计算机网络基础教程-第3章网络体系结构与协议.ppt

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1、1第3章 网络体系结构与协议问题问题原由原由计算机网络经过计算机网络经过4040年的发展年的发展,使得计算机网络已经使得计算机网络已经成为一个海量、多样化的复杂系统。计算机网络的成为一个海量、多样化的复杂系统。计算机网络的实现需要解决很多复杂的技术问题实现需要解决很多复杂的技术问题:支持多种通信支持多种通信介质介质;支持多厂商和异种机互联支持多厂商和异种机互联;支持人机接口等。支持人机接口等。本章重点讨论计算机网络体系结构的形成、本章重点讨论计算机网络体系结构的形成、OSI/RMOSI/RM与与TCP/IPTCP/IP模型模型、网络地址的形成网络地址的形成、域名地址、子网、域名地址、子网技术技

2、术等。等。教学教学重点重点能力能力要求要求掌握：掌握：计算机网络体系结构的基本概念、计算机网络体系结构的基本概念、IPIP地址、地址、子网技术、域名地址的使用等。子网技术、域名地址的使用等。熟悉：熟悉：OSI/RMOSI/RM参考模型、参考模型、TCP/IPTCP/IP模型模型。了解：了解：OSI/RMOSI/RM与与TCP/IPTCP/IP的相同点和不同点。的相同点和不同点。23.1 体系结构的形成体系结构的形成 3.5 IPIP地址和域名地址和域名 3.4 TCP/IPTCP/IP与与OSI/RMOSI/RM的比较的比较 3.3 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型 3.2 开放系统互

3、连开放系统互连/参考模型参考模型本章内容3知识结构网网络络体体系系结结构构与与协协议议体系结构的体系结构的形成形成IP地址与地址与域名域名OSI/RM的层次结构的层次结构OSI/RM的基本概念的基本概念OSI/RM各层的功能各层的功能TCP/IP与与OSI/RM的比较的比较开放系统互连开放系统互连/参考模型参考模型域名系统域名系统子网技术子网技术IP编址编址网络系统的体系结构网络系统的体系结构网络系统的层次结构网络系统的层次结构通信系统的层次结构通信系统的层次结构OSI/RM的数据传输的数据传输TCP/IP的层次结构的层次结构TCP/IP的基本概念的基本概念TCP/IP各层的功能各层的功能TC

4、P/IP协议栈协议栈TCP/IP参考模参考模型型TCP/IP与与OSI/RM的不同点的不同点TCP/IP与与OSI/RM的共同点的共同点IPv6协议协议43.1 网络体系结构的形成 网络体系结构是为了完成计算机间的协同工作，把计算机网络体系结构是为了完成计算机间的协同工作，把计算机间互连的功能划分成具有明确定义的层次，规定了同层次进程间互连的功能划分成具有明确定义的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务。网络体系结构是网络各通信的协议及相邻层之间的接口服务。网络体系结构是网络各层及其协议的集合层及其协议的集合,所研究的是层次结构及其通信规则的约定。所研究的是层次结构及其通信规则

5、的约定。公用电话网公用电话网InternetLANLAN用户用户服务器服务器LAN防火墙防火墙远程移动用户远程移动用户路由器路由器主交换机主交换机部门交换机部门交换机53.1.1通信系统的层次结构为了便于理解，我们以邮政通信系统为例，以此引出计算为了便于理解，我们以邮政通信系统为例，以此引出计算机网络通信和网络体系结构的概念，这一概念对计算机网络中机网络通信和网络体系结构的概念，这一概念对计算机网络中电子邮件的发送和接收有着重要的参考意义。电子邮件的发送和接收有着重要的参考意义。图图 3-1 3-1 实际邮政系统信件发送、接收过程示意图实际邮政系统信件发送、接收过程示意图发信者发信者收信者收信

6、者通信人活动通信人活动邮局转送业务邮局转送业务通信人活动通信人活动运输部门的邮件运输业务运输部门的邮件运输业务邮局服务业务邮局服务业务邮局服务业务邮局服务业务邮局转送业务邮局转送业务书写信件书写信件贴邮票贴邮票送入邮箱送入邮箱收集信件收集信件盖邮戳盖邮戳信件分拣信件分拣邮件打包邮件打包邮件运输邮件运输路邮选择路邮选择运输运输阅读信件阅读信件信件投递信件投递信件分拣信件分拣分发邮件分发邮件邮件拆包邮件拆包转送邮局转送邮局接收邮包接收邮包63.1.2网络系统的层次结构 1 1、网络层次概念、网络层次概念、网络层次概念、网络层次概念 计算机网络是将独立的计算机及其终端设备等实体通过通计算机网络是将独

