第三讲 计算机网络体系结构与网络协议.ppt

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1、计算机网络教程计算机网络教程 编译：司海飞编译：司海飞 S金金 陵陵 科科 技技 学学 院院S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 第三讲第三讲 计算机网络体系结构与网络协议计算机网络体系结构与网络协议本章重点本章重点=层次化体系结构：层次化体系结构：OSI、TCP/IP=主要层的功能及相关协议主要层的功能及相关协议 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 应用层应用层S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 计算机网络体系结构与网络协议计算机网络体系结构与网络协议3.1 网络体系结构的基本概念（分层和协议）3.2 OSI（OSI/RM

2、）体系结构3.3 Internet（TCP/IP）体系结构3.4 两种体系结构的比较一个计算机网络必须为大量计算机之间提供通用的、高效的、公平的、坚固的、高性能的连通性。但是似乎这还不够，因为网络不是一成不变的，它必须适应基本技术和应用程序需求的变化。设计一个满足这些需求的网络并非易事。为了帮助处理这种复杂性，网络设计者已经制定了通用的蓝图，称为网络体系结构（network architecture），用以指导网络的设计和实现。这一章介绍OSI 和TCP/IP体系结构。可以说OSI是个失败的例子，不过可也是学习网络概念的好教材。TCP/IP使用广泛。网络体系结构发展的背景网络体系结构发展的背景

3、网络的状况网络的状况多种通信媒介多种通信媒介有线、无线。有线、无线。不同种类的设备不同种类的设备通用、专用。通用、专用。不同的操作系统不同的操作系统Unix、Windows。不同的应用环境不同的应用环境固定、移动。固定、移动。不同种类业务不同种类业务分时、交互、实时。分时、交互、实时。宝贵的投资和积累宝贵的投资和积累有形、无形。有形、无形。用户业务的延续性用户业务的延续性不允许出现大的跌宕起伏不允许出现大的跌宕起伏它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 3.1 网络体系结构的基本概念（分层

4、和协议）网络体系结构的基本概念（分层和协议）1 协议分层 2 各层的设计问题 3 接口和服务 4 面向连接的服务和无连接的服务 5 服务和协议的关系1 协议分层协议分层从最基本的硬件提供的服务开始，然后增加一系列的层，每一层都提供更高（更抽象）一级的服务高层提供的服务用底层提供的服务来实现。计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S图图 分层网络系统分层网络系统当系统变得复杂时，系统设计者就会引入另一个抽象层。抽象的概念是定义一个能抓住系统的主要特征的统一模型，并将这种模型封装为一个对象，为系统其他部分提供一个可操作的接口，对象如何实现的细节对于对象的使用者来说是隐藏的，问题是如

5、何抽象出可同时提供的一个服务，这个服务适用于大多数情况并且能在底层系统中有效实现。抽象很自然地导致分层，尤其是在网络系统中。一般地思想是，从最基本的硬件提供的服务开始，然后增加一系列的层，每一层都提供更高（更抽象）一级的服务。高层提供的服务用底层提供的服务来实现。分层的好处分层的好处各层之间是独立的，问题复杂程度降低灵活性好，可随时修改甚至取消某层功能结构上可分离易于维护和实现能促进标准化工作 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S某一层并不需要知道它的下层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的借口所提供的服务。由于每一层只实现一种相对独立的功能，因而可能将一个难以处理的

6、复杂问题分解为若干个较容易处理的更小的问题，复杂程度降低。当任何一层发生变化时（例如，由于技术的变化），只要层间接口保持不变，则在这层之上或之下的各层均不受影响。此外还可对该层的服务内容进行修改。当不需要，甚至可取消。每层都可以采用最合适的技术来实现。分成多个子系统，维护和调试变得容易了。因为每一层的功能及所提供的服务都已有了精确的说明。层不能太多也不能太少！几个概念几个概念一台机器的第n层与另一台机器的第n层进行对话，通话的规则就是第n层的协议（protocol）每一层中活动的元素通常称为实体（entity）不同机器里包含对应层的实体叫做对等实体（peer or peer entity）某一

