第三章 网络协议及网络体系结构-3.ppt

数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络电子信息与电气工程学部崔 君 郭艳卿 第三章第三章 网络协议及网络体系结构网络协议及网络体系结构基本概念的理解基本概念的理解1OSI体系结构体系结构23OSI各层基本功能各层基本功能物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层运输层运输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSIOSI体系结构体系结构OSI/RMOSI/RM物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层运输层运输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSIOSIOSIOSI模型的七层结构模型的七层结构模型的七层结构模型的七层结构ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysical功能：功能：1 1、组成、收发报文分组、组成、收发报文分组发送方：按照协议把来自上层的数据加上分发送方：按照协议把来自上层的数据加上分组头，封装成报文分组，往下传送；组头，封装成报文分组，往下传送；接收方：把来自下层的数据帧，还原成报文接收方：把来自下层的数据帧，还原成报文分组，往上传送。分组，往上传送。2 2、为分组选择路径，即路由选择、为分组选择路径，即路由选择 节点收到分组后，为其确定下一节点的方法。节点收到分组后，为其确定下一节点的方法。通过通过节点路由表节点路由表实现。实现。3.3.网络层网络层节点节点C C的路由表的路由表目的节点 下一节点 H1 A、B、D、E H2 D、E、B、A H3 E、B、D、A3.3.网络层网络层ABCDEFH1H2H33.3.网络层网络层功能：功能：3 3、子网端到端的流控，防止阻塞和死锁、子网端到端的流控，防止阻塞和死锁4 4、不同子网间的协议转换、不同子网间的协议转换5 5、提供两种服务、提供两种服务 面向连接的服务（虚电路方式）面向连接的服务（虚电路方式）面向非连接的服务（数据报方式）面向非连接的服务（数据报方式）X.25X.25、IPIP协议都是典型的网络层协议协议都是典型的网络层协议3.3.网络层网络层路由选择方法：路由选择方法：数据报方式时数据报方式时，节点为每一个分组选择路由；，节点为每一个分组选择路由；虚电路方式时虚电路方式时，节点在建立虚电路时为呼叫分组选，节点在建立虚电路时为呼叫分组选择路由。择路由。方法要求：方法要求：1 1）正确、简单、最佳）正确、简单、最佳（最短路径最短路径：是指分组途径的节点数最少，：是指分组途径的节点数最少，价格、价格、可靠、畅通可靠、畅通，有效提高节点资源利用率），有效提高节点资源利用率）2 2）能适应拓扑的变化和通信量的变化（平滑）能适应拓扑的变化和通信量的变化（平滑）3 3）具有稳定性，对用户公平）具有稳定性，对用户公平3.3.网络层网络层路由选择方法的种类：路由选择方法的种类：1 1）静态静态：不测量、不利用子网状态信息，仅按：不测量、不利用子网状态信息，仅按照某种固定规则进行决策的简单方法。照某种固定规则进行决策的简单方法。2 2）动态动态：依靠或利用子网状态信息进行决策，：依靠或利用子网状态信息进行决策，能在一定程度上适应网络拓扑和流量的变化。能在一定程度上适应网络拓扑和流量的变化。3.3.网络层网络层静态路由算法静态路由算法：1 1、扩散路选法、扩散路选法 节点将收到的分组向除进线外的所有节点转发。节点将收到的分组向除进线外的所有节点转发。特点：特点：1 1）盲目性：使网上负载剧增；）盲目性：使网上负载剧增；可利用分组记数字段的方法可利用分组记数字段的方法限制分组寿限制分组寿命命，限定路径数，寿命到，节点将其丢弃；，限定路径数，寿命到，节点将其丢弃；2 2）可靠性高：可获得最短路径。）可靠性高：可获得最短路径。（最短路径是指分组到达目的经过的最少节点数最短路径是指分组到达目的经过的最少节点数）3.3.网络层网络层 1 1、扩散路选法、扩散路选法 普通的因特网不用，对突发性和可靠性要普通的因特网不用，对突发性和可靠性要求高的网络，例如：一般用于军事网络。或更求高的网络，例如：一般用于军事网络。或更新节点路由表或数据库时也可用（所有节点共新节点路由表或数据库时也可用（所有节点共用统一数据库）用统一数据库）count3.3.