分组packet)packet)要要求求选择一一条条物物理理链路路并并通通过该物物理理链路路从从一一台台设备转送送到到一一台台直直接接连接接设备的的有有关关问题。是是包包括括广广域域网网和和局局域域网网的的技技术细节，和和OSIOSI参参考模型中物理考模型中物理层和数据和数据链路路层的所有的所有细节。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议42互互连层把把来来自自网网络上上的的任任何何网网络设备的的原原分分组发送送到到目目的的设备，而而且且这一一过程程与与它它们所所经历的路径和网的路径和网络无关。无关。IPIP协议相当相当OSIOSI参考模型网参考模型网络层无无连接网接网络效效劳；处理互理互连的路由的路由选择、流控与、流控与拥塞塞问题；IPIP协议是是无无连接接的的、提提供供“尽尽力力而而为效效劳的网的网络层协议。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议43传输层处理理关关于于可可靠靠性性、流流量量控控制制和和重重转等等典典型型问题。TCP TCP 协议 提提供供优秀秀和和灵灵活活的的方方式式创立立可可靠靠、流流量量顺畅和和低低错误率率的的网网络通通信信过程程。是是一一种种面面向向连接接的的协议。主主要要功功能能是是在在互互连网网中中源源主主机机与与目目的的主主机机的的对等等实体体间建立用于会建立用于会话的端的端-端端连接；接；传输控制控制协议TCPTCP是一种可靠的面向是一种可靠的面向连接接协议；用用户数据数据报协议UDPUDP是一种不可靠的无是一种不可靠的无连接接协议。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议44应用用层应用用层协议主要有：主要有：网网络终端端协议Telnet；文件文件传输协议FTP；简单邮件件传输协议SMTP；域名系域名系统DNS；简单网网络管理管理协议SNMP；超文本超文本传输协议HTTP。TCP/IP的的设计者者认为高高层协议应该包包括括会会话层和和表表示示层的的细节，他他们简单的的创立立了了一一个个应用用层来来处理理高高层的的协议、有有关关的的表表达达、编码和和对话控控制制。把把所所有有与与应用用相相关关的的内内容容都都归为一一层，并保并保证为下一下一层适当的将数据分适当的将数据分组打包。也称打包。也称为处理理层。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议45TCP/IP TCP/IP 协议图?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议462.4.22.4.2实体、体、协议、效、效劳和效和效劳访问点点实体表示任何可体表示任何可发送或接受信息的硬件或送或接受信息的硬件或软件件进程。程。很多情况下很多情况下实体就是一个特定的体就是一个特定的软件。件。协议是控制两个是控制两个对等等实体体进行通信的行通信的规那么的集合。那么的集合。协议的的语法方面定法方面定义了所要交了所要交换的信息格式。的信息格式。协议的的语义方面定方面定义了了发送者或接受者所要完成的操作。送者或接受者所要完成的操作。在在协议的控制下，两个的控制下，两个对等等实体体间的通信使得本的通信使得本层能能够向上一向上一层提供效提供效劳，要，要实现本本层协议，还需要使用需要使用下一下一层的提供的效的提供的效劳 。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议472.4.22.4.2实体、体、协议、效、效劳和效和效劳访问点点协议和效和效劳在概念上是不同的。第一，在概念上是不同的。第一，协议的的实现保保证了能了能够向上向上层提高效提高效劳，而本，而本层的效的效劳用用户只能看到效只能看到效劳而无法而无法看看见下下层的的协议。其次，。其次，协议是是“水平的，即水平的，即协议是控制是控制对等等实体之体之间的的规那么，但是效那么，但是效劳是是“垂直的，既效垂直的，既效劳是是由下由下层向上向上层间接口提供的。此外，并非在一个接口提供的。此外，并非在一个层内完成的内完成的全部功能都称全部功能都称为效效劳，只有那些能，只有那些能够被高被高层看看见的功能才能的功能才能称称为“效效劳。相关的几个相关的几个语术：实体体entity)entity)、对等等实体体(peer entity)(peer entity)、效、效劳提供者提供者(service provider)(service provider)、效、效劳用用户(service user)(service user)、效效劳接入点接入点SAPSAPservice access point)service access point)、接口数据、接口数据单元元IDUIDUinterface data unit)interface data unit)、效、效劳数据数据单元元SDUSDUservice data unit)service data unit)、协议数据数据单元元PDUPDUprotocal data protocal data unit)unit)?