计算机网络体系结构(1).ppt

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1、第第3章章计算机网络体系结构计算机网络体系结构12/6/20221本章主要内容本章主要内容l计算机网络体系结构及协议的概念；计算机网络体系结构及协议的概念；l开放系统互连（开放系统互连（OSI）参考模型参考模型lOSI模型中各层的功能介绍；模型中各层的功能介绍；lTCP/IP协议的体系结构；协议的体系结构；lTCP/IP协议的层次功能介绍；协议的层次功能介绍；lOSI模型与模型与TCP/IP协议模型的比较；协议模型的比较；12/6/20222计算机网络体系结构计算机网络体系结构l为了减少计算机网络的复杂程度，按照结构化设为了减少计算机网络的复杂程度，按照结构化设计方法，计算机网络将其功能划分为

2、若干个层次，计方法，计算机网络将其功能划分为若干个层次，较高层次建立在较低层次的基础上，并为其更高较高层次建立在较低层次的基础上，并为其更高层次提供必要的服务功能。网络中的每一层都起层次提供必要的服务功能。网络中的每一层都起到隔离作用，使得低层功能具体实现方法的变更到隔离作用，使得低层功能具体实现方法的变更不会影响到高一层所执行的功能。不会影响到高一层所执行的功能。l网络体系结构网络体系结构l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；12/6/20223网络体系结构的相关概念网络体系结构的相关概念l协议（协议（Pro

3、tocol）l协议就是为实现网络中的数据交换建立的规则标准或约定。12/6/20224协议的组成协议的组成l协议由语法、语义和时序三部分组成，即协议的协议由语法、语义和时序三部分组成，即协议的三要素：三要素：l语义：用来规定信息格式；数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。l语法：用来说明通信双方应当怎么做；用于协调与差错处理的控制信息。l时序：规定通信事件发生的顺序并详细说明。12/6/20225实体（实体（Entity）l实体（实体（Entity）l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）。l实体是

4、通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施。12/6/20226接口接口(Interface)l分层结构中各相邻层之间要有一个接口，它定义了较低分层结构中各相邻层之间要有一个接口，它定义了较低层向较高层提供的原始操作和服务。相邻层通过它们之层向较高层提供的原始操作和服务。相邻层通过它们之间的接口交换信息，高层并不需要知道低层是如何实现间的接口交换信息，高层并不需要知道低层是如何实现的，仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务，这的，仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务，这样使得两层之间保持了功能的独立性。样使得两层之间保持了功能的独立性。l对于网络结构化层次模型，其特点是每一层都建立在前对于网

5、络结构化层次模型，其特点是每一层都建立在前一层的基础上，较低层只是为较高一层提供服务。这样一层的基础上，较低层只是为较高一层提供服务。这样每一层在实现自身功能时，直接使用较低一层提供的服每一层在实现自身功能时，直接使用较低一层提供的服务，而间接地使用了更低层提供的服务，并向较高一层务，而间接地使用了更低层提供的服务，并向较高一层提供更完善的服务，同时屏蔽了具体实现这些功能的细提供更完善的服务，同时屏蔽了具体实现这些功能的细节。节。12/6/20227开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型(OSI/RM)l为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网

6、络之间的数据通信，国际标准化组织同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO对对各类计算机网络体系结构进行了研究，并于各类计算机网络体系结构进行了研究，并于1981年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型准，称为开放系统互连参考模型(OSI/RM)，也称也称为为ISO/OSI。l“开放开放”表示任何两个遵守表示任何两个遵守OSI/RM的系统都可以的系统都可以进行互连，当一个系统能按进行互连，当一个系统能按OSI/RM与另一个系统与另一个系统进行通信时，就称该系统为开放系统。进行通信时，就称该系统为开放系统。12/6/2022

7、8OSI的分层模型的分层模型12/6/20229基于基于OSI的通信模型结构的通信模型结构12/6/202210OSI各层的功能概述各层的功能概述l第第1层：物理层层：物理层(PhysicalLayer)l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。l第第2层：数据链路层层：数据链路层(DataLinkLayer)l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。12/6/202211OSI各层的功能概述（二）各层的功能概述（二）l第第3层：网络层层