7、系统所使用的协议列表，每层一个协议，被称为协议栈（protocol stack）层和协议的集合被称为网络体系结构（network archietecture）计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S协议基本上式通信双方关于通信如何进行达成的一致。协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。(=语义语义+语法语法+规则规则)不同层具有各自不同的协议。不同层具有各自不同的协议。实体：任何可以发送或接收信息的硬件实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。软件进程。对等层：两个不同系统的同名层次。对等层

8、：两个不同系统的同名层次。对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。协议作用在对等实体之间协议作用在对等实体之间。接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。上层的服务。服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 P3P2P1对等层通信的实质对等层通信的实质：对等层实体之间虚拟通信对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务

9、下层向上层提供服务实际通信在最底层完成实际通信在最底层完成右图给出了对等层通右图给出了对等层通信更一般的抽象。信更一般的抽象。2 1 3 2 1物理通信线路物理通信线路 3 N+1 N N-1 N+1 N N-1Pn-1PnPn+1系统系统A系统系统B消息消息图图 协议图协议图 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S实际上数据不是从一台机器的第n层直接传到另一台机器的第n层，而是每一层都把信息和控制信息交给它的下一层，知道最下层，物理层，它进行实际的通信。理解上图的关键是要理解虚拟通信和实际通信之间的关系，以及协议和接口之间的区别。层的服务定义明确，层间的接口也要定义明确。封

10、装图图 封装封装 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S2 各层的设计问题各层的设计问题每一层都需要识别发送方和接受方的机制另一组设计决策与数据传送的规则有关差错控制先后顺序如何避免高速发送方发送数据过快，使低速接受方难以应付的局面所有进程都应该能够接受任意长的报文多路复用和解多路复用路由选择 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S计算机网络的某些关键问题，在好几层的设计中都会出现，重点来看一下这些问题。网络中很多计算机，如何识别对方，就需要有某种寻址手段来指定特定的目标。单工通信（simplex communication）双工通信（full-duplex

11、 communication）半双工通信（half-）协议还需要确定每条连接对应多少条逻辑通道，他们的优先级如何，一般提供2条，一条正常数据，一条紧急。物理通信线路并非完美无缺，所以差错控制是另一个重要问题，已知的检错和纠错方法有多种，双方约定一种即可，另外，接受方应该通知发送方哪些报文已经正确地接受，哪些没有。为了解决可能出现地顺序错误，协议必须明确地保证接受方能够把报文按原来地顺序重新组合在一起，一个容易想到的方法就是信息编号。高速问题在各层都要面临解决：a接受方向发送方直接或间接地反馈接受方的当前状态；b双方以商定的速率发送。这一特征要求我们能把报文分割、传输和重新组装。与之相关的另一个

12、问题是：当进程要传送的数据单元太小时，发送的效率太低。这里的解决方案是把几个传向同一个目标的短报文收集成一个长报文，然后在接受方再分解为原报文。当每一对通信进程建立一个独立的连接不方便或者效率上不合算时，可以利用下一层的同一个连接为多个无关的对话服务。这就是多路复用（multiplexing）和解多路复用（de-）路由选择有时候需要多层来决定。3 接口和服务接口和服务每一层的功能是为其上层提供服务的N层实体实现的服务为N+1层所利用，在这种情况下，N层称为服务提供者（service provider），N+1层为服务用户（service user）服务是在服务接入点（SAP，service a

13、ccess point）提供给上层使用的，N层SAP就是N+1层可以访问N层服务的地方每个SAP都有一个唯一表明它的地址 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 SSAP是标准电话插孔，SAP地址相当于所对应的电话号码4 面向连接的服务和无连接的服务面向连接的服务和无连接的服务面向连接的服务：首先要建立连接，使用连接，然后释放连接，连接本质上像一个管道，顺序不变无连接的服务：每个报文有完整的地址，并且每个报文独立其他报文传送，顺序可能改变 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S下层能为上层提供两种不同形式的服务：一个以电话为例，一个以邮政为例。S 计计算算机机网