7、立的计算机及其终端设备等实体通过通信线路连接起来的复杂系统。为了实现彼此间的通信，采用的信线路连接起来的复杂系统。为了实现彼此间的通信，采用的基本方法是针对计算机网络所执行的各种功能，设计出一种网基本方法是针对计算机网络所执行的各种功能，设计出一种网络系统结构层次模型，这个层次模型包括两个方面的内容：络系统结构层次模型，这个层次模型包括两个方面的内容：将网络功能分解为许多层次将网络功能分解为许多层次,在每个功能层次中，通信在每个功能层次中，通信双方必须共同遵守许多约定和规程，以免混乱。双方必须共同遵守许多约定和规程，以免混乱。层次之间逐层过渡，前一层次做好进入下一层次的准层次之间逐层过渡，前一

8、层次做好进入下一层次的准备工作。这个层次之间逐层过渡可以用硬件来完成备工作。这个层次之间逐层过渡可以用硬件来完成,也可以采也可以采用软件方式实现。用软件方式实现。采用层次结构的目的是使各厂家在研制计算机网络系统时采用层次结构的目的是使各厂家在研制计算机网络系统时由一个共同遵守的标准。由一个共同遵守的标准。73.1.2网络系统的层次结构 2 2、网络分层结构网络分层结构网络分层结构网络分层结构 计算机之间相互通信涉及到许多复杂的技术问题，而解决计算机之间相互通信涉及到许多复杂的技术问题，而解决这一复杂问题十分有效的方法是分层解决。为此，人们把网络这一复杂问题十分有效的方法是分层解决。为此，人们把

9、网络通信的复杂过程抽象成一种层次结构模型，如图通信的复杂过程抽象成一种层次结构模型，如图3-23-2所示。所示。图图 3-2 层次结构模式工作示意图层次结构模式工作示意图用户用户2 2用户用户1 1A A：应用管理层：应用管理层A A：应用管理层：应用管理层B B：对话管理层：对话管理层B B：对话管理层：对话管理层C C：传输管理层：传输管理层D D：网络接口层（公用载波线路）：网络接口层（公用载波线路）C C：传输管理层：传输管理层83.1.2网络系统的层次结构 3 3、通信规则约定、通信规则约定、通信规则约定、通信规则约定从以上邮政通信过程与网络通信过程分析可知，在一定意从以上邮政通信过

10、程与网络通信过程分析可知，在一定意义上，它们两者的信息传递过程有很多相似之处。义上，它们两者的信息传递过程有很多相似之处。（1 1）邮政通信与网络通信）邮政通信与网络通信两个系统都是层次结构两个系统都是层次结构,可等价可等价成成4 4层结构的系统。层结构的系统。（2 2）不同的层次有不同的功能任务）不同的层次有不同的功能任务,但相邻层的功能动作但相邻层的功能动作密切相关。密切相关。（3 3）在邮政通信系统中）在邮政通信系统中,写信人要根据对方熟悉的语言，写信人要根据对方熟悉的语言，确定用哪种语言；在书写信封时，国家不同规定也不同。确定用哪种语言；在书写信封时，国家不同规定也不同。（4 4）计算

11、机网络系统中）计算机网络系统中,必须规定双方之间通信的数据格必须规定双方之间通信的数据格式、编码、信号形式；要对发送请求、执行动作及返回应答予式、编码、信号形式；要对发送请求、执行动作及返回应答予以解释；事件处理顺序和排序。以解释；事件处理顺序和排序。93.1.3网络系统的体系结构 1 1、网络体系结构的定义、网络体系结构的定义、网络体系结构的定义、网络体系结构的定义 计算机网络体系结构系统、实体、层次、协议计算机网络体系结构系统、实体、层次、协议 系统：系统：是计算机网络构成的系统通常是包括一个或是计算机网络构成的系统通常是包括一个或多个实体的具有信息处理和通信功能的物理整体。多个实体的具有

