网络协议与体系结构.ppt

第2章网络协议与体系结构,人民邮电出版社,本章学习要点：,l了解：网络协议的作用l掌握：网络系统的分层体系结构l掌握：OSI七层参考模型l了解：网络的3个著名标准化组织及其主要贡献,人民邮电出版社,2.1网络协议2.2计算机网络体系结构的概念2.3网络的三个著名标准化组织的组成与主要贡献,人民邮电出版社,2.1网络协议,协议定义了网络上的各种计算机和设备之间相互通信、数据管理、数据交换的整套规则。通过这些规则（也称为约定），网络上的计算机才有了彼此通信的“共同语言”。,人民邮电出版社,1.协议的中心任务在计算机网络的一整套规则中，任何一种协议都需要解决3方面的问题。协议的语法（如何讲）问题。协议的语义（讲什么）问题。协议的定时（讲话次序）问题。,人民邮电出版社,2.协议的功能作为计算机数据交换语言的协议必须具备以下一些功能。（1）分割与重组协议的“分割”功能，可以将较大的数据单元分割成较小的数据单元，其反过程为“重组”，如图2-1所示。,人民邮电出版社,图2-1分割与重组,人民邮电出版社,图2-2路径选择,（2）寻址协议的“寻址”功能使得设备彼此识别，同时可以进行路径选择，如图2-2所示。,人民邮电出版社,（3）封装与拆封协议的“封装”功能是指在数据单元（数据包）的始端或者末端增加控制信息，其相反的过程是“拆封”（拆装），如图2-3所示。,图2-3数据封装与拆封,人民邮电出版社,（4）排序协议的排序功能是指报文发送与接收顺序的控制，如图2-4所示。,图2-4排序,人民邮电出版社,图2-5信息流控制,人民邮电出版社,（5）信息流控制协议的流量控制功能是指在信息流过大时，所采取的一系列措施，如图2-5所示。（6）差错控制差错控制功能使得数据按误码率要求的指标，在通信线路中正确地传输。（7）同步协议的同步功能可以保证收发双方在数据传输时的一致性。,人民邮电出版社,（8）干路传输协议的干路传输功能可以使多个用户信息共用干路。（9）连接控制协议的连接控制功能可以控制通信实体之间建立和终止链路的过程。,人民邮电出版社,3.协议的种类（1）标准或非标准协议标准协议涉及各类的通信环境；而非标准协议只涉及专用环境。（2）直接或间接协议当设备直接进行通信时，需要一种直接通信协议；而设备之间，间接通信时，则需要一种间接通信协议。,人民邮电出版社,（3）整体的协议或分层的结构化协议整体协议，一个整体协议包括了一整套的规则，以及协议的各种功能。分层的结构化协议，即将协议的各种功能分为多个层次、单位（结构）来实施。,人民邮电出版社,2.2计算机网络体系结构的概念,1.层次化体系结构的概述图2-6是当前实际运行的邮政系统的工作流程示意图，图中清楚地表明了信件发送和接收的过程。,人民邮电出版社,图2-6邮政系统中信件传递工作过程示意图,人民邮电出版社,计算机网络通信系统的工作过程存在以下几个基本概念。（1）协议（protocol）协议是一种通信约定。在计算机网络通信过程中，为了保证计算机之间能够准确地进行数据通信，也必须制定一套通信规则，这套规则就是通信协议。,人民邮电出版社,（2）层次（layer）层次是人们对复杂问题的一种基本处理方法。当人们遇到一个复杂问题的时候，通常习惯将其分解为若干个小问题，再一一进行处理。在计算机网络中，每个节点都划分为相同的层次。不同节点的相同层次具有相同的功能，这些都与邮政系统的类似。,人民邮电出版社,（3）接口（interface）接口就是同一节点内，相邻层之间交换信息的连接之点。在网络中，同一节点内的各相邻层之间都应有明确的接口，高层通过接口向低层提出服务请求，底层通过接口向高层提供服务。（4）实体（Entity）在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体组成。这些实体抽象地表示了通信时的软件元素（如进程或子程序）；或硬件元素。多数情况下，实体是指一个特定的软件模块。,人民邮电出版社,（5）层次性模型结构（NetworkArchitecture）计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成功能的精确定义。