8、：网络层(NetworkLayer)l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。l第第4层：传输层层：传输层(TransportLayer)l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。12/6/202212OSI各层的功能概述（三）各层的功能概述（三）l第第5层：会话层层：会话层(SessionLayer)l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。l第第6层：表示层层：

9、表示层(PresentationLayer)l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。l第第7层：应用层层：应用层(ApplicationLayer)l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。12/6/202213OSI/RM的信息流动的信息流动12/6/202214物理层物理层l物理层是物理层是OSI/RM的最低层。它直接与物理信道相连，起的最低层。它直接与物理信道相连，起到数据链路层和传输媒体之间的逻辑接口作用，提供建立、到数据链路层和传输媒体之间的逻辑接口作用，提供建立、维护和释放物理连接的方法，实

10、现在物理信道上进行比特维护和释放物理连接的方法，实现在物理信道上进行比特流传输的功能。流传输的功能。12/6/202215物理层涉及的内容一物理层涉及的内容一l通信接口与传输媒体的物理特性通信接口与传输媒体的物理特性l除了不同的传输介质自身的物理特性外，物理层还对通信设备和传输媒体之间使用的接口做了详细的规定，主要体现在四个方面：l机械特性l电气特性l功能特性l规程特性12/6/202216物理层涉及的内容二物理层涉及的内容二l数据交换单元为二进制比特数据交换单元为二进制比特l比特的同步比特的同步l线路的连接线路的连接l物理拓扑结构物理拓扑结构l传输方式传输方式12/6/202217物理层涉及

11、的内容三物理层涉及的内容三l有有2个设备属于物理层的个设备属于物理层的,一个是中继器一个是中继器,一个是一个是HUB.l物理上面的连线距离一长就会产生电信号的衰减物理上面的连线距离一长就会产生电信号的衰减.为了重新加强这个信号为了重新加强这个信号,我们就需要在一定距离之我们就需要在一定距离之后加上一个信号放大器后加上一个信号放大器,这就是中继器这就是中继器(repeater)lHUB的本质其实只是一个多口中继器的本质其实只是一个多口中继器(MULTIPORTREPEATER).12/6/202218物理层涉及的内容四物理层涉及的内容四l产品代表：产品代表：TP-LINKTL-HP8MU集线器集

12、线器12/6/202219数据链路层数据链路层l数据链路层是数据链路层是OSI/RM的第二层，它通过物理层提供的比特流服务，在相邻节的第二层，它通过物理层提供的比特流服务，在相邻节点之间建立链路，传送以帧（点之间建立链路，传送以帧（Frame）为单位的数据信息，并且对传输中可为单位的数据信息，并且对传输中可能出现的差错进行检错和纠错，向网络层提供无差错的透明传输。能出现的差错进行检错和纠错，向网络层提供无差错的透明传输。l数据链路层的有关协议和软件是计算机网络中基本的部分，在任何网络中数数据链路层的有关协议和软件是计算机网络中基本的部分，在任何网络中数据链路层是必不可少的层次，相对高层而言，它

13、所有的服务协议都比较成熟。据链路层是必不可少的层次，相对高层而言，它所有的服务协议都比较成熟。12/6/202220数据链路层涉及的具体内容一数据链路层涉及的具体内容一l成帧成帧l物理地址寻址物理地址寻址l流量控制流量控制l差错控制差错控制l接入控制接入控制12/6/202221数据链路层涉及的具体内容二数据链路层涉及的具体内容二l物理层只是网卡对网线发出或者接受各种电平信物理层只是网卡对网线发出或者接受各种电平信号号,那就是说物理层是无法判别电流的来源和目标那就是说物理层是无法判别电流的来源和目标的的.那么把电流打成那么把电流打成0和和1的帧之后的帧之后.里面就有逻辑里面就有逻辑数据了数据了