12、信息处理和通信功能的物理整体。实体：实体：在网络分层体系结构中，每一层都由一些实在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体组成。在一个计算机系统中体组成。在一个计算机系统中,能完成某一特定功能的进程能完成某一特定功能的进程或程序都可成为一个逻辑实体。或程序都可成为一个逻辑实体。层次：层次：是人们对复杂问题的一种处理方法。通常将是人们对复杂问题的一种处理方法。通常将系统中能提供某种或某类型服务功能的逻辑构造称为层。系统中能提供某种或某类型服务功能的逻辑构造称为层。协议：协议：是指两个实体间完成通信或服务所必须遵循是指两个实体间完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。的规则和约定。103.1.3网络系

13、统的体系结构 协议通常分为对等层间对话协议和相邻层间的接口协议。协议通常分为对等层间对话协议和相邻层间的接口协议。网络协议主要由以下三个要素组成：网络协议主要由以下三个要素组成：语法。语法。规定如何进行通信，即对通信双方采用的数据规定如何进行通信，即对通信双方采用的数据格式、编码等进行定义。格式、编码等进行定义。语义。语义。规定用于协调双方动作的信息及其含义，它是规定用于协调双方动作的信息及其含义，它是发出的命令请求、完成的动作和返回的响应组成的集合发出的命令请求、完成的动作和返回的响应组成的集合,即对即对发出的请求、执行的动作以及对方的应答做出解释。发出的请求、执行的动作以及对方的应答做出解

14、释。时序。时序。规定事件实现顺序的详细说明，即确定通信状规定事件实现顺序的详细说明，即确定通信状态的变化和过程态的变化和过程,例如通信双方的应答关系、是采用同步传输例如通信双方的应答关系、是采用同步传输还是异步传输等。还是异步传输等。由此可见由此可见:计算机网络体系结构是系统、实体、层次、协计算机网络体系结构是系统、实体、层次、协议的集合，是计算机网络及其部件所应完成功能的精确定义。议的集合，是计算机网络及其部件所应完成功能的精确定义。11灵活性好灵活性好易于实现易于实现和维护和维护各层之间各层之间相互独立相互独立易于实现易于实现和维护和维护2 2、网络体系结构的优点、网络体系结构的优点、网络

15、体系结构的优点、网络体系结构的优点计算机网络系统采用层次化网络体系结构具有以下优点。计算机网络系统采用层次化网络体系结构具有以下优点。3.1.3网络系统的体系结构123.2 开放系统互联/参考模型 1 1、问题的提出、问题的提出、问题的提出、问题的提出 OSI OSI是是Open System Interconnection Open System Interconnection 的缩写，意为开放的缩写，意为开放式式系统系统互联参考模型。在互联参考模型。在OSIOSI出现之前，计算机网络中存在众出现之前，计算机网络中存在众多的体系结构，其中以多的体系结构，其中以IBMIBM公司的公司的SNAS

16、NA和和DECDEC公司的数字网络体公司的数字网络体系结构最为著名。系结构最为著名。为了解决不同体系结构的网络的互联问题为了解决不同体系结构的网络的互联问题,国际标准化组国际标准化组织织ISOISO(注意不要与注意不要与OSIOSI搞混搞混）于）于19811981年制定了开放系统互连参年制定了开放系统互连参考模型。考模型。OSI/RM标准为连接分布式应用处理的标准为连接分布式应用处理的“开放开放”系统提供系统提供了基础了基础,“开放开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统都具备互联的能力。关标准的系统都具备互联的能力。3.2.1OSI/RM

17、的基本概念的基本概念133.2.1OSI/RM的基本概念2 2、定义方法、定义方法、定义方法、定义方法在在OSIOSI标准中，采用的是三级抽象：标准中，采用的是三级抽象：体系结构（体系结构（ArchitectureArchitecture）服务定义（服务定义（Service DefinitionService Definition）协议规格说明（协议规格说明（Protocol SpecificationProtocol Specification）OSIOSI标准可分为三大类型：标准可分为三大类型：（1 1）总体标准：具有总的指导作用；）总体标准：具有总的指导作用；（2 2）功能标准：为满足特

18、定应用而从基本标准中选择接）功能标准：为满足特定应用而从基本标准中选择接口关系和通信规则等方面的汇集。口关系和通信规则等方面的汇集。（3 3）应用标准：为基本应用定义层与层之间的接口关系）应用标准：为基本应用定义层与层之间的接口关系和不同系统之间同层的通信规则。和不同系统之间同层的通信规则。143.2.2OSI/RM的层次结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通信介质（物理媒体）通信介质（物理媒体）开放系统开放系统A A开放系统开放系统B B应用

