56644计算机网络基础 第2章 计算机网络体系结构.pptx

计算机网络技术基础名校名师精品系列教材FoundationsofComputerNetworkTechnology计算机网络体系结构第二章名校名师精品系列教材CONTENTSCONTENTS01计算机网络体系结构概述02开放系统互连参考模型03TCP/IP体系结构4 第2章计算机网络体系结构一、计算机网络体系结构计算机网络由多个互连的节点组成，节点之间要不断地交换数据和控制信息。要做到有条不紊地交换数据，每个结点就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理体系。计算机网络体系结构是指计算机网络层次结构模型，它是各层的协议以继层次之间端口的集合。在计算机网络中实现通信必须依靠网络通信协议，目前广发采用的是ISO1997年提出的开放系统互连（OpenSystemInterconnection，OSI）参考模型，习惯上成为ISO/OSI参考模型。5 第2章计算机网络体系结构接口时同一个节点或节点内相邻层次之间交换信息的连接点。同一节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。只要接口不变，低层功能不变，低层功能的具体实现方法九奴会影响整个系统的工作。一、计算机网络体系结构协议就是为实现网络中的数据交换建立而制定的规则、约定与标准。协议由语法、语义和时序三部分组成，即协议的三要素：语义语法时序在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体组成，这些实体抽象地表示了通信时的软件元素（如进程或子程序）或硬件元素（如智能I/O芯片等）。实体是通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施。协议（Protocol）实体（Entity）接口(Interface)网络体系结构的相关概念层次(Arrangemengt)为了实现网络中计算机之间的通信，网络层次体系结构需要把每个计算机互连的功能划分成有明确定义的层次，并规定同层次进程的通信的协议及相邻层次之间的接口服务。6 第2章计算机网络体系结构一、计算机网络体系结构层次结构设计完成计算机间的通信合作，把每个计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，并规定同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务，将这些同层进程通信的协议以及相邻层的接口统称为网络体系结构（NetworkArchitecture）。计算机网络中采用层次结构的好处是：（1）各层之间相互独立。高层并不需要知道低层是如何实现的，而仅需要知道该层通过层间接口所提供的服务。（2）灵活性好。当任何一层发生变化时，只要接口保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响，此外，当某层提供的服务不再需要时，甚至可将这层取消。（3）结构上可分割。各层都可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。（4）易于实现和维护。层次结构使得实现和调试一个庞大而复杂的系统变得容易，因为整个系统已被分解为若干个相对独立的子系统。（5）有利于促进标准化。这主要是因为每层的功能与所提供的服务已有明确的说明。标准化对于计算机网络来说非常重要，因为协议时通信双方共同遵守的约定。7 第2章计算机网络体系结构二、开放系统互连参考模型1974年，IBM公司提出了世界上第一个网络体系结构，这就是系统网络体系结构（SystemNetworkArchitecture，SNA），此后，许多公司纷纷提出各自的网络体系结构，这些网络体系结构的共同之处在于它们都采用了分层技术，但层次的划分、功能的分配与采用的技术术语均不相同。随着信息技术的发展，各种计算机系统联网和各种计算机网络的互联成为人们迫切需要解决的课题，OSI参考模型就是在这一背景下提出并加以研究的。8 第2章计算机网络体系结构二、开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型OSIOSI参考模型分层的原则是：（1）每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。当某一层具体实现方法更新时，只要保持与上、下层的接口不变，那么就不会对邻层产生影响。（2）层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。（3）每一层的功能选定都应基于已有的成功经验。（4）在需要不同的通信服务时，可在一层内再设置两个或更多的子层次，当不需要该服务时，也可绕过这些子层次。9 第2章计算机网络体系结构二、开放系统互连参考模型OSI参考模型各层之间的关系10 第2章计算机网络体系结构二、开放系统互连参考模型OSI各层的功能概述 第1层：物理层(Physical Layer)在物理信道上传输原始的数据比特（bit）流，提供为建立、维护和拆除物理链路连接所需的各种传输介质、通信接口特性等。第2层：数据链路层(Data Link Layer)在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻节点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧在信道上无差错地传输，并进行数据流量控制。