第2章 网络体系结构及网络协议

1、授课班级：授课班级：B0803B0803、0404授课教师：姜春霞授课教师：姜春霞TELTEL：1384153717613841537176E-mailE-mail：ly_ly_课前回顾！按逻辑功能：计算机网络可分为两部分?计算机网络拓扑结构？通信子网数据交换方式分类？各种数据交换方式的原理和特点？本章学习要求本章学习要求： 掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念 掌握：网络体系结构的层次化研究方法 掌握：OSI参考模型及各层的基本服务功能 掌握：TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本服务 功能与主要协议 了解：OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较引入计算机之间通信必须遵守标

2、准和规范OSI参考模型是计算机通信的开放式标准网络层次模型结构网络层次模型结构 网络层次结构网络层次结构 如何实现异构性网络之间的数据通信？如何实现异构性网络之间的数据通信？ 这就是网络体系结构要解决的问题。网络体系结构解决异质性网这就是网络体系结构要解决的问题。网络体系结构解决异质性网络的通信问题采用的是分层方法。络的通信问题采用的是分层方法。 层次结构层次结构 层次结构就是把一个复杂的系统设计问题分解成多个层次分明的层次结构就是把一个复杂的系统设计问题分解成多个层次分明的局部问题，并规定每一层所必须完成的功能。基本的网络体系结构就局部问题，并规定每一层所必须完成的功能。基本的网络体系结构就

3、是层次结构模型。是层次结构模型。 现实社会存在的邮政系统现实社会存在的邮政系统2.1 2.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念 网络协议网络协议是是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准为网络数据交换而制定的规则、约定与标准 网络协议的三要素：网络协议的三要素：语义语义、语法语法与与时序时序； 语义：语义： 语法：语法： 时序：时序：2.1.1 网络协议网络协议 network protocol 网络体系结构网络体系结构（Network ArchitectureNetwork Architecture）指网络层次结构模型和各层协）指网络层次结构模型和各层协议的集合或者精确定义计算机

4、网络及其部件所应完成的功能的。议的集合或者精确定义计算机网络及其部件所应完成的功能的。 对等层：对等层：不同系统的相同层次。（同等层）不同系统的相同层次。（同等层） 接口（接口（ interfaceinterface ）：）：同一系统相邻两层之间交互的界面，定义相邻两同一系统相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。层之间的操作及下层对上层的服务。 服务访问点服务访问点（Service Access Point,SAP)Service Access Point,SAP)：同一系统相邻两层实体交换同一系统相邻两层实体交换信息的地方。是相邻两层实体的逻辑接口。信息的地方。是

5、相邻两层实体的逻辑接口。 服务：服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。 从信息角度看，各层的服务分为：从信息角度看，各层的服务分为：面向连接的服务和面向无连接的服务面向连接的服务和面向无连接的服务网络体系结构网络体系结构 Network Architecture对等层间通信物 理 层数据链路层传 输 层网 络 层会 话 层应 用 层表 示 层物 理 层数据链路层传 输 层网 络 层会 话 层应 用 层表 示 层OSIOSI参考模型参考模型 在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织是：在制定计算机网络标准

6、方面，起着很大作用的两大国际组织是： 国际电报与电话咨询委员会国际电报与电话咨询委员会 CCITT，Consultative Committee on International Telegraph and Telephone 国际标准化组织国际标准化组织 ISO，International Standards Organization CCITT与与ISO的工作领域是不同的：的工作领域是不同的： CCITT 主要是考虑通信标准的制定主要是考虑通信标准的制定 ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构主要是考虑信息处理与网络体系结构OSIOSI参考模型参考模型OSI参考模型处理数据格式处理数据格式

7、提供应用程序间通信提供应用程序间通信建立，维护和管理会话建立，维护和管理会话端到端的连接端到端的连接寻址和路由选择寻址和路由选择介质访问，链路管理介质访问，链路管理比特流传输比特流传输1 1物 理 层2 2数据链路层4 4传 输 层3 3网 络 层5 5会 话 层7 7应 用 层6 6表 示 层Physical LayerData Link LayerNetwork LayerTransport LayerSession LayerPresentation LayerApplication Layer链路层链路层协议协议物理层物理层协议协议网络层网络层协议协议分组流分组流比特流比特流帧流帧流报

