计算机网络体系结构与协议

1、第二章计算机网络体系结构与协议【计划课时】4课时（教材第二、三章）2.1网络通信协议协议（protocol） 教材 P29网络传送是个很复杂的过程，为了实现计算机之间可靠地交换数据，许多工作要协调（如发送信号的 数据格式，通信协调与出错处理，信号编码与电平参数，传输速度匹配等）。假定一个与网络相连的设备正向另一个与网络相连的设备发送数据，由于各个厂家有其各自的实现方 法，这些设备可能不完全兼容，它们相互之间不可能识别和通信。解决方法之一是在同一个网络中全部使 用某一厂家的专有技术和设备， 在网络互连的今天已不可行。 另一种方法就是制定一套实现互连的规范（标准），即所谓“协议”。该标准允许每个厂

2、家以不同的方式完成互连产品的开发、设计与制造，当按同一协 议制造的设备连入同一网络时，它们完全兼容，仿佛是由同一厂家生产的一样。【协议】网络上不同计算机之间为了协调互相通信而使用的技术规范，即通信技术标准（也是软硬件厂商 开发网络产品的标准）协议由语义、语法和时序三部分组成。 语义规定通信双方彼此 “讲什么”（含义），语法规定“如何讲” （格式），时序关系则规定了信息交流的次序（顺序）。 P29实际上，生活中任何由两个人或两个团体一起完成的事件，都必须有“协议”（例：讲话/赛跑）廖鸿鹏NT Server 4.0 建站指南：“当一个中国人碰上一个日本人时，如果中国人说他的中文， 日本人说他的日文

3、，那么恐怕两个人就是讲到天黑，都不会有什么结果网络上各节点之间 若需要传送数据时，也要有一个共通的语言，这就是通信协议”。理论上只要有一套协议即可，但由于网络技术在不断发展，应用领域在不断拓宽，加上历史的原因（7 0年代各大计算机公司在网络领域“诸侯割据”，纷纷推出自己的网络通信协议，既为网络技术的发展作出了贡献，亦造成协议品种杂多的局面），所以目前一套统一可用的网络协议。正如理论上人类只要一种语言就可以相互沟通，但实际上却有许许多多的语言存在一样。学习网络的重要任务之一就是了解各种常用的通信协议。对于网络开发/集成工程师，则需要深入理解甚至精通工程中所涉及到的各种协议。用于普通网络用户，则只

4、需知道访问网络资源你的系统或机器上需要配备何种协议，而无须知道这些协议的具体含义。封闭的协议一一协议内容（规范）不对公众公布开放的协议一一协议内容对公众公布NT4.0可同时具有5种协议，犹如一个懂最常用的五国语言的人，在世界各地旅行，便畅行无阻。NT Server 4.0提供的五种协议j协议名称网型-NetBEUIIPX/SPXTCP/IPDLCAppleT alk纯NT网UNIXNovellMocin toshIBM Mai nframeInternet* Mocintosh 美国Apple电脑公司系列 PC IBM Mainframe 美国IBM公司大型机常用的网络通信协议有三个最具影响力

5、的团体为网络通信制定了各自的协议： OSI （开放系统互连，Open Systems Interconnection）协议ISO （国际标准化组织）81年公布（理论标准）从网络角度看，未连网的计算机都是所谓“信息孤岛”型的计算机系统，只按某一公司/厂商的网络通信体系结构标准连网的属于相对封闭的网络系统，而所有符合OSI网络通信体系结构的计算机系统可以在全球范围内互联起来，故称为“开放系统”。 IEEE 802 LAN 协议IEEE （电气和电子工程师学会）802委员会（80年2月成立）制定，其部分标准已被ISO正式确定为局域网的国际标准 TCP/IP （网际互连/传输控制）协议美国防部高级计划

6、研究局（ DARPA ） 83年为“阿帕”网（ARPA net，今发展为In ternet ）而开发， 用于通过UNIX系统控制实现异种计算机网络的互连，乃很多大学（如斯坦福大学）及研究所经多年研究及商业化后得出的结果，现为最 hot的网际互连协议，亦为公认的工业标准。此外，在局域网中，常用还有Novell网专用的通信协议IPX/SPX （网际分组交换/顺序分组交换）。网络通信与分层结构1、分层的概念可以将人与人的“通信”分为三个相关的层次：认识层、语言层、传输层。莆田老妪谈论内容莆田城内菜价所用语言莆田方言通信方式电话北京科学家 计算机网络技术 英语 电脑【例1】如果让一莆田老妪与北京一科学

7、家进行如下的“通信”结果用网络术语表达结果“不可理喻”认识层“协议”不兼容无法联通传输层“协议”不兼容“不知所云”语言层“协议”不兼容【例2】如果让一莆田老妪与北京的莆田藉科学家林兰英进行如下的“通信”莆田老妪林兰英院士结果用网络术语表达结果谈论内容莆田城市变化家乡情况OK认识层“协议”兼容所用语言莆出方言莆出方言OK语言层“协议”兼容通信方式电话电话OK传输层“协议”兼容所以，人们为了能够彼此交流思想，需借助一个分层次的通信结构；其次，层次之间不是相互孤立的,而是密切相关的，上层的功能是建立在下层的基础上，下层为上层提供某些服务，而且每层还应有一定的 规则。网络通信情况同样如此，只是区分更细

