计算机网络教程(第3版)第03章-体系结构与通信协议.ppt

电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材1吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著计算机网络教程计算机网络教程（第三版）（第三版）电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材2吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著第第3章章 网络体系结构网络体系结构与网络协议与网络协议 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材3吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著本章学习要求本章学习要求：掌握：掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念掌握：掌握：网络体系结构的层次化研究方法网络体系结构的层次化研究方法掌握：掌握：OSI参考模型及各层的基本服务功能参考模型及各层的基本服务功能掌握：掌握：TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本服务参考模型的层次划分、各层的基本服务 功能与协议族功能与协议族了解：了解：OSI参考模型参考模型与与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材4吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著更多精彩请关注更多精彩请关注更多精彩请关注更多精彩请关注更多精彩请关注更多精彩请关注电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材5吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著3.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念网络协议网络协议是是为网络数据交换而制定的规则、约定与标为网络数据交换而制定的规则、约定与标准；准；网络协议的三要素：语义、语法与时序；网络协议的三要素：语义、语法与时序；语义：用于解释比特流的每一部分的意义；语义：用于解释比特流的每一部分的意义；语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格语法：语法是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；式，以及数据出现的顺序的意义；时序：事件实现顺序的详细说明。时序：事件实现顺序的详细说明。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材6吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著社会上存在的邮政系统社会上存在的邮政系统电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材7吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著协议、层次、接口与体系结构的概念协议、层次、接口与体系结构的概念 层次（层次（layer）协议（协议（protocol）接口（接口（interface）体系结构（体系结构（architecture）电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材8吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著层次（层次（layer）层次是人们对复杂问题处理的基本方法；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；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；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；不同的系统分成相同的层次；不同系统的最低层之间存在着不同系统的最低层之间存在着“物理物理”通信；通信；不同系统的对等层次之间存在着不同系统的对等层次之间存在着“虚拟虚拟”通信；通信；对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定；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。的具体实现方法。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材9吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著接口（接口（interface）接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点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。实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材10吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著网络体系结构网络体系结构（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议集;网络协议是按层次结构来组织的；网络协议是按层次结构来组织的；网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构；构；网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义；确的定义；体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件和软件。和软件。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材11吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著3.2 OSI参考模型参考模型 3.2.1 OSI参考模型的基本概念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：际组织是：国际电报与电话咨询委员会（国际电报与电话咨询委员会（CCITT）国际标准化组织（国际标准化组织（ISO）CCITT与与ISO的工作领域不同：的工作领域不同：CCITT 主要是考虑通主要是考虑通信标准的制定；信标准的制定；ISO主要是考虑信息处理与网络体系结主要是考虑信息处理与网络体系结构。构。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材12吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著在在OSI中中 的的“开放开放”是指只要遵循是指只要遵循OSI标准，一个系标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其它任何系统进行通信；的其它任何系统进行通信；OSI标准中，采用的是三级抽象：标准中，采用的是三级抽象：体系结构（体系结构（architecture）服务定义（服务定义（service definition）协议说明（协议说明（protocol specification）电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材13吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著体系结构体系结构开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包括的可能的服务；包括的可能的服务；作为一个框架来协调和组织各层协议的制定；作为一个框架来协调和组织各层协议的制定；对网络内部结构最精炼地概括与描述。