(精品)第2章TCPIP协议族体系结构.ppt

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1、第二章 TCP/IP协议族体系结构第二章 TCP/IP协议族体系结构 2.1 TCP/IP层次结构及其与OSI七层体系结构的比较2.1.1 分层体系结构的对应2.1.2 总体发展2.1.3 标准及规范2.1.4 网络层2.1.5 传输层2.1.6 应用层2.2 路由器2.2.1 路由器的工作原理2.2.2 路由器的功能2.3 TCP/IP各层协议组成第二章 TCP/IP协议族体系结构 网络体系结构的概念网络系统是一个庞大而复杂的系统。一般把网络的层次结构和每层所使用协议的集合称为网络体系结构。一个具体的网络系统其所包含的层数和每层所使用的协议是确定的。在这种层次结构中，各层协议之间形成了一个从

2、上到下类似栈的结构的依赖关系，通常叫协议栈。第二章 TCP/IP协议族体系结构 为了使不不同同体体系系结结构构的计算机网络都能互连，国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究该问题。提出一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开开放放系系统统互互连连基本参考模型基本参考模型OSI/RMOSI/RM,简称为OSI。2.1.1 分层体系结构的对应 OSI(晚10年)的七层协议体系结构既复杂又不实用，但其概念清楚概念清楚，理论较完整理论较完整。TCP/IP协议是人们在网络建设中边实践边开发研究的一个产物，已经成了人们公认的，在Internet上使用的事实上的工业标准协议工

3、业标准协议。2.1.1 分层体系结构的对应 OSI 7OSI 7层协议层协议 物理层 透明地传送比特流 链路层 形成一条无差错的链路，进行帧传输 网络层 分组通信，选择路由，源到目标间的无差错通信 传输层 报文分组，向上一层提供可靠的端到端连接 会话层 通信会话管理，何时何方发信的管理 表示层 语法的判断、变换以及格式变换 应用层 语义表示与匹配，应用程序接口，构成网络平台 2.1.1 分层体系结构的对应OSI 7OSI 7层协议数据流演化过程层协议数据流演化过程2.1.1 分层体系结构的对应OSI 7OSI 7层协议数据流演化过程层协议数据流演化过程2.1.1 分层体系结构的对应 OSI参考

4、模型中采用了七个层次的体系结构，而TCP将OSI中的应用层应用层、表示层表示层和会话层会话层合并为应用层。图2-5画出了TCP/IP与OSI这两种体系结构的对比，注意高度。2.1.1 分层体系结构的对应2.1.2 总体发展 TCP/IP与OSI的不相点。TCP/IP一开始就考虑到多种异构网的互连问题。TCP/IP一开始就对面向连接服务和无连接服务并重。TCP/IP有较好的网络管理功能。2.1.2 总体发展 TCP/IP是一个四层四层的体系结构，其中网络接口层（并没有什么具体内容）。每一层完成不同的通信功能。应用层(Telnet、FTP、HTTP、DNS、SNMP和SMTP等)传输层(TCP和U

5、DP)网络层(IP、ICMP和IGMP)链路层(以太网、令牌环网、FDDI、IEEE802.3等)2.1.3 标准及规范数字通信2.1.3 标准及规范属于哪层？2.1.3 标准及规范数字通信2.1.3 标准及规范数字通信2.1.3 标准及规范数字通信2.1.3 标准及规范数字通信2.1.3 标准及规范数字通信(同一条导线)2.1.3 标准及规范数字通信2.1.3 标准及规范1.链路层(Link Layer)TCP/IP协议栈的最低层，也称为数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。链路层的功能是把接收到的网络层数据报(也称IP数据报)通过该层的物理接口

6、发送到传输介质上，或从物理网络上接收数据帧，抽出IP数据报并交给IP层。2.1.3 标准及规范2.1.3 标准及规范物理拓扑结构l总线结构l环型结构l星型结构l网状结构2.1.1 分层体系结构的对应网络互连的必要性l网络互连是局域网发展的必然趋势网络互连是局域网发展的必然趋势l各种通信类型的网络需要长期共存各种通信类型的网络需要长期共存l网络的整体性能需要改善网络的整体性能需要改善l大量的异构网需要互连大量的异构网需要互连网络互联的结果l由许多不同的异构由许多不同的异构(heterogeneous)heterogeneous)网络开始网络开始连接这些物理网络连接这些物理网络使用软件手段使得连接