网络层网络层静态路由算法静态路由算法：2 2、固定路选方法：、固定路选方法：每节点保存一节点路由表，每一项记录了对每节点保存一节点路由表，每一项记录了对每一目的地址的下一节点的出口链路，根据分每一目的地址的下一节点的出口链路，根据分组携带的地址转发。组携带的地址转发。节点路由表由网络管理人员根据拓扑等因素节点路由表由网络管理人员根据拓扑等因素手工配置。手工配置。特点：特点：特点：特点：简单，当拓扑固定，负载相对稳定时应简单，当拓扑固定，负载相对稳定时应简单，当拓扑固定，负载相对稳定时应简单，当拓扑固定，负载相对稳定时应用，灵活性差。用，灵活性差。用，灵活性差。用，灵活性差。3.3.网络层网络层静态路由算法静态路由算法：3 3、随机路选方法：、随机路选方法：在所有相邻的节点中为分组随机选择一在所有相邻的节点中为分组随机选择一出口节点。出口节点。特点：简单、可靠、但不是最佳。特点：简单、可靠、但不是最佳。3.3.网络层网络层静态路由算法静态路由算法：动态路由算法：动态路由算法：1 1 1 1、独立路选方法：、独立路选方法：、独立路选方法：、独立路选方法：节点将收到的分组放到发往各链节点将收到的分组放到发往各链路上的等待队列最短的队列上。路上的等待队列最短的队列上。特点：简单但不准确。特点：简单但不准确。特点：简单但不准确。特点：简单但不准确。2 2 2 2、集中路选方法：、集中路选方法：、集中路选方法：、集中路选方法：节点路由表由网络控制中心定时节点路由表由网络控制中心定时根据网络状态生成并分送个节点。根据网络状态生成并分送个节点。特点：利用整个网络的信息，可得到较完美的路由。特点：利用整个网络的信息，可得到较完美的路由。特点：利用整个网络的信息，可得到较完美的路由。特点：利用整个网络的信息，可得到较完美的路由。3 3 3 3、分布路选方法：、分布路选方法：、分布路选方法：、分布路选方法：节点定期与相邻的多个节点交换节点定期与相邻的多个节点交换网络状态信息以决定路由。网络状态信息以决定路由。特点：网络处于一种动态变化的状况。特点：网络处于一种动态变化的状况。特点：网络处于一种动态变化的状况。特点：网络处于一种动态变化的状况。3.3.网络层网络层流量控制：流量控制：流控的作用及目的：流控的作用及目的：流控的作用及目的：流控的作用及目的：1 1、合理有效的分配网络资源（信道、节点缓冲区）、合理有效的分配网络资源（信道、节点缓冲区）2 2、使流入与流出子网的分组保持平衡，防止、使流入与流出子网的分组保持平衡，防止网络过网络过网络过网络过载而引起阻塞和死锁载而引起阻塞和死锁载而引起阻塞和死锁载而引起阻塞和死锁。阻塞原因：阻塞原因：阻塞原因：阻塞原因：到达子网某一部分的分组过多，节点缓到达子网某一部分的分组过多，节点缓冲区占满，使部分或全部网络性能下降。冲区占满，使部分或全部网络性能下降。死锁原因：死锁原因：死锁原因：死锁原因：在阻塞时，节点互等资源，丢弃不能处在阻塞时，节点互等资源，丢弃不能处理的分组，超时重传导致负载进一步增加并恶性理的分组，超时重传导致负载进一步增加并恶性循环致死锁。循环致死锁。在数据报方式时产生在数据报方式时产生。3.3.网络层网络层输出分组 子网分组吞吐量曲线子网分组吞吐量曲线理想的流控理想的流控实际的流控实际的流控无流控无流控阻塞死锁单位时间进入网络的分组LC3.3.网络层网络层流控方法：流控方法：流控方法：流控方法：1 1、缓冲区预分法：、缓冲区预分法：在建立虚电路时，让节点为在建立虚电路时，让节点为每一虚电路预留数量与窗口尺寸相当的缓冲区，每一虚电路预留数量与窗口尺寸相当的缓冲区，如无足够的缓冲区则虚电路不能建立。如无足够的缓冲区则虚电路不能建立。特点：资源专用，可利用资源充足，但利用率特点：资源专用，可利用资源充足，但利用率低，用于虚电路方式的网络。低，用于虚电路方式的网络。2 2、保留缓冲区法：保留缓冲区法：节点不预留缓冲区，但设一节点不预留缓冲区，但设一保留缓冲区，当缓冲区占满时在丢弃分组前将保留缓冲区，当缓冲区占满时在丢弃分组前将其存到保留缓冲区检测，以利用其可能携带的其存到保留缓冲区检测，以利用其可能携带的确认信息，可避免互等资源的死锁，用于确认信息，可避免互等资源的死锁，用于数据数据报方式报方式的网络。的网络。3.3.网络层网络层3 3、定额控制法：、定额控制法：对子网中分组数量进行控制，使其不超过对子网中分组数量进行控制，使其不超过LCLC值，值，即在子网中设置即在子网中设置LCLC个许可证，按某种方式将一部个许可证，按某种方式将一部分许可证分给各源节点，另一部分在网中传播，分许可证分给各源节点，另一部分在网中传播，发送端须得到许可证方可发送分组，每发一分组发送端须得到许可证方可发送分组，每发一分组就注销一许可证，目的节点每收到一分组便获得就注销一许可证，目的节点每收到一分组便获得一许可证，以保证子网分组数量不会超过一许可证，以保证子网分组数量不会超过LCLC个。