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议48从通信角度看，各从通信角度看，各层提供的效提供的效劳可分可分为两大两大类：面向：面向连接的接的效效劳和无和无连接的效接的效劳。面向面向连接的效接的效劳：类似似 系系统模式，用模式，用户首先要建立首先要建立连接，接，使用使用连接，然后接，然后释放放连接。可靠的效接。可靠的效劳无无连接的效接的效劳：类似似邮政系政系统模式，每一个模式，每一个报文都有完整的文都有完整的目的地址，并且在每一个目的地址，并且在每一个报文都是独立的，在文都是独立的，在传输的的过程和程和路由的路由的选那么可不同，到达的先后那么可不同，到达的先后顺序也可能不相同。不序也可能不相同。不可靠的效可靠的效劳又称又称为数据数据报效效劳两种效两种效劳模式的各有模式的各有优点，其效点，其效劳的特性用效的特性用效劳质量来量来评价。价。有确有确认的数据的数据报效效劳，既无，既无连接的建立，又要求确保信息的接的建立，又要求确保信息的可靠性的效可靠性的效劳.?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议49在网在网络体系体系结构中构中讨论的效的效劳可以分可以分为通信子网通信子网对网网络中数据中数据传输所提供的效所提供的效劳,与整个网与整个网络系系统为用用户提提供的效供的效劳；通信子网的效通信子网的效劳是指通信子网是指通信子网对主机主机间数据数据传输的效的效率和可靠性所提供的保率和可靠性所提供的保证机制；机制；通信效通信效劳可以分可以分为两大两大类：面向面向连接效接效劳connect-oriented service；无无连接效接效劳connectless service。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议50 理解网络效劳需要注意的问题面向面向连接效接效劳与无与无连接效接效劳对实现效效劳的的传输可靠性与可靠性与协议复复杂性有很大的影响；性有很大的影响；根据主机根据主机间数据数据传输的可靠性要求和效率的不的可靠性要求和效率的不同，同，设计者可以者可以选择面向面向连接效接效劳与无与无连接效接效劳的的类型；型；在网在网络数据数据传输的各的各层，如物理，如物理层、数据、数据链路路层、网、网络层与与传输层都会涉及面向都会涉及面向连接效接效劳与与无无连接效接效劳的的问题。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议51面向面向连接效接效劳的特点的特点面面向向连接接效效劳的的数数据据传输过程程必必须经过连接接建建立、立、连接接维护与与释放放连接的三个接的三个过程；程；面面向向连接接效效劳的的在在数数据据传输过程程中中，各各分分组可可以不携以不携带目的目的结点的地址；点的地址；面面向向连接接效效劳的的传输连接接类似似一一个个通通信信管管道道，发送送者者在在一一端端放放入入数数据据，接接收收者者从从另另一一端端取取出出数据；数据；面面向向连接接数数据据传输的的收收发数数据据顺序序不不变，传输可靠性好，但是可靠性好，但是协议复复杂，通信效率不高。，通信效率不高。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议52无无连接效接效劳的特点的特点无无连接接效效劳的的每每个个分分组都都携携带完完整整的的目目的的结点点地地址，各分址，各分组在系在系统中是独立中是独立传送的；送的；无无连接接效效劳中中的的数数据据传输过程程不不需需要要经过连接接建建立、立、连接接维护与与释放放连接的三个接的三个过程；程；数数据据分分组传输过程程中中，目目的的结点点接接收收的的数数据据分分组可能出可能出现乱序、重复与乱序、重复与丧失的失的现象；象；无无连接接效效劳的的可可靠靠性性不不好好，但但是是协议相相对简单，通信效率通信效率较高。高。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议53确确认和重和重传机制的特点机制的特点 网网络数据数据传输的可靠性一般通的可靠性一般通过确确认和重和重传机制机制保保证；确确认是指数据分是指数据分组的接收的接收结点在正确地接收到每点在正确地接收到每个分个分组后，要求向后，要求向发送送结点点发回接收分回接收分组确确实认信息；信息；在在规定的定的时间内，如果内，如果发送送结点没有接收到接收点没有接收到接收结点确点确实认信息，就信息，就认为该数据分数据分组发送失送失败，发送送结点重新点重新发送送该数据分数据分组；确确认和重和重传机制可以提高数据机制可以提高数据传输的可靠性，但的可靠性，但是它需要制定是它需要制定较为复复杂确确实认和重和重传协议，并且，并且需要增加网需要增加网络额外的通信外的通信负荷，占用网荷，占用网络带宽。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议54效效劳类型与效型与效劳质量量通信通信协议四种四种类型：型：面向面向连接与确接与确认效效劳；面向面向连接与不确接与不确认效效劳；无无连接与确接与确认效效劳；无无连接与不确接与不确认效效劳。