(2)--2-计算机网络体系结构.pdf

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1、 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念 之网络体系结构之网络体系结构我们学校购买的网络设备是集中管理还是分布式管理呢？第一：导入 2.1 计算机网络体系结构概述 2.2 ISO/OSI网络参考模型 2.3 TCP/IP模型 2.4 OSI 模型和TCP/IP模型的比较主要内容主要内容1、为什么要分层、为什么要分层?分层的目的是为了降低复杂性，提高灵活性-YouXian AirportPostoffice A Your friendPostoffice B Beijing AirportPost ruleUser ruleAirport rule分层的好处分层的好处 各层之间是独立的。各层之

2、间是独立的。灵活性好。灵活性好。结构上可分割开。结构上可分割开。易于实现和维护。易于实现和维护。能促进标准化工作。能促进标准化工作。二、与层次模型相关的若干术语二、与层次模型相关的若干术语源和目标源和目标实体与对等实体实体与对等实体服务与接口服务与接口协议与协议数据单元协议与协议数据单元1、源和目标、源和目标源 通信过程中，数据的发送方通信过程中，数据的发送方目标 通信过程中，数据的接收方通信过程中，数据的接收方2、实体、实体&对等实体对等实体Entity(实体）实体）每一层上的活动元素，包括实现该层功能每一层上的活动元素，包括实现该层功能的所有硬件与软件，表示任何可发送或接的所有硬件与软件，

3、表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。收信息的硬件或软件进程。Peer-Peer Entity(对等实体对等实体)相互通信的两个不同机器上的同一层次相互通信的两个不同机器上的同一层次 完成相同功能的实体完成相同功能的实体3、服务、服务&接口接口Service(服务）服务）每一层为上一层所提供的功能称为服务。每一层为上一层所提供的功能称为服务。N层使层使用用N-1层所提供的服务，向层所提供的服务，向N+1层提供更高的服层提供更高的服务。在这种情况下，务。在这种情况下，n层被称为服务提供者，层被称为服务提供者，n+1层是服务用户。层是服务用户。Interface(接口接口)定义下层向其相邻的上

4、层提供的服务及原语操作，定义下层向其相邻的上层提供的服务及原语操作，但服务的实现细节对上层是透明的（不可见的）。但服务的实现细节对上层是透明的（不可见的）。Chap2 计算机网络体系结构计算机网络原理4、协议（、协议（Protocols）和）和N层协议层协议定义定义:为网络通信所制定的一组规则、约定和为网络通信所制定的一组规则、约定和标准。标准。两个对等实体在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服所提供的服务。务。网络通信是一种层到层的对等通信，第网络通信

5、是一种层到层的对等通信，第N层上层上的通信规则或约定称为的通信规则或约定称为N层协议层协议Chap2 计算机网络体系结构计算机网络原理协议的三大要素协议的三大要素语法：定义数据和控制信息的格式定义数据和控制信息的格式语义：规定协议语法成分的含义规定协议语法成分的含义 语序：协议语法成分的顺序和速度匹配关系协议语法成分的顺序和速度匹配关系 Chap2 计算机网络体系结构计算机网络原理关于协议要素的一个比喻关于协议要素的一个比喻信封的格式由语法来定义，而格式的含义由语义来规定。Chap2 计算机网络体系结构计算机网络原理协议和服务的区别及相互关系协议和服务的区别及相互关系 网络协议网络协议为进行网

6、络中的数据交换而建立为进行网络中的数据交换而建立的规则、算法或约定，包括语法、语义和语序的规则、算法或约定，包括语法、语义和语序三要素。（三要素。（N）协议）协议网络服务网络服务（N）实体向相邻的上一层的）实体向相邻的上一层的（N+1）实体提供一种能力，这种能力称为）实体提供一种能力，这种能力称为（N）服务。）服务。Chap2 计算机网络体系结构计算机网络原理实体、协议、服务和服务访问点 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。协议。下面的协议对上面的服务用户是下面的协议对上面的服务用户是透明透明的。的。协议是协议是“水平的水平的”，即协议是控

7、制对等实体之间，即协议是控制对等实体之间通信的规则。通信的规则。服务是服务是“垂直的垂直的”，即服务是由下层向上层通过，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。层间接口提供的。同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点服务访问点 SAP(Service Access Point)。Chap2 计算机网络体系结构计算机网络原理计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。实现(implementation)是遵循这种体系结构的前

