ISO参考模型与TCPIP结构

网络工程技术电子教案,2010年8月,网 络 工 程 技 术,计算机科学与技术专业,第,2,章,相关网络技术基础知识,2,.1 OSI,参考模型,OSI,参考模型,(OSI/RM):,开放式互联参考模型,(Open System Inter-connection Reference,Model,OSI,/RM),，它是由国际标准化组织（,ISO,）提出的一个网络系统互联模型。,和,tcp/ip,协议栈模型相比,OSI,参考模型实际应用不大,但对其的理解可以帮助我们认识网络协议,现实网络中,TCP/IP,协议栈应用更广泛,.,图,1-1-1 OSI,参考模型,2,.1.1 OSI,参考模型的分层结构,1.,每一层都为上一层提供服务并为其上一层提供一个访问接口,.,2.,不同主机相同层称为对等层,.,3.,对等层之间通信要遵守一定的规则,如通信内容,通信方式,这个规则称为协议,.,4.,主机上运行的多个协议的集合称为协议栈,.,主机之间利用其接收和发送数据,.,2,.1.2 OSI,参考模型中各层的作用,1,物理层（,Physical Layer,）,规定了激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。为上层协议提供了一个传输数据的物理介质。,数据单位为比特（,bit,）,典型规范代表：,EIA/TIA RS-232,，,RJ-45,2,数据链路层（,Data Link Layer,）,数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。作用有：物理地址寻址、数据的成帧、流量的控制、数据的检错、重发等。,数据单位为帧（,frame,）,典型的协议：,SDLC,、,PPP,、,STP,、帧中继等。,3,网络层（,Network Layer,）,负责对子网间的数据包进行路由选择。还实现拥塞控制、网际互连等功能。,数据单位为数据包（,packet,）,典型的协议有：,ipx,、,ip,等。,4,传输层（,Transport Layer,）,第一个端到端，即主机到主机的层次。负责将上层数据分段并提供端到 端的、可靠的或不可靠传输，同时还处理差错控制和流量控制。,数据单位为段,典型的协议有：,tcp,、,udp,、,spx,等。,5,会话层（,Session Layer,）,管理主机之间的会话进程，负责建立、管理、终止进程间的会话。,典型的协议有,:NETBIOS,、,ZIP,等。,6,表示层（,Presentation Layer,）,对上层数据或信息进行变换以保证一个主机的应用层信息可以被一个主机的应用层程序理解，该层的数据转换包括数据的加密、业所、格式转换等。,典型的协议有：,ASCII,、,ASN,。,JPEG,、,MPEG,等。,7,应用层（,Application Layer,）,为操作系统 或网络应用程序提供访问网络服务的接口。,典型的协议有：,telnet,、,ftp,、,http,、,snmp,等。,2,.1.3 OSI,参考模型中的数据封装过程,图,1-1-2 OSI,参考模型中的数据封装过程,AH,：,Application header,PH,：,Presentation Header,SH,：,Session Header,TH,：,Trasport,Header,NH,：,Network Header,DH,：,Data link Header,DT,：,Data link Trailer,2,.2 TCP/IP,参考模型,图,1-2-1 TCP/IP,参考模型,2,.2.1 TCP/IP,参考模型的层次结构,图,1-2-2 TCP/IP,参考模型的层次结构,1.,主机到网络层,协议栈中没有真正描述这一层的功能实现，只是要求能够提供网络互连层一个访问接口，因此具体实现随网络的不同而不同。,2.,网络互连层,TCP/IP,协议栈的核心。,将分组发往目标网络或主机。,定义了分组格式和协议，即,IP,协议,由于分组发送可能沿不同的路径进行，因此要求上一层具备分组的排序功能。