19、层协议应用层协议表示层协议表示层协议会话层协议会话层协议传输层协议传输层协议图图 3-3 3-3 OSI/RM结构示意图结构示意图1 1、层次结构模型、层次结构模型、层次结构模型、层次结构模型OSI/RM整个网络按照功能划分成整个网络按照功能划分成7个层次，如图个层次，如图3-3所示。所示。153.2.2OSI/RM的层次结构 2 2、层间通信关系、层间通信关系、层间通信关系、层间通信关系 OSI/RMOSI/RM的最高层为应用层，面向用户提供应用服务；最的最高层为应用层，面向用户提供应用服务；最低层为物理层，连接通信媒体实现数据传输。层与层之间的低层为物理层，连接通信媒体实现数据传输。层与层

20、之间的联系是通过各层之间的接口来进行的，上层通过接口向下层联系是通过各层之间的接口来进行的，上层通过接口向下层提出服务请求，而下层通过接口向上层提供服务。两个用户提出服务请求，而下层通过接口向上层提供服务。两个用户计算机通过网络进行通信时计算机通过网络进行通信时,除物理层之外除物理层之外,其余各对等层之其余各对等层之间均不存在直接的通信关系，而是通过各对等层的协议来进间均不存在直接的通信关系，而是通过各对等层的协议来进行通信。比如，两个对等的网络层使用网络层协议通信，只行通信。比如，两个对等的网络层使用网络层协议通信，只有两个物理层之间才通过媒体进行真正的数据通信。有两个物理层之间才通过媒体进

21、行真正的数据通信。在实际中。当两个通信实体通过一个通信子网进行通信在实际中。当两个通信实体通过一个通信子网进行通信时，必然会经过一些中间结点。一般来说，通信子网的结点时，必然会经过一些中间结点。一般来说，通信子网的结点只涉及到低只涉及到低3 3层的结构。层的结构。163.2.3 OSI/RM各层的功能 OSI OSI参考模型是一个在制定标准时所使用的概念性框架，参考模型是一个在制定标准时所使用的概念性框架，没有确切地描述用于各层的协议和服务，也没有提供一个可没有确切地描述用于各层的协议和服务，也没有提供一个可以实现的方法，它仅仅告诉我们每一层应该做什么，但其本以实现的方法，它仅仅告诉我们每一层

22、应该做什么，但其本身不含网络体系结构的全部内容。不过，身不含网络体系结构的全部内容。不过，ISOISO已为各层制定了已为各层制定了标准，但它不是参考模型的一部分，而是作为独立的国际标标准，但它不是参考模型的一部分，而是作为独立的国际标准公布的。准公布的。1 1、物理层、物理层、物理层、物理层 定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性，其作用是使原始的数据比特流气的、功能的和规程的特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输。具体涉及接插件的规格、能在物理媒体上传输。具体涉及接插件的规格、“0”、“1”信号的电

23、平表示、收发双方的协调等内容。信号的电平表示、收发双方的协调等内容。173.2.3 OSI/RM各层的功能 2 2、数据链路层、数据链路层、数据链路层、数据链路层 比特流被组织成数据链路协议数据单元比特流被组织成数据链路协议数据单元(帧帧)进行传输，进行传输，实现二进制正确的传输。将不可靠的物理链路改造成对网络实现二进制正确的传输。将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。数据链路层还要协调收发双方的层来说无差错的数据链路。数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓

24、冲器溢出及线路阻塞。理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。3 3、网络层、网络层、网络层、网络层 数据以网络协议数据单元数据以网络协议数据单元(分组分组)为单位进行传输。主要为单位进行传输。主要解决如何使数据分组跨越各个子网从源地址传送到目的地址解决如何使数据分组跨越各个子网从源地址传送到目的地址的问题，这就需要在通信子网中进行路由选择。另外，为避的问题，这就需要在通信子网中进行路由选择。另外，为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，需要对流入免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，需要对流入的分组数量进行控制。当分组要跨越多个通信子网才能到达的分组数量进行控制。当分组要跨越

25、多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。目的地时，还要解决网际互连的问题。183.2.3 OSI/RM各层的功能 4 4、传输层（、传输层（、传输层（、传输层（Transport LayerTransport Layer）传输层的主要任务是完成同处于资源子网中的源主机和传输层的主要任务是完成同处于资源子网中的源主机和目的主机之间的连接和数据传输，具体功能是：目的主机之间的连接和数据传输，具体功能是：为高层数据传输建立、维护和拆除传输连接，实现透为高层数据传输建立、维护和拆除传输连接，实现透明的端到端数据传送。明的端到端数据传送。提供端到端的错误恢复和流量控制。提供端到端的错误恢复