14、.有了数据有了数据,就可以判别数据从何而来就可以判别数据从何而来,到何到何处去处去.所以也就可以真正的形成所以也就可以真正的形成LINK.l既然可以判别地址既然可以判别地址,那么地址是按照什么来判别的那么地址是按照什么来判别的呢呢?那就是最重要的概念之一那就是最重要的概念之一:网卡上的网卡上的MAC地址地址12/6/202222数据链路层的物理地址寻址数据链路层的物理地址寻址l节点节点1的物理地址为的物理地址为A，若节点若节点1要给节点要给节点4发送数据，那发送数据，那么在数据帧的头部要包含节点么在数据帧的头部要包含节点1和节点和节点4的物理地址，的物理地址，A与与D放入头部控制信息中（放入头

15、部控制信息中（DH），在帧的尾部还有差错控制），在帧的尾部还有差错控制信息（信息（DT）。）。12/6/202223数据链路层涉及的具体内容三数据链路层涉及的具体内容三l产品代表：产品代表：交换机交换机D-LinkDES-1024D12/6/202224网络层网络层l计算机网络分为资源子网和通信子网。网络层就是通信子计算机网络分为资源子网和通信子网。网络层就是通信子网的最高层，它在数据链路层提供服务的基础上，向资源网的最高层，它在数据链路层提供服务的基础上，向资源子网提供服务。子网提供服务。l网络层与数据链路层的关系如下图所示：网络层与数据链路层的关系如下图所示：12/6/202225网络层的

16、作用网络层的作用l这一层的基本单元是包这一层的基本单元是包(Packet).所有的包都有一所有的包都有一个个IP头头.IP就是用来在这层上面标识包的来源和目就是用来在这层上面标识包的来源和目的地址的的地址的.l这层的一个主要概念就是这层的一个主要概念就是“路由路由”,也就是和交换也就是和交换机一样机一样,把包转发到其他的地方把包转发到其他的地方.不过有个不同的不过有个不同的地方地方,交换机只有知道具体的交换机只有知道具体的MAC在哪里的情况在哪里的情况下才能够发送给指定的计算机下才能够发送给指定的计算机,而路由则不需要知而路由则不需要知道最终道最终IP所在的计算机在哪个位置所在的计算机在哪个位

17、置,只要知道那个只要知道那个途径可以过去就可以工作途径可以过去就可以工作.12/6/202226网络层的作用网络层的作用l实现位于不同网络的源节点与目的节点之间的数实现位于不同网络的源节点与目的节点之间的数据包传输，它和数据链路层的作用不同，数据链据包传输，它和数据链路层的作用不同，数据链路层只是负责同一个网络中的相邻两节点之间链路层只是负责同一个网络中的相邻两节点之间链路管理及帧的传输等问题。因此，当两个节点连路管理及帧的传输等问题。因此，当两个节点连接在同一个网络中时，可能并不需要网络层，只接在同一个网络中时，可能并不需要网络层，只有当两个节点分布在不同的网络中时，通常才会有当两个节点分布

18、在不同的网络中时，通常才会涉及到网络层的功能，保证数据包从源节点到目涉及到网络层的功能，保证数据包从源节点到目的节点的正确传输。的节点的正确传输。l网络层要负责确定在网络中采用何种技术，从源网络层要负责确定在网络中采用何种技术，从源节点出发选择一条通路通过中间的节点，将数据节点出发选择一条通路通过中间的节点，将数据包最终送达目的节点。包最终送达目的节点。12/6/202227网络层涉及的概念网络层涉及的概念l逻辑地址寻址逻辑地址寻址l路由功能路由功能l流量控制流量控制l拥塞控制拥塞控制12/6/202228网络层涉及的内容网络层涉及的内容l产品代表产品代表：路由器：路由器TP-LINKTL-R