个。特点：特点：可以实现避免阻塞，但分配方式复杂，难以实可以实现避免阻塞，但分配方式复杂，难以实现网络资源的优化分配。现网络资源的优化分配。流控方法：流控方法：流控方法：流控方法：3.3.网络层网络层作业：1 1 1 1、网络层的控制范围？、网络层的控制范围？、网络层的控制范围？、网络层的控制范围？2 2 2 2、动态和静态路由选择方法的区别？、动态和静态路由选择方法的区别？、动态和静态路由选择方法的区别？、动态和静态路由选择方法的区别？3 3 3 3、阻塞和死锁的根本原因是什么、阻塞和死锁的根本原因是什么、阻塞和死锁的根本原因是什么、阻塞和死锁的根本原因是什么4 4 4 4、固定路选方法的内容是什么？、固定路选方法的内容是什么？、固定路选方法的内容是什么？、固定路选方法的内容是什么？5 5 5 5、网络层和数据链路层的流量控制的区别是什么、网络层和数据链路层的流量控制的区别是什么、网络层和数据链路层的流量控制的区别是什么、网络层和数据链路层的流量控制的区别是什么？6 6 6 6、分组的寿命用什么衡量？、分组的寿命用什么衡量？、分组的寿命用什么衡量？、分组的寿命用什么衡量？7 7 7 7、网络的最短路径是指什么，为什么？、网络的最短路径是指什么，为什么？、网络的最短路径是指什么，为什么？、网络的最短路径是指什么，为什么？物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层运输层运输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSIOSI体系结构体系结构OSI/RMOSI/RM物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层运输层运输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSIOSIOSIOSI模型的七层结构模型的七层结构模型的七层结构模型的七层结构ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysical功能与说明：功能与说明：1 1、在两端点主机间进行以报文为单位的收发、在两端点主机间进行以报文为单位的收发控制；控制；2 2、将底层传送的报文分组汇集成报文；、将底层传送的报文分组汇集成报文；3 3、虚电路故障中断的恢复或者数据报的排序、虚电路故障中断的恢复或者数据报的排序和重发控制；和重发控制；4 4、在底层服务的基础上，为用户进一步提供、在底层服务的基础上，为用户进一步提供端到端的可靠报文传输。因此可以说传输层端到端的可靠报文传输。因此可以说传输层弥补了网络层的不足。弥补了网络层的不足。4.4.传输层传输层5 5、传输层协议处理报文的复杂程度因底层的服、传输层协议处理报文的复杂程度因底层的服务方式不同而异：务方式不同而异：底层为虚电路时：解决虚电路故障中断的恢复与重置；底层为数据报时：解决报文分组乱序、丢失；4.4.传输层传输层6 6、复用选择；文件的传输时机分配、复用选择；文件的传输时机分配7 7、为会话层提供进程间的连接服务；、为会话层提供进程间的连接服务；传输连接：建立进程与端口的对应关系。传输连接：建立进程与端口的对应关系。套接字套接字=IP=IP地址地址+端口号（服务访问点）端口号（服务访问点）8 8、流量控制：端到端的，对报文进行控制、流量控制：端到端的，对报文进行控制 窗口方式（端口号），缓冲区用硬盘虚拟。窗口方式（端口号），缓冲区用硬盘虚拟。4.4.传输层传输层应用层应用层TCPUDPIP接口层接口层以太网数据链路、物理层以太网数据链路、物理层10101111011000 101011110110004.4.传输层传输层传输控制的实现：传输控制的实现：传输控制的实现：传输控制的实现：1 1 1 1、在应用层选择安装传输控制协议；、在应用层选择安装传输控制协议；、在应用层选择安装传输控制协议；、在应用层选择安装传输控制协议；2 2 2 2、传输控制协议做为驱动程序可以在程序中调、传输控制协议做为驱动程序可以在程序中调、传输控制协议做为驱动程序可以在程序中调、传输控制协议做为驱动程序可以在程序中调用相应的功能。用相应的功能。用相应的功能。用相应的功能。例如：例如：例如：例如：IPXIPXIPXIPX、TCPTCPTCPTCP、UDPUDPUDPUDP4.4.传输层传输层端口：利用IP地址可以找到主机，用端口号能区分出该主机的某个服务请求。