第3章：网络体系结构与网络协议

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章,网络体系结构与网络协议,本章学习要求,：,掌握：,协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念。,掌握：,网络体系结构的层次化研究方法。,掌握：,OSI,参考模型及各层的基本服务功能。,掌握：,TCP/IP,参考模型的层次划分、各层的基本服务功能与主要协议。,了解：,OSI,参考模型与,TCP/IP,参考模型的比较。,了解：网络协议标准组织，,RFC,文档、,Internet,草案与,Internet,协议标准的制定,过程。,2,2.1,网络体系结构的基本概念,2.1.1 网络协议的概念,网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准；,网络协议的三要素：语义、语法与时序；,语义,:,用于规定数据的每一部分的意义,(,说什么内容,),；,语法,:,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,(,怎么说的问题,),；,时序：事件实现顺序的详细说明,(,说明的顺序,),。,3,常见的网络通讯协议,NETBEUI,协议,IPX/SPX,兼容协议,TCP/IP,协议,4,NetBEUI,NetBEUI(NetBIOS Extended User Interface,用户扩展接口）,IBM,开发,优点：小、快、效率高,一般用于局域网,缺点：不支持路由,一般用于微软,产品的网络上,1997/5/8,5,Kany Lee CSIE.NTU,IPX/SPX,用于,Novell Network,优点：灵活性强、支持路由,缺点：所占空间大，过多的广播,IPX/SPX,兼容性协议(,Microsoft Version),用于,Microsoft,系统与,NETWARE,系统进行通讯，也用于游戏网的组建场合中。,1997/5/8,6,Kany Lee CSIE.NTU,TCP/IP,用于任何规格的网络，是因特网的母语,优点：灵活性强、支持路由,缺点：所占空间大,需要配置,1997/5/8,7,Kany Lee CSIE.NTU,网络通讯协议的选择,可靠性,是否需要路由或多网段,占用空间,对方计算机所采用的协议,8,2.1.2 协议、层次、接口与体系结构的概念,计算机网络的四个重要的概念,层次（,layer）,协议（,protocol）,接口（,interface）,体系结构（,architecture）,9,社会上存在的邮政系统,10,层次（,layer）,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；,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；,不同系统的最低层之间存在着“物理”通信；,不同系统的对等层次之间存在着“虚拟”通信；,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体实现方法。,11,接口（,interface）,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，低层功能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。,12,网络体系结构（,network architecture）,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（每个层次有相对应的协议去实现该层的功能）；,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分为几层,以及每层应实现的功能,层与层之间的关系进行了精确的定义；,体系结构是抽象的，而实现是指通过运行一些硬件和软件来实现的。,13,2.1.3 网络体系结构的研究方法,分层的优点,将一个功能复杂的网络分解成更小的,更简单的模块,易于学习和研究,将网络系统部件标准化,提供兼容性的接口,允许不同类型的硬件和软件相互通信,优化了互操作性,防止一层的变更影响其它层的功能的正常发挥,14,2.2,OSI,参考模型,2.2.1,OSI,参考模型的基本概念,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：,国际电报与电话咨询委员会,（,Consultative Committee on,InternationalTelegraph,and Telephone，CCITT）；,国际标准化组织,（,International Standards Organization，ISO）。,CCITT,与,ISO,的工作领域是不同的：,CCITT,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。,15,在,OSI,中 的“,开放,”是指只要遵循,OSI,标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其他任何系统进行通信,.,16,2.2.2,OSI,参考模型的结构,ISO,划分七层结构的基本原则,网中各结点都具有相同的层次；,不同结点的对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；,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。,17,OSI,参考模型的结构,18,2.2.3,OSI,参考模型各层的功能,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,理和释放物理连接；,(,电路交换或线路交换,),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,(bit);,透明,:,就是说物理层不知道比特流的具体含义,仅 仅是把比特流通过线缆传输出去,.,19,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,通信的实体间建立数据链路连接（逻辑线路或虚拟连接或是子信道）；,传输以“帧”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,物理线路变成无差错的数据链路。