计算机网络应用基础教案-1.4网络体系结构与网络协议基础

1、1.4网络体系结构与网络协议基础教学内容：网络体系结构与网络协议基础。教学目的：了解网络体系结构与网络协议基础。教学重难点：网络参考模型各层的功能划分。教学课时：2课时教学过程：一、OSI参考模型。ISO开放系统互连参考模型。OSI是Open System Interconnect的缩写，意为开放式系统互联。 一般都叫OSI参考模型，是ISO（国际标准化组织）组织在1985年研究的网络互联模型。该体系结构标准定义了网络互连的七层框架（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层）划分原则ISO为了更好的使网络应用更为普及，就推出了OSI参考模型。其含义就是推荐所有公司使用这个规范

2、来控制网络。这样所有公司都有相同的规范，就能互联了。提供各种网络服务功能的计算机网络系统是非常复杂的。根据分而治之的原则，ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分原则是：（1）网路中各节点都有相同的层次；（2）不同节点的同等层具有相同的功能；（3）同一节点内相邻层之间通过接口通信；（4）每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；（5）不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。分层功能第7层应用层：OSI中的最高层。为特定类型的网络应用提供了访问OSI环境的手段。应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为应用进程的用户

3、代理，来完成一些为进行信息交换所必需的功能。它包括：文件传送访问和管理FTAM、虚拟终端VT、事务处理TP、远程数据库访问RDA、制造报文规范MMS、目录服务DS等协议；应用层能与应用程序界面沟通，以达到展示给用户的目的。 在此常见的协议有:HTTP，HTTPS，FTP，TELNET，SSH，SMTP，POP3等。第6层表示层：主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式。为上层用户解决用户信息的语法问题。它包括数据格式交换、数据加密与解密、数据压缩与终端类型的转换。第5层会话层：在两个节点之间建立端连接。为端系统的应用程序之间提供了对话控制机制。此服务包括建立连接是以全双工还是以半双工的方式

4、进行设置，尽管可以在层4中处理双工方式 ；会话层管理登入和注销过程。它具体管理两个用户和进程之间的对话。如果在某一时刻只允许一个用户执行一项特定的操作，会话层协议就会管理这些操作，如阻止两个用户同时更新数据库中的同一组数据。第4层传输层：常规数据递送面向连接或无连接。为会话层用户提供一个端到端的可靠、透明和优化的数据传输服务机制。包括全双工或半双工、流控制和错误恢复服务；传输层把消息分成若干个分组，并在接收端对它们进行重组。不同的分组可以通过不同的连接传送到主机。这样既能获得较高的带宽，又不影响会话层。在建立连接时传输层可以请求服务质量，该服务质量指定可接受的误码率、延迟量、安全性等参数，还可

5、以实现基于端到端的流量控制功能。第3层网络层：本层通过寻址来建立两个节点之间的连接，为源端的运输层送来的分组，选择合适的路由和交换节点，正确无误地按照地址传送给目的端的运输层。它包括通过互连网络来路由和中继数据 ；除了选择路由之外，网络层还负责建立和维护连接，控制网络上的拥塞以及在必要的时候生成计费信息。第2层数据链路层：在此层将数据分帧，并处理流控制。屏蔽物理层，为网络层提供一个数据链路的连接，在一条有可能出差错的物理连接上，进行几乎无差错的数据传输（差错控制）。本层指定拓扑结构并提供硬件寻址；第1层物理层：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物理连

6、接，以便透明的传送比特流。数据发送时，从第七层传到第一层，接收数据则相反。上三层总称应用层，用来控制软件方面。下四层总称数据流层，用来管理硬件。除了物理层之外其他层都是用软件实现的。数据在发至数据流层的时候将被拆分。在传输层的数据叫段，网络层叫包，数据链路层叫帧，物理层叫比特流，这样的叫法叫PDU（协议数据单元）二、TCP/IP网络协议。TCP/IP协议不是TCP和IP这两个协议的合称，而是指因特网整个TCP/IP协议族。 TCP/IP协议模块关系从协议分层模型方面来讲，TCP/IP由四个层次组成：网络接口层、网络层、传输层、应用层。网络接口层物理层是定义物理介质的各种特性：1、机械特性；2、

7、电子特性；3、功能特性；4、规程特性。数据链路层是负责接收IP数据包并通过网络发送，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据包，交给IP层。常见的接口层协议有：Ethernet 802.3、Token Ring 802.5、X.25、Frame relay、HDLC、PPP ATM等。网络层负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面。处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径-假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿

8、，则转发该数据报。处理路径、流控、拥塞等问题。网络层包括：IP(Internet Protocol）协议、ICMP(Internet Control Message Protocol)控制报文协议、ARP(Address Resolution Protocol）地址转换协议、RARP(Reverse ARP)反向地址转换协议。IP是网络层的核心，通过路由选择将下一条IP封装后交给接口层。IP数据报是无连接服务。ICMP是网络层的补充，可以回送报文。用来检测网络是否通畅。Ping命令就是发送ICMP的echo包，通过回送的echo relay进行网络测试。ARP是正向地址解析协议，通过已知的IP

9、，寻找对应主机的MAC地址。RARP是反向地址解析协议，通过MAC地址确定IP地址。比如无盘工作站还有DHCP服务。传输层提供应用程序间的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠传输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送，即耳熟能详的“三次握手”过程，从而提供可靠的数据传输。传输层协议主要是：传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol）和用户数据报协议UDP(User Datagram protocol）。应用层向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TEL

10、NET协议提供在网络其它主机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。应用层协议主要包括如下几个：FTP、TELNET、DNS、SMTP、NFS、HTTP。FTP(File Transfer Protocol）是文件传输协议，一般上传下载用FTP服务，数据端口是20H，控制端口是21H。Telnet服务是用户远程登录服务，使用23H端口，使用明码传送，保密性差、简单方便。DNS(Domain Name Service）是域名解析服务，提供域名到IP地址之间的转换，使用端口53。SMTP(Simple Mail Transfer Protocol）是简单邮件传输协议，用来控制信件的发