物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层运输层运输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSIOSI体系结构体系结构OSI/RMOSI/RM物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层运输层运输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSIOSIOSIOSI模型的七层结构模型的七层结构模型的七层结构模型的七层结构ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysical基本概念：基本概念：基本概念：基本概念：在两主机的两进程间传输数据叫会话在两主机的两进程间传输数据叫会话在两主机的两进程间传输数据叫会话在两主机的两进程间传输数据叫会话，会话是在传输连接的基础上实现的。会话是在传输连接的基础上实现的。会话是在传输连接的基础上实现的。会话是在传输连接的基础上实现的。连接和会话有三种对应关系：连接和会话有三种对应关系：连接和会话有三种对应关系：连接和会话有三种对应关系：一对一，一对多，多对一（例如订票系统）一对一，一对多，多对一（例如订票系统）一对一，一对多，多对一（例如订票系统）一对一，一对多，多对一（例如订票系统）一次连接：一次连接：一次连接：一次连接：一次对话：一次对话：一次对话：一次对话：一次连接：一次连接：一次连接：一次连接：多次对话：多次对话：多次对话：多次对话：多次连接：多次连接：多次连接：多次连接：一次对话：一次对话：一次对话：一次对话：5.5.会话层会话层会话服务：会话指数据传输的过程为保证数据的完整性，把一次会话分割成若干会话单位，设定主、次同步点来支持会话的完整性。例如：断点续传会话若中断，则返回到最近的主同步点处，继续进行。5.5.会话层会话层主同步点次同步点5.5.会话层会话层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层运输层运输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSIOSI体系结构体系结构OSI/RMOSI/RM物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层运输层运输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSIOSIOSIOSI模型的七层结构模型的七层结构模型的七层结构模型的七层结构ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysical数据格式转换,数据压缩、加密，存取方式、传送方式的不同，需要进行转换。IBM大型机的编码是：EBCDICPC微型机的编码是：ASCII数据压缩HDTV 64048024位/像素=37M25帧37 M=186.25M JPEG MPEG WINZIP MP3 6.6.表示层表示层MPEG(Motion Picture Experts Group)把常规的影视信号按照100：1的比例进行高效压缩MPEG-I符合Video和Audio标准（ISO CD11172）6.6.表示层表示层数据加密传输（两种方法）数据加密传输（两种方法）数据加密传输（两种方法）数据加密传输（两种方法）一、传统的保密密钥加密法一、传统的保密密钥加密法1 1 1 1、代换密码：、代换密码：、代换密码：、代换密码：把把把把26262626个字母顺序用另一种顺序替代；个字母顺序用另一种顺序替代；个字母顺序用另一种顺序替代；个字母顺序用另一种顺序替代；ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ BDFHJLMOQSUWYZXVTRPNKIGECA BDFHJLMOQSUWYZXVTRPNKIGECA BDFHJLMOQSUWYZXVTRPNKIGECA BDFHJLMOQSUWYZXVTRPNKIGECA2 2 2 2、转置密码：转置密码：转置密码：转置密码：用无重复字母的单词作密钥，用无重复字母的单词作密钥，用无重复字母的单词作密钥，用无重复字母的单词作密钥，字母个数决定了密文的列数，横向写电文，纵字母个数决定了密文的列数，横向写电文，纵字母个数决定了密文的列数，横向写电文，纵字母个数决定了密文的列数，横向写电文，纵向写密文，按字母的先后次序发。向写密文，按字母的先后次序发。向写密文，按字母的先后次序发。向写密文，按字母的先后次序发。