2022年2022年计算机网络体系结构 .pdf

计算机网络技术风云龙影视创作室-张明 WindCloudDragon A&V Studio-1-http:/ 第 2 章计算机网络体系结构与协议2.1 网络体系结构中的几个概念2.1.1 网络协议1、定义：网络协议是指通信双方必须共同遵守的约定和通信规则，它是通信双方关于通信如何进行所达成的共gng识s h。2、协议的三要素：(1)语法(Syntax)：数据与控制信息的格式、数据编码等。(2)语义(Semantics)：控制信息的内容，需要做出的动作及响应。(3)时序(Timing)：事件先后顺序和匹配。2.1.2 协议分层我们希望退货尊敬的李先生：由于方面的原因我们希望退货传真#尊敬的李先生：由于方面的原因我们希望退货他们希望退货尊敬的李先生：由于方面的原因我们希望退货传真#尊敬的李先生：由于方面的原因我们希望退货经理们的想法高级助理使用公司之间的正规书信秘书利用信函、传真等传递正规书信图 2-1 协议层次实例1、体系结构(Architecture)是指计算机通信网的分层、各层协议和层间接口的集合，也就是通信网及其部件所应完成的功能的精确定义。2、分层结构的优点(1)各层之间相互独立；(2)灵活性好；(3)各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其他层；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 9 页 -计算机网络技术风云龙影视创作室-张明 WindCloudDragon A&V Studio-2-http:/ (4)易于实现和维护；(5)由于每层的功能与所提供的服务已有精确的说明，因此有利于促进标准化。2.1.3 其他相关概念图 2-2 层次、协议、接口与服务等概念1系统/网络结点/结点(System)网络中有自治能力的计算机或交换设备。2.实体(Entity)每个层次中能够发送和接收信息的任何东西。一个系统包括若干个实体；分为软件实体和硬件实体两种类型。3.对等实体位于不同系统的同一层次的实体。网络协议是计算机网络中对等实体之间有关通信规则约定的集合。4协议栈（Protocol Stack）协议栈是指某个系统中所有层次的协议的列表。栈是具有层次结构的一组协议，能实现整个通信过程。5网络体系结构（Network Architecture）网络体系结构是指层次结构与协议的集合，是层次结构和协议的有机整体。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 9 页 -计算机网络技术风云龙影视创作室-张明 WindCloudDragon A&V Studio-3-http:/ 网络体系结构并不包括每层的实现细节和接口规范。6.服务(Service)每个层次所能完成的操作功能。下层对上层提供服务，或者说上层使用下层提供的服务；上层叫做服务的使用者，下层叫做服务的提供者；不能跨层提供服务。7面向连接的服务和无连接的服务 (1)面向连接的服务面向连接的服务要求服务的提供者要做建立连接、维护连接和拆除连接的工作。其特点是可靠性高、能够保证数据顺序传输。(2)无连接的服务无连接的服务不需要维持连接。其特点是可靠性低、不能保证数据的传输顺序。8接口（Interface）接口是相邻两层之间的边界。9服务访问点(SAP：Service Access Point)相邻两层实体之间通过接口调用服务或提供服务的联系点。10协议数据单元（Protocol Data Unit,PDU）协议数据单元是对等实体之间通过协议传送的数据单元(虚拟数据)。11接口数据单元（Interface Data Unit,IDU）/服务数据单元(Service Data Unit：SDU)接口数据单元是相邻层次之间通过接口传递的数据单元(物理数据)。接口数据单元=控制信息+服务数据单元2.2 OSI 参考模型2.2.1 OSI 参考模型概述1、计算机网络体系结构的发展(1)20 世纪 70 年代，各公司为主的计算机网络体系结构；(2)20 世纪 80 年代，国际标准化组织ISO(International Standard Organizition)提出了 OSI/RM：Open System Interconnection/Reference Model 开放系统互连基本参考模型；(3)20 世纪 90 年代，以Internet 体系结构为主的计算机网络体系结构。2、OSI/RM 的特点(1)每个层次的对应实体之间都通过各自的协议通信；(2)各个计算机系统都有相同的层次结构；(3)不同系统的相应层次有相同的功能；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 9 页 -计算机网络技术风云龙影视创作室-张明 WindCloudDragon A&V Studio-4-http:/ (4)同一系统的各层次之间通过接口联系；(5)相邻层之间，下层为上层提供服务，同时上层使用下层提供的服务。图 2-3 OSI 参考模型示意图2.2.2 物理层(Physical Layer)1、功能：建立、维持和释放数据链路实体间的连接；介于数据链路层和物理传输介质之间，并且起到逻辑接口的作用。2、传输的信息：二进制比特流。2.2.3 数据链路层(Data Link Layer)1、功能：建立、维持和释放网络实体间的连接；在物理层提供的比特服务基础上，在相邻结点之间提供简单的通信链路；负责数据链路的流量控制、差错控制。2、传输的信息：帧(Frame)。3、分层：逻辑链路控制(LLC:Logic Link Control)和介质访问控制(MAC:Medium Access Control)。4、网络产品：网卡、网桥和Modem。2.2.4 网络层1、功能：路由；对通信子网进行运行控制；提供交换、统计功能。2、传输的信息：分组或包(Packet)。3、网络产品：路由器和网关。2.2.5 传输层(Network Layer)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 9 页 -计算机网络技术风云龙影视创作室-张明 WindCloudDragon A&V Studio-5-http:/ 1、功能：向用户提供可靠的、透明的端到端的数据传输；流量控制、差错控制。2、传输的信息：段(Segment)。1-3 层为通信子网；5-7 层为资源子网；第 4 层：传输层，过渡层，最重要，最核心的一层。