19、414812/6/202229传输层传输层l传输层是资源子网与通信子网的接口和桥梁，传输层是资源子网与通信子网的接口和桥梁，它完成资源子网中两节点间的直接逻辑通信，它完成资源子网中两节点间的直接逻辑通信，实现通信子网端到端的可靠传输。传输层下面实现通信子网端到端的可靠传输。传输层下面的物理层、数据链路层和网络层属于通信子网，的物理层、数据链路层和网络层属于通信子网，完成有关的通信处理，向传输层提供网络服务；完成有关的通信处理，向传输层提供网络服务；传输层上面的会话层、表示层和应用层完成面传输层上面的会话层、表示层和应用层完成面向数据处理的功能，并为用户提供与网络之间向数据处理的功能，并为用户提

20、供与网络之间的接口。因此，它在七层网络模型的中间起到的接口。因此，它在七层网络模型的中间起到承上启下的作用，是整个网络体系结构中的关承上启下的作用，是整个网络体系结构中的关键部分。键部分。12/6/202230传输层传输层l由于通信子网向传输层提供通信服务的可靠性有由于通信子网向传输层提供通信服务的可靠性有差异，所以无论通信子网提供的服务可靠性如何，差异，所以无论通信子网提供的服务可靠性如何，经传输层处理后都应向上层提交可靠的、透明的经传输层处理后都应向上层提交可靠的、透明的数据传输。为此，传输层协议要复杂得多，以适数据传输。为此，传输层协议要复杂得多，以适应通信子网中存在的各种问题。也就是说

21、，如果应通信子网中存在的各种问题。也就是说，如果通信子网的功能完善、可靠性高，则传输层的任通信子网的功能完善、可靠性高，则传输层的任务就比较简单：若通信子网提供的质量很差，则务就比较简单：若通信子网提供的质量很差，则传输层的任务就复杂，以填补会话层所要求的服传输层的任务就复杂，以填补会话层所要求的服务质量和网络层所能提供的服务质量之间的差别。务质量和网络层所能提供的服务质量之间的差别。12/6/202231传输层提供的服务传输层提供的服务l传输层为高层提供两种基本的服务：传输层为高层提供两种基本的服务：l面向连接的服务面向连接的服务l面向连接提供的是可靠的服务：面向连接的服务要求高层的应面向连

22、接提供的是可靠的服务：面向连接的服务要求高层的应用在进行通信之前，先要建立一个逻辑的连接，并此连接的基用在进行通信之前，先要建立一个逻辑的连接，并此连接的基础上进行通信，通信完毕后要拆除逻辑连接，而且通信过程中础上进行通信，通信完毕后要拆除逻辑连接，而且通信过程中还进行流量控制、差错控制和顺序控制。因此，面向连接提供还进行流量控制、差错控制和顺序控制。因此，面向连接提供的是可靠的服务。的是可靠的服务。l和面向无连接的服务和面向无连接的服务l面向无连接是一种不太可靠的服务：面向无连接是一种不太可面向无连接是一种不太可靠的服务：面向无连接是一种不太可靠的服务，由于它不需要高层应用建立逻辑的连接，因

23、此，它靠的服务，由于它不需要高层应用建立逻辑的连接，因此，它不能保证传输的信息按发送顺序提交用户。不能保证传输的信息按发送顺序提交用户。12/6/202232会话层会话层l会话层是利用传输层提供的端到端的服务，向表会话层是利用传输层提供的端到端的服务，向表示层或会话用户提供会话服务。示层或会话用户提供会话服务。l在在ISO/OSI环境中，所谓一次会话，就是两个用环境中，所谓一次会话，就是两个用户进程之间为完成一次完整的通信而进行的过程，户进程之间为完成一次完整的通信而进行的过程，包括建立、维护和结束会话连接。会话协议的主包括建立、维护和结束会话连接。会话协议的主要目的就是提供一个面向用户的连接

24、服务，并对要目的就是提供一个面向用户的连接服务，并对会话活动提供有效的组织和同步所必须的手段，会话活动提供有效的组织和同步所必须的手段，对数据传送提供控制和管理。对数据传送提供控制和管理。12/6/202233表示层表示层l表示层处理的是表示层处理的是OSI系统之间系统之间用户信息的表示用户信息的表示问问题。表示层不像题。表示层不像OSI/RM的低五层只关心将信息可的低五层只关心将信息可靠地从一端传输到另外一端，它主要涉及被传输靠地从一端传输到另外一端，它主要涉及被传输信息的内容和表示形式，如文字、图形、声音的信息的内容和表示形式，如文字、图形、声音的表示。另外，表示。另外，数据压缩、数据加密