8、文流报文流应用层应用层7 7应用层应用层传输层传输层4 4传输层传输层网络层网络层3 3网络层网络层链路层链路层2 2链路层链路层物理层物理层1 1物理层物理层表示层表示层6 6表示层表示层会话层会话层5 5会话层会话层报文流报文流报文流报文流报文流报文流网络层网络层网络层网络层链路层链路层链路层链路层物理层物理层物理层物理层子子网网内内部部协协议议转发节点转发节点转发节点转发节点通信子网通信子网网络标准化与模型网络标准化与模型层次间关系物 理 层数据链路层传 输 层网 络 层会 话 层应 用 层表 示 层物 理 层数据链路层传 输 层网 络 层会 话 层应 用 层表 示 层传输介质对等层间通

9、信物 理 层数据链路层传 输 层网 络 层会 话 层应 用 层表 示 层物 理 层数据链路层传 输 层网 络 层会 话 层应 用 层表 示 层17OSIOSI参考模型参考模型OSIOSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能物理层的主要功能物理层的主要功能： 物理层处于OSI参考模型的最底层。物理层的主要功能是利用物理传输介质，为数据链路层提供连接，（1）机械特性）机械特性 物理连接时所使用可接插连接器的形状和尺寸，以及连接器中引脚的物理连接时所使用可接插连接器的形状和尺寸，以及连接器中引脚的数量与排列等。数量与排列等。（2）电气特性）电气特性 物理连接上传输二进制比特流时线路上信号电平高低、阻

10、抗匹配、传物理连接上传输二进制比特流时线路上信号电平高低、阻抗匹配、传输速率与距离限制。输速率与距离限制。（3）功能特性）功能特性 物理接口上各条信号线的功能分配和准确定义，说明某些连线上出现物理接口上各条信号线的功能分配和准确定义，说明某些连线上出现的某一电平所表示的意义。的某一电平所表示的意义。（4）规程特性）规程特性 定义了信号线进行二进制比特流传输的一组操作过程。定义了信号线进行二进制比特流传输的一组操作过程。物理层的四个特性：物理层的四个特性：数据链路层的主要功能：数据链路层的主要功能： 在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，采用

11、差错控制、流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。 链路：数据传输中任何两个相邻节点间传输信息的物理线链路：数据传输中任何两个相邻节点间传输信息的物理线路。路。 在网络中，从一方到另一方的通信通常是由许多链路串接在网络中，从一方到另一方的通信通常是由许多链路串接而成的，这就是数据链路，也称数据通路。而成的，这就是数据链路，也称数据通路。 帧帧(Frame)(Frame)数据链路层中的信息传输单位。（帧分为数据链路层中的信息传输单位。（帧分为帧头、信息和帧尾帧头、信息和帧尾3 3个字段。）个字段。）网络层的主要功能：网络层的主要功能： 网络层主要任务是通过路由算法，为分组通过通信子

12、网选择最适当的路径。它要实现路由选择、阻塞控制与网络互联等功能传输层的主要功能：传输层的主要功能： 传输层的主要任务是向用户提供可靠的端到端（End-to-End）服务，透明地传送报文。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最关键的一层。会话层的主要功能会话层的主要功能： 会话层的主要任务是组织两个会话进程之间的通信，并管理数据交换。表示层的主要功能表示层的主要功能： 表示层主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。应用层的主要功能应用层的主要功能: : 应用层的作用主要是为应用程序提供接口，从而使得应用程序