26、和流量控制。信息分段与合并，将高层传递的大段数据分段形成传信息分段与合并，将高层传递的大段数据分段形成传输层报文。输层报文。考虑复用多条网络连接，提高数据传输的吞吐量。考虑复用多条网络连接，提高数据传输的吞吐量。传输层主要关心的问题是建立、维护和中断虚电路、传传输层主要关心的问题是建立、维护和中断虚电路、传输差错校验和恢复以及信息流量控制等。它提供输差错校验和恢复以及信息流量控制等。它提供“面向连接面向连接”（虚电路）和（虚电路）和“无连接无连接”（数据报）两种服务。（数据报）两种服务。193.2.3 OSI/RM各层的功能 5 5、会话层、会话层、会话层、会话层 会话层的主要任务是实现会话进

27、程间通信的管理和同步会话层的主要任务是实现会话进程间通信的管理和同步,允许不同机器上的用户建立会话关系，允许进行类似传输层允许不同机器上的用户建立会话关系，允许进行类似传输层的普通数据的传输。会话层的具体功能是：的普通数据的传输。会话层的具体功能是：提供进程间会话连接的建立、维持和中止功能，可以提供进程间会话连接的建立、维持和中止功能，可以提供单方向会话或双向同时进行会话。提供单方向会话或双向同时进行会话。在数据流中插入适当的同步点，当发生差错时，可以在数据流中插入适当的同步点，当发生差错时，可以从同步点重新进行会话，而不需要重新发送全部数据。从同步点重新进行会话，而不需要重新发送全部数据。6

28、 6、表示层、表示层、表示层、表示层 表示层的主要任务是完成语法格式转换，在计算机所处表示层的主要任务是完成语法格式转换，在计算机所处理的数据格式与网络传输所需要的数据格式之间进行转换。理的数据格式与网络传输所需要的数据格式之间进行转换。表示层的具体功能是：表示层的具体功能是：203.2.3 OSI/RM各层的功能 语法变换。表示层接收到应用层传递过来的以某种语法变换。表示层接收到应用层传递过来的以某种语法形式表示的数据之后，将其转变为适合在网络实体之语法形式表示的数据之后，将其转变为适合在网络实体之间传送的以公共语法表示的数据。具体包括数据格式转换间传送的以公共语法表示的数据。具体包括数据格

29、式转换;字符集转换；图形、文字、声音的表示；数据压缩与恢复字符集转换；图形、文字、声音的表示；数据压缩与恢复;数据加密与解密；协议转换等。数据加密与解密；协议转换等。选择并与接收方确认采用的公共语法类型。选择并与接收方确认采用的公共语法类型。表示层对等实体之间连接的建立、数据传输和连接表示层对等实体之间连接的建立、数据传输和连接释放。释放。7 7、应用层、应用层、应用层、应用层 应用层是应用层是OSI模型的最高层模型的最高层,是计算机网络与用户之间是计算机网络与用户之间的界面，由若干个应用进程的界面，由若干个应用进程(或程序或程序)组成，包括电子邮件、组成，包括电子邮件、目录服务、文件传输等应

30、用程序。目录服务、文件传输等应用程序。213.2.3 OSI/RM各层的功能OSI提供的常用应用服务有：提供的常用应用服务有：目录服务。记录网络对象的各种信息，提供网络服务目录服务。记录网络对象的各种信息，提供网络服务对象名字到网络地址之间的转换和查询功能。对象名字到网络地址之间的转换和查询功能。电子邮件。提供不同用户间的信件传递服务，自动为电子邮件。提供不同用户间的信件传递服务，自动为用户建立邮箱来管理信件。用户建立邮箱来管理信件。文件传输。包括文件传送、文件存取访问和文件管理文件传输。包括文件传送、文件存取访问和文件管理功能。功能。作业传送和操作。将作业从一个开放系统传送到另一作业传送和操

31、作。将作业从一个开放系统传送到另一个开放系统去执行；对作业所需的输入数据进行定义；将作个开放系统去执行；对作业所需的输入数据进行定义；将作业的结果输出到任意系统；对作业进行监控等。业的结果输出到任意系统；对作业进行监控等。虚拟终端。将各种类型实标终端的功能一般化、标准虚拟终端。将各种类型实标终端的功能一般化、标准化后得到的终端类型。化后得到的终端类型。223.2.4OSI/RM的数据传输 1 1、数据传输单元、数据传输单元、数据传输单元、数据传输单元 在在OSI/RMOSI/RM中中,被传送的信息称为协议数据单元被传送的信息称为协议数据单元(PDU)，由数由数据服务单元和控制信息单元组成。据服