2.2.6 会话层(Session Layer)1、功能：提供两个互相通信的应用进程之间的会话机制，即建立、组织和协调双方的交互，并使会话获得同步；对话管理、数据流同步和重新同步、隔离功能。2.2.7 表示层(Presentation Layer)1、功能：为异种主机通信提供一种公共语言，以便能进行互操作；编码和解码、数据格式转换、压缩和解压缩、加密和解密。2.2.8 应用层(Application Layer)1、功能：为用户的应用程序提供网络服务；管理开放系统的互联，即启动、维持和终止系统。2.2.9 OSI 参考模型中的数据传输1、数据单元：各层传输数据的最小单位。2、封装(Encapsulation)：在发送结点自上而下逐层增加头(尾)信息，而在目的结点又自下而上逐层去掉头(尾)信息的过程叫做封装。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 9 页 -计算机网络技术风云龙影视创作室-张明 WindCloudDragon A&V Studio-6-http:/ 图 2-4 OSI 参考模型中的数据传输2.3 TCP/IP 参考模型图 2-5 TCP/IP 模型与 OSI 参考模型对照图图 2-6 TCP/IP 模型中的协议与网络TCP/IP 协议模型：Transmission Control Protocol,Internet Protocol是一组协议，最主要的是TCP 和 IP，其中 TCP 用来为应用程序提供端到端的通信和控制功能，而IP 用来给各种不同的通信子网或局域网提供一个统一的互联平台。1主机-网络层/网络接口层功能：传输经网络互联层处理过的信息，并提供一个主机与实际网络的接口。2网络互联层（IP 层）-关键层(1)功能：使主机可以把分组发往任何网络并使各分组独立地传向目的地；分组路由；拥塞控制。(2)信息格式：数据报(Datagram)(3)使用的协议：IP 协议3传输层名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 9 页 -计算机网络技术风云龙影视创作室-张明 WindCloudDragon A&V Studio-7-http:/ (1)功能：为应用程序提供端到端的通信功能。(2)使用的协议：TCP：可靠的，面向连接的协议；UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议：不可靠的，无连接的协议。4应用层(1)功能：为用户提供所需要的各种服务。(2)使用的协议：电子邮件协议SMTP(Simple Message Transfer Protocol)：用来发送邮件；POP3(Post Office Protocol3)：用来接收邮件。超文本传输协议HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)：在浏览器中，此协议是一个缺省协议；网络终端协议Telnet，如电子公告版BBS；文件传输协议FTP(File Transfer Protocol)；网络新闻传输协议NNTP(Network News Transfer Protocol)；域名系统DNS(Domain Name System)；简单网络管理协议SNMP(Simple Network Management Protocol)；路由信息协议RIP/开放式最短路径优先OSPE：Router Information Protocol。2.4 对比 OSI 参考模型与TCP/IP 参考模型1OSI 参考模型与TCP/IP 参考模型的对照关系(1)ICP/IP 是四层结构，而OSI 是七层结构；(2)ICP/IP 中的网络互联层无连接，而 OSI 中的网络层无连接面向连接；(3)ICP/IP 中的传输层无连接面向连接，而 OSI 中的传输层无连接。2OSI 参考模型与TCP/IP 参考模型的优缺点比较(1)OSI 参考模型抽象能力高，适合于描述各种网络；概念划分清晰，详细定义了服务、接口和协议的关系；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 9 页 -计算机网络技术风云龙影视创作室-张明 WindCloudDragon A&V Studio-8-http:/ 先定义模型，再定义各层的协议，个别情况下，有协议和模型脱节的情况；过于繁杂，实现起来较困难，效率低；会话层和表示的划分意义不大。(2)ICP/IP 模型先定义协议，后制定模型，因此模型和协议之间吻合很好；层次划分简单，容易实现，效率高；不适合于描述其他非ICP/IP 网络；网络接口层并不是真正的一层。2.5 Novell NetWare参考模型与IPX/SPX协议1、简介IPX/SPX 协议是专为局域网而设计的网络通信协议。IPX(Internetwork Packet Exchange)互联网分组交换协议：无连接的通信协议，数据单元是分组；SPX(Sequenced Packet Exchange)顺序分组交换协议：面向连接的通信协议。各种应用服务应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层SPX IPX 网络接口卡与网卡驱动程序OSI Novell NetWare 图 2-7 OSI 与 Novell NetWare 层次对比2.6 微软公司使用的网络协议1、微软公司的四个协议栈/协议簇c(1)TCP/IP(2)NetBEUI：适用于小型的，单个服务器的网络。(3)NWLink：适用于 Windows 计算机和Novell NetWare计算机的交互。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 9 页 -计算机网络技术风云龙影视创作室-张明 WindCloudDragon A&V Studio-9-http:/ (4)AppleTalk：适用于 Windows 计算机和Macintosh计算机的交互。2绑定(1)绑定(binding)：在协议栈和网卡驱动程序之间建立关联。多个协议栈可以绑定到同一个网卡上；如果一台计算机安装有多个网卡，则同一个协议可以绑定到两个以上的网卡上。2.7 习题1，2，3-(1)(2)(8)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 9 页 -