第2讲_网络体系结构与TCPIP协议

1、第第2讲讲 网络体系结构与网络体系结构与TCP/IP协协议议 2.1 2.1 网络协议与网络体系结构网络协议与网络体系结构 1网络协议的概念网络协议的概念 网络协议是计算机间进行通信时遵循的一些约定和规则。网络协议由三个要素组成：(1)语法：用于确定协议元素的格式，即数据与控制信息的结构和格式。(2)语义：用于确定协议元素的类型，规定了通信双方需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答。(3)定时：用于确定通信速度的匹配和时序，即对事件实现顺序的详细说明。 2.1 2.1 网络协议与网络体系结构网络协议与网络体系结构 2层次模型简介层次模型简介 在现实生活中处理一些复杂问题时，人们通常

2、采用层次化的解决方式。例如邮政服务的实现就是一种层次模型。 2.1 2.1 网络协议与网络体系结构网络协议与网络体系结构 2层次模型简介层次模型简介 层次化的优势在于可以将问题的解决分配到各层中去，每一层解决一个小问题，最终解决整个问题。如上图中发信方通过写信、包装、邮局3个层次完成发信的过程，而收信方通过邮局、拆装、读信完成收信的过程。同时，层次之间又保持着密切的联系，高层进行操作时会使用到低层的服务，但高层并不需要知道低层服务的具体实现方法。分层模型体现了对复杂问题采取“分而治之”处理方式，从而降低了处理复杂问题的难度。 2.1 2.1 网络协议与网络体系结构网络协议与网络体系结构 3网络

3、体系结构的概念网络体系结构的概念 计算机网络的通信过程非常类似于邮政服务的实现过程，只不过比这个过程要复杂的多。同样，计算机网络也采用了层次化设计方法，即把通信过程划分为多个层次，并为每个层次设计一个单独的协议，这些协议通过分层结构进行组织。每层通过特定的协议完成一种功能，多层叠加完成整个信息的发送和接收过程。同时，层与层之间通过层间接口联系起来，每一层可以从下层获得服务，并为上层提供服务。各层又具有相对独立性，各层只是简单的使用其它层的服务，但不需要知道其它层是如何实现相应功能的。 2.1 2.1 网络协议与网络体系结构网络协议与网络体系结构 3网络体系结构的概念网络体系结构的概念 计算机网

4、络的这种层次结构模型和各层协议的集合称为计算机网络体系结构。 计算机网络体系结构采用分层模型的优点:（1）高层不需要知道低层是如何实现的，只需要知道低层所提供的服务，以及本层向上层提供的服务，各层独立性强。 2.1 2.1 网络协议与网络体系结构网络协议与网络体系结构 3网络体系结构的概念网络体系结构的概念 （2）当任何一层发生变化时，只要层间接口不发生变化，那么这种变化就不会影响到其他其它层，适应性强。（3）整个系统已被分解为若干易于处理的部分，这种结构使得一个庞大而又复杂的系统实现和维护起来更容易。（4）每层的功能与所提供的服务都有精确的定义和说明，有利于促进标准化。 2.2 OSI2.2

5、 OSI参考模型参考模型 在网络技术发展的早期，世界各大型计算机厂商分别推出适应于自身网络产品的网络体系结构。由于它们没有遵循通用的标准，导致使用这些标准组建的不同结构的网络无法实现互连，这阻碍了网络的进一步发展，同时也给用户带来很多不便。为了协调各种网络体系结构，国际标准化组织（ISO）和国际电话电报咨询委员会（CCITT）分别提出“开放系统互联参考模型”，试图推出一种全世界统一的网络体系结构。 2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 1974年，ISO发表了著名的ISO/IEC 7498标准，也就是开放系统互连参考模型（ISOOSI RM，Open System Interconne

6、ct Reference Model）。 OSI参考模型是一种层次结构，它将整个网络的功能划分为7层，从低层到高层分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。 2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 1.物理层物理层是OSI分层结构体系中最基础的一层，它建立在传输媒介的基础上。物理层只是接收和发送一串比特流，而不考虑信息的意义和信息的结构。物理层对连接到网络上的传输媒介和物理接口进行了机械的、电气的、功能的规定，如定义了电位的高低、变化的间隔、电缆的类型、连接器的特性等。物理层传输数据的单位是二进制位。 2.2 OSI

7、2.2 OSI参考模型参考模型 2.数据链路层 在物理层提供的服务的基础上，传输以“帧”为单位的数据包。为了保证数据的可靠传输，数据链路层要完成定义物理地址、数据帧的封装、差错检测和流量控制等功能。 2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 3.网络层 网络层主要完成源主机到目的主机传输路径的选择，即路由。网络层传输的数据单元是“数据包”。 2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 4.传输层 传输层的功能是为数据的可靠传输进行细节上的处理。传输层所传输的数据单元是“数据段”传输层由软件实现，通常是操作系统的一部分。 2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 5.会话层 会话层负责

8、建立、管理、终止两个应用系统之间的会话。 2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 6.表示层 表示层保证一个系统应用层发出的信息能被另一个系统的应用层读出。如果需要，该层可以用一种通用的数据表示格式在多种数据表示格式之间进行转换。表示层完成数据的编码、解码，加密、解密，压缩、解压缩等工作。 2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 7.应用层 应用层是用户与网络的接口，为用户提供网络管理、文件传输、事务处理等服务 。 2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 2.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 在OSI参考模型的7层中，物理层、数据链路层、网络层属于通信子网，主要完成数