8、提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。五、五、OSI的七层参考模型的七层参考模型1.OSI参考模型的基本知识参考模型的基本知识1979年国际标准化组织（年国际标准化组织（ISO）颁布的开放系统互）颁布的开放系统互连参考模型（连参考模型（OSI/RM），即七层网络通信模型。），即七层网络通信模型。OSI/RM体系结构七层模型从体系结构七层模型从上到下上到下依次为应用层、依次为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，参见图。层，参见图。各层主要功能：各层主要功能

9、：物理层：透明传送物理层：透明传送bit流。流。数据链路层：传送无差错的数据帧。数据链路层：传送无差错的数据帧。网络层：选择最佳路径将数据包传到目的地。网络层：选择最佳路径将数据包传到目的地。传输层：屏蔽下层，实现端到端的通信。传输层：屏蔽下层，实现端到端的通信。会话层：会话管理与数据传输同步。会话层：会话管理与数据传输同步。表示层：数据格式转换。表示层：数据格式转换。应用层：为用户使用网络提供接口。应用层：为用户使用网络提供接口。（1）物理层（Physical）功能：透明传送功能：透明传送bit流。流。物理层定义了以下物理层定义了以下4个规章特性，用以确个规章特性，用以确定如何使用物理传输介

10、质来实现两个结点间定如何使用物理传输介质来实现两个结点间的物理连接。的物理连接。处理的数据：二进制比特信号，如，二处理的数据：二进制比特信号，如，二进制的基带信号或模拟信号。进制的基带信号或模拟信号。处理的地址：直接面向物理端口的各个管脚，如RS-232的管脚。（2）数据链路层（）数据链路层（Data Link）功能：负责在两个相邻结点间的线路上，无功能：负责在两个相邻结点间的线路上，无差错地传送以差错地传送以“帧帧”为单位的数据。为单位的数据。处理的数据单元：数据帧。处理的数据单元：数据帧。处理的地址：处理的地址：MAC地址。地址。提供流量控制和差错控制。提供流量控制和差错控制。（3）网络层

11、（）网络层（Network）功能：使用逻辑地址（功能：使用逻辑地址（IP地址）进地址）进行寻址，通过路由选择算法为数据分行寻址，通过路由选择算法为数据分组通过通信子网选择最适当的路径，组通过通信子网选择最适当的路径，并提供网络互联及拥塞控制功能。并提供网络互联及拥塞控制功能。处理的数据单元：分组。处理的数据单元：分组。处理的地址：逻辑地址，处理的地址：逻辑地址，IP地址。地址。（4）传）传输层（输层（Transport）功能：在两个端系统（源站和目的站）的会话功能：在两个端系统（源站和目的站）的会话层之间，建立一条可靠或不可靠的运输连接，以透层之间，建立一条可靠或不可靠的运输连接，以透明的方式

12、传送报文。明的方式传送报文。处理的数据单元：报文段。处理的数据单元：报文段。处理的地址：进程标识，处理的地址：进程标识，TCP和和UDP端口号。端口号。（5）会话层（）会话层（Session）功能：会话层的主要作用是组织、协商、管理两个应用进程之间的会话。会话的含义：就是在不同主机的应用进程之间建立、维持联系。处理的数据单元：报文。本层基本为空（6）表示层（）表示层（Presentation）功能：处理结点间或通信系统间信息表示方式方面的问题。处理的数据单元：报文。加密，解密。GIF、JPEGChap2 计算机网络体系结构计算机网络原理会话层:负责在网络中的两节点之间建立和维持通信。1、会话层

13、的功能包括：建立通信链接，保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。例如，网络上常常使用的下载工具软件，NetAnts（网络蚂蚁）支持端点续传功能，就是使用了会话层的这个功能，知道从上次中断的地方继续下载。2、会话层通过决定节点通信的优先级和通信时间的长短来设置通信期限。（7）应用层（）应用层（Application）功能：为了满足用户的需要，根据进程之间的通功能：为了满足用户的需要，根据进程之间的通信性质，负责完成用户要完成的各种程序或网络服信性质，负责完成用户要完成的各种程序或网络服务的接口工作。务的接口工作。处理的数据单元：报