第3层：网络层(Network Layer)为传输层的数据传输提供建立、维护和终止网络连接的手段，把上层来的数据组织成数据包(Packet)在节点之间进行交换传送，并且负责路由控制和拥塞控制。第4层：传输层(Transport Layer)为上层提供端到端(最终用户到最终用户)的透明的、可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。第5层：会话层(Session Layer)为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能，并提供会话管理服务。第6层：表示层(Presentation Layer)为应用层提供信息表示方式的服务，如数据格式的变换、文本压缩、加密技术等。第7层：应用层(Application Layer)为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输、电子邮件(E-mail)、分布式数据库、网络管理等。11 第2章计算机网络体系结构二、开放系统互连参考模型OSI环境中的数据传输过程12 第2章计算机网络体系结构二、开放系统互连参考模型OSI环境中的数据传输过程 13 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构OSI参考模型最初时开发网络通信协议簇的一个工业测安靠标准。通过严格遵守OSI参考模型标准不同的网络技术之间可以轻松地实现互操作。但由于Internet在全世界的飞速发展，使得TCP/IP协议得到了广泛的应用，虽然TCP/IP不是ISO标准，但广泛的使用也使TCP/IP成为一种“实际上的标准”，并形成了TCP/IP参考模型。不过，ISO的OSI参考模型的制定，也参考了TCP/IP协议集及其分层体系结构的思想。而TCP/IP在不断发展的过程中也吸收了OSI标准中的概念及特征。14 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构TCP/IP的概念 TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是指传输控制协议/网际协议。它起源于美国ARPAnet网，由它的两个主要协议即TCP和IP协议而得名。TCP/IP是Interent上所有网络和主机之间进行交流所使用得共同“语言”，是Internet上的标准网络连接协议。通常所说的TCP/IP协议实际上包含了大量的协议和应用，且由多个独立定义的协议组合在一起，协同工作，因此，更确切的说，应该称其为TCP/IP协议集和TCP/IP协议栈或TCP/IP协议簇。15 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构TCP/IP协议簇具有以下几个特点2341TCP/IP协议1.开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统；2.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；3.统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；4.标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。TCP/IP的概念16 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构TCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP的层次结构与OSI层次结构的对照关系如右图所示：TCP/IP的层次结构 17 第2章计算机网络体系结构应用层在TCP/IP模型中，应用程序接口是最高层，它与OSI模型中的高三层的任务相同，用于提供网络服务，比如文件传输、远程登录、域名服务和简单网络管理等。三、TCP/IP体系结构TCP/IP的层次结构 网络接口层网络接口层，也被称为网络访问层，包括了能使用TCP/IP与物理网络进行通信的协议，它对应OSI的物理层和数据链路层。TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口协议。网际层网际层是在TCP/IP标准中正式定义的第一层。网际层所执行的主要功能是处理来自传输层的分组，将分组形成数据包（IP数据包），并为该数据包进行路径选择，最终将数据包从源主机发送到目的主机，在网际层中，最常用的协议是网际协议IP，其他一些协议用来协助IP的操作。传输层TCP/IP的传输层也被称为主机至主机层，与OSI的传输层类似，主要负责主机到主机之间的端对端通信，该层使用了两种协议来支持两种数据的传送方法，即TCP协议和UDP协议。18 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构TCP/IP协议集 19 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构网际层的协议IP网际协议IP(Internet Protocol)IP协议的任务是对数据包进行相应的寻址和路由，并从一个网络转发到另一个网络。