计算机网络技术教程 第1章.ppt

Nankai University计算机网络技术教程计算机网络技术教程自顶向下的分析与设计方法自顶向下的分析与设计方法吴功宜吴功宜 吴英吴英编著编著1Nankai University第第1章章计算机网络概论计算机网络概论2Nankai University3主要内容主要内容Nankai University1.1 计计算机网算机网络发络发展的展的4个个阶阶段（段（1）1.1.1 计计算机网算机网络发络发展不同展不同阶阶段的特点段的特点第一第一阶阶段：段：计计算机网算机网络络技技术术与理与理论论准准备阶备阶段段 时间时间追溯到追溯到20世世纪纪50年代；年代；这这个个阶阶段的特点与段的特点与标标志性成果主要表志性成果主要表现现在：在：数据通信的研究与技数据通信的研究与技术术的日的日趋趋成熟，成熟，为计为计算算 机网机网络络的形成奠定了技的形成奠定了技术术基基础础；分分组组交交换换概念的提出概念的提出为计为计算机网算机网络络的研究奠的研究奠 定了理定了理论论基基础础。4Nankai University计计算机网算机网络发络发展的展的4个个阶阶段（段（2）第二第二阶阶段：段：计算机网络的形成计算机网络的形成 从从20世世纪纪60年代年代ARPANET与分与分组组交交换换技技术术开始；开始；这这个个阶阶段的特点与段的特点与标标志性成果主要表志性成果主要表现现在：在：ARPANET的成功运行的成功运行证证明分明分组组交交换换理理论论的正确性；的正确性；TCP/IP协议协议的广泛的广泛应应用用为为更大更大规规模的网模的网络络互互联联奠定奠定坚坚 实实的基的基础础。DNS、E-mail、FTP、TELNET、BBS等等应应用展用展现现了网了网 络络技技术应术应用的广用的广阔阔前景。前景。5Nankai University计计算机网算机网络发络发展的展的4个个阶阶段（段（3）第三第三阶阶段：网段：网络络体系体系结结构的研究构的研究 大致是从大致是从20世世纪纪70年代中期开始；年代中期开始；这这个个阶阶段的特点与段的特点与标标志性成果主要表志性成果主要表现现在：在：OSI参考模型的研究对网络理论体系的形成与发展，参考模型的研究对网络理论体系的形成与发展，以及在推进网络协议标准化方面起到了重要的推动作以及在推进网络协议标准化方面起到了重要的推动作 用用；TCP/IP协议经受了市场和用户的检验，吸引了大量的协议经受了市场和用户的检验，吸引了大量的 投资，推动了互联网应用的发展，成为业界事实上的投资，推动了互联网应用的发展，成为业界事实上的 标准。标准。6Nankai University计计算机网算机网络发络发展的展的4个个阶阶段（段（4）第四第四阶阶段：段：互联网应用、无线网络与网络安全技术研究互联网应用、无线网络与网络安全技术研究的发展的发展 从从20世世纪纪90年代开始；年代开始；这这个个阶阶段的特点与段的特点与标标志性成果主要表志性成果主要表现现在：在：互互联联网作网作为为全球性的网全球性的网际际网与信息系网与信息系统统，在当今政治，在当今政治 、经济经济、文化、科研、教育与社会生活等方面、文化、科研、教育与社会生活等方面发挥发挥了了 越来越重要的作用；越来越重要的作用；计计算机网算机网络络与与电电信网信网络络、有、有线电视线电视网网络络“三网融合三网融合”促促进进了了宽带宽带城域网概念、技城域网概念、技术术的演的演变变。7Nankai University 无无线线局域网与无局域网与无线线城域网技城域网技术术日益成熟，已日益成熟，已经进经进入入 应应用用阶阶段，无段，无线线自自组组网、无网、无线传线传感器网感器网络络的研究与的研究与 应应用受到了高度重用受到了高度重视视；对对等（等（P2P）网）网络络的研究使新的网的研究使新的网络应络应用不断涌用不断涌现现，成成为现为现代信息服代信息服务业务业新的新的产业产业增增长长点；点；随着网随着网络应络应用的快速增用的快速增长长，新的网，新的网络络安全安全问题问题不断不断 出出现现，促使网，促使网络络安全技安全技术术的研究与的研究与应应用用进进入高速入高速发发 展展阶阶段。段。