14、文。处理的数据单元：报文。处理的地址：进程标识，端口号。处理的地址：进程标识，端口号。Internet网络服务：网络服务：www,FTP,E-mail，网络，网络APP等服务都在这一层。等服务都在这一层。OSI参考模型的总结参考模型的总结OSI模型从控制上分为模型从控制上分为2个部分个部分第第1、2、3层：即物理层、数据链路层和网络层：即物理层、数据链路层和网络层属于通信子网，负责处理数据的传输、转发、交层属于通信子网，负责处理数据的传输、转发、交换等通信方面的问题；换等通信方面的问题；第第4、5、6、7层：即传输层、会话层、表示层：即传输层、会话层、表示层和应用层属于资源子网，负责数据的处理

15、、网络层和应用层属于资源子网，负责数据的处理、网络服务、网络资源的访问和服务方面的问题。服务、网络资源的访问和服务方面的问题。TCP/IP基本概念 网络协议:在计算机网络中通信主体间共同遵守的规则与约定。TCP/IPTCP/IP协议是InternetInternet中计算机之间通信所必须共同遵循的一种通信规定；TCP/IP是以传输控制协议和网际协议为核心的一组协议。TCP/IP的发展1.1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型；2.1985年Leiner、Clark等对TCP/IP参考模型进一步的研究；3.TCP/IP协议一共出现了6个版本，后3个版本是版本4、版本5与版本6；4.目

16、前我们使用的是版本4，一般被称为IPv4；5.IPv6被称为下一代的IP协议。TCP/IP的主要特点1.功能丰富是以TCP和IP为核心的一组协议，还包括有FTP、HTTP、SMTP、POP等一系列的协议。基本可以满足网络服务的各种功能。2.开放性由非专利性质的协议组成，这些协议不属于任何一家公司。并且随着新的网络服务的出现，TCP/IP协议还在不断的补充。3.普遍性由于开放，所以被普遍使用，并成为一个工业标准，从而得到大多数网络设备制造商的认同。TCP/IP参考模型p 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。p TCP/IP的层次结构与OSI层次结构的对照关系如下图

17、所示：物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层网络接口层网际层传输层应用层OSI的参考模型TCP/IP的参考模型Page 341.网络接口层n 又被称为网络访问层，它对应OSI的物理层和数据链路层。n TCP/IP参考模型的最低层，负责通过网络介质发送和接参考模型的最低层，负责通过网络介质发送和接收数据包收数据包;n 允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，例允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，例如局域网的如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的、令牌网、分组交换网的X.25、帧、帧中继、中继、ATM协议等协议等;352.网际层(网络互联层)网际层所执行的主要功能

18、：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。处理接收的数据报：检查地址、处理或转发。处理互连的路径、流量控制、拥塞问题。在网际层中，最常用的协议是网际协议IP，其它一些协议用来协助IP的操作。网际层的协议网际协议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。网际控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)为IP协议提供差错报告。专门用来处理错误报告和控制。地址解析协议ARP(Address Resolution Protoco

19、l)和反向地址解析协议RARP373.传输层(1)主要负责主机到主机之间实体间端对到端通信。(2)传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)-是传输层一种面向连接的通信协议，完成流量控制和差错检验的任务，保证可靠的数据传输。(3)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，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。4.应用层 包含多有的高层协议，为应用程序提供访问其它层服务的能力，为用户提供所需的各种服务。在TCP/IP模型中，它与OSI模

20、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。应用层协议（一）超文本传输协议超文本传输协议HTTPHTTP用于用于InternetInternet中的客户机与中的客户机与WWWWWW服务器之间的数据传服务器之间的数据传输；输；文件传输协议文件传输协议FTPFTP实现主机之间的文件传送；实现主机之间的文件传送；远程终端协议远程终端协议TELNETTELNET本地主机作为仿真终端，登录到远程主机上运行应本地主机作为仿真终端，登录到远程主机上运行应用程序；用程序；简单邮件传输协议简单邮件传输协议SMTPSMTP实现主机之间电子邮件的传送；实现主机之间电子邮件的传送；域名服务域名服务DNSDNS 用于实现主机名与用于实现主机名与IPIP地址之间的映射；地址之间的映射；均为层次结构存在可比的传输层和网络层均有应用层，但其所提供的服务有所不同均是一种基于协议数据单元的包交换网络作为概念上的模型和事实上的标准，具有同等的重要性TCP/IP将OSI中的上三层合并成了一个应用层TCP/IP将OSI中的下两层合并成了一个网络接口层TCP/IP由于层次更少显得比OSI更简洁TCP/IP作为从INTERNET上发展起来的协议，已成了网络互连的事实标准目前还没有按OSI实现的网络产品，OSI仅作为理论的参考模型被广泛使用