32、务单元和控制信息单元组成。服务数据单元服务数据单元(Service Data Unit，SDU)：用户数据，用户数据，是上一层传下来的数据单元。是上一层传下来的数据单元。协议控制信息协议控制信息(Protocol Control Information，PCI）:本层的控制信息，用来协调本层对等实体之间的通信。本层的控制信息，用来协调本层对等实体之间的通信。PDU、PCI和和ICI共同组成了接口数据单元（共同组成了接口数据单元（Interface Data Unit，IDU）。下层接收到）。下层接收到IDU后，从后，从IDU中去掉中去掉ICI,这时的数这时的数据包被称为服务数据单元（据包被称为

33、服务数据单元（Service Data Unit，SDU）；随着）；随着SDU一层层向下传送一层层向下传送,每一层都要加入自己的信息每一层都要加入自己的信息。当当SDU较长较长时时,要分成几段要分成几段,每段加上本层的控制信息每段加上本层的控制信息,构成多个构成多个PDU。233.2.4OSI/RM的数据传输 2 2、数据传输过程、数据传输过程、数据传输过程、数据传输过程 在在OSI中，数据传输的源点和终点要具备中，数据传输的源点和终点要具备OSI参考模型中参考模型中的的7层功能层功能,图图3-4表示系统表示系统A与系统与系统B通信时数据传输的过程。通信时数据传输的过程。图图 3-4 OSI中

34、的数据流中的数据流243.2.4OSI/RM的数据传输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应用层应用层表示层表示层数据数据应用层应用层数据数据数据数据数据数据数据数据数据数据1100111000111011001110001110表示层头表示层头会话层头会话层头TCPTCP头头IPIP头头帧头帧头数据数据应用层应用层数据数据数据数据数据数据数据数据数据数据1100111000111011001110001110表示层头表示层头会话层头会话层头TCPTCP头头IPIP头头帧头帧头25数据的实际传递过程数据的实际传递过程 物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层

35、传输层传输层应用层应用层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0101010101010101001010101010101010（比特流）（比特流）IPIP数据报数据报TCPTCP报文段报文段MACMAC帧帧MACMAC尾尾应用数据应用数据TCPTCP头头IPIP头头MACMAC头头发送方发送方接收方接收方3.2.4OSI/RM的数据传输263.3 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型 1 1、TCP/IPTCP/IP协议的起源协议的起源协议的起源协议的起源 美国国防部高级研究计划局美国国防部高级研究计划局(ARPA)从从2020世纪世纪6060年代开始年代

36、开始致力于研究不同类型计算机网络之间的相互联接问题致力于研究不同类型计算机网络之间的相互联接问题,并成功并成功开发出了著名的传输控制协议开发出了著名的传输控制协议/网际协议（网际协议（TCP/IPTCP/IP）协议。）协议。2 2、TCP/IPTCP/IP协议的特点协议的特点协议的特点协议的特点 开放的协议标准：开放的协议标准：可以免费使用，并且独立于特定的可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。计算机硬件与操作系统。独立于特定的网络硬件：独立于特定的网络硬件：可以运行在局域网可以运行在局域网、广域网广域网,更适用于互联网中。更适用于互联网中。统一的网络地址分配方案：统一的网络地址

37、分配方案：使得整个使得整个TCP/IPTCP/IP设备在网设备在网中都具有唯一的中都具有唯一的IPIP地址。地址。标准化的高层协议：标准化的高层协议：可以提供多种可靠的用户服务。可以提供多种可靠的用户服务。3.3.1 TCP/IP的基本概念的基本概念273.3.2TCP/IP的层次结构 1 1、结构模型、结构模型、结构模型、结构模型 TCP/IP参考模型分为四层：应用层、传输层、互联层、网参考模型分为四层：应用层、传输层、互联层、网络接口层。络接口层。TCP/IP的结构与的结构与OSI结构的对应关系如图结构的对应关系如图3-5所示。所示。图图 3-5 TCP/IP模型与模型与OSI模型对照模型