14、网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 面向连接服务与无连接服务面向连接服务与无连接服务Connection Oriented ServiceConnectionless Service参考模式参考模式电话系统电话系统邮政系统邮政系统特点特点静态分配资源；传输静态分配资源；传输前需要建立连接前需要建立连接动态分配资源动态分配资源可靠性可靠性提供可靠的报文流服务提供可靠的报文流服务不能防止报文的丢失、损不能防止报文的丢失、损坏、重复和失序坏、重复和失序对目的地址对目的地址 的要求的要求仅在连接阶段需要完整的仅在连接阶段需要完整的目的地址目的地址需要为每一个报文提供完需要为每一个报文提供完整的目的

15、地址整的目的地址适用场合适用场合在一段时间内向同一目的地在一段时间内向同一目的地发送大量报文发送大量报文;实时性要求实时性要求少量零星报文少量零星报文分类及示例分类及示例1.可靠消息流可靠消息流 -文件传输文件传输2.可靠字节流可靠字节流 -远程登录远程登录3.不可靠连接不可靠连接 -数字化声音数字化声音1.数据报数据报 -广播广播/组播组播2.可靠的数据报可靠的数据报-挂号邮件挂号邮件3.请求应答请求应答 -数据库查询数据库查询服务质量（服务质量（QoS）用来评价服务的特性有两种：可靠的和不可靠的面向连接的可靠服务：报文序列和字节流面向连接的不可靠服务：数字化的声音无连接的可靠服务：有确认的

16、数据报无连接的可靠服务：数据报 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S5 服务和协议的关系服务和协议的关系服务是各层向它上层提供的一组操作服务定义了两层之间的接口协议定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文的格式及意义的一组规则 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S服务和协议式完全不同的概念，但二者常常被混淆在一起。尽管服务定义了各层能够代表它的上层完成的操作，但丝毫也未涉及这些操作的具体实现。服务定义了两层之间的接口，上层为服务用户，下层为服务提供者。实体利用协议来实现他们的服务定义，只要不改变提供给用户的服务，实体可以任意地改变他们地协议，这样服务和协

17、议就被完全的分开了。3.2 OSI（OSI/RM）体系结构体系结构1.分层原则2.层的划分 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S图图 OSI体系结构体系结构ISO是最早形式化定义连接计算机的通用方法的组织之一。它们的体系结构，称为开放系统互连参考模型（OSI/RM），它将网络按功能性划分为7层，其中由一个或多个协议实现某层的功能。这只是一个参考的模型，并不是一个协议图。ISO通常与另外一个标准化组织，国际电信联盟（ITU）联合，一起发布一系列基于OSI体系结构的协议说明。这个系列通常叫做“X点”系列，因此协议命名为X.25、X.400、X.500等。已经有基于这些标准的一些

18、网络，包括公共X.25网络和专用网络。1 分层原则分层原则根据不同的层次的抽象分层每层应该实现一个定义明确的功能每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际标准各层边界的选择应该尽量减少跨过接口的通信量层数足够多，避免不同功能混在一层中，层也不能太多，否则体系结构过于庞大 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 SOSI模型有7层。OSI模型本身不是网络体系结构的全部内容，这是因为它并未确切描述用于各层的协议和服务，它仅仅告诉我们每层应该做什么。不过OSI各层制定了标准，但它们不是参考模型的一部分，作为独立的国际标准，X.系列。2 层的划分层的划分物理层数据链路层网络层传输层会话层

19、表示层应用层 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S应用层应用层Application表示层表示层Presentation会话层会话层session传输层传输层transport物理层物理层Physical数据链路层数据链路层Data Link网络层网络层Network7 76 65 54 43 32 21 1处理网络应用处理网络应用数据表示数据表示主机间通信主机间通信端到端的连接端到端的连接寻址和最短路径寻址和最短路径介质访问（接入）介质访问（接入）二进制传输二进制传输OSI参考模型将网络的不同功能划分为参考模型将网络的不同功能划分为7层层物理层 physical laye