25、数据压缩、数据加密等工作都是由等工作都是由表示层负责处理。表示层负责处理。12/6/202234应用层应用层l应用层是应用层是OSI/RM的最高层，它是计算机网络与最的最高层，它是计算机网络与最终用户间的接口，它包含系统管理员管理网络服终用户间的接口，它包含系统管理员管理网络服务所涉及的所有问题和基本功能。它在务所涉及的所有问题和基本功能。它在OSI/RM下下面六层提供的数据传输和数据表示等各种服务的面六层提供的数据传输和数据表示等各种服务的基础上，为网络用户或应用程序提供完成特定网基础上，为网络用户或应用程序提供完成特定网络服务功能所需的各种应用协议。络服务功能所需的各种应用协议。l常用的网

26、络服务包括文件服务、电子邮件（常用的网络服务包括文件服务、电子邮件（E-mail）服务、打印服务、集成通信服务、目录服服务、打印服务、集成通信服务、目录服务、网络管理服务、安全服务、多协议路由与路务、网络管理服务、安全服务、多协议路由与路由互连服务、分布式数据库服务、虚拟终端服务由互连服务、分布式数据库服务、虚拟终端服务等。等。12/6/202235TCP/IP的体系结构的体系结构lOSI参考模型研究的初衷是希望为网络体系结构参考模型研究的初衷是希望为网络体系结构与协议的发展提供一种国际标准，但由于与协议的发展提供一种国际标准，但由于Internet在全世界的飞速发展，使得在全世界的飞速发展，

27、使得TCP/IP协议协议得到了广泛的应用，虽然得到了广泛的应用，虽然TCP/IP不是不是ISO标准，标准，但广泛的使用也使但广泛的使用也使TCP/IP成为一种成为一种“实际上的标实际上的标准准”，并形成了，并形成了TCP/IP参考模型。不过，参考模型。不过，ISO的的OSI参考模型的制定，也参考了参考模型的制定，也参考了TCP/IP协议集及协议集及其分层体系结构的思想。而其分层体系结构的思想。而TCP/IP在不断发展的在不断发展的过程中也吸收了过程中也吸收了OSI标准中的概念及特征。标准中的概念及特征。12/6/202236什么是什么是TCP/IP模型模型lTCP/IP模型是一系列网络协议的总

28、称，这些协议模型是一系列网络协议的总称，这些协议的目的，就是使计算机之间可以进行信息交换。的目的，就是使计算机之间可以进行信息交换。lTCP/IP模型一共包括几百种协议，对互联网上交模型一共包括几百种协议，对互联网上交换信息的各个方面都做了规定。换信息的各个方面都做了规定。12/6/202237TCP/IP协议的特点协议的特点l开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统；定的计算机硬件与操作系统；l独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广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；域网，更适用于互连网中；

29、l统一的网络地址分配方案，使得整个统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备设备在网中都具有唯一的地址；在网中都具有唯一的地址；l标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。务。12/6/202238TCP/IP的层次结构的层次结构lTCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。层和应用层。lTCP/IP的层次结构与的层次结构与OSI层次结构的对照关系如下图所示：层次结构的对照关系如下图所示：12/6/202239TCP/IP分层结构（一）分层结构（一）l网络接口层负责建立电路连

30、接，是整个网络的物网络接口层负责建立电路连接，是整个网络的物理基础，典型的协议包括以太网、理基础，典型的协议包括以太网、ADSL等等；等等；l网际层：网际层：负责分配地址和传送二进制数据，主要负责分配地址和传送二进制数据，主要协议是协议是IP协议协议；l传输层：负责传送文本数据，主要协议是传输层：负责传送文本数据，主要协议是TCP协协议议；l应用层：应用层：负责传送各种最终形态的数据，是直接负责传送各种最终形态的数据，是直接与用户打交道的层，典型协议是与用户打交道的层，典型协议是HTTP、FTP等。等。12/6/202240TCP/IP分层结构（二）分层结构（二）l网络接口层网络接口层l网络接