38、对照网络互连层是整个网络互连层是整个TCP/IPTCP/IP协议栈的协议栈的核心。它的功能是把分组发往目标核心。它的功能是把分组发往目标网络或主机。网络或主机。应用层面向不同的网络应用引入不应用层面向不同的网络应用引入不同的应用层协议。同的应用层协议。主机到网络层主机到网络层网络互连层网络互连层传输层传输层应用层应用层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应用层应用层表示层表示层这一层次未被定义，所以其具体的这一层次未被定义，所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而实现方法将随着网络类型的不同而不同。不同。传输层的功能是使源端主机和目标传输层的功能是使源端主机和

39、目标端主机上的对等实体可以进行会话。端主机上的对等实体可以进行会话。283.3.2TCP/IP的层次结构 TCP/IP TCP/IP协议也采用对等层通信的模式，封装和解除封装也协议也采用对等层通信的模式，封装和解除封装也在各层进行。发送方在发送数据时，应用程序将要发送的数据在各层进行。发送方在发送数据时，应用程序将要发送的数据加上应用层头部交给传输层，加上应用层头部交给传输层，TCPTCP或或UDPUDP再将数据分成大小一定再将数据分成大小一定的数据段，然后加上本层的报文头。数据传输如下图所示。的数据段，然后加上本层的报文头。数据传输如下图所示。应用层数据应用层数据TCPTCP11001110

40、00111011001110001110IPIPETHETH应用层数据应用层数据应用层数据应用层数据TCPTCP应用层数据应用层数据TCPTCPIPIP应用层数据应用层数据TCPTCP1100111000111011001110001110IPIPETHETH应用层数据应用层数据应用层数据应用层数据TCPTCP应用层数据应用层数据TCPTCPIPIP数据交换数据交换29应用层应用层传输层传输层互联层互联层主要功能主要功能是为用户是为用户提供提供网络网络服务服务，比如比如FTPFTP、TelnetTelnet、DNSDNS和和SNMPSNMP等。等。主要功能主要功能是是提供可靠提供可靠的数据流的

41、数据流传输服务传输服务,确保确保端到端端到端应用进程应用进程间无间无差错差错地的地的通信通信,常常称为称为端到端（端到端（End-to-EndEnd-to-End）通信通信。负责负责异构网或同构网异构网或同构网进程进程间的间的通信通信,将传将传输层分组封装为数据报格式进行传送输层分组封装为数据报格式进行传送,每每个数据报必须包含目的地址和源地址。个数据报必须包含目的地址和源地址。网络接口层网络接口层是网络访问层，其是网络访问层，其主要功能主要功能是是负责负责与物与物理网络的理网络的连接连接。3.3.3TCP/IP各层的功能303.3.4TCP/IP协议栈应用层应用层FTPFTP、TELNETT

42、ELNET、HTTPHTTPSNMPSNMP、TFTPTFTP、NTPNTP传输层传输层TCPTCPUDPUDP网络互连层网络互连层IPIP主机到网络层主机到网络层以以太太网网令令牌牌环环网网802.2802.2HDLCHDLC、PPPPPP、FRAME-RELAYFRAME-RELAY802.3802.3EIA/TIA-232EIA/TIA-232、499499、V.35V.35、V.21V.21 1969 1969年美国国防部高级研究计划局（年美国国防部高级研究计划局（ARPAARPA）按照层次结构思）按照层次结构思想进行计算机网络模块化研究，开发了一组从上到下单向依赖关想进行计算机网络模

43、块化研究，开发了一组从上到下单向依赖关系的协议栈（系的协议栈（Protocol StackProtocol Stack），也叫做协议族。），也叫做协议族。313.4 TCP/IP与OSI/RM的比较 3.4.1 TCP/IP与与OSI/RM共同点共同点OSIOSI参考模型和参考模型和TCP/IPTCP/IP参考模型有很多相似之处：它们都是参考模型有很多相似之处：它们都是基于独立的协议栈的概念，而且各层的功能大体相似。基于独立的协议栈的概念，而且各层的功能大体相似。国际通信国际通信标准标准基于一种基于一种协议协议实现异构实现异构网互联网互联各协议层各协议层功能相似功能相似两种通信两种通信机制机制

44、共同点主要体现在共同点主要体现在5 5个方面个方面323.4.2 TCP/IP与OSI/RM的不同点效率和性能效率和性能上的差别上的差别层数和层层数和层间调用关系间调用关系不同不同对可靠性对可靠性要求的要求的差别差别最初设计最初设计的差别的差别模型设计模型设计的差别的差别不同点主要体现在不同点主要体现在6 6个方面个方面市场应用和市场应用和支持的差别支持的差别虽然虽然OSIOSI和和TCP/IPTCP/IP存在着不少的共同点，但也存在很大的区别。存在着不少的共同点，但也存在很大的区别。333.5 IP地址和域名 在日常生活中，通信双方借助于彼此的地址和邮政编码在日常生活中，通信双方借助于彼此的