20、r涉及到通信在信道上传输的原始比特流这层的设计主要是处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传输介质等问题。计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S设计上必须保证一方发出二进制“1”时，对方接受的也是“1”，而不是“0”。这里典型的问题使用多少伏特的电压表示“1”，多少伏特的电压来表示“0”；一个比特持续多少微秒；传输是否在两个方向上同时进行；最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止；网络接插件有多少针以及各针的用途。数据链路层 data link layer主要任务：加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显现一条无错的线路数据链路层要解决由于帧的破坏，丢失，重

21、复所导致的问题流量调节的机制数据帧和确认帧的信道使用权问题 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S发送方把输入数据分装在数据帧（data frame）中，按顺序发送帧，并处理接受方回送的确认帧（acknowledge frame），因为物理层仅仅接受和传送比特流，并不关心它的意义和结构，所以只能依赖各链路层来产生和识别帧边界。可以通过在帧的前面或者后面附加上特殊的二进制编码模式来达到这一目的。传输线路上突发的噪声干扰可能把帧完全破坏掉，在这种情况下，发送方机器上的数据链路层软件必须重传帧。数据链路层要解决的另外一个问题（在大多数层也存在），是防止高速的发送方的数据把低速的接受

22、方“淹没”。因此需要有某种流量调节机制，使发送方知道当前接受方还有多少缓存空间。通常流量调节和出错控制同时完成。即从A到B的数据帧的确认帧将同从B到A的数据帧争夺线路的使用权。网络层 network layer确定分组从源端到目的端的路由选择拥塞控制记帐功能（log）异型网络互联 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S网络层关系到子网的运行控制，其中一个关键问题是确定分组从源端到目的端如何选择路由。路由既可以选用网络中固定的静态路由表，几乎保持不变，也可以在每一次会话开始时决定（例如通过终端对话决定），还可以根据当前网络的负载情况，高度灵活地为每一个分组决定路由。如果子网中出

23、现过多地分组，它们将相互阻塞通路，形成瓶颈。此类拥塞控制也属于网络层的范围。因为拥有子网的人总希望他们提供的子网服务能够得到报酬，所以网络层通常设有记帐功能当分组不得不跨越一个网络以到达目的地时，新的问题又会产生。第二个网络的寻址方法可能和第一个网络完全不同，第二个网络可能由于分组太常而无法接收；这些都是需要网络层解决的。传输层 transport layer传输层使会话层不受硬件技术变化的影响要求传输层的多路复用对会话层透明传输层最终决定服务类型真正“端到端”的层区别报文来自哪条连接必须解决跨越网络连接的建立和拆除 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S传输层的基本功能是从

24、会话层接受数据，并且在必要时把它分成小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的信息正确无误，而且，这些任务都必须高效地完成，从某种意义上讲，传输层是会话层不受硬件技术变化的影响。通常，会话层每请求建立一个传输连接，传输层就为其创建一个独立的网路连接。如果信息吞吐量大，则传输层为之建立多个连接。如果小，就把几个传输连接复用到一个网络连接上，以降低费用，任何情况下，都要求传输层使得多路复用对会话层透明。传输层也要决定会话层，最终向网络用户提供什么样的服务。最流行的传输连接是一条无错的，按发送顺序传输报文或字节的点到点的信道。但是，还有的传输服务不能保证传输次序的独立报文传输和多目标广播。采用哪种服务

25、是在建立连接时确定的。传输层是真正的从源到目的端的“端到端”的层。也就是说，源端机上的某程序，利用首部和控制报文与目标机上类似程序进行对话，在传输层以下各层中，协议是每台机器和它相邻的机器之间的协议，而不是最终的源端机和目的端之间的协议，在他们中间可能还有多个路由器。很多主机有多道程序在运行，这意味着这些主机有多条连接进出，因此需要有某种方式来区别报文属于哪条连接。识别这些连接的信息放入传输层的报文header。传输层还必须解决跨网络连接的建立和拆除，这需要某种命名机制，使机器内的进程可以讲明它希望与谁会话。会话层 session layer会话层允许不同机器上的用户建立会话关系会话层服务之一