对网络内部结构最精炼地概括与描述。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材14吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著服务定义服务定义详细地说明了各层所提供的服务；详细地说明了各层所提供的服务；某一层的服务就是该层及其以下各层的一种能力；某一层的服务就是该层及其以下各层的一种能力；低层的服务是通过接口向上一层提供的低层的服务是通过接口向上一层提供的;各层所提供的服务与这些服务是如何实现的无关；各层所提供的服务与这些服务是如何实现的无关；定义了层与层之间的接口与各层使用的原语，但不涉定义了层与层之间的接口与各层使用的原语，但不涉及接口是具体实现的。及接口是具体实现的。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材15吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著3.2.2 OSI参考模型的结构参考模型的结构 ISO划分七层结构的基本原则划分七层结构的基本原则：网中各结点都具有相同的层次；网中各结点都具有相同的层次；不同结点的同等层具有相同的功能；不同结点的同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；同一结点内相邻层之间通过接口通信；每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；每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。不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材16吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著OSI参考模型的结构参考模型的结构 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材17吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著3.2.3 OSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能 物理层的主要功能物理层的主要功能：利利用用传传输输介介质质为为通通信信的的网网络络结结点点之之间间建建立立、管管理理和和释释放物理连接；放物理连接；实实现现比比特特流流的的透透明明传传输输，为为数数据据链链路路层层提提供供数数据据传传输输服务；服务；物理层的数据传输单元是比特。物理层的数据传输单元是比特。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材18吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著数据链路层的主要功能数据链路层的主要功能：在在物物理理层层提提供供的的服服务务基基础础上上，数数据据链链路路层层在在通通信信的的实实体间建立数据链路连接；体间建立数据链路连接；传输以传输以“帧帧”为单位的数据包；为单位的数据包；采采用用差差错错控控制制与与流流量量控控制制方方法法，使使有有差差错错的的物物理理线线路路变成无差错的数据链路。变成无差错的数据链路。网络层的主要功能网络层的主要功能：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；路径；为数据在结点之间传输创建逻辑链路；为数据在结点之间传输创建逻辑链路；实现拥塞控制、网络互连等功能。实现拥塞控制、网络互连等功能。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材19吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著传输层的主要功能传输层的主要功能：向用户提供可靠端到端向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务；服务；处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题；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。通信体系结构中关键的一层。会话层的主要功能会话层的主要功能：负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点-点传点传输不中断；输不中断；管理数据交换。管理数据交换。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材20吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著表示层的主要功能表示层的主要功能：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；数据格式变换；数据格式变换；数据加密与解密；数据加密与解密；数据压缩与恢复。数据压缩与恢复。应用层的主要功能应用层的主要功能:为应用程序提供了网络服务为应用程序提供了网络服务;应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同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。建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材21吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著3.2.4 OSI环境中的数据传输过程环境中的数据传输过程 OSI环境（环境（OSI environment）电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材22吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著OSI环境中的数据流环境中的数据流 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材23吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著3.3 TCP/IP参考模型参考模型3.3.1 TCP/IP参考模型的发展参考模型的发展在在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考模型；协议研究时，并没有提出参考模型；1974年年Kahn定义了最早的定义了最早的TCP/IP参考模型；参考模型；80年代年代Leiner、Clark等人对等人对TCP/IP参考模型进一步的参考模型进一步的研究；研究；TCP/IP协议一共出现了协议一共出现了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；目前我们使用的是版本目前我们使用的是版本4，一般被称为，一般被称为IPv4；IPv6被称为下一代的被称为下一代的IP协议协议。