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。,人民邮电出版社,1.计算机网络体系结构的定义和研究意义采用层次化网络体系结构具有以下一些特点。各层之间相互独立。这样，某一高层只需知道如何通过接口（界面）向下一层提出服务请求，并使用下层提供的服务，并不需要了解下层执行时的细节。结构上独立分割。由于各层独立划分，因此，每层都可以选择最合适的实现技术。灵活性好。如果某一层发生变化，只要接口的条件不变、则以上各层和以下各层的工作均不受影响，这样，有利于技术进步和模型的修改。,人民邮电出版社,易于实现和维护。整个系统被分割为多个部分，系统变得容易实现、管理和维护。有益于标准化的实现。由于每一层都有明确的定义，十分利于标准化的实施。网络体系结构化分的基本原则是：把应用程序和网络通信管理程序分开；同时又按照信息在网络中传输的过程，将通信管理程序分为若干个模块；把原来专用的通信接口转变为公用的、标准化的通信接口。,人民邮电出版社,2.1.1ISO/OSI七层参考模型,国际标准化组织（InternationalStandardsOrganization，ISO）于1981年颁布了开放系统互连OSI参考模型（OpenSystemInterconnectionReferenceModel，OSI/RM）的格式，通常简称为“七层模型”，参见图2-7。,人民邮电出版社,图2-7OSI网络模型以两个通信实体之间的分层结构,人民邮电出版社,ISO通过下述的准则制定了著名的OSI开放系统参考模型，其层次划分的原则如下：网络中每个节点都划分为相同的层次结构。不同节点的相同层次都有相同的功能。同一节点内各相邻层次之间通过接口，并按照接口协议进行通信。每一层中介直接地使用了下一层提供的服务，间接地使用了以下所有层的服务，并向上层提供服务。不同节点之间，按“同层协议”实现对等层之间的通信。,人民邮电出版社,2.2.2OSI参考模型各层的功能,图2-7所示的OSI参考模型每一层的功能、传输的数据单元，以及特点如下：1.物理层（PhysicalLayer）物理层是OSI模型的第1层，该层传输以“位”为单位的数据流，其主要功能用一句话表示就是“确定如何使用物理传输介质，实现两个节点间的物理连接，透明地传送比特位流。”。,人民邮电出版社,说明：第一，物理层直接与物理信道相连接，因此物理层是7层中惟一的“实连接层”；而其他各层由于都间接地使用到物理层的功能，因此为“虚连接层”。第二，“透明”是一个很重要的术语。它表示的是某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。为了实现物理层的功能，该层所涉及的内容主要有以下几个方面：,人民邮电出版社,（1）通信连接端口与传输媒体的物理和电气特性l机械特性：规定了物理连接器的现状、尺寸、针脚的数量，以及排列状况等。l电气特性：规定了在物理连接信道上传输比特流时的信号电平、数据编码方式、阻抗及其匹配、传输速度和连接电缆最大距离的限制等。l功能特性：规定了物理接口各个信号线的确切功能和含义。l规程特性：利用信号线进行比特流传输时的操作过程。,人民邮电出版社,（2）比特数据的同步和传输方式物理层指定收发双方在传输时使用的传输方式，以及为保持双方步调一致而采用的同步技术。（3）网络的物理拓扑结构物理拓扑规定了节点之间外部连接的方式。（4）物理层完成的其他功能l数据的编码l调制技术l通信接口标准,人民邮电出版社,2.数据链路层（DataLinkLayer）数据链路层是OSI模型的第2层，该层传输以“帧”为单位的数据单元，其主要功能用一句话表示就是“在物理层服务的基础上，通过各种控制协议，将有差错的实际物理信道变为无差错的、能可靠传输数据的数据链路”。,人民邮电出版社,3.网络层（NetworkLayer）网络层是OSI模型的第3层，该层传输以“分组”为单位的数据单元，其主要任务用一句话表示就是“为数据通过网络建立逻辑链接，即该层通过路由选择算法，为报文、或分组通过通信子网选择最适当的路径，并提供网络互联及拥塞控制功能”。,人民邮电出版社,4.