7、之后的系统看起来是使用软件手段使得连接之后的系统看起来是“同类的同类的”(”(homogeneous)homogeneous)l称之为称之为internetwork或或internet2.1.1 分层体系结构的对应网络互连的基本方式l物理层中继系统（即中继器物理层中继系统（即中继器 RepeaterRepeater）通常用通常用于同种网络的物理层上，对所接受的信号进行于同种网络的物理层上，对所接受的信号进行再生和放大，以便扩大网络的作用范围。再生和放大，以便扩大网络的作用范围。l数据链路层中继系统（即网桥或桥接器）通常数据链路层中继系统（即网桥或桥接器）通常用于在数据链路层对帧信息进行存储转发

8、。用于在数据链路层对帧信息进行存储转发。1.1 Internet发展历史中继器又称为转发器，工作在物理层，用于连接以太制式的总线式网络。中继器实现网络在物理层上的连接，起到扩展网络连接距离的作用。1.1 Internet发展历史中继器分为直接放大式和信号再生式两种：l直接放大式只是一个简单的放大器，噪音也将一同传递到直接放大式只是一个简单的放大器，噪音也将一同传递到下一网段。下一网段。l信号再生式同时具有信号再生功能，其可对信号进行整形信号再生式同时具有信号再生功能，其可对信号进行整形后传到下一网段。后传到下一网段。1.1 Internet发展历史 网桥是用于连接两个同构的相互独立的网络，主要

9、用于进行信息的过滤与转发。工作在哪层？查表得知目的地址在本端口查表得知目的地址在本端口处，进行包过滤，不予转发处，进行包过滤，不予转发查表得知目的地址不在本查表得知目的地址不在本端口处，将报文转发出去端口处，将报文转发出去2.1.3 标准及规范2.1.3 标准及规范2.1.3 标准及规范2.1.3 标准及规范2.1.3 标准及规范2.1.3 标准及规范2.1.3 标准及规范2.1.3 标准及规范2.网络层(networklayer)也称为互联网层，由于该层的主要协议是IP协议，因而也可简称为IP层。它是TCP/IP协议栈中最重要的一层，主要功能是可以把源主机上的分组发送到互联网中的任何一台目标

10、主机上。2.1.3 标准及规范路径路径1?1?路径路径2?2?路径路径3?3?路由2.1.3 标准及规范3.传输层(Transport Layer)我们通常所说的两台主机之间的通信其实是两台主机上对应应用程序之间的通信，传输层提供的就是应用程序之间的通信，也叫端到端(End to End)的通信。在TCP/IP协议族中传输层包含两个不同的传输协议：一个是TCP(传输控制协议)；另一个是UDP(用户数据报协议)。2.1.3 标准及规范端口的概念（信源与信宿）2.1.3 标准及规范4应用层(Application Layer)应用层向使用网络的用户提供特定的、常用的应用程序，如使用最广泛的远程登录

11、(Telnet)、文件传输协议(FTP)、超文本传输协议(HTTP)、域名系统(DNS)、简单网络管理协议(SNMP)和简单邮件传输协议(SMTP)等。要注意有些应用层协议是基于TCP协议的(如FTP和HTTP等)，有些应用层协议是基于UDP协议的(如SNMP等)。2.1.3 标准及规范应用(应用、表示、会话)2.1.3 标准及规范这四层结构中有两个重要的边界：一个是将操作系统与应用程序分开的边界，另一个是将高层互联网地址与低层物理网卡地址分开的边界，2.1.3 标准及规范1操作系统边界操作系统边界的上面是应用层，应用层处理的是用户应用程序(用户进程)的细节问题，提供面向用户的服务。2地址边界