26、是管理会话会话层服务之二是同步 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S会话层允许类似传输层的普通数据的传输，并提供了对某些应用有用的增强服务会话，也可被用于远程登陆到分时系统或在两台机器之间传递文件。管理会话：会话层允许信息同时双向传输，或任一时刻只能单向传输。若属于后者，则类似于单线铁路，会话层将记录此时该轮到哪一方了。一种与会话有关的服务是令牌管理（token management）有些协议保证了双方不能同时进行同样的操作。为了管理这类活动，会话层提供了令牌，令牌可以在会话双方之间交换，只有持有令牌的一方可以执行某种关键操作。另一种会话服务是同步（synchronizat

27、ion），比如传文件，会话层提供了一种方法，即在数据流中插入检查点，每次网络崩溃后，仅需要重传最后一个检查点以后的数据。表示层 presentation layer表示层关心的是所传输的信息的语法和语义 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S完成某些特定的功能，由于这些功能常被请求，因此人们希望找到通用的解决办法，而不是让每个用户来实现。表示层一下的各层只关心可靠的传输比特流，而表示层所关心的是所传输的信息的语法和语义。表示层服务的一个典型的例子是用大家一致同意的标准方法对数据进行编码。大多数用户程序之间并不是交换随机的比特流，而是诸如人名，日期，货币数量之类的信息。这些对象

28、是用字符串，整型，浮点数的形式以及由几种简单类型著称的数据结构来表示的。不同机器有不同的代码来表示字符串，整型等。为了让采用不同表示法的计算机之间能够进行通信，交换中使用的数据结构可以用抽象的方式来定义，并且使用标准的编码方式。表示层管理这些由抽象数据结构，并且在计算机内部表示法和网络的标准表示法之间进行转换。应用层 application layer包含大量人们普遍需要的协议如，网络虚拟终端、文件传输、电子邮件等等 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S各种不兼容终端，如果希望一个全屏幕编辑程序能工作在其上，每个终端都有不同的屏幕格式，插入和删除文本的换码序列，光标的移动等

29、，是很困难的。解决方法之一是定义一个抽象的网络虚拟终端（network virtual terminal），编辑程序和其他所有程序都面向该虚拟终端，而对每一个终端类型，都写一段软件来把网络虚拟终端映射到实际的终端。所有虚拟终端软件都位于应用层。另一个应用层功能是文件传输。不同文件系统有不同的文件命名原则，文本行有不同的表示方式等。不同系统间传输文件所需处理的各种不兼容问题都属于应用层的工作。S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 数据数据 段头段头数据数据 段头段头数据数据网络头网络头帧头帧头 段头段头数据数据网络头网络头帧尾帧尾数据数据段段数据包数据包帧帧比特比特电脉冲电脉

30、冲011101000011000010100101111010110数据多层封装数据多层封装封装封装拆封拆封S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 TCP头头应用层数据应用层数据应用层数据应用层数据 TCP头头应用层数据应用层数据IP头头帧头帧头 TCP头头应用层数据应用层数据IP头头帧尾帧尾应用层应用层 传输层传输层 网际层网际层 数链层数链层 实际例子：实际例子：TCP/IP协议的封装协议的封装3.3 Internet体系结构体系结构 1.层次的划分 2.Internet体系结构的优点 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S由于Internet已经得到全

31、世界的承认，因此Internet所使用的TCP/IP体系在计算机网络领域中就占特殊重要的地位。在Internet所使用的各种协议中，最重要和最著名的就是两个协议，即传输控制协议（Transmission Control Protocol）和网际协议（Internet Protocol）。因此人们经常提到的TCP/IP并不是指这两个具体的协议，而往往是表示Internet所使用的体系结构或者是指整个的TCP/IP协议族。1 层次的划分层次的划分 应用层 传输层 网际层 网络接口层 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S图图 Internet体系结构体系结构当将7层OSI模型应用