,路由功能。,异构网络的互连。,拥塞控制功能。,3,、传输层,使源端主机和目的端主机上的对等实体进行会话。定义两种服务质量不同的协议。,TCP-,传输控制协议,TCP,协议是一种可靠的、面向连接的协议。它将上层发出的字节流无差错的发往互联网上的其他主机。,发送端负责将上层传送下来的字节流分成报文段传递给下层。,接收端负责将受到的报分进行重组后递交给上层。,发送端处理端到端的流量控制，避免缓慢的接收端由于没有足够的缓冲区接收发送方发送的大量数据。,UDP,用户数据报协议,一个不可靠的、无连接协议，适用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合。,4,、应用层,TCP/IP,模型将,OSI,参考模型中的会话层和表示层的功能合并到应用层实现。应用层面向不同的网络应用引入了不同的应用层协议。基于,TCP,的协议，如：文件传输协议（,FTP,）、虚拟终端协议（,TELNET,）、超文本传输协议（,HTTP,），基于,UDP,的协议，如：简单网络管理协议（,SNMP,）、简单文件传输协议（,TFTP,）、网络时间传输协议（,NTP,）等。,2,.2.3,套接字,概述,在每个,TCP,、,UDP,数据段中都包含有源端口号和目的端口号。套接字（,socket,）是指一个,IP,地址和一个端口号的合称，而一个套接字对（,socket pair,）可以唯一地确定互连网中每个,TCP,连接的双方。 不同的应用层可能基于不同的传输层协议。 有些应用层协议占用了两个不同的端口号，如：,FTP,的,20,、,21,端口，,SNMP,的,161,、,162,端口，,FTP,的,20,端口用来传送用户数据文件，,21,端口用来侦听用户的连接请求。,SNMP,的,161,端口用于,SNMP,管理进程获取,SNMP,代理的数据，,SNMP,的,162,端口用于代理主动向,SNMP,管理进程发送数据。 有些应用层协议，如，,DNS,协议使用了传输层的,TCP,和,UDP,协议为其提供服务，即,TCP 53,端口和,UDP 53,端口。,图,1-2-,3,常见协议和对应的端口号,1,TCP,建立连接的三次握手过程,2,.2.4 TCP,连接建立、释放时的握手过程,TCP,会话通过三次握手，三次握手的目标是使数据段的发送和接收同步，同时也向其他主机表明一次可接收的数据量（窗口大小），并建立逻辑连接。,2,.2.4 TCP,连接建立、释放时的握手过程,图,1-2-8 TCP,建立连接的三次握手过程,源主机发送一个,SYN=1,的,TCP,数据段，且标明初始序号,ISN,（一个随机值）。,目标主机发回确认数据段，,SYN=1,，,ACK,1,，且确认序号标明了目标主机期待收到源主机下一个数据段发送序号。同时包含目标主机的初始序号。,源主机再回送一个，同时包括了递增的发送序号和确认序号。,2,TCP,释放连接的四次握手过程,图,1-2-9 TCP,断开连接的四次握手过程,源主机发送一个,FIN,1,的数据段表示结束会话。,目标主机回送一个数据段，带有相应的发送序号和确认序号。,目标主机发送,FIN=1,的数据段表示结束会话。,源主机回送一个数据段，并带有相应的发送序号和确认序号。,至此源主机和目标主机释放该次,TCP,连接。,2,.3.2,以太网技术概述,1,Ethernet,地址,图,1-3-1 Ethernet,地址,2,CSMA/CD,逻辑链路控制,LLC,（,Logic Line Control,）子层,介质访问控制,MAC,（,Media Access Control,）子层,图,1-3-2 LLC,和,MAC,子层,2,.3.4 IEEE 802,标准系列,1,100BaseT,1995,年,6,月，,IEEE 802.3u,标准所定义。,100Base-TX,：使用两对,UTP5,类或,STP,，其中一对用于发送，一对用于接收。,100Base-F,：使用,2,对光纤，一对用于发送，一对用于接收。