第2章：网络体系结构与网络协议(YF43).ppt

提问：1 1、有哪些同学复习了第一章的内容？、有哪些同学复习了第一章的内容？2 2、有哪些同学预习了第二章的内容？、有哪些同学预习了第二章的内容？3 3、如何理解计算机网络？、如何理解计算机网络？4 4、依据所采用的传输技术，网络可分为、依据所采用的传输技术，网络可分为那两类？它们各有什么特点？那两类？它们各有什么特点？5 5、计算机网络的拓扑构型有哪几种？、计算机网络的拓扑构型有哪几种？6 6、计算机网络的功能是什么？、计算机网络的功能是什么？7 7、计算机网络的组成与结构、计算机网络的组成与结构?8 8、什么是报文？什么是分组？如何理解、什么是报文？什么是分组？如何理解分组交换技术？分组交换技术？2023/1/172本章学习要求本章学习要求：o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。o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o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。o掌掌握握：TCP/IP参参考考模模型型的的层层次次划划分分、各各层层的的基基本本服服务务功能与主要协议。功能与主要协议。o了解：了解：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。o了了解解：网网络络协协议议标标准准组组织织，RFC文文档档、Internet草草案案与与Internet协议标准的制定协议标准的制定过程。过程。第2章 网络体系结构与网络协议2023/1/1732.1.1 四个基本概念o网络协议（网络协议（protocol）o层次（层次（layer）o接口（接口（interface）o体系结构（体系结构（architecture）计算机网络有四个重要的概念，那就是：它们构成了计算机网络的基本内容。2.1 网络体系结构的基本概念2023/1/174o交换内容（交换什么）交换内容（交换什么）o交换格式（怎么交换）交换格式（怎么交换）o交换时序（什么时候交换）交换时序（什么时候交换）1、网络协议（protocol）是为网络数据交换而制定的规则或约定（标准），基本内容包括三方面：因此，网络协议主要包含语义、语法、时序3个要素。（P40-41）2023/1/175o语义语义：规定发出何种控制信息以及完成的动：规定发出何种控制信息以及完成的动作和作出的响应。作和作出的响应。o语法语法：语法是用户数据与控制信息的：语法是用户数据与控制信息的结构结构与与格式格式，以及数据出现的顺序的意义；，以及数据出现的顺序的意义；o时序时序：事件实现：事件实现顺序顺序的详细说明。的详细说明。为什么要研究网络协议（P41-42 自己看）o网络是一个庞大的系统，必须有协议才能协网络是一个庞大的系统，必须有协议才能协调彼此，正常工作；调彼此，正常工作；o必须有一系列协议，才能提供多种服务；必须有一系列协议，才能提供多种服务；o协议需要不断完善和发展，才能适应新变化。协议需要不断完善和发展，才能适应新变化。2023/1/1762、层次（layer）o将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；o明确规定每个层次要完成的服务及服务要求；o不同的系统分成相同的层次；分层（层次）是人们对复杂问题处理的基本方法，也是网络设计的基本方法。应用层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层数据链路层物理层A结点结点B结点结点2023/1/177o不同系统的最低层之间存在着“物理”通信；o不同系统的对等层次之间存在着“虚拟”通信；o对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定(协议)；o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。统一、规范、具有权威性（或广泛应用）的层次结构，可作为一种层次模型。应用层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层数据链路层物理层A结点结点B结点结点2023/1/1783、接口（interface）o接口是同一结点内相邻层之间交接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点换信息的连接点;o同一个结点的相邻层之间存在着同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低层向高层通明确规定的接口，低层向高层通过接口提供服务过接口提供服务;o只要接口条件不变、低层功能不只要接口条件不变、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技术的变化不会影响整个系统的工作。工作。上层下层同一节点调用服务响应服务接口2023/1/1794、网络体系结构（network architecture）用抽象方法定义（描述）计算机网络功能的层次结构模型和相应协议的集合称为网络体系结构。体系结构是抽象的，具体功能由相应的硬件和软件实现。网络体系结构2023/1/17102.1.2 网络体系结构的研究方法（P43）o各层之间相互独立各层之间相互独立;o灵活性好灵活性好;o各层都可以采用最合适的技术来实现各层都可以采用最合适的技术来实现;o易于实现和维护易于实现和维护;o有利于促进标准化。有利于促进标准化。研究网络体系结构采用层次结构研究方法，其优点如下：2023/1/17112.2 OSI参考模型2.2.1 OSI参考模型基本概念 1、什么是OSI参考模型 OSI（Open System Interconnection）参考模型，又称开放系统互连模型。它是由ISO于1974年发表的用于定义网络互联的模型。分为7层，每层有明确的功能。“功能”通过“服务”来定义，“规范”通过协议来定义。层次结构和协议集构成了网络的体系结构。2023/1/1712 在制定计算机网络标准方面，有两大国际组织：CCITT(Consultative Committee on International Telegraph and Telephone）国际电报与电话咨询委员会，偏向于通信。ISO（International Standards Organization）国际标准化组织，偏向于信息处理（计算机）。2023/1/17132.2.2 OSI参考模型的结构 1 1、ISO划分七层结构的基本原则o网中各结点都具有相同的层次；o不同结点的同等层具有相同的功能；o同一结点内相邻层之间通过接口通信；o每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；o不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。2023/1/17142、OSI参考模型的结构（P45）2023/1/1715 上层信息传递到下层时需要加入本层控制信息；下层向上层传递时，先分析处理本层控制信息，分离出“上层数据”后上传。