32、于因特网时，常常可用4层模型代替。由于TCP/IP在设计时考虑到要与具体的物理传输媒体无关，因此在TCP/IP的标准中并没有对数据链路层和物理层作出规定，而是将最低层取名为网络接口层，如果不考虑没有多少内容的网络接口层那么就分三层。S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 TCP/IP与与与应用层与应用层应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、录、网络管理、Web浏览等应用。浏览等应用。应用层应用层传输层传输层网络接口网络接口网际层网际层文件传输文件传输 FTP、TFTP、NFS电子邮件电子邮件 SMTP、POP3WWW

33、应用应用 HTTP远程登录远程登录 Telnet、rlogin网络管理网络管理 SNMP名字管理名字管理 DNS S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 TCP/IP与与传输层传输层传输层的两项主要功能：传输层的两项主要功能：流量控制：通过滑动窗口实现；流量控制：通过滑动窗口实现；可靠传输：由序号和确认来实现。可靠传输：由序号和确认来实现。传输层提供了传输层提供了TCP和和UDP两种传输协议：两种传输协议：TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，为多个段进行传输，在目的站再重新装配这

34、些段，必要时重新发送没有收到的段。必要时重新发送没有收到的段。UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是因此它是“不可靠不可靠”的的。S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 应用层应用层传输层传输层网络接口网络接口网际层网际层面向连接的面向连接的 TCP无连接的无连接的 UDP传输层提供了两种传输协议传输层提供了两种传输协议S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 TCP段格式段格式源端口源端口0 3 4 9 10代码位代码位目的端口目的端口15 1631顺序号顺序号确认号确认号窗口大小窗口大小保留保

35、留报头长度报头长度校验和校验和紧急指针紧急指针选项（可省略）选项（可省略）数据数据S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 源端口源端口(Source Port)：呼叫端口的编号呼叫端口的编号目的端口目的端口(Destination Port)：被叫端口的编号被叫端口的编号顺序号顺序号(Sequence Number)：数据的第一个字节的顺序号数据的第一个字节的顺序号确认号确认号(Acknowledgment Number)：所期待的下一段的顺序号所期待的下一段的顺序号报头长度报头长度(HLEN)：以以32字节为单位的报头的长度字节为单位的报头的长度保留域保留域(Reserve

36、d)：设置为设置为0编码位编码位(Code Bits)：用于控制段的传输（如会话的建立和中止）用于控制段的传输（如会话的建立和中止）包括：包括：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN六个位六个位窗口大小窗口大小(Window)：接收方能够继续接收的字节数接收方能够继续接收的字节数校验和校验和(Checksum)：包括包括TCP报头和数据在内的校验和报头和数据在内的校验和紧急指针紧急指针(Urgent Pointer)：当前顺序号到紧急数据位置的偏移量当前顺序号到紧急数据位置的偏移量选项选项(Option)：数据数据(Data)：上层协议数据上层协议数据S 计计算算机机网网络络教教程程

37、编编译译：司司海海飞飞 端口号端口号TCP和和UDP都用端口都用端口(socket)号把号把信息传到上层。信息传到上层。端口号指示了正在使用的上层协议。端口号指示了正在使用的上层协议。FTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCP UDP应用层应用层传输层传输层保留的端口号：保留的端口号：255，公共应用，公共应用255-1023，公司，公司1023，未规定，未规定S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 TCP连接的建立连接的建立三次握手三次握手例如：例如：A、B两个主机要建立连接两个主机要建立连接AB方向方向消息消息含义含义ABABABSY