8、一些。2、网络通信分层的概念计算机之间的通信可归纳为两种基本方式：点-点通信（P-P）相邻结点之间通过直达通路的通信（称“线路通信”）端-端通信（E-E）不相邻结点之间通过中间结点链接起来所形成间接可达通路的通信（“链路通信”）点-点通信是端-端通信的基础，端-端通信是点-点通信的延伸a点-点通信的分层两台相邻计算机通过直达通信线路通信时，其所用通信软件将自然分成两个相对独立的模块（层）：用户服务层处理用户的通信应用请求通信服务层通过通信线路收发数据分层的优点：用户服务层的模块设计可相对独立于具体的通信线路和通信硬件接口的差别（如铜线、 同轴电缆、光纤等），而通信服务层的模块设计又可相对独立于

9、具体用户应用要求的不同（如文件传 输、电子邮件等）。b.端-端通信的分层端-端通信是把若干点-点相邻结点间的通信线路通过中间结点链接起来，所以还需解决：（1 ）中间结点应具有路由转接功能（按报文所附目标地址转发）（2）端结点应具有启动、建立和维护端 -端链路的功能启动一一发送端发送一个带目标端结点地址的联系控制报文建立一一目标端结点返回一个同意通信联系的报文，建立了双方的联系 维护一一通信过程差错控制、流量控制等为此需在用户服务层和通信服务层之间增加一个新层（网络服务层），即通信服务层实现相邻结点间的点-点通信，网络服务层实现不相邻结点间的端-端链路通信，用户服务层处理用户应用软件的通信 请求

10、与服务。计算机网络协议协议采用层次结构的优点：P29【网络体系结构】计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构（architecture ）。P29体系即“系统”中文中常用来描述有比较明显层次结构的系统（如科学体系、政治体系等）。协议（教材 P30 ）OSI协议将网络通信过程划分为七个相互独立的功能组（层次），并为每个层次制定一个标准框架。上面三层（应用层、表示层、会话层）与应用问题有关，而下面四层（传输层、网络层、数据链路层、物 理层）则主要处理网络控制和数据传输/接收问题。各层的功能单元用于规定 what is to be done, but not how to do it.La

11、yer 7-Applicati onLayer 6-Prese ntati onLayer 5-Sessi onLayer 4-Tran sportLayer 3-NetworkLayer 2-Data LinkLayer 1-Physical网络的用户接口（上网软件等）不同系统数据格式转换/加解密进程（执行中的程序）间会话管理与会话同步（“会话”即用户间连接）报文的正确传输（报文的生成、收发、组合与差错检查）路由选择和流量控制（选择 LAN间传输路径）帧的正确传输（帧的生成、收发与差错检查）数据比特流（0、1）的正确传输（比特流的生成、收发与差错检查）七层模型示意图和各层主要功能见P31图2

12、.1。像WINDOWS NT之类的操作系统只会与 OSI的顶层有关。OSI协议仅给出一个框架结构，并没有将其网络模型的每一层限定在统一的一种协议中，也没有给出 协议的具体实现技术（即未完全定型）。故又称“参考模型”（OSI/RM ）但它奠定了网络体系结构的基础,成为今天设计和制定网络协议标准最重要的参考模型和依据。通信双方（比喻）写信封 拆信和读信发送接收通信用户，应用层（A）软件由软封信、取信贴邮票投入邮筒投递分拣分拣决定路邮件分类线装入邮打开邮包包装上邮从邮车接收车送出邮包邮路（公路、铁路等）表示层（P）（面向用户）资源子网的任务件实现会话层（S）传输层（T）衔接网络层（N）网络（完成传送

13、服务） 通信子网任务由硬 件实 现数据链路层（D）物理层（P）传输介质（电缆等）从过程看，网络通信的过程就是从A用户的应用层处发出数据，经层层下传，最后通过物理层发到网络的传输介质上，而 B用户通过物理层接收数据，经层层上传，最后由应用层取出。换言之，信息交换发生在对等的OSI层之间，源系统 A中的每一层把目的系统 B同层所需的控制信息（数据头）附加到数据 中，封装后的信息单元（数据头和数据）被传输到下一层，而目的系统B的每一层对收到的信息单元进行分析，先读取系统 A附加的控制信息（数据头），然后去掉该数据头，将信息单元的余留部分传送给上一 层。说明：1、并非所有网络通信都必须通过完整的七层；

14、实际上，如果在同一个 LAN内（直接通过物理地址传输）通信，通常只用到下两层和应用层，如 果跨LAN （路由选择成为必要），则需要用到下面四层和应用层。两个节点有加密/解密的通信要求时，可能用到表示层。2、 并非现有的网络通信都是按本模型分层（实际上一个也没有）；3、 数据从上层往下层传送，往往要封装附加的信息（如目的地址，错误检测等）；数据从下层往上层传送，则须在对应层相应去除所封装的信息（还原）。【封装】信息通过各层向下传递时，每层的软件负责加上它的报头信息（每层都要封装从高层来 的信息）。4、每层可能对应有若干个具体协议，通信双方同层协议必须相同或相互兼容层间通信的概念：同级关系一一协议如A机的第四层与B机的第四层对话，使用的规则和约定称为第四层协议。纵向关系一一接口每一层的最终是和另一台计算机的同层进行通信，但数据不能直接从A机的第X层传输到B机的第X层，而是先将数据和控制信息迅速传递到下一层，然后一层层下传，直至最低层，最 后将数据传传递到网络介质上。接收数据的计算机将数据和控制信息一层层上传，直至第X层。在