31、口层，也被称为网络访问层，包括了能使用网络接口层，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，它对应与物理网络进行通信的协议，它对应OSI的物的物理层和数据链路层。理层和数据链路层。TCP/IP标准并没有定义具体的网标准并没有定义具体的网络接口协议络接口协议。l网际层网际层l网际层是在网际层是在TCP/IP标准中正式定义的第一层。网际层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（形成数据包（IP数据包），并为该数据包进行路径选数据包），并为该数据包进行路径选择，最终将数据包从源主

32、机发送到目的主机，在网际择，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层中，最常用的协议是网际协议IP，其他一些协议用其他一些协议用来协助来协助IP的操作。的操作。12/6/202241TCP/IP分层结构（二）分层结构（二）l传输层传输层lTCP/IP的传输层也被称为的传输层也被称为主机至主机层主机至主机层，与，与OSI的传的传输层类似，主要负责主机到主机之间的端对端通信，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协议和协议和UDP协议。协议。l应用层应用层l在在

33、TCP/IP模型中，应用程序接口是最高层，它与模型中，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。如文件传输、远程登录、域名服务和简单网络管理等。12/6/202242TCP/IP协议集协议集12/6/202243实例：用实例：用Telnet建立建立HTTP对话对话l实验目的：观察文本在互联网上是如何传输实验目的：观察文本在互联网上是如何传输l实验过程：实验过程：l第一步：在第一步：在“开始开始”菜单中，点击菜单中，点击“运行运行”命令，输入命令，输入“80”。l第二

34、步：打开本地显示。第二步：打开本地显示。在Telnet窗口中按下“Ctrl+”；然后，输入“set localecho”命令，再连续按下两次回车键。这个时候你就可以直接同主机进行对话了。l第三步：你可以试着同第三步：你可以试着同baidu随便说句话，看看有什么反应。随便说句话，看看有什么反应。(发言必须遵守HTTP协议)l第四步：输入第四步：输入“GET/HTTP/1.1”，表示向，表示向baidu索要首页根文件，索要首页根文件，使用的协议是使用的协议是HTTP的的1.1版本。版本。200 OK表示要求数据成功。在头部信息的下面，就是baidu在浏览器中显示的首页文件的源代码.12/6/202

35、244网际层的协议网际层的协议IPl网际协议网际协议IP(InternetProtocol)lIP协议的任务是对数据包进行相应的协议的任务是对数据包进行相应的寻址和路由寻址和路由，并从一个网络，并从一个网络转发到另一个网络。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信息，其中包含了源主机的IP地址、目的主机的地址、目的主机的IP地址和其他一地址和其他一些信息。些信息。lIP协议的另一项工作是协议的另一项工作是分割和重编分割和重编在传输层被分割的数据包。由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

36、网络所支持传输的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，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，数据包后，IP协议将所有的片段重新组合形成原始的数据。协议将所有的片段重新组合形成原始的数据。lIP是一个是一个无连接无连接的协议。无连接是指主机之间不建立用于可靠通的协议。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信的端到端的连接，源主机只是简单地将IP数据包发送

37、出去，而数据包发送出去，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。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，如传输层的程序，如传输层的TCP协议。协议。12/6/202245网际层的协议网际层的协议ICMPl网际控制报文协议网际控制报文协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)l网际控制报文协议网际控制报文协议ICMP为为IP协议提供差错报告。由于协议提供差错报告。由于IP是无连接的，且不进行差错检验，当网络上发生

38、错是无连接的，且不进行差错检验，当网络上发生错误时它不能检测错误。向发送误时它不能检测错误。向发送IP数据包的主机汇报错数据包的主机汇报错误就是误就是ICMP的责任。的责任。l例如，如果某台设备不能将一个例如，如果某台设备不能将一个IP数据包转发到另一个网络，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，并通过它就向发送数据包的源主机发送一个消息，并通过ICMP解释解释这个错误。这个错误。ICMP能够报告的一些普通错误类型有：目标无法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。到达、阻塞、回波请求和回波应答等。12/6/202246网际层的协议网际层