设计者可以根据不同的通信要求，决定者可以根据不同的通信要求，决定选择不同不同的效的效劳类型。型。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议552.5 OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的比参考模型的比较2.5.1 对OSI参考模型的参考模型的评价价层次数量与内容次数量与内容选择不是很好，会不是很好，会话层很少用到，表很少用到，表示示层几乎是空的，数据几乎是空的，数据链路路层与网与网络层有很多的子有很多的子层插入；插入；寻址、流控与址、流控与过失控制在每一失控制在每一层里都重复出里都重复出现，降低，降低系系统效率；效率；数据平安性、加密与网数据平安性、加密与网络管理在参考模型的管理在参考模型的设计初期初期被忽略了；被忽略了；参考模型的参考模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适合更多是被通信的思想所支配，不适合于于计算机与算机与软件的工作方式；件的工作方式；严格按照格按照层次模型次模型编程的程的软件效率很低。件效率很低。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议562.5.2 对TCP/IP参考模型参考模型评价价在在效效劳、接接口口与与协议的的区区别上上不不很很清清楚楚，一一个个好好的的软件件工工程程应该将将功功能能与与实现方方法法区区分分开开，参参考考模模型型不不适适合合于于其他非其他非TCP/IP协议族；族；TCP/IP参考模型的主机参考模型的主机-网网络层本身并不是本身并不是实际的一的一层；物物理理层与与数数据据链路路层的的划划分分是是必必要要和和合合理理的的，而而TCP/IP参考模型却没有做到参考模型却没有做到这点。点。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议572.5.3 OSI2.5.3 OSI参考模型参考模型TCP/IP TCP/IP 参考模型的比参考模型的比较相同点：相同点：都分都分层 都有都有应用用层、尽管它、尽管它们的效的效劳不同不同 都可比都可比较的的传输层和网和网络层 使用分使用分组交交换、而不是、而不是电路交路交换技技术 网网络专家需要家需要对它它们了解了解不同点：不同点：TCP/IP TCP/IP 将表示将表示层和会和会话层包括到了包括到了应用用层。TCP/IP TCP/IP 将将OSIOSI的数据的数据链路路层和物理和物理层包括在一包括在一层中。中。TCP/IP TCP/IP 看起来更看起来更简单，它分，它分层更少；更少；这种种认识是是错误的。的。OSI OSI参考模型参考模型不如不如TCP/IP TCP/IP 参考模型复参考模型复杂，但它有更多的分，但它有更多的分层，更容易开，更容易开发和排除故和排除故障障TCP/IP TCP/IP 协议是伴随着互是伴随着互联网的开展而得以完善的网的开展而得以完善的标准，所以准，所以TCP/IPTCP/IP模型模型 仅仅由于其由于其协议而被广泛而被广泛认可；可；虽然然OSIOSI模型作模型作为指指导原那么，但是网原那么，但是网络通常并没有建立在通常并没有建立在OSIOSI参考模型的根底上。参考模型的根底上。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议58效效劳器方式器方式客客户效效劳器方式是器方式是TCP/IPTCP/IP的的进程之程之间常用，它的概念很重要。常用，它的概念很重要。以以应用用层的通信的通信为例来例来说明客明客户效效劳器方式。器方式。应用用层是直接是直接为用用户的的应用用进程提供效程提供效劳的。但是，的。但是，应用用层协议不不为解决解决用用户各种具体各种具体应用的用的协议。应用用层是原理体系是原理体系结构中最高的构中最高的一一层，在它之上不存在其他，在它之上不存在其他层，所以，所以，应用用层的任的任务是是为终端用端用户提供效提供效劳的。的。应用用层协议是是为了解决了解决这一一类的的应用用问题的，它通常是通的，它通常是通过位于不同主机的多个位于不同主机的多个进程之程之间的通信和的通信和协同工作来完成的。同工作来完成的。解决具体解决具体应用用问题而彼此通信的而彼此通信的进程就称程就称为“应用用进程。程。应用用层的具体内容就是的具体内容就是规定定进程在通信程在通信时所遵循的所遵循的协议。客客户效效劳器方式就是指通信中所涉及到的两个器方式就是指通信中所涉及到的两个进程。它所描程。它所描述的是述的是进程之程之间效效劳和被效和被效劳的关系。的关系。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议59客客户效效劳器模式器模式client-server model)client-server model)用用户效效劳器模式器模式软件通常件通常还具有如下的特点：具有如下的特点：1.1.客客户软件特点：件特点：*1 12 23 34 42.2.