上层信息传递到下层是通过命令原语实现的,还要用到以下概念：oPDU：被传输的信息称为协议数据单元；oPCI：本层加入的控制信息（协议控制信息）；oICI：发送给下层的指令（接口控制信息）；oSDU：去掉ICI后的数据包称为服务数据单元；2023/1/17162.2.3 OSI参考模型各层的功能o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、管理管理和和释放释放物理连接物理连接；o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据传输服务数据传输服务；物理层的数据传输单元是物理层的数据传输单元是比特比特（二进制位）。（二进制位）。1、物理层的主要功能：2023/1/1717o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；o传输以“帧”为单位的数据包；o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。2 2、数据链路层的主要功能、数据链路层的主要功能2023/1/17183 3、网络层的主要功能：、网络层的主要功能：o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；o为数据在结点之间传输创建逻辑链路；o实现拥塞控制、网络互连等功能。4 4、传输层的主要功能：、传输层的主要功能：o向用户提供可靠的端到端（end-to-end）服务；o处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题；o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。2023/1/17195、会话层的主要功能：o负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点到点传输不中断；o管理数据交换。6、表示层的主要功能：o用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；o数据格式变换；o数据加密与解密；o数据压缩与恢复。2023/1/17207、应用层的主要功能o为应用程序提供了网络服务;o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;o建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。2023/1/17212.2.4 OSI环境中的数据传输过程1.OSI环境（OSI environment）虚线范围为OSI环境2023/1/17222.OSI环境中的数据传输过程（P48-49）OSI模型中的数据流传输对应用程序来说是透明的。2023/1/1723课前提问o什么是网络体系结构？什么是网络体系结构？o网络体系结构与拓扑结构的区别是什么？网络体系结构与拓扑结构的区别是什么？oOSIOSI参考模型的层次及其编号是什么？参考模型的层次及其编号是什么？oOSIOSI参考模型中各层的功能是什么？参考模型中各层的功能是什么？o简述简述OSIOSI环境中数据传输的过程。环境中数据传输的过程。2023/1/17242.2.5 通信服务类型o面向连接服务（connect-oriented service）；o无连接服务（connectless service）。网络服务可以分为通信子网对网络中数据传输所提供的服务（通信服务）和整个网络系统为用户提供的服务（信息服务）。1、通信服务：指通信子网对主机间数据传输的效率和可靠性所提供的保证机制。可以分为两大类：在网络数据传输的各层，如物理层、数据链路层、网络层及传输层都会涉及面向连接服务与无连接服务的问题。2023/1/17252、面向连接服务o面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连接维持与释放连接的三个过程；o面向连接服务的在数据传输过程中，各分组可以不携带目的结点的地址；o面向连接服务的传输连接类似一个通信管道，发送者在一端放入数据，接收者从另一端取出数据；o面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性好，但是协议复杂，通信效率不高。2023/1/17263、无连接服务o无连接服务中的数据传输过程不需要经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程；o无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址，各分组在系统中是独立传送的；o数据分组传输过程中，目的结点接收的数据分组可能出现乱序、重复与丢失的现象；o无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信效率较高。2023/1/17274、传输可靠性的保证 o确认是指数据分组的接收结点在正确地接收到每个分组后，要求向发送结点发回接收分组的确认信息；o在规定的时间内，如果发送结点没有接收到接收结点的确认信息，就认为该数据分组发送失败，发送结点重新发送该数据分组；网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制来保证。确认和重传机制：确认和重传机制可以提高数据传输的可靠性，但是它需要制定较为复杂的确认和重传协议，并且需要增加网络额外的通信负荷，占用网络带宽。2023/1/17285、服务类型与服务质量 不同的通信服务类型，在选择或不选择确认重发机制后，可构成不同类型的通信协议，提供不同的服务质量（可靠性）。确认机制服务类型确认不确认面向连接面向连接与面向连接与确认服务确认服务面向连接与不面向连接与不确认服务确认服务无连接无连接与确无连接与确认服务认服务无连接与不确无连接与不确认服务认服务 设计者可以根据不同的通信要求，决定选择不同的服务类型。2023/1/17292.3 TCP/IP参考模型2.3.1 TCP/IP参考模型的发展1、TCP/IP参考模型 TCP/IP参考模型定义了一个以网络互联与传输控制协议为主体的支持网络互联的网络体系架构。分为4层。o应用层（应用层（application layer）o传输层（传输层（transport layer）o互连层（互连层（internet layer）o主机主机-网络层（网络层（host-to-network layer）2023/1/1730oARPAnet的研究导致了TCP/IP协议的出现。但起初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协议共有6个版本；o目前使用的是版本4，其网络层IP协议一般记作IPv4；o版本6的网络层IP协议一般记作IPv6（或IPng,IP next generation），被称为下一代的IP协议。