39、的协议IGMPl网际主机组管理协议网际主机组管理协议IGMP(InternetGroupManagementProtocol)lIP协议只是负责网络中点到点的数据包传输，而点到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。的设备（路由器）支持多播发送。12/6/202247网际层的协议网际层的协议ARP和和RARPl地址解析协议地址解析协议ARP(AddressResolutionPr

40、otocol)和反向地址解析协议和反向地址解析协议RARPl计算机网络中各主机之间要进行通信时，必须要知道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（彼此的物理地址（OSI模型中数据链路层的地址）。因模型中数据链路层的地址）。因此，在此，在TCP/IP的网际层有的网际层有ARP协议和协议和RARP协议，它协议，它们的作用是将源主机和目的主机的们的作用是将源主机和目的主机的IP地址与它们的物地址与它们的物理地址相匹配。理地址相匹配。12/6/202248传输层协议传输层协议TCPl传输控制协议传输控制协议TCP(TransmissionControlProtocol)lTCP协

41、议是传输层一种面向连接的通信协议，提供可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。可靠的传送。lTCP协议将源主机应用层的数据分成多个协议将源主机应用层的数据分成多个分段分段，然后，然后将每个分段传送到网际层，网际层将数据封装为将每个分段传送到网际层，网际层将数据封装为IP数数据包，并发送到目的主机。目的主机的网际层将据包，并发送到目的主机。目的主机的网际层将IP数数据包中的分段传送给传输层，再由传输层对这些分段据包中的分段传送给传输层，再由传输层对这些分段进行进行重组重组，还原成原始数据，

42、传送给应用层。，还原成原始数据，传送给应用层。lTCP协议还要完成协议还要完成流量控制流量控制和和差错检验差错检验的任务，以保的任务，以保证可靠的数据传输。证可靠的数据传输。12/6/202249TCP工作原理工作原理lTCP的连接建立过程又称为的连接建立过程又称为TCP三次握手。首先三次握手。首先发送方主机向接收方主机发起一个建立连接的同发送方主机向接收方主机发起一个建立连接的同步（步（SYN）请求；接收方主机在收到这个请求后）请求；接收方主机在收到这个请求后向发送方主机回复一个同步向发送方主机回复一个同步/确认（确认（SYN/ACK）应答；发送方主机收到此包后再向接收方主机发应答；发送方主

43、机收到此包后再向接收方主机发送一个确认（送一个确认（ACK），此时），此时TCP连接成功建立连接成功建立.12/6/202250TCP工作原理工作原理l一旦初始的三次握手完成，在发送和接收主机之一旦初始的三次握手完成，在发送和接收主机之间将按顺序发送和确认段。关闭连接之前，间将按顺序发送和确认段。关闭连接之前，TCP使用类似的握手过程验证两个主机是否都完成发使用类似的握手过程验证两个主机是否都完成发送和接收全部数据。送和接收全部数据。12/6/202251传输层协议传输层协议UDPl用户数据报协议用户数据报协议UDP(UserDatagramProtocol)lUDP协议是一种面向无连接的协议

44、，因此，它不能提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，而且供可靠的数据传输，而且UDP不进行差错检验，必须不进行差错检验，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。保证端到端数据传输的正确性。l虽然虽然UDP与与TCP相比，显得非常不可靠，但在一些特相比，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。定的环境下还是非常有优势的。l例如，要发送的信息较短，不值得在主机之间建立一次连接。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，

45、若要实另外，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，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，就需要使用就需要使用UDP协议。协议。12/6/202252应用层协议（一）应用层协议（一）l远程终端协议远程终端协议TELNETl本地主机作为仿真终端，登录到远程主机上运行应用程序；l文件传输协议文件传输协议FTPl实现主机之间的文件传送；l简单邮件传输协议简单邮件传输协议SMTPl实现主机之间电子邮件的传送；l域名服务域名服务DNSl用于实现主机名与IP地址之间的映射；l动态主机配置协议动态主机配置协议DHCPl实现对主