13、能够使用网络服务。 常见的应用层协议http、ftp、smtp、pop3、telnet、dns等允许接入网络资源允许接入网络资源应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层建立、管理和终止会话建立、管理和终止会话将分组从源端传送到目的端；将分组从源端传送到目的端；提供网络互联提供网络互联在媒体上传输比特；在媒体上传输比特；提供机械的和电气的规约提供机械的和电气的规约对数据进行转换、对数据进行转换、加密和压缩加密和压缩提供可靠的进程到进程的提供可靠的进程到进程的报文传输和差错恢复报文传输和差错恢复将比特组装成帧；将比特组装成帧；提供节点到节点方式的

14、传输提供节点到节点方式的传输OSI参考模型各层功能参考模型各层功能例子1 FTP允许你选择binary和ASCII两种传输方式。如果是binary方式，发送端就不会改变文件的内容。如果是ASCII方式，发送端就会先把内容从发送端的字符集转换成标准的ASCII码再发送。接受端再从ASCII码转换为本地的字符集。表示层表示层例子2 例如：增加一个传输文件的选项，即文件传输服务。应用层应用层例子3 从ATM提款机提款时，需要插卡、输入密码、输入提款金额、提取现金。每一步都需要上一步确认。会话层会话层例子4 对于一个运行IP的Cisco路由器来说，它会检查包的目的IP，将这个IP同路由表进行比较，如果

15、输出界面需要一个比较小的包的话，还需要对包进行分片，然后将包送入队列等待发送。网络层网络层例子5 TCP提供了一个4200字节的数据段给IP进行投递。如果某种媒体不能传输4200个字节的包，那么IP将对数据进行分片。这样，接收端的TCP也许就会接收到3个不同的1400字节的段。并且，接收段可能按照和发送不同的顺序接收，所以它需要记录接收的段，并将它们重组为4200字节的段。然后将数据送给上一层。传输层传输层例子6 RJ45定义了连接器的形状和电缆芯/针的数量。Ethernet和802.3定义了1，2，3，6芯/针的使用。所以一根给Ethernet使用的带有RJ45连接器的5类电缆，同时应用了E

16、thernet和802.3对应层规范。物理层物理层复习1、OSI参考模型按顺序有哪些层？（）A、应用层、传输层、网络层、物理层B、应用层、表示层、会话层、网络层、传输层、数据链路层、物理层C、应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层D、应用层、会话层、传输层、物理层2、在OSI七层模型中，网络层的功能有（）A、确保数据的传送正确无误B、确定数据包如何转发与路由C、在信道上传送比特流D、纠错与流控CB复习：续13、在OSI七层模型中，（）哪一层实现对数据的加密。A、传输层B、表示层C、应用层D、网络层4、网络层传输的数据叫做（）。A、比特B、包C、段D、帧BB5、TCP/IP协

17、议栈中传输层的协议有（）A、TCPB、ICMPC、UDPD、IPAC复习：续26、数据从上到下封装的格式为（）。A、比特包帧段数据B、数据段包帧比特C、比特帧包段数据D、数据包段帧比特B2.2.4 OSI环境中的数据传输过程环境中的数据传输过程1. OSI环境（环境（OSI environment）2. OSI环境中的数据传输过程环境中的数据传输过程 OSI中数据传输过程 OSI参考模型中，参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。 而传输层及以下各层的而传输层及以下各层的PDU另外

18、还有各自特定的名称：另外还有各自特定的名称： 传输层传输层报文（报文（message） 网络层网络层分组（数据报）（分组（数据报）（Packet） 数据链路层数据链路层数据帧（数据帧（Frame） 物理层物理层比特（比特（Bit）OSI中数据传输过程数据封装数据封装一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，先必须打包，打包的过程成为封装打包的过程成为封装。封装就是在数据前面加上特定的协议头部。封装就是在数据前面加上特定的协议头部。OSI参考模型7层的运行方式各层的数据单元ALPLSLTLNLDLPHL7654321分组分组(Packet)帧

19、帧(Frame)比特流比特流(Bits Stream)TPDUAPDUPPDUSPDUPacket Header+TPDUFH+Packet+FT0100011010110011100101101TH+SPDUAPDUPH+APDUSH+PPDUPDU: Protocol Data Unit，协议数据单元物理层物理层数据链数据链路层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PB系统系统B物理层物理层数据链数据链路层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PA系统系统A物理层物理层数据链数据链路层路层网络层网络层物理层物理层数据链数据链路层路层网络层

