第6章 关于TCPIP体系结构各层的实现

1、1第第6章章 关于关于TCPIP体系结构各层的实现体系结构各层的实现2本章内容n6.1 网络操作系统n6.2 网络软件与协议栈n6.3 物理层的实现n6.4 数据链路层的实现n6.5 网络层的实现n6.6 传输层的实现n6.7 应用层的实现36.1 网络网络操作系统操作系统n什么是网络操作系统？使网络上各计算机能方便而有效地共享网络资源，为网络用户提供所需的通信和各种其他服务的软件和有关规程的集合。6.1.1 网络网络操作操作概述概述n在网络上的计算机由于各机器的硬件特性、数据表示格式及其他方面要求的不同，为了能正确进行互相通信并相互理解通信内容，相互之间有许多约定或规程。n20世纪90年代初

2、期，Novell公司的Netware。n基本任务进程管理、存储管理、文件系统、设备管理、网络通信、共享资源管理、网络管理、网络服务、应用互操作。46.1.2 网络操作系统的网络操作系统的分类分类n按照其发展历程对等结构网络操作系统向非对等结构网络操作系统演变。Web、FTP、电子邮件应用反向转变，即时通信软件和P2P的影响。n网络操作系统的底层协议栈实现通常分为硬件实现和软件实现两部分。以PC机为例，其中，TCP/IP协议栈中最底层的网络接口层通常是以硬件形式在网卡中实现的，而TCP/IP协议栈的传输层、互联网层的实现通常是以网络操作系统内置网络协议软件模块的形式存在，TCP/IP协议栈的应用

3、层则以独立的网络应用软件的形式存在，它遵循相应应用层协议的约定，并通过调用操作系统内核中网络协议栈接口的方式接收或发送数据。56.2 网络软件与协议栈网络软件与协议栈n所有的网络软件，要想正确的实现通信双方的数据交换，就必须遵守相应网络协议的约定。我们经常会用网络协议的名字来泛指所有实现该协议功能的软件，如FTP软件、Telnet软件等。66.2.1 协议协议层次结构层次结构n不同机器上构成相应层次的实体称为对等体对等体（peer）。它可能是软件过程或硬件设备。一台计算机上的第n层与另一台计算机上的第n层进行对话，该对话所使用的规则和约定就称为第n层协议。76.2.1 协议层次结构协议层次结构

4、n实际上，数据并不是从一台主机的第n层直接传递到另一台主机的第n层，而是先在发送端的主机上将数据通过每一层传递给它的下一层，直到传递到最底层。目标主机则相反流程。n第3层中的对等进程在概念上可以认为它们的通信是“水平的”，它们都使用了第3层协议。每一个对等进程可能都有一个类似于SendToOtherSide和GetFromOtherSide这样的过程，但这些过程实际上是通过层之间的接口与底层进