38、NSYNACKACK我的序号是我的序号是X序号用于跟踪通信顺序，确保多个包传输时无数据丢失。序号用于跟踪通信顺序，确保多个包传输时无数据丢失。通信双方在建立连接时必须互相交换各自的初始序号。通信双方在建立连接时必须互相交换各自的初始序号。知道了，你的序号是知道了，你的序号是X我的序号是我的序号是Y知道了，你的序号是知道了，你的序号是Y握手握手123合合并并1.2.3.4.S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 AB发送发送SYN消息消息(SEQ=x)接收接收SYN消息消息(SEQ=x)发送发送SYN消息消息(SEQ=y,ACK=x+1)接收接收SYN消息消息(SEQ=y,AC

39、K=x+1)发送确认发送确认(ACK=y+1)接收确认接收确认(ACK=y+1)TCP通过三次握手通过三次握手/建立连接序号来达到同步建立连接序号来达到同步S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 UDP段格式段格式源端口源端口目的端口目的端口长度长度校验和校验和数据数据16b16b16b16bUDP不用确认。可靠性由应用层协议保证。不用确认。可靠性由应用层协议保证。使用使用UDP的协议包括：的协议包括：TFTP、SNMP、NFS、DNS等等S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 TCP/IP与与网络层网络层网际层的主要协议网际层的主要协议IP。本层提供无连接

40、的传输服务本层提供无连接的传输服务（不保证送达，不保序）。本层的主要功能是寻找一（不保证送达，不保序）。本层的主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。条能够把数据报送到目的地的路径。网际层的网际层的PDU称为称为IP数据报；数据报；ICMP（Internet Control Message Protocol）提供控制和传递消息提供控制和传递消息的功能；的功能；ARP（Address Resolution Protocol）为已知的为已知的IP地址确定相应的地址确定相应的MAC地址；地址；RARP（Reverse Address Resolution Protocol）根据根据MAC地址

41、确定相地址确定相应的应的IP地址。地址。S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 应用层应用层传输层传输层网络接口网络接口网际层网际层 IP ICMP ARP RARPTCP/IP网际层的四个主要协议网际层的四个主要协议TCPUDP617IP传传输输层层网网际际层层IP数据报的协议域确数据报的协议域确定目的端的上层协议定目的端的上层协议S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 IP数据报（数据报（IP分组、分组、IP包）包）版本号版本号 报头长度报头长度服务类型服务类型数据报长度数据报长度DF MF段偏移段偏移0 3 7 15 19 31 标识标识生存时间生存时

42、间TTL协议协议报头校验和报头校验和源源IP地址地址目的目的IP地址地址选项和填充（最大为选项和填充（最大为40字节）字节）数据区数据区图图 Internet协议图协议图 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S最低层有多种网络协议，表示为net1，net2等等。实际中，这些协议由硬件（如网络适配器）和软件（如网络设备驱动程序）共同实现。实际上这些协议又可以包含多个子层，但是internet体系结构中没有这样做。第二层只有一个网际协议（IP）。这个协议支持多种网络技术互连为一个逻辑网络。第三层包含两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。TCP和UDP为

43、应用程序提供可选逻辑信道TCP提供可靠的字节流信道，UDP提供不可靠的数据报传送信道。在因特网的语言中，TCP和UDP有时被称为端到端（end to end）的协议，但他们还可被认为是传输协议。在传输层以上运行的应用协议如FTP，TFTP，Telnet，SMTP，使常用的应用可互操作。为了理解应用层协议和应用的区别，可以考虑netscape navigator和IE，都使用HTTP，你可以使用这些应用程序中任一个访问web上的某个站点，因为他们都使用相同的HTTP协议。可有时候一个词表示二者，如FTP。S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 TCP/IP与与OSI参考模型的对

44、应关系参考模型的对应关系7 76 65 54 43 32 21 1应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层OSI参考模型参考模型应用层应用层传输层传输层网络接口网络接口网际层网际层TCP/IP概念层次概念层次Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等等等TCP/IP支持支持所有的、标准所有的、标准的物理和数据的物理和数据链路协议链路协议2 Internet体系结构的优点体系结构的优点Internet体系结构不严格地划分层体系结构的中央哲学要求有能工作的协议实现 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 S这样一来，应用