8Nankai University1.1.2 计计算机网算机网络络的形成与的形成与发发展展网络拓扑结构设计思路网络拓扑结构设计思路 集中式和非集中式的拓扑构型集中式和非集中式的拓扑构型9Nankai University分布式网络的拓扑构型分布式网络的拓扑构型10Nankai University分组交换技术的基本设计思路分组交换技术的基本设计思路分组交换技术的分组交换技术的3个个重要的概念重要的概念：分组分组路由选择路由选择存储转发存储转发11Nankai University报文与报文分组报文与报文分组12Nankai University报文存储转发与分组存储转发过程的比较报文存储转发与分组存储转发过程的比较13Nankai UniversityARPANET设计设计思想思想通信子网结构与分组交换原理示意图通信子网结构与分组交换原理示意图14Nankai UniversityARPANET最早最早4个个结结点的点的结结构构15Nankai UniversityARPANET的主要的主要贡贡献献开展了对计算机网络定义与分类方法的开展了对计算机网络定义与分类方法的研究。研究。提出了资源子网与通信子网的二级网络提出了资源子网与通信子网的二级网络结构概念。结构概念。研究了分组交换的协议与实现技术。研究了分组交换的协议与实现技术。研究了层次型网络体系结构的模型与协研究了层次型网络体系结构的模型与协议体系。议体系。开展了开展了TCP/IP协议与网络互联技术的研协议与网络互联技术的研究。究。16Nankai UniversityTCP/IP协议协议研究与研究与发发展展ARPANET协议协议主要包括：主机主要包括：主机-主机主机协议协议、源、源IMP-目的目的IMP协议协议、IMP-IMP协议协议；17Nankai University1977年年10月，月，ARPANET研究人研究人员员决定将决定将初期的初期的TCP分分为传输为传输控制控制协议协议（TCP）与互与互联联网网络协议络协议（IP）；）；TCP协议协议主要用于主要用于实现实现源主机与目的主源主机与目的主机之机之间间的分布式的分布式进进程通信的功能；程通信的功能；IP协议协议主要用于主要用于实现实现分分组组通通过过通信子网通信子网的路由的路由选择选择功能。功能。18Nankai University从从ARPANET到到Internet的的发发展展过过程程19Nankai University1.1.3 互互联联网网应应用的高速用的高速发发展展互互联联网覆盖了商网覆盖了商业业、金融、政府、医、金融、政府、医疗疗、科研、科研、教育、信息服教育、信息服务务、休、休闲娱乐闲娱乐等众多等众多领领域。域。1993年年9月，美国公布国家信息基月，美国公布国家信息基础设础设施施NII建建设计设计划，划，NII被形象地称被形象地称为为信息高速公路。信息高速公路。1995年年2月全球信息基月全球信息基础设础设施委施委员员会会GIIC成立，成立，推推动动与与协调协调各国信息技各国信息技术术与信息服与信息服务务的的发发展与展与应应用。用。基于基于Web的的电电子商子商务务、电电子政子政务务、远远程医程医疗疗、远远程教育，以及基于程教育，以及基于对对等等结结构构P2P网网络应络应用使用使得互得互联联网以超常网以超常规规的速度的速度发发展。展。20Nankai University1.2 计计算机网算机网络络技技术发术发展的展的3条主条主线线第一条主线是从第一条主线是从ARPANET到到Internet；第二条主线是从无线分组网到无第二条主线是从无线分组网到无线自组网、无线传感器网络的无线自组网、无线传感器网络的无线网络技术；线网络技术；第三条主线是网络安全技术。第三条主线是网络安全技术。21Nankai University计计算机网算机网络发络发展的展的3条主条主线线22Nankai University1.2.1 第一条主第一条主线线：从：从ARPANET到到Internet（1）ARPANET的研究奠定互的研究奠定互联联网网发发展的基展的基础础，而而联联系二者的是系二者的是TCP/IP协议协议。在从在从ARPANET演演变变到互到互联联网的网的过过程中，程中，强强烈的社会需求促烈的社会需求促进进广域网、城域网与广域网、城域网与局域网技局域网技术术的研究与的研究与应应用的用的发发展，而广展，而广域网、城域网与局域网技域网、城域网与局域网技术术的成熟与的成熟与标标准化，又加速了互准化，又加速了互联联网的网的发发展展进进程。程。23Nankai University第一条主第一条主线线：从：从ARPANET到到Internet（2）与与传统传统的客的客户户/服服务务器（器（C/S）工作模式不同，）工作模式不同，对对等（等（P2P）工作模式淡化了服）工作模式淡化了服务务提供者与服提供者与服务务使用者的界限，从而达到使用者的界限，从而达到进进一步一步扩扩大网大网络资络资源共享范源共享范围围和深度，提高网和深度，提高网络资络资源利用率，达源利用率，达到信息共享最大化的目的。