效效劳器器软件特点：件特点：*1 12 23 34 4用用户效效劳器的通信关系一旦建立，通信就可是双向的。器的通信关系一旦建立，通信就可是双向的。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议60客客户效效劳器模式器模式client-server client-server model)model)工作过程：工作过程：用户发请求信息指示要完成的工作用户发请求信息指示要完成的工作效劳器完成工作后送答复复效劳器完成工作后送答复复此外功能较强的计算机可同时应行多个效劳进程。此外功能较强的计算机可同时应行多个效劳进程。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议612.7 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 网网络协议标准准组织RFC文档文档Internet草案草案Internet协议标准准Internet管理机构管理机构?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议622.7.1 网网络协议标准准组织 国国际 电报咨咨询委委员会会CCITT国国际电信信联盟盟ITU国国际标准化准化组织ISO 电子工子工业协会会EIA电气与气与电子工程子工程师协会会IEEEATM论坛?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议632.7.2 RFC文档文档 请求求评价价RFC文档从文档从1969年年ARPANET出出现时就开始就开始存在；存在；它它们是用于是用于Internet开开发团体的最初的技体的最初的技术文档系列；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文档，但它并不是一定会成为标准，事准，事实上很多上很多RFC 文档都没有文档都没有实现；RFC文档草案文档草案对于从事于从事Internet技技术研究与开研究与开发的技的技术人人员是是获得技得技术开展状况与开展状况与动态的重要信息来源；的重要信息来源；读者可以很方便地从相关主机使用者可以很方便地从相关主机使用FTP、Web和其他和其他的的检索方式索方式获取取这些文档。些文档。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议64读RFC文档文档时，需要注意的，需要注意的问题一一是是需需要要确确定定它它是是最最新新的的文文档档，二二是是需需要要注注意意RFC文文档的档的类别；所所有有的的RFC文文档档都都要要经历评论和和反反响响过程程，并并且且在在这一段一段时间内它内它们会被划分会被划分为不同的不同的类别；RFC文文档档一一旦旦被被提提交交，IFTF和和IAB组织将将审查RFC文文档，通档，通过后可以成后可以成为一一项标准；准；RFC文文档档按按照照它它开开展展与与成成熟熟的的过程程可可以以分分为标准准、草草案案标准、提案准、提案标准、准、实验性的、信息性或性的、信息性或历史性的；史性的；RFC文文档档又又可可以以分分为被被要要求求、被被推推荐荐、被被选择、受受限限制使用或不被推荐。制使用或不被推荐。?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议652.7.3 Internet管理机构管理机构 国家科学基金会国家科学基金会NSF Internet协会会ISOCInternet体系体系结构委构委员会会IABInternet工程任工程任务组IETFInternet工程指工程指导委委员会会IESGInternet研究任研究任务组IRTFInternet网网络信息中心信息中心InterNICInternet地址分配授地址分配授权机构机构IANAWWW联盟盟?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议66 一种建议的参考模型一种建议的参考模型该模式模式为教材介教材介绍的模的模式形式：式形式：下去后自己看下去后自己看书理解理解?计算机网络?第2章 网络体系结构与网络协议67小小结网网络体体系系结构构与与网网络协议是是网网络技技术中中两两个个最最根根本本的概念；的概念；网网络中中计算算机机之之间要要做做到到有有条条不不紊紊地地交交换数数据据就就必必须遵遵守守一一些些事事先先约定定好好的的规那那么么。这些些为网网络数数据据交交换而而制制定定的的规那那么么、约定定与与标准准被被称称为网网络协议。功能完功能完备的网的网络需要制定一系列的需要制定一系列的协议；网网络协议就就是是按按照照层次次结构构模模型型来来组织的的，网网络层次次结构构模模型型与与各各层协议的的集集合合定定义为计算算机机网网络体体系系结构；构；ISO定定义的的开开放放系系统互互联参参考考模模型型对推推动网网络协议标准化的研究起到了重要的作用；准化的研究起到了重要的作用；Internet的的广广泛泛应用用使使TCP/IP协议成成为事事实上上的的标准。准。