45、可以比较自由地跨过定义地传输层直接使用IP或一个底层网络。事实上，程序员可以自由地定义新的信道抽象或在任何已有的协议上运行的应用。如果仔细看图Internet协议图协议图，就会注意到一个沙漏形状顶部宽，中间窄，底部又宽。这反映了，IP作为体系结构的焦点它定义了一种在各种网络中交换分组的共同方法。在IP之上可以有多个传输协议，每个协议为应用程序提供一种不同的信道抽象。这样，从主机到主机传送信息的问题就完全从体统一种游泳的进程到进程的通信服务的问题中分离出来。在IP之下，这个体系结构允许很多不同的网络技术，从以太网到FDDI，到ATM都是允许的。这有助于保证该体系结构的协议能被有效实现。正是这点，

46、并随着研究者和参与者不断积累使用它的经验，才使得Internet体系结构中协议实现得到了很大的发展。S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞 本章复习小结本章复习小结作业：作业：网络体系结构的基本概念（分层和协议）OSI（OSI/RM）体系结构 Internet（TCP/IP）体系结构 两种体系结构的比较思考与练习题思考与练习题1 1、计算机网络可以从哪几方面分类？计算机网络可以从哪几方面分类？2 2、按网络覆盖的范围，计算机网络可以分为哪几类按网络覆盖的范围，计算机网络可以分为哪几类？它们各？它们各 自的特点是什么？一般一个校园网属于哪类网络自的特点是什么？一般一个校园网属于

47、哪类网络3 3、什么是计算机网络的拓扑结构？计算机网络有哪什么是计算机网络的拓扑结构？计算机网络有哪些种拓扑些种拓扑 结构？结构？4 4、画出计算机网络的每种拓扑结构图，并说明它们画出计算机网络的每种拓扑结构图，并说明它们各自的特各自的特 点是什么？点是什么？5 5、选择题（正确的选择可能不止一个）、选择题（正确的选择可能不止一个）(1)(1)、协议的三要素是、协议的三要素是_。A.A.语义语义 B.B.语法语法 C.C.层次层次 D.D.时序关系时序关系(2)(2)、相邻层次之间传输的数据单元叫做、相邻层次之间传输的数据单元叫做_。A.PDU B.IDU C.A.PDU B.IDU C.用户

48、数据用户数据 D.SAPD.SAP(3)(3)、为用户提供可靠的端到端的服务的是：为用户提供可靠的端到端的服务的是：_。A.A.物理层物理层B.B.数据链路层数据链路层 C.C.网络层网络层 D.D.传输层传输层(4)(4)、路由功能一般在、路由功能一般在_实现。实现。A.A.物理层物理层B.B.数据链路层数据链路层 C.C.网络层网络层 D.D.传输层传输层(5)(5)、属于应用层的协议有、属于应用层的协议有_。A.A.电子邮件协议电子邮件协议B.B.远程登录协议远程登录协议 C.IP D.TCPC.IP D.TCP(6)(6)、通信子网包括哪几个层次通信子网包括哪几个层次_。A.A.物理层

49、物理层B.B.数据链路层数据链路层 C.C.网络层网络层 D.D.传输层传输层(7)(7)、在同一层次的对应实体之间交换的数据叫、在同一层次的对应实体之间交换的数据叫_。A.A.接口数据单元接口数据单元 B.B.协议数据单元协议数据单元 C.C.接口控制信息接口控制信息 D.D.服务数据单元服务数据单元6 6、判断对错（正确的划、判断对错（正确的划“V”V”，错误的划错误的划“X”X”）(1)(1)、_通信实体必须是计算机硬件设备。通信实体必须是计算机硬件设备。(2)(2)、_物理层和传输介质并不是等同的概念。物理层和传输介质并不是等同的概念。(3)(3)、_划分层次的原则是每一层的功能越多越好。划分层次的原则是每一层的功能越多越好。(4(4P P、_服务是通过接口上的服务访问点调用的。服务是通过接口上的服务访问点调用的。S 计计算算机机网网络络教教程程 编编译译：司司海海飞飞