传输层（TransportLayer）传输层是OSI模型的第4层，该层传输以“报文”为单位的数据单元，其主要任务用一句话表示就是“向用户提供可靠的端到端的差错和流量控制，保证报文的正确传输”。传输层的目的是向高层屏蔽下层数据通信的细节，即向用户透明地传送报文。一般，OSI模型下3层的主要任务是数据通信，上3层的任务是数据处理。由于传输层（transportlayer）位于OSI模型的第4层，因此，也是计算机通信体系结构中最关键的一层，它是通信子网和资源子网的接口和桥梁，起到承上启下的作用。,人民邮电出版社,5.会话层（SessionLayer）会话层是OSI模型的第5层，它是用户应用程序和网络之间的接口，其主要任务用一句话表示就是“负责维护节点间的传输链接，确保点到点的数据传输与交换”。6.表示层（PresentationLayer）表示层是OSI模型的第6层，它的主要功能用一句话表示就是“处理节点间或通信系统间信息表示方式方面的问题，如数据格式的转换、压缩与恢复，及加密与解密等”。,人民邮电出版社,7.应用层（ApplicationLayer）应用层是OSI参考模型的最高层，即第7层，它提供用户应用程序和网络之间的接口，其主要功能用一句话表示为“直接向用户提供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作”。这一层还为用户提供各种服务，包括文件传送、远程登录、电子函件，及网络管理等。,人民邮电出版社,2.2.3OSI参考模型中的数据流动,1.OSI环境OSI参考模型规定的范围被称为OSI环境，如图2-7所示。,人民邮电出版社,2.OSI参考模型节点间通信的数据流不同节点通信时的数据流动参见图2-8。（1）发送节点在发送方节点内，它的上层和下层之间传输数据。每经过一层都对数据附加一个信息头部，即“封装”，而该层的功能正是通过这个“控制头”（附加的各种控制信息，）来实现的。由于每一层都对发送的数据发生作用，因此，真正发送的数据越来越大，直到构成数据的二进制位流，在物理介质上传输，参见图2-8。,人民邮电出版社,（2）接收节点在接收方节点内，这七层的功能又依次发挥作用，并将各自的“控制头”去掉，即“拆封”，同时完成各层相应的功能。在OSI参考模型中，当系统1作为发送节点，系统2作为接收节点时，发送节点和接收节点中的数据传输的数据流，如图2-7中的虚线和图2-8所示。,人民邮电出版社,图2-8OSI参考模型中的数据流（协议栈）,人民邮电出版社,3.建立OSI参考模型的目的和作用OSI/RM是一个概念模型，它不是一个具体的网络。它在每一层都只给出了一些原则性的说明。建立OSI参考模型的目的就在于“标准化”，即在任何一层上只要符合OSI标准的产品都可以被其它符合标准的产品所取代。,人民邮电出版社,2.3网络的三个著名标准化组织的组成与主要贡献,2.3.1国际标准化组织ISO1.ISO（InternationalStandardsOrganization）组成美国国家标准组织ANSI（AmericanNationalStandardsInstitute）及其它各国的国家标准组织的代表组成。2.ISO的主要贡献开放系统互连参考模型（OSI/RM，OpenSystemInterconnection/ReferenceModel），也就是七层网络通信模型的格式，通常称为“七层模型”。,人民邮电出版社,2.3.2电气电子工程师协会IEEE,1.IEEE（TheInstituteofElectricalandElectronicEngineer）组成电气电子工程师。是世界上最大的专业组织之一。2.IEEE主要贡献对于网络而言，IEEE一项最了不起的贡献就是对IEEE802协议进行了定义。802协议主要用于局域网。,人民邮电出版社,2.3.3美国国防部高级研究计划局ARPA,1.ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency）组成美国国防部高级研究计划局，又称DARPA（其中，“D：Defense”表示国防部）。2.ARPA的主要贡献ARPA最主要贡献是提供了连接不同厂家计算机主机的TCP/IP通信标准。,