例：例：例：例：N E T W O R KN E T W O R KN E T W O R KN E T W O R K 3 1 6 7 4 5 2 3 1 6 7 4 5 2 3 1 6 7 4 5 2 3 1 6 7 4 5 26.6.表示层表示层3 3 3 3、数据加密标准算法、数据加密标准算法、数据加密标准算法、数据加密标准算法DESDESDESDES：用56位密钥对64位数据块加密。保密密钥加密法特点：通信双方要有共同的密钥，需要交换密钥。在传送密钥的过程中容易泄密。6.6.表示层表示层二、公共密钥加密体系（公开密钥对）二、公共密钥加密体系（公开密钥对）设计一对算法做为密钥：设计一对算法做为密钥：E E 加密算法，加密算法，D D 解密算法，解密算法，二者算法独立，从二者算法独立，从E E难以推出难以推出D D，反之反之从从D D难以推出难以推出E E。设发送文件是设发送文件是M M，则：则：D(E(M)=MD(E(M)=M6.6.表示层表示层用法：每用户取一对密钥，将E在网上公开，D保密自留。特点：不必传送密钥，但谁都可以加密发送，所以发方可以否认，同理收方可以篡改。6.6.表示层表示层数字签名：与手签具有同样的效能用法：A、B二用户各取2对公开密钥对如下：6.6.表示层表示层 A B EA EB 公开 DA DB 保密 EA EB 保密 DA DB 公开 由A 向B 发M时发方A二次加密发送：EB(EA(M)收方B做二次逆运算：先做DB(EB(EA(M)得到 EA(M)再做DA(EA(M)得到M IE 上的数字签名应用基于公共密钥密码体系的证书机制 6.6.表示层表示层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层运输层运输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSIOSI体系结构体系结构OSI/RMOSI/RM物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层运输层运输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSIOSIOSIOSI模型的七层结构模型的七层结构模型的七层结构模型的七层结构ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysical 提供了直接为终端用户服务的界面，通过各种程序包，使网络资源对用户透明，方便使用。系统：网络操作系统应用：文件、目录、邮件、HTML、SMTP、FTP、DNS等虚拟终端:利用软件实现异种终端标准化 例:在PC上用Telnet登录到Unix主机,把PC虚拟成Unix主机的标准终端。7.7.应用层应用层小结：小结：OSIOSI各层主要功能归纳各层主要功能归纳vv物理层：利用四个特性，透明地传输比特流。物理层：利用四个特性，透明地传输比特流。物理层：利用四个特性，透明地传输比特流。物理层：利用四个特性，透明地传输比特流。vv数据链路层：在相邻节点之间无差错的传送帧。数据链路层：在相邻节点之间无差错的传送帧。数据链路层：在相邻节点之间无差错的传送帧。数据链路层：在相邻节点之间无差错的传送帧。vv网络层：在源和目的子网节点之间选择路由和控制拥塞。网络层：在源和目的子网节点之间选择路由和控制拥塞。网络层：在源和目的子网节点之间选择路由和控制拥塞。网络层：在源和目的子网节点之间选择路由和控制拥塞。vv运输层：在端到端之间可靠地传输报文。运输层：在端到端之间可靠地传输报文。运输层：在端到端之间可靠地传输报文。运输层：在端到端之间可靠地传输报文。vv会话层：进行会话管理与会话同步。会话层：进行会话管理与会话同步。会话层：进行会话管理与会话同步。会话层：进行会话管理与会话同步。vv表示层：数据格式转换、数据加密、解密等。表示层：数据格式转换、数据加密、解密等。表示层：数据格式转换、数据加密、解密等。表示层：数据格式转换、数据加密、解密等。vv应用层：为用户使用网络提供接口或手段。应用层：为用户使用网络提供接口或手段。应用层：为用户使用网络提供接口或手段。应用层：为用户使用网络提供接口或手段。作业作业1 1 1 1、传输层如何弥补了网络层的不足、传输层如何弥补了网络层的不足、传输层如何弥补了网络层的不足、传输层如何弥补了网络层的不足2 2 2 2、主、次同步点的作用、主、次同步点的作用、主、次同步点的作用、主、次同步点的作用3 3 3 3、用公开密钥对加密和数字签名的方法、用公开密钥对加密和数字签名的方法、用公开密钥对加密和数字签名的方法、用公开密钥对加密和数字签名的方法4 4 4 4、虚拟终端、虚拟终端、虚拟终端、虚拟终端