45、地址和邮政编码进行信件的传递。进行信件的传递。Internet Internet中的计算机通信与此相类似，网络中的每台计中的计算机通信与此相类似，网络中的每台计算机都有一个网络地址，发送方在要传送的信息上写上接收算机都有一个网络地址，发送方在要传送的信息上写上接收方计算机的网络地址信息才能通过网络传递到接收方。方计算机的网络地址信息才能通过网络传递到接收方。基于基于TCP/IPTCP/IP协议的网络系统中，连接在网络上的每台计协议的网络系统中，连接在网络上的每台计算机与设备都被称为算机与设备都被称为“主机主机”,主机之间的沟通是通过主机之间的沟通是通过IPIP地址、地址、子网掩码和子网掩码和I

46、PIP路由交换这三个路由交换这三个“桥梁桥梁”实现的。实现的。343.5.1IP地址 1 1、IPIP地址的概念地址的概念地址的概念地址的概念 在在InternetInternet网上，每台主机、终端、服务器、以及路由器网上，每台主机、终端、服务器、以及路由器都有自己的都有自己的IPIP地址，这个地址，这个IPIP地址是全球唯一的，用于标识该机地址是全球唯一的，用于标识该机在在InternetInternet网中的位置。网中的位置。IPIP地址与地址与IPIP地址的分类如下图所示。地址的分类如下图所示。类别类别网络号网络号主机号主机号IP地址地址字节字节1（8位）位）字节字节4（8位）位）字节

47、字节3（8位）位）字节字节2（8位）位）0 0 网络号网络号主机号主机号10 10 网络号网络号主机号主机号110 110 网络号网络号主机号主机号1110 1110 组播地址组播地址1111 1111 保留地址保留地址A：0-127B:128-191C:192-223D:224-239E:240-255IP地址类地址类353.5.1IP地址网络号网络号主机号主机号 地址类型地址类型举例举例用途用途全全0 0全全0 0本机地址本机地址0.0.0.00.0.0.0启动时使用启动时使用任意任意全全0 0网络号网络号61.0.0.061.0.0.0标识一个网络标识一个网络任意任意全全1 1直接广播地

48、址直接广播地址129.21.255.255129.21.255.255在特定网上广播在特定网上广播全全1 1全全1 1有限广播地址有限广播地址255.255.255.255255.255.255.255在本网段上广播在本网段上广播第一段为第一段为127127任意任意回送地址回送地址127.0.0.1127.0.0.1测试测试A A类私有地址类私有地址 10.0.0.110.0.0.1 10.255.255.254 10.255.255.254保留的内部地址保留的内部地址 B B类私有地址类私有地址 172.16.0.1 172.16.0.1 172.31.255.254172.31.255.2

49、54保留的内部地址保留的内部地址 C C类私有地址类私有地址 192.168.0.1 192.168.0.1 到到 192.168.255.254 192.168.255.254保留的内部地址保留的内部地址 2 2、IPIP地址的分类地址的分类地址的分类地址的分类 IP地址分为地址分为A类、类、B类、类、C类、类、D类和类和E类共五类类共五类。363.5.2子网技术 1 1、子网的划分子网的划分子网的划分子网的划分 虽然网络地址类别的划分为信息传递带来了许多方便虽然网络地址类别的划分为信息传递带来了许多方便,但但也带来了一些问题，比如有的单位虽然获取了一个也带来了一些问题，比如有的单位虽然获取

50、了一个A A类地址类地址,但但永远不会有永远不会有1677721416777214台主机台主机,这说明这说明IPIP地址的设计不尽合理。地址的设计不尽合理。据统计，有超过半数的据统计，有超过半数的B B类地址所连接的主机不到类地址所连接的主机不到5050台，台，而一个而一个B B类网络却可以容纳类网络却可以容纳6553465534台主机台主机,这就意味着有这就意味着有6 6万多个万多个IPIP地址被浪费掉了。这种不合理的地址方案一方面造成了极大地址被浪费掉了。这种不合理的地址方案一方面造成了极大的地址浪费，另一方面又使的地址浪费，另一方面又使IPIP地址紧缺。地址紧缺。为此，将网络按照一定的原