2、TCP/IP参考模型的发展2023/1/17313、TCP/IP协议的特点 o开放的协议标准;o独立于特定的计算机硬件与操作系统；o独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；o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；o标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。2023/1/17322.3.2 TCP/IP参考模型各层的功能 从与 OSI 参考模型的对应关系，分析TCP/IP 参考模型中各层的功能。（P52）应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层应 用 层OSIOSI参考模型参考模型TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型传 输 层互 联 层主机网络层2023/1/17331、主机-网络层o参考模型的最低层，负责通过网络发送和接收IP数据报;o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;o当一种物理网被用作传送IP数据包的通道时，就可以认为是本层的内容;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。2023/1/17342、互连层o相当OSI参考模型的网络层，使用IP协议；o处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；oIP协议是无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。2023/1/17353、传输层o主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接；o使用TCP和UDP协议；oTCP（传输控制协议）是一种可靠的面向连接协议；oUDP（用户数据报协议）是一种不可靠的无连接协议。2023/1/17364、应用层o网络终端协议Telnet；o文件传输协议FTP；o简单邮件传输协议SMTP；o域名系统DNS；o简单网络管理协议SNMP；o超文本传输协议HTTP。应用层包含了OSI参考模型中的会话层、表示层和应用层三个层次的服务内容。目前所提供的主要协议有：2023/1/17372.4 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o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；o系统效率：寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现；o缺乏数据安全性：加密与网络管理等在设计初期被忽略了；o设计更偏重于通信思想，不适合于计算机与软件的工作方式；o严格按照层次模型编程的软件效率很低。1、优点 采用了层次结构，内容全面，是第一个标准化的网络体次结构模型，对其他研究具有指导意义。2、缺点2023/1/17382.4.2 对TCP/IP参考模型评价o在服务、接口与协议的区别上不很清楚，未能将功能定义与实现方法区分开，对使用新技术的指导意义不够；o主机-网络层本身并不是实际的一层；它定义了网络层与数据链路层的接口，但并未将数据链路层与物理层区分开来。1、优点 采用了层次结构、层次简单、被广泛应用，。2、缺点2023/1/17392.5.1 网络协议标准组织o国际电信联盟 ITU，由国际电话电报咨询委员会CCITT更名（1992年）而来。o国际标准化组织ISO o电子工业协会EIAo电气与电子工程师协会IEEEoATM论坛 2.5 网络与Internet协议标准组织及管理机构 2023/1/17402.5.2 Internet管理机构 （P50-52）oNSF国家科学基金会（与管理无直接关系）oISOCInternet协会o IABInternet体系结构委员会o IETFInternet工程任务组o IESGInternet工程指导委员会o IRTFInternet研究任务组oInterNICInternet网络信息中心oIANAInternet地址分配授权机构oWWW联盟 2023/1/17412.5.3 网络协议文档 RFC文档 RFC文档：所有申请成为某种协议、标准的技术内容都要以文档形式提交到相关组织，这种文档有相应的规范和格式要求，被称作请求评价文件（Request for comments，RFC）。任何人都可以提交RFC文档，但它并不是一定会成为标准。RFC文档要经历评价和反馈过程，可分为4个阶段：草案（Draft）提议标准（Proposed Standard）草案标准（Draft Standard）标准（Standard）Internet草案Internet标准2023/1/17422、阅读RFC文档o确定是最新的文档o并注意文档的类别 RFC文档草案对于从事Internet技术研究与开发的技术人员来说，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和其他的检索方式获取这些文档。阅读时应注意：2023/1/17432.6 一种建议的参考模型 无论是OSI模型还是TCP/IP模型，都存在相应的缺陷，为了保证计算机网络技术的科学性和网络教学的系统性，我们采用以下建议模型来组织教学内容。543212023/1/1744需要说明的是：尽管人们的主观愿望是希望能够设计出对上层透明的下层服务，但由于传输技术与已经使用的传输介质种类繁多，完全统一处理非常困难，因此，在与具体传输技术和传输介质密切相关的物理层和数据链路层，仍然要进行较为详细的划分，用专用的协议实现指定传输介质和传输技术的通信服务。54321应 用 层传 输 层网 络 层物理层物理层（点对点）（点对点）数据链路层数据链路层（点对点）（点对点）数据链路层数据链路层（广播）（广播）物理层物理层（广播）（广播）第第3章章第第4章章第第5章章第第6章章第第7章章第第8章章2023/1/1745本章小结本章小结o网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的概念；o网络中计算机之间要做到有条不紊地交换数据就必须遵守一些事先约定好的规则。这些为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议。o功能完备的网络需要制定一系列的协议；o网络协议就是按照层次结构模型来组织的，网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构；oISO的OSI参考模型为7层，oTCP/IP参考模型为4层（主机-网络、互联网络、传输、应用），oISO定义的开放系统互联参考模型对推动网络协议标准化的研究起到了重要的作用；oInternet的广泛应用使TCP/IP协议成为事实上的标准。2023/1/1746作业P60-62o一、二、三题做在书上o四 2、3、5、6、7、9做在作业本上