,100Base-T4,：使用,4,对,UTP3,类或,5,类线，其中,3,对线用于发送，一对用于接收。,2,1000BaseT,1000Base-SX,：使用芯径为,50m,（微米，下同）,或,62.5m,，工作波长为,850nm,（纳米，下同）,或,1300nm,的多模光纤，采用,8B/10B,编码方式，传输距离分别为,260m,和,525m,。,1000Base-LX,：使用芯径为,9m,、,50m,或,62.5m,，工作波长为,1300nm,的多模、单模光纤，采用,8B/10B,编码方式，传输距离分别为,550m,和,3km,10km,。,1000Base-CX,：使用,150,欧姆平衡屏蔽双绞线（,STP,），采用,8B/10B,编码方式，传输速率为,1.25Gbps,，传输距离为,25m,。,1000Base-T,：使用,4,对,5,类非平衡屏蔽双绞线（,UTP,），传输距离为,100m,。,2.4,地址解析协议,(ARP),网络中的机器既有逻辑地址也有物理地址,逻辑地址是为了管理方便而设置的,就像学生的学号,而物理地址就像学生的姓名,.,逻辑地址,:,是网络层的协议数据单元的地址,.,物理地址,:,是数据链路层的协议数据单元的地址,.,1.ARP,协议,ARP,协议的作用,:,通常情况下,我们访问一个机器的时候一定知道它的逻辑地址,(,ip,地址,),而物理地址就不一定知道,.,若不知道物理地址就不能把网络层的数据包封装成,MAC,帧,.ARP,协议解决了逻辑地址和物理地址的对应问题,.,2,ARP,广播,工作原理,图,1-4-1 ARP,广播,3.ARP,协议工作过程,1.,每台主机上,ARP,协议都设置一个,IP,地址和硬件地址对应关系的高速缓冲,当网络层的数据报要封装成,MAC,帧时,首先在高速缓冲中查看有无该数据报首部的目的地址对应的硬件地址,.,2.,若有,则将该硬件地址写入,MAC,帧中,完成数据报的封装,.,3.,若无,ARP,协议则在本局域网中上广播发出一个,ARP,请求分组，格式如下图所示：,ARP,分组格式,硬件类型,协议类型,硬件地址长度,协议长度,操作,发送方,MAC,地址（,8,位组,0,3,）,发送方,MAC,地址（,8,位组,4,5,）,发送方,ip,地址（,8,位组,0,1,）,发送方,ip,地址（,8,位组,2,3,）,目标,MAC,地址（,8,位组,0,1,）,目标,MAC,地址（,8,位组,2,5,）,目标,ip,地址（,8,位组,0,3,）,说明：,(1).,硬件类型,:,接收方想知道的硬件接口类型,以太网的值位,1,(2).,协议类型,:,发送方提供的高层协议地址类型,ip,地址位,080616,(3).,操作,:ARP,请求,(1),ARP,相应,(2),RARP,请求,(3),RARP,相应,(4),(4).,协议长度,:,高层协议地址长度,.,(5).,发送方,MAC,地址,:,发送方硬件地址,(6).,目标,MAC,地址,:,接受方硬件地址,ARP,协议工作过程,在发送方,ARP,请求分组中,发送方的,IP,地址和发送方硬件地址,以及目标,ip,地址都应该写入已知的数据,要寻找的目标地址写入全,0.,4.,当,ARP,请求分组到每一台机器时,每一台机器都要拿自己的,IP,地址和请求分组中的目标,IP,地址进行比较,如果不同则不做任何动作,.,5.,若现同则发送一个,ARP,相应分组给对方,ARP,相应分组的格式如上图,在相应分组中发送方写明自己的硬件地址,.,ARP,协议工作过程,6.,这一通信完成后,通信双发在自己的,ARP,缓冲中添加一条对方,ip,地址和,MAC,地址的对应记录,.,3,ARP,缓冲区,图,1-4-3 Windows,环境下，命令,arp a,的输出,图,1-4-4,路由器中,show arp,命令的输出,1.5.1,路由技术,图,1-5-1,路由选择,1.5,路由、交换与远程访问技术,1.6,思考与练习,1,画出,OSI,参考模型与,TCP/IP,参考模型。,2,简述,TCP,连接建立、释放的握手过程。,3.,简述,ARP,协议的工作过程。,再 见,