,20,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；,为数据在结点之间传输创建逻辑链路,(,报文分组交换中的虚电路,),；,实现拥塞控制、不同网段的互连等功能。,传输层的主要功能,：,向用户提供可靠端到端,（,end-to-end）,服务（主机到主机的服务）；,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，是计算机通信体系结构中关键的一层。,21,会话层的主要功能,：,负责维护两个结点之间的会话的建立、终止，以便确保点到点传输不中断；,管理数据交换,;,会话就是一次程序的执行断点续传功能就是属于会话层,.,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：,数据编码相互变换；,数据加密与解密；,数据压缩与恢复。,22,应用层的主要功能,:,为应用程序提供了服务;,(,smtp,snmp,dhcp,dns,http,telnet,.),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;,建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。,多数应用层程序是以（,client/server,）模式运行的,服务器存储数据，并完成数据处理工作,;,客户机除了与服务器进行通讯之外，还负责提供用户操作的界面,.,23,2.2.4,OSI,环境中的数据传输过程,1.,OSI,环境（,OSI environment）,24,2.OSI,环境中的数据传输过程,25,封装解封装虚通信,封装,(encapsulation):,把,OSI,参考模型每层自己的协议信息加进数据信息的过程,或者说,增加数据头部和尾部,控制信息,的过程称为数据打包或数据封装,.,反之叫做解封装协议数据单元,(protocol data,unit,PDU,):,数据以及在数据前后增加的控制信息后形成的数据在,OSI,参考模型每层统称,.,虚通信,:,收发两端对等层之间的通信,.,26,2.3,TCP/IP,参考模型,2.3.1,TCP/IP,参考模型的发展,在,TCP/IP,协议研究时，并没有提出参考模型；,1974年,Kahn,定义了最早的,TCP/IP,参考模型；,20世纪80年代,Leiner,、Clark,等人对,TCP/IP,参考模型进一步的研究；,TCP/IP,协议一共出现了6个版本,目前我们使用的是版本4，它的网络层,IP,协议一般记作,IPv4；,版本6的网络层,IP,协议一般记作,IPv6（,或,IPng,IP next generation）；,IPv6,被称为下一代的,IP,协议。,27,TCP/IP,协议的特点,开放的协议标准,(,事实上的网络标准,);,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，更适用于互联网中；,统一的网络地址分配方案,使得整个,TCP/IP,设备在网中都具有惟一的地址；,标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务。,28,2.3.2,TCP/IP,参考模型各层的功能,应用层（,application layer）,传输层（,transport layer）,互连层（,internet layer）,主机-网络层（,host-to-network layer）,29,TCP/IP,参考模型与,OSI,参考模型的对应关系,30,主机-网络层,参考模型的最低层，负责通过网络发送和接收,IP,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，如局域网的,Ethernet、,令牌网、分组交换网的,X.25、,帧中继、,ATM,协议等;,当一种物理网被用作传送,IP,数据包的通道时，就可以认为是这一层的内容;,充分体现出,TCP/IP,协议的兼容性与适应性，它也为,TCP/IP,的成功奠定了基础。,这一层属于通信子网,.,31,网际层,相当,OSI,参考模型网络层中无连接网络服务；,处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；,IP,协议是无连接的、不可靠的、提供“尽力而为”服务的网络层协议,(,就是说尽力传送数据,而不管接收方有没有正确的接收到数据,),。,32,传输层,主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等,(,层,),实体间建立用于会话的端,(,口,)-,端,(,口,),连接；,传输控制协议,TCP,是一种可靠的面向连接协议；,用户数据报协议,UDP,是一种不可靠的无连接协议,。,33,应用层,应用层协议主要有：,网络终端协议,Telnet；,文件传输协议,FTP；,简单邮件传输协议,SMTP；,域名系统,DNS；,简单网络管理协议,SNMP；,超文本传输协议,HTTP。,34,2.4,OSI,参考模型与,TCP/IP,参考模型的比较,2.4.1,对,OSI,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。,35,2.5,网络与,Internet,协议标准组织及管理机构,网络协议标准组织,RFC,文档,Internet,草案,Internet,协议标准,Internet,管理机构,36,2.5.1 网络协议标准组织,国际电话电报咨询委员会,CCITT,国际电信联盟,ITU,国际标准化组织,ISO,电子工业协会,EIA,电气与电子工程师协会,IEEE,ATM,论坛,37,2.5.2,RFC,文档,请求评价,RFC,文档从1969年,ARPANET,出现时就开始存在；,它们是用于,Internet,开发团体的最初的技术文档系列；,任何人都可以提交,RFC,文档，但它并不是一定会成为标准，事实上很多,RFC,文档都没有实现；,RFC,文档草案对于从事,Internet,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；,读者可以很方便地从相关主机使用,FTP、Web,