20、网络层传输介质传输介质OSI中的数据流中的数据流报文报文分组分组帧帧结点结点2结点结点1 网络中数据的流动主机A主机BAPDUPPDUSPDUTPDUPacketFrameBits7654321APDUPPDUSPDUTPDUPacketFrameBits7654321PacketFrameBits路由器网络网络1网络网络2主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输

21、层报文主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体主机 1 向主机 2 发送数据 应用层(application layer) 5432154321物理传输媒体主机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒

22、体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层主机 2主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1A

23、P2AP1主机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部主机 1 向主机 2 发送数据

24、5432154321主机 1AP2AP1主机 210100110100101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输

25、层H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！The OSI Reference Model2.2.5 面向连接服务与无连接服务面向连接服务与无连接服务通信服

26、务可以分为两大类：通信服务可以分为两大类： 面向连接服务（面向连接服务（connect-oriented service） 无连接服务（无连接服务（connectless service） 面向连接服务的特点面向连接服务的特点 面向连接服务的数据传输过程必须经过面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连连接建立、连接维护与释放连接接维护与释放连接的三个过程；的三个过程； 面向连接服务的在数据传输过程中，各分组可以不携面向连接服务的在数据传输过程中，各分组可以不携带目的结点的地址；带目的结点的地址； 面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性

27、好，但是协议复杂，通信效率不高好，但是协议复杂，通信效率不高。无连接服务的特点无连接服务的特点 无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址，无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址，各分组在系统中是独立传送的；各分组在系统中是独立传送的； 数据分组传输过程中，目的结点接收的数据分组可能数据分组传输过程中，目的结点接收的数据分组可能出现乱序、重复与丢失的现象；出现乱序、重复与丢失的现象； 无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信效率较高。效率较高。1 . 网络体系结构？2 . 网络协议及其三要素?3 . 对等层？?4 . OSI层次结构？

28、5 . 各层功能？6.数据流动总结：教学重点和难点：教学重点和难点：u TCP/IPTCP/IP模型结构；模型结构；u TCP/IPTCP/IP各层协议。各层协议。u OSIOSI与与TCP/IPTCP/IP比较比较网络接口层IP各种应用层协议HTTP, FTP, SMTP, DNS 等TCP网际层运输层UDP应用层TCP: 传输控制协议(Transmission ControlProtocol)IP: 网际协议UDP: 用户数据报协议(User DatagramProtocol)TCP/IPTCP/IP模型各层的功能模型各层的功能 TCP/IPTCP/IP模型模型分层分层主主 要要 功功 能

29、能网络接口层网络接口层定义了定义了InternetInternet与各种物理网络之间的网络接口与各种物理网络之间的网络接口网际层网际层解决主机到主机的通信问题，包括处理来自传输层的发解决主机到主机的通信问题，包括处理来自传输层的发送分组请求，检查并转发数据报，并处理与此相关的路送分组请求，检查并转发数据报，并处理与此相关的路径选择，流量控制及拥塞控制等问题。径选择，流量控制及拥塞控制等问题。传输层传输层提供可靠的端到端的数据传输服务。提供可靠的端到端的数据传输服务。应用层应用层提供各种网络服务，如提供各种网络服务，如SMTPSMTP，DNSDNS，HTTPHTTP，SNMPSNMP等等应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层传输层传输层网际层网际层网络接口层网络接口层OSI与TCP/IP比较TCP/IP中的协议应用层应用层传输层传输层网络接口网络接口网际层网际层文件传输文件传输 FTP TFTP电子邮件电子邮件 SMTP、POP3WWW应用应用 HTTP远程登录远程登录 Telnet网络管理网络管理 SNMP域名管理域名管理 DNS TCP/IP应用层协议应用层应用层传输层传输层网络接口网络接口网际层网际层面向连接的面向连接的 T