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材24吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著TCP/IP协议的特点协议的特点 开放的协议标准开放的协议标准;独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的计算机硬件与操作系统；独独立立于于特特定定的的网网络络硬硬件件，可可以以运运行行在在局局域域网网、广广域域网网，更适用于互连网中；更适用于互连网中；统统一一的的网网络络地地址址分分配配方方案案，使使得得整整个个TCP/IP设设备备在在网网中都具有唯一的地址；中都具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材25吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著3.3.2 TCP/IP参考模型各层的功能参考模型各层的功能 应用层（应用层（application layer）传输层传输层（transport layer）互连层（互连层（internet layer）主机主机-网络层网络层（host-to-network layer）电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材26吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著TCP/IP 参考模型与参考模型与 OSI 参考模型的对应关系参考模型的对应关系 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材27吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著主机主机-网络网络层层TCP/IP参参考考模模型型的的最最低低层层，负负责责通通过过网网络络发发送送和和接接收收IP数据报数据报;允允许许主主机机连连入入网网络络时时使使用用多多种种现现成成的的与与流流行行的的协协议议，例例如如局局域域网网的的Ethernet、令令牌牌网网、分分组组交交换换网网的的X.25、帧中继、帧中继、ATM协议等协议等;当当一一种种物物理理网网被被用用作作传传送送IP数数据据包包的的通通道道时时，就就可可以以认为是这一层的内容认为是这一层的内容;充充分分体体现现出出TCP/IP协协议议的的兼兼容容性性与与适适应应性性，它它也也为为TCP/IP的成功奠定了基础。的成功奠定了基础。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材28吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著互连层互连层相当相当OSI参考模型网络层无连接网络服务；参考模型网络层无连接网络服务；处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；IP协协议议是是一一种种无无连连接接的的、提提供供“尽尽力力而而为为”服服务务的的网网络层协议。络层协议。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材29吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著传输传输层层主主要要功功能能是是在在互互连连网网中中源源主主机机与与目目的的主主机机的的对对等等实实体体间建立用于会话的端间建立用于会话的端-端连接；端连接；传输控制协议传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议；是一种可靠的面向连接协议；用户数据报协议用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议是一种不可靠的无连接协议。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材30吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著应用应用层层网络终端协议网络终端协议Telnet文件传输协议文件传输协议FTP简单邮件传输协议简单邮件传输协议SMTP域名系统域名系统DNS简单网络管理协议简单网络管理协议SNMP超文本传输协议超文本传输协议HTTP电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材31吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著TCP/IP协议栈协议栈 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材32吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著3.4 OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较3.4.1 对对OSI参考模型的评价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；空的，数据链路层与网络层有很多的子层插入；OSI 参参考考模模型型将将“服服务务”与与“协协议议”的的定定义义结结合合起起来来，使使得得参参考考模型变得格外复杂，实现困难；模型变得格外复杂，实现困难；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；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；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；参参考考模模型型的的设设计计更更多多是是被被通通信信的的思思想想所所支支配配，不不适适合合于于计计算算机机与与软件的工作方式；软件的工作方式；严格按照层次模型编程的软件效率很低。严格按照层次模型编程的软件效率很低。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材33吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著3.4.2 对对TCP/IP参考模型评价参考模型评价在在服服务务、接接口口与与协协议议的的区区别别上上不不很很清清楚楚，一一个个好好的的软软件件工工程程应应该该将将功功能能与与实实现现方方法法区区分分开开，参参考考模模型型不不适适合于其它非合于其它非TCP/IP协议族；协议族；TCP/IP参考模型的主机参考模型的主机-网络层本身并不是实际的一网络层本身并不是实际的一层；层；物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，但是但是TCP/IP参考模型却没有做到这点。参考模型却没有做到这点。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材34吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著3.4.3 一种建议的参考模型一种建议的参考模型 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材35吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著3.5 小结小结网网络络体体系系结结构构与与网网络络协协议议是是网网络络技技术术中中两两个个最最基基本本的的概念；概念；为为网网络络数数据据交交换换而而制制定定的的规规则则、约约定定与与标标准准被被称称为为网网络协议；络协议；网网络络层层次次结结构构模模型型与与各各层层协协议议的的集集合合定定义义为为计计算算机机网网络体系结构；络体系结构；OSI参参考考模模型型定定义义了了开开放放系系统统的的层层次次结结构构、层层次次之之间间的的相相互互关关系系及及各各层层可可能能包包括括的的服服务务，对对推推动动网网络络协协议议标标准化的研究起到重要的作用；准化的研究起到重要的作用；TCP/IP参参考考模模型型与与协协议议利利用用正正确确的的策策略略，抓抓住住了了有有利利的的时时机机，伴伴随随着着Internet的的发发展展而而成成为为目目前前公公认认的的工工业业标准。标准。