12、地址边界的上层为网络层，网络层用于对不同的网络进行互联，连接在一起的所有网络为了能互相寻址，要使用统一的互联网地址(IP地址)。2.1.3 标准及规范2.1.3 标准及规范2.1.4 网络层(networklayer)2.1.4 网络层(networklayer)RFC、链路层 RFC是TCP/IP的标准文档，现在定义了4000多个协议的定义。以太网的IP数据报封装在RFC894中定义，而IEEE802的IP数据报封装在RFC1042中定义。二者都提供了CSMA/CD的标准，但稍有不同（链路层的不同、异构网）。2.1.4 网络层(networklayer)网络层负责为分组交换网上的不同主机提供

13、通信。在网络层，数数据据的的传传送送单单位位是是分分组组或或包包。在TCP/IP体系中，分组也叫作IPIP数数据据报报，或简称为数据报数据报。2.1.5 传输层 传输层的任务就是负责主机中两个进程之间的通信，其数数据据传传输输的的单单位位是是报文段报文段(segment)(segment)。2.1.6 应用层应用层是原理体系结构中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要(其功能是面向最其功能是面向最终用户的终用户的)。1、应用程序 l具有通信功能的分布式进程 l用户访问网络的接口 例如：远程登录，邮件传输,文件传输,网络管理等2.1.6 应用层2、应用层协议 l应用程序的一部分

14、l定义信息格式 l定义通信规则 l访问下层提供的服务 2.1.6 应用层3、应用层需要提供的网络服务可靠性可靠性:一些应用程序(如：audio)允许数据丢失或出错,另一些应用程序(如：file transfer)要求100%可靠 带宽带宽 :一些应用程序(如：multimedia)有最小带宽的要求，另一些应用程序(如：Email)对带宽没有特殊要求 时延时延:一些应用程序(如：interactive games)对时延特别敏感。2.1.6 应用层4、常见应用程序对服务的要求 2.1.6 应用层5、Internet运输层所能提供得服务 2.1.6 应用层6、Internet 应用:协议及其使用的

15、传输层协议 2.2 路由器近十年来，随着计算机网络规模的不断扩大，大型互联网络（如Internet）的迅猛发展，路由技术在网络技术中已逐渐成为关键部分，路由器也随之成为最重要的网络设设备。在目前的情况下，任何一个有一定规模的计算机网络（如企业网、校园网、智能大厦等），无论采用的是快速以大网技术、FDDI技术，还是ATM技术，都离不开路由器，否则就无法正常运作和管理。2.2.1 路由器的工作原理路由器转发IP分组时，只根据IP分组目的IP地址的网络号部分网络号部分，选择合适的端口，把IP分组送出去。当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一同一IPIP子网子网的另一台主机时，它将直接把IP分组送到

16、网络上，对方就能收到。当要送给不同不同IPIP子网子网上的主机时，它要选择一个能到达目的子网上的路由器路由器，把IP分组送给该路由器，由路由器负责把IP分组送到目的地。2.2.1 路由器的工作原理目前TCPIP网络，全部是通过路由器互连起来的，Internet就是成千上万个IP子网通过路由器互连起来的国际性网络。这种网络称为以路由器为基础的网络，形成了以路由器为节点的“网间网”。在“网间网”中，路由器不仅负责对IP分组的转发，还要负责与别的路由器进行联络，共同确定“网间网”的路由选择和维护路由表。2.2.1 路由器的应用图2.2.2 路由器的功能路径选择：即判定到达目的地的最佳路径，由路由选择

17、算法来实现。转发报文：即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。2.2.1 路由器的工作原理路由转发协议和路由选择协议是相互配合又相互独立的概念，前者使用后者维护的路由表，同时后者要利用前者提供的功能来发布路由协议数据分组。以后文中提到的路由协议，除非特别说明，都是指路由选择协议，这也是普遍的习惯。IP路由选择1.TTL=0,丢弃2.搜索表,找到目标主机3.搜索表,找到同子网路由4.搜索表,找到同网路由5.以上失败,到默认路由6.没默认路由,丢弃本机路由表2.3 TCP/IP各层协议组成 用按层次高低的一些协议来表示TCP/IP协议族，如图2-7所示。习题习题2 1TCP/IP协议是在怎样的背景下产生的？2Internet为什么要使用TCP/IP协议？3TCP/IP协议的体系结构是怎样的？4如果没有表示层，今天是什么现象？5如果没有传输层，今天是什么现象？6如果没有网络层，今天是什么现象？