到信息共享最大化的目的。新的基于新的基于P2P网网络应络应用不断出用不断出现现，成，成为为21世世纪纪网网络应络应用重要的研究方向之一。用重要的研究方向之一。24Nankai University第一条主第一条主线线：从：从ARPANET到到Internet（3）随着互随着互联联网的广泛网的广泛应应用，用，计计算机网算机网络络、电电信网信网络络与有与有线电视线电视网网络络从从结结构、技构、技术术到服到服务领务领域正在快速地融合，成域正在快速地融合，成为为21世世纪纪信息信息产业发产业发展最具活力的展最具活力的领领域。域。25Nankai University1.2.2 第二条主第二条主线线：从无：从无线线分分组组网到无网到无线线 自自组组网、无网、无线传线传感器网感器网络络（1）从是否需要基从是否需要基础设础设施的角度来看，无施的角度来看，无线线网网络络可以分可以分为为基于基基于基础设础设施与无基施与无基础设础设施的两施的两类类。802.11无无线线局域网（局域网（WLAN）与与802.16无无线线城域网（城域网（WMAN）属于需）属于需要基要基础设础设施的一施的一类类无无线线网网络络。无无线线自自组组网、无网、无线传线传感器网感器网络络属于不需属于不需要基要基础设础设施的另一施的另一类类无无线线网网络络。26Nankai University第二条主第二条主线线：从无线分组网到无线自组网、从无线分组网到无线自组网、无线传感器网络无线传感器网络（2）在无在无线线分分组组网的基网的基础础上上发发展起来的无展起来的无线线自自组组网（网（Ad hoc）是一种特殊的自）是一种特殊的自组织组织、对对等式、多跳、无等式、多跳、无线线移移动动网网络络，它是，它是军军事、特殊事、特殊应应用用领领域有着重要的域有着重要的应应用前景。用前景。无无线线网状网（网状网（WMN）是无）是无线线自自组组网在接网在接入入领领域的一种域的一种应应用。用。27Nankai University第二条主第二条主线线：从无线分组网到无线自组网、从无线分组网到无线自组网、无线传感器网络无线传感器网络（3）当无当无线线自自组组网技网技术术日日趋趋成熟的成熟的时时候，无候，无线线通信、微通信、微电电子、子、传传感器技感器技术术得到快速得到快速发发展。在展。在军军事事领领域中，人域中，人们们提出将无提出将无线线自自组组网与网与传传感器技感器技术术相相结结合的无合的无线传线传感感器网器网络络技技术术研究。研究。无无线传线传感器网感器网络络（WSN）被）被评评价价为为“21世世纪纪最有影响的最有影响的21项项技技术术之一之一”和和“改改变变世世界的十大技界的十大技术术之首之首”。28Nankai University第二条主第二条主线线：从无线分组网到无线自组网、从无线分组网到无线自组网、无线传感器网络无线传感器网络（3）如果说广域网作用是扩大信息社会中资如果说广域网作用是扩大信息社会中资源共享的范围，局域网是进一步增强信源共享的范围，局域网是进一步增强信息社会中资源共享的深度，无线网络增息社会中资源共享的深度，无线网络增强人类共享信息资源的灵活性，那么无强人类共享信息资源的灵活性，那么无线传感器网络将会改变人类与自然界的线传感器网络将会改变人类与自然界的交互方式，它将极大地扩展现有网络的交互方式，它将极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。功能和人类认识世界的能力。29Nankai University1.2.3 第三条主第三条主线线：网：网络络安全（安全（1）人类创造了网络虚拟社会的繁荣，也是人类创造了网络虚拟社会的繁荣，也是人类制造了网络虚拟社会的麻烦。人类制造了网络虚拟社会的麻烦。现实社会对网络技术依赖的程度越高，现实社会对网络技术依赖的程度越高，网络安全技术就越显得重要。网络安全网络安全技术就越显得重要。网络安全是网络技术研究中一个永恒的主题。是网络技术研究中一个永恒的主题。在在“攻击攻击防御防御新攻击新攻击新防御新防御”的循环的循环中，网络攻击技术与网络反攻击技术相中，网络攻击技术与网络反攻击技术相互影响、相互制约，共同发展，这个过互影响、相互制约，共同发展，这个过程将一直延续下去。程将一直延续下去。