9、据传输的功能；而传输层、会话层、表示层、应用层则属于资源子网，主要完成数据处理的功能，并为用户提供与网络之间的接口。 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.1 TCP/IP协议概述协议概述 TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是指传输控制协议/网络互联协议，是针对Internet开发的一种体系结构和协议标准，其目的在于解决异种计算机网络的通信问题。 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.2 TCP/IP协议的结构协议的结构 TCP/IP协议和OSI模型一样，也采用分

10、层体系结构，由下至上分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.2 TCP/IP协议的结构协议的结构 1 1网络接口层TCP/IP模型的最低层是网络接口层，它包括了能使用TCP/IP与物理网络进行通信的协议，对应着OSI模型的物理层和数据链路层。 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.2 TCP/IP协议的结构协议的结构 2 2网络层 网际层又称网络层，负责相邻计算机之间的通信。网络要完成源路主到目的主机传输路径的选择。 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.2 TCP/I

11、P协议的结构协议的结构 3 3传输层 TCP/IP的传输层与OSI的传输层类似，它的根本任务是提供端到端的通信。传输层对信息流具有调节作用，提供可靠传输，确保数据能够正确到达 。 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.2 TCP/IP协议的结构协议的结构 3 3应用层 在TCP/IP模型中，应用层是最高层，它对应OSI参考模型中的会话层、表示层和应用层。它使用户的程序访问网络，并获得各种网络服务，如WEB浏览、电子邮件等。 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.3 TCP/IP各层的协议各层的协议 1 1网络层协议IP（Internet

12、Protocol）ICMP（Internet Control Message Protocol）IGMP（Internet Group Management Protocol）ARP（Address Resolution Protocol）/RARP 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.3 TCP/IP各层的协议各层的协议 2 2传输层协议 TCP（Transmission Control Protocol） UDP（User Datagram Protocol） 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.3 TCP/IP各层的协议各层的协

13、议 3应用层协议 TELNET（远程终端协议）FTP（文件传输协议）SMTP（简单邮件传输协议）DNS（域名系统） 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.3 TCP/IP各层的协议各层的协议 3应用层协议 DHCP（动态主机配置协议）RIP（路由信息协议）HTTP（超文本传输协议）SNMP（简单网络管理协议） 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.4 TCP/IP协议端口号协议端口号 端口号：是程序或服务的标识。用于传送上层信息，用于标识此信息是由哪个上层程序传下来的。端口号的范围：低于255:用于公共应用 从255到1023:分配给公司

14、用于商业的应用 高于1023:没有限制 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.4 TCP/IP协议端口号协议端口号 常用端口号：HTTP：80FTP：20/21SMTP：25POP3：110DNS：53TELNET：23 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构 2.3.5 TCP/IP与与OSI模型的关系模型的关系 2.4.1 IP地址和子网掩码地址和子网掩码 1.为什么要引入IP地址 在网络中，为了实现不同计算机之间的通信，每台计算机都必须有一个唯一的地址 。 2.4.1 IP地址和子网掩码地址和子网掩码 2.什么是IP地址IP地址是一个32位二

15、进制数，用于标识网络中的一台计算机。IP地址通常以两种方式表示：二进制和十进制 二进制表示：在计算机内部，IP地址用32位二进制数表示，每8位为一段，共4段。如：10001100.00001110.01101011.11001000 十进制表示：为了方便使用，通常将每段转换为十进制数。如10000011.01101011. 00010000.11001000转换后的格式为：00。这种格式是我们在计算机中所配置的IP地址的格式 2.4.1 IP地址和子网掩码地址和子网掩码 3.IP地址的组成网络ID：用来标识计算机所在的网络，也可以说是网络的编号 主机ID：用来标识网络内

16、的不同计算机，即计算机的编号 2.4.1 IP地址和子网掩码地址和子网掩码 4.IP地址的分类 2.4.1 IP地址和子网掩码地址和子网掩码 4.IP地址的分类A类地址：第一组数（前8位）表示网络号，且最高位为0，这样只有7位可以表示网络号，能够表示的网络号有27-2=126（去掉全“0”和全“1”的两个地址）个，范围是：。后三组数（24位）表示主机号，能够表示的主机号的个数是224-2=16777214个，即A类网络中可容纳16777214台主机。A类地址只分配给超大型网络。 2.4.1 IP地址和子网掩码地址和子网掩码 4.IP地址的分类B类地址：前两组数（

17、前16位）表示网络号，后两组数（后16位）表示主机号。且最高位为10，能够表示的网络号为214=16384个，范围是：。B类网络可以容纳的主机数为216-2=65534台主机。B类IP地址通常用于中等规模的网络。 2.4.1 IP地址和子网掩码地址和子网掩码 4.IP地址的分类C类地址：前三组数表示网络号，最后一组数表示主机号，且最高位为110，最大网络数为221=2097152，范围是：，可以容纳的主机数为28-2=254台主机。C类IP地址通常用于小型的网络。 2.4.1 IP地址和子网掩码地址和子网掩码

18、4.IP地址的分类D类地址：最高位为1110，是多播地址E类地址：最高位为11110，保留在今后使用。注意，在网络中只能为计算机配置A、B、C三类IP地址，而不能配置D、E两类地址。 2.4.1 IP地址和子网掩码地址和子网掩码 5.几个特殊的IP地址主机号全0：表示网络号，不能分配给主机。如为网络地址主机号全1：表示向指定子网发广播。如55表示向网络发广播。55：本子网内广播地址 127.XYZ：测试地址，不能配置给计算机 2.4.1 IP地址和子网掩码地址和子网掩码 6. IP地址的分配 按照IP地址的分配方式，IP地址可以分为公有IP和私有IP。公有IP地址：在互联网中