IP协议在每个发送的数据包前加入一个控制信息，其中包含了源主机的IP地址、目的主机的IP地址和其他一些信息。IP协议的另一项工作是分割和重编在传输层被分割的数据包。由于数据包要从一个网络到另一个网络，当两个网络所支持传输的数据包的大小不相同时，IP协议就要在发送端将数据包分割，然后在分割的每一段前再加入控制信息进行传输。当接收端接收到数据包后，IP协议将所有的片段重新组合形成原始的数据。IP是一个无连接的协议。无连接是指主机之间不建立用于可靠通信的端到端的连接，源主机只是简单地将IP数据包发送出去，而数据包可能会丢失、重复、延迟时间大或者IP包的次序会混乱。因此，要实现数据包的可靠传输，就必须依靠高层的协议或应用程序，如传输层的TCP协议。20 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构网际层的协议ICMP网际控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)网际控制报文协议ICMP为IP协议提供差错报告。由于IP是无连接的，且不进行差错检验，当网络上发生错误时它不能检测错误。向发送IP数据包的主机汇报错误就是ICMP的责任。例如，如果某台设备不能将一个IP数据包转发到另一个网络，它就向发送数据包的源主机发送一个消息，并通过ICMP解释这个错误。ICMP能够报告的一些普通错误类型有：目标无法到达、阻塞、回波请求和回波应答等。21 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构网际层的协议IGMP网际主机组管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol)IP协议只是负责网络中点到点的数据包传输，而点到多点的数据包传输则要依靠网际主机组管理协议IGMP完成。它主要负责报告主机组之间的关系，以便相关的设备（路由器）支持多播发送。22 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构网际层的协议ARP和RARP地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)和反向地址解析协议RARP计算机网络中各主机之间要进行通信时，必须要知道彼此的物理地址（OSI模型中数据链路层的地址）。因此，在TCP/IP的网际层有ARP协议和RARP协议，它们的作用是将源主机和目的主机的IP地址与它们的物理地址相匹配。23 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构传输层协议TCP传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)TCP协议是传输层一种面向连接的通信协议，提供可靠的数据传送。对于大量数据的传输，通常都要求有可靠的传送。TCP协议将源主机应用层的数据分成多个分段，然后将每个分段传送到网际层，网际层将数据封装为IP数据包，并发送到目的主机。目的主机的网际层将IP数据包中的分段传送给传输层，再由传输层对这些分段进行重组，还原成原始数据，传送给应用层。TCP协议还要完成流量控制和差错检验的任务，以保证可靠的数据传输。24 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构传输层协议UDP用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)UDP协议是一种面向无连接的协议，因此，它不能提供可靠的数据传输，而且UDP不进行差错检验，必须由应用层的应用程序实现可靠性机制和差错控制，以保证端到端数据传输的正确性。虽然UDP与TCP相比，显得非常不可靠，但在一些特定的环境下还是非常有优势的。例如，要发送的信息较短，不值得在主机之间建立一次连接。另外，面向连接的通信通常只能在两个主机之间进行，若要实现多个主机之间的一对多或多对多的数据传输，即广播或多播，就需要使用UDP协议。25 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构应用层协议远程终端协议TELNET本地主机作为仿真终端，登录到远程主机上运行应用程序；文件传输协议FTP实现主机之间的文件传送；简单邮件传输协议SMTP实现主机之间电子邮件的传送；域名服务DNS用于实现主机名与IP地址之间的映射；动态主机配置协议DHCP实现对主机的地址分配和配置工作。路由信息协议RIP用于网络设备之间交换路由信息；超文本传输协议HTTP用于Internet中的客户机与WWW服务器之间的数据传输；网络文件系统NFS实现主机之间的文件系统的共享；引导协议BOOTP用于无盘主机或工作站的启动简单网络管理协议SNMP实现网络的管理；26 第2章计算机网络体系结构三、TCP/IP体系结构OSI与TCP/IP参考模型的比较世界上任何地方的任何系统只要遵循OSI标准即可进行相互通信。TCP/IP是最早作为ARPAnet使用的网络体系结构和协议标准，以它为基础的Internet是目前国际上规模最大的计算机网络。1模型设计的差别2层数和层间调用关系不同3最初设计的差别4对可靠性的强调不同5标准的效率和性能上存在差别6市场应用和支持上不同感谢您的观看名校名师精品系列教材FoundationsofComputerNetworkTechnology