30Nankai University第三条主第三条主线线：网：网络络安全（安全（2）从当前的发展趋势看，网络安全问题已从当前的发展趋势看，网络安全问题已超出技术和传统意义上计算机犯罪的范超出技术和传统意义上计算机犯罪的范畴，已发展成为国家之间一种政治与军畴，已发展成为国家之间一种政治与军事的手段。事的手段。各国只能立足于自身，研究网络安全技各国只能立足于自身，研究网络安全技术，培养专门人才，发展网络安全产业，术，培养专门人才，发展网络安全产业，构筑网络与信息安全保障体系。构筑网络与信息安全保障体系。31Nankai University1.3 计计算机网算机网络络的定的定义义与分与分类类1.3.1 计算机网络的定义计算机网络的定义：以能够相互共享资源的方式以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统互联起来的自治计算机系统的集合。的集合。32Nankai University计算机网络的基本特征计算机网络的基本特征：计算机网络建立的目的是实现计算计算机网络建立的目的是实现计算机资源的共享。机资源的共享。互联的计算机是分布在不同地理位互联的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的置的多台独立的“自治计算机系统自治计算机系统”。联网计算机之间的通信必须遵循共联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。同的网络协议。33Nankai University1.3.2 计计算机网算机网络络的分的分类类计算机网络分类的方法计算机网络分类的方法：按网络采用的传输技术分类按网络采用的传输技术分类按网络覆盖的地理范围分类按网络覆盖的地理范围分类34Nankai University按传输技术分类按传输技术分类广播通信信道广播通信信道广播网络广播网络点点-点通信信道点通信信道点点-点网络点网络35Nankai University按照覆盖的地理范围进行分类按照覆盖的地理范围进行分类局域网局域网城域网城域网广域网广域网36Nankai University局域网（局域网（LAN）的基本特征的基本特征局域网用于将有限范围内（例如一个实局域网用于将有限范围内（例如一个实验室、一幢大楼、一个校园）的各种计验室、一幢大楼、一个校园）的各种计算机、终端与外部设备互联成网；算机、终端与外部设备互联成网；局域网可以分为共享局域网与交换局域局域网可以分为共享局域网与交换局域网；网；局域网技术发展迅速，应用日益广泛，局域网技术发展迅速，应用日益广泛，是计算机网络中最活跃的领域之一。是计算机网络中最活跃的领域之一。37Nankai University城域网（城域网（MAN）的基本）的基本特征特征城域网的设计目标是要满足几十公里范城域网的设计目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互联的需求，以实现大量用户之间域网互联的需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输。的传输。宽带城域网的概念逐渐取代传统意义上宽带城域网的概念逐渐取代传统意义上的城域网。的城域网。宽带城域网已经成为目前研究、应用与宽带城域网已经成为目前研究、应用与产业发展的一个重要领域。产业发展的一个重要领域。38Nankai University广域网（广域网（WAN）的基本特征）的基本特征广域网覆盖的地理范围从几十公里到几广域网覆盖的地理范围从几十公里到几千公里；千公里；广域网可以是覆盖一个国家、地区，或广域网可以是覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲；横跨几个洲；广域网将分布在不同地区的宽带城域网广域网将分布在不同地区的宽带城域网或计算机系统互联起来，提供各种网络或计算机系统互联起来，提供各种网络服务，实现信息资源共享。服务，实现信息资源共享。39Nankai University1.4 计计算机网算机网络络的拓扑构型的拓扑构型1.4.1 计算机网络拓扑的定义计算机网络拓扑的定义：计算机网络拓扑是通过网中结点与通信计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络各实体之间的结构关系；映出网络各实体之间的结构关系；计算机网络拓扑是指通信子网的拓扑构计算机网络拓扑是指通信子网的拓扑构型型。