46、机的地址分配和配置工作。12/6/202253应用层协议（二）应用层协议（二）l路由信息协议路由信息协议RIPl用于网络设备之间交换路由信息；l超文本传输协议超文本传输协议HTTPl用于Internet中的客户机与WWW服务器之间的数据传输；l网络文件系统网络文件系统NFSl实现主机之间的文件系统的共享；l引导协议引导协议BOOTPl用于无盘主机或工作站的启动l简单网络管理协议简单网络管理协议SNMPl实现网络的管理；12/6/202254OSI与与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较lOSI和和TCP/IP有着许多的共同点：有着许多的共同点：l采用了协议分层方法，将庞大且复杂的问题划分为

47、若采用了协议分层方法，将庞大且复杂的问题划分为若干个较容易处理的范围较小的问题；干个较容易处理的范围较小的问题；l各协议层次的功能大体上相似，都存在网络层、传输各协议层次的功能大体上相似，都存在网络层、传输层和应用层。两者都可以解决异构网的互连，实现世层和应用层。两者都可以解决异构网的互连，实现世界上不同厂家生产的计算机之间的通信；界上不同厂家生产的计算机之间的通信；l都是计算机通信的国际性标准，虽然都是计算机通信的国际性标准，虽然OSI是国际通用的，是国际通用的，但但TCP/IP是当前工业界使用最多的；是当前工业界使用最多的；l都能够提供面向连接和无连接两种通信服务机制；都能够提供面向连接和

48、无连接两种通信服务机制；l都基于一种协议集的概念，协议集是一簇完成特定功都基于一种协议集的概念，协议集是一簇完成特定功能的相互独立的协议。能的相互独立的协议。12/6/202255OSI和和TCP/IP的差异的差异l模型设计的差别模型设计的差别lOSI参考模型是在具体协议制定之前设计的，对具体协议的制定参考模型是在具体协议制定之前设计的，对具体协议的制定进行约束。因此，造成在模型设计时考虑不很全面，有时不能进行约束。因此，造成在模型设计时考虑不很全面，有时不能完全指导协议某些功能的实现，从而反过来导致对模型的修修完全指导协议某些功能的实现，从而反过来导致对模型的修修补补。例如，数据链路层最初只

49、用来处理点到点的通信网络，补补。例如，数据链路层最初只用来处理点到点的通信网络，当广播网出现后，存在一点对多点的问题，当广播网出现后，存在一点对多点的问题，OSI不得不在模型中不得不在模型中插入新的子层来处理这种通信模式。当人们开始使用插入新的子层来处理这种通信模式。当人们开始使用OSI模型及模型及其协议集建立实际网络时，才发现它们与需求的服务规范存在其协议集建立实际网络时，才发现它们与需求的服务规范存在不匹配，最终只能用增加子层的方法来掩饰其缺陷。不匹配，最终只能用增加子层的方法来掩饰其缺陷。TCP/IP正正好相反。协议在先，模型在后。模型实际上只不过是对已有协好相反。协议在先，模型在后。模

50、型实际上只不过是对已有协议的抽象描述。议的抽象描述。TCP/IP不存在与协议的匹配问题。不存在与协议的匹配问题。12/6/202256OSI和和TCP/IP的差异的差异l层数和层间调用关系不同层数和层间调用关系不同lOSI协议分为协议分为7层，而层，而TCP/IP协议只有协议只有4层，除网络层、层，除网络层、传输层和应用层外，其它各层都不相同。另外，传输层和应用层外，其它各层都不相同。另外，TCP/IP虽然也分层次，但层次之间的调用关系不像虽然也分层次，但层次之间的调用关系不像OSI那么严格。在那么严格。在OSI中，两个实体通信必须涉及到中，两个实体通信必须涉及到下一层实体，下层向上层提供服务