40Nankai University1.4.2 计算机网络拓扑的分类与特点计算机网络拓扑的分类与特点基本的网络拓扑基本的网络拓扑：星形、环形、总线形、树形与网状形星形、环形、总线形、树形与网状形41Nankai University星形拓扑星形拓扑在星形拓扑结构中，结点通过点在星形拓扑结构中，结点通过点-点通信点通信线路与中心结点连接；线路与中心结点连接；中心结点控制全网的通信，任何两结点中心结点控制全网的通信，任何两结点之间的通信都要通过中心结点；之间的通信都要通过中心结点；星形拓扑构型的特点是：结构简单，易星形拓扑构型的特点是：结构简单，易于实现，便于管理。于实现，便于管理。缺点：网络的中心结点是全网性能与可缺点：网络的中心结点是全网性能与可靠性的瓶颈。靠性的瓶颈。42Nankai University环形拓扑环形拓扑在环形拓扑结构中，结点通过点在环形拓扑结构中，结点通过点-点通信点通信线路连接成闭合环路；线路连接成闭合环路；环中数据将沿一个方向逐站传送；环中数据将沿一个方向逐站传送；环形拓扑结构简单，传输延时确定；环形拓扑结构简单，传输延时确定；但是环中每个结点与连接结点之间的通但是环中每个结点与连接结点之间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈；信线路都会成为网络可靠性的瓶颈；环网需要设计复杂的环维护协议。环网需要设计复杂的环维护协议。43Nankai University总线形拓扑总线形拓扑在总线形拓扑结构中，所有结点连接在一条作在总线形拓扑结构中，所有结点连接在一条作为公共传输介质的总线；为公共传输介质的总线；当一个结点利用总线发送数据时，其它结点只当一个结点利用总线发送数据时，其它结点只能接收数据；能接收数据；如果有两个及以上的结点同时利用公共总线发如果有两个及以上的结点同时利用公共总线发送数据时，就会出现冲突，造成传输失败；送数据时，就会出现冲突，造成传输失败；总线形拓扑特点是结构简单；总线形拓扑特点是结构简单；缺点是必须解决多结点访问总线介质访问控制缺点是必须解决多结点访问总线介质访问控制策略问题。策略问题。44Nankai University树形拓扑树形拓扑树形拓扑结构中结点按层次进行连接，树形拓扑结构中结点按层次进行连接，信息交换主要在上、下结点之间进行，信息交换主要在上、下结点之间进行，相邻及同层结点之间通常不进行数据相邻及同层结点之间通常不进行数据交换，或数据交换量比较小；交换，或数据交换量比较小；树形拓扑可以看成星形拓扑的扩展；树形拓扑可以看成星形拓扑的扩展；树形拓扑网络适用于汇集信息的应用树形拓扑网络适用于汇集信息的应用要求。要求。45Nankai University网状拓扑网状拓扑在网状拓扑结构中，结点之间的连接是在网状拓扑结构中，结点之间的连接是任意的，没有规律；任意的，没有规律；网状拓扑的优点是系统可靠性高；网状拓扑的优点是系统可靠性高；网状拓扑结构复杂，必须采用路由选择网状拓扑结构复杂，必须采用路由选择算法、流量控制与拥塞控制方法；算法、流量控制与拥塞控制方法；广域网一般都采用网状拓扑。广域网一般都采用网状拓扑。46Nankai University1.5 计计算机网算机网络络的的组组成与成与结结构构1.5.1 早期计算机网络结构与组成早期计算机网络结构与组成最初出现的计算机网络是广域网；最初出现的计算机网络是广域网；广域网从逻辑功能上可以分成资源子网广域网从逻辑功能上可以分成资源子网与通信子网两个部分；与通信子网两个部分；资源子网由主机系统、终端、各种网络资源子网由主机系统、终端、各种网络软件与数据资源组成；软件与数据资源组成；通信子网由路由器、通信线路组成；通信子网由路由器、通信线路组成；47Nankai University1.5.2 互联网结构与组成互联网结构与组成互联网是一个由大量的路由器将广域网、互联网是一个由大量的路由器将广域网、城域网、局域网互联而成，结构在不断城域网、局域网互联而成，结构在不断变化的网际网；变化的网际网；由国际或国家级主干网、地区主干网和由国际或国家级主干网、地区主干网和大量的企业网或校园网就组成了互联网。大量的企业网或校园网就组成了互联网。国际、国家级主干网与地区主干网连接国际、国家级主干网与地区主干网连接有很多服务器集群，为接入的用户提供有很多服务器集群，为接入的用户提供各种互联网服务。各种互联网服务。48Nankai University简化的互联网的网络结构示意图简化的互联网的网络结构示意图49Nankai University1.6 网网络络体系体系结结构的基本概念构的基本概念1.6.1 网网络络体系体系结结构与网构与网络协议络协议邮政系统的信件处理过程邮政系统的信件处理过程50Nankai University邮政系统和计算机网络系统相似之处邮政系统和计算机网络系统相似之处协议协议层次层次接口接口体系结构体系结构51Nankai University网络协议网络协议（network protocol）网网络协议络协议是是为为网网络络中数据交中数据交换换而而制定的制定的规则规则、约约定与定与标标准准;网网络协议络协议的的3要素：要素：语语法、法、语义语义与与时时序；序；实现实现一种网一种网络应络应用通常需要制定用通常需要制定一一组协议组协议，称，称为协议栈为协议栈或或协议协议族族（protocol suite）。）。52Nankai University层层次（次（layer）层次是人们处理复杂问题的基本方法；层次是人们处理复杂问题的基本方法；将总体要实现的很多功能分配在不同层将总体要实现的很多功能分配在不同层次，对每个层次完成的服务及服务实现次，对每个层次完成的服务及服务实现的流程都有明确规定；的流程都有明确规定；不同的系统具有相同的层次；不同的系统具有相同的层次；不同系统的同等层具有相同的功能；不同系统的同等层具有相同的功能；高层使用低层提供的服务时，不需要知高层使用低层提供的服务时，不需要知道低层服务的具体实现方法。道低层服务的具体实现方法。53Nankai University接口（接口（interface）接口是同一结点内相邻层之间交换信息接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点；的连接点；同一结点的相邻层之间存在明确规定的同一结点的相邻层之间存在明确规定的接口，低层通过接口向高层提供服务；接口，低层通过接口向高层提供服务；只要接口条件不变、低层功能不变，低只要接口条件不变、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。会影响整个系统的工作。54Nankai University网网络络体系体系结结构（构（network architecture）网络体系结构是网络层次结构模型与各层协议网络体系结构是网络层次结构模型与各层协议的集合；的集合；各层之间相对独立，高层只需知道下层能够提各层之间相对独立，高层只需知道下层能够提供的服务，而无需知道低层的服务如何实现。供的服务，而无需知道低层的服务如何实现。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；整个系统被分解为若干个易于处理的部分；整个系统被分解为若干个易于处理的部分；每层的功能与提供的服务都已有精确说明，因每层的功能与提供的服务都已有精确说明，因此这有利于促进协议的标准化。此这有利于促进协议的标准化。55Nankai University1.6.2 OSI参考模型的基本概念参考模型的基本概念OSI参考模型中的参考模型中的“开放开放”是指只要遵循是指只要遵循OSI标标准，一台准，一台计计算机就可以与位于世界上任何地方、算机就可以与位于世界上任何地方、同同样样遵循同一遵循同一标标准的其它准的其它计计算机算机进进行通信；行通信；OSI参考模型定参考模型定义义开放系开放系统统的的层层次次结结构、构、层层次次之之间间的相互关系与各的相互关系与各层层包括的服包括的服务务；OSI参考模型作参考模型作为为一个框架来一个框架来协调协调和和组织组织各各层层协议协议的制定，也是的制定，也是对对网网络络内部内部结结构精构精炼炼的概括的概括与描述。与描述。56Nankai University广域网广域网结结构与构与OSI参考模型关系的示意参考模型关系的示意图图57Nankai UniversityISO划分划分层层次的原次的原则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，并向其每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；上层提供服务；不同结点的同等层通过协议来实现对等不同结点的同等层通过协议来实现对等层次之间的通信。层次之间的通信。58Nankai UniversityOSI参考模型七参考模型七层结层结构构物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层59Nankai UniversityOSI参考模型各参考模型各层层的主要功能的主要功能(1)物理物理层层（physical layer）：利用）：利用传输传输介介质实现质实现比特序列的比特序列的传输传输;数据数据链链路路层层（data link layer）：采用差）：采用差错错控制与流量控制方法，使得有差控制与流量控制方法，使得有差错错的的物理物理线线路路变变成无差成无差错错的数据的数据链链路路;网网络层络层（network layer）：）：实现实现路由路由选选择择、分、分组转发组转发与与拥拥塞控制等功能，塞控制等功能，为为“分分组组”传输选择传输选择“最佳最佳”的路由。的路由。60Nankai UniversityOSI参考模型各参考模型各层层的主要功能的主要功能(2)传输层传输层（transport layer）：向高）：向高层层用用户户提供可靠的提供可靠的“端端-端（端（end-to-end）”通信通信服服务务，向高，向高层层屏蔽下屏蔽下层层数据通信的具体数据通信的具体细节细节;会会话层话层（session layer）是：）是：维护维护两个通两个通信信计计算机之算机之间间的的进进程通信，管理数据交程通信，管理数据交换换。61Nankai UniversityOSI参考模型各参考模型各层层的主要功能的主要功能(3)表示表示层层（presentation layer）：）：处处理两个理两个通信的通信的计计算机系算机系统统的数据表示方式，完的数据表示方式，完成数据的格式成数据的格式变换变换、加密与解密、加密与解密、压缩压缩与恢复与恢复;应应用用层层（application layer）是：）是：为应为应用用软软件提供多种网件提供多种网络络服服务务，例如文件服，例如文件服务务、数据数据库库服服务务、电电子子邮邮件与其它服件与其它服务务等。等。62Nankai UniversityOSI参考模型各参考模型各层层的主要功能的主要功能(3)表示表示层层（presentation layer）：）：处处理两个理两个通信的通信的计计算机系算机系统统的数据表示方式，完的数据表示方式，完成数据的格式成数据的格式变换变换、加密与解密、加密与解密、压缩压缩与恢复与恢复;应应用用层层（application layer）是：）是：为应为应用用软软件提供多种网件提供多种网络络服服务务，如文件服，如文件服务务、数据数据库库服服务务、电电子子邮邮件与其他服件与其他服务务等。等。63Nankai UniversityOSI环环境的基本概念境的基本概念研究研究OSI参考模型时需要清楚它描述的范围，这个范围参考模型时需要清楚它描述的范围，这个范围称为称为OSI环境（环境（OSI environment，OSIE）。）。64Nankai UniversityOSI环环境中的数据境中的数据传输传输的的过过程程65Nankai University1.6.3 TCP/IP参考模型的基本概念参考模型的基本概念TCP/IP协议的主要特点协议的主要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；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、城域网与广域网，适用于网络互联；城域网与广域网，适用于网络互联；统一的网络地址分配方案，所有运行统一的网络地址分配方案，所有运行TCP/IP协协议的设备都具有唯一的网络地址；议的设备都具有唯一的网络地址；标准化的应用层协议，可以提供多种可靠的网标准化的应用层协议，可以提供多种可靠的网络服务。络服务。66Nankai UniversityOSI参考模型各参考模型各层层的主要功能的主要功能(3)表示表示层层（presentation layer）：）：处处理两个理两个通信的通信的计计算机系算机系统统的数据表示方式，完的数据表示方式，完成数据的格式成数据的格式变换变换、加密与解密、加密与解密、压缩压缩与恢复与恢复;应应用用层层（application layer）是：）是：为应为应用用软软件提供多种网件提供多种网络络服服务务，例如文件服，例如文件服务务、数据数据库库服服务务、电电子子邮邮件与其它服件与其它服务务等。等。67Nankai UniversityTCP/IP参考模型的参考模型的层层次次结结构构68Nankai UniversityTCP/IP参考模型与参考模型与OSI参考模型的参考模型的层层次次对应对应关系关系应应用用层层（application layer）：）：应应用用层层与与OSI参参考模型的考模型的应应用用层层、表示、表示层层与会与会话层对应话层对应；传输层传输层（transport layer）：）：传输层传输层与与OSI参考参考模型的模型的传输层对应传输层对应；互互联联网网络层络层（internet layer）：互）：互联联网网络层络层与与OSI参考模型的网参考模型的网络层对应络层对应；主机主机-网网络层络层（host-to-network layer）：主机）：主机-网网络层络层与与OSI参考模型的数据参考模型的数据链链路路层层、物理、物理层层对应对应。69Nankai UniversityTCP/IP参考模型各参考模型各层层的主要功能的主要功能主机主机-网络层网络层主机主机-网网络层络层是是TCP/IP参考模型的最低参考模型的最低层层，它，它负责负责通通过过网网络发络发送和接收送和接收IP数据数据报报；主机主机-网网络层络层没有没有规规定使用哪种定使用哪种协议协议，它采取开，它采取开放的策略，允放的策略，允许许使用广域网、局域网与城域网使用广域网、局域网与城域网的各种的各种协议协议。任何一种。任何一种现现有的和流行的低有的和流行的低层传层传输协议输协议都可以与网都可以与网络层络层接口；接口；这这一点体一点体现现TCP/IP协议协议体系的开放性、兼容性，体系的开放性、兼容性，这这也是也是TCP/IP协议协议成功的基成功的基础础。70Nankai University互联网络层互联网络层 互互联联网网络层络层的的IP协议协议提供提供“尽力而尽力而为为（best effort）”的的网网络络分分组传输组传输服服务务；互互联联网网络层络层的主要功能包括：的主要功能包括：处处理来自理来自传输层传输层的数据的数据发发送送请请求，将求，将传输层报传输层报文段封文段封装成装成IP数据数据报报，启，启动动路由路由选择选择算法，算法，选择选择适当的适当的发发送送路径，并将数据路径，并将数据报转发报转发到下一个到下一个结结点；点；处处理接收的数据理接收的数据报报，检查检查接收分接收分组组目的目的IP地址；如果地址；如果目的地址目的地址为为本本结结点的点的IP地址，地址，则则除去除去报头报头将分将分组组交送交送传输层处传输层处理；如果需要理；如果需要转发转发，选择发选择发送路径并送路径并转发转发；处处理互理互联联网网络络的路由的路由选择选择、流量控制与、流量控制与拥拥塞控制。塞控制。71Nankai University传输层传输层传输层负责传输层负责在会在会话话的的进进程之程之间间建立和建立和维护维护端端-端的端的连连接，接，实现实现网网络环络环境中分布式境中分布式进进程程通信；通信；传输层传输层定定义义两种不同的两种不同的协议协议：传输传输控制控制协协议议（TCP）与用）与用户户数据数据报协议报协议（UDP）；）；TCP是一种可靠的、面向是一种可靠的、面向连连接、面向字接、面向字节节流（流（byte stream）的）的传输层协议传输层协议；UDP是一种不可靠的无是一种不可靠的无连连接接传输层协议传输层协议。72Nankai University应用层应用层TCP/IP应用层基本的协议为应用层基本的协议为：远程登录协议（远程登录协议（TELNET）实现远程登录功能。）实现远程登录功能。文件传输协议（文件传输协议（FTP）实现交互式文件传输功能。）实现交互式文件传输功能。简单邮件传输协议（简单邮件传输协议（SMTP）实现电子邮件传输功能。）实现电子邮件传输功能。域名系统（域名系统（DNS）实现网络设备名字到）实现网络设备名字到IP地址映射服务地址映射服务功能。功能。简单网络管理协议（简单网络管理协议（SNMP）实现网络设备的监控与管）实现网络设备的监控与管理功能。理功能。超文本传输协议（超文本传输协议（HTTP）实现）实现Web服务功能。服务功能。73Nankai University应用层协议与传输层协议的关系应用层协议与传输层协议的关系应应用用层协议层协议可以分可以分为为3类类：依依赖赖TCP协议协议的主要有的主要有TELNET、SMTP、FTP等；等；依依赖赖UDP协议协议的主要有的主要有SNMP、TFTP等；等；既依既依赖赖TCP又依又依赖赖UDP协议协议的主要有的主要有DNS。74Nankai University一种建议的参考模型一种建议的参考模型本本书书将采将采纳纳一种一种简简化的化的层层次参次参考模型；考模型；这这种参考模型包括种参考模型包括5层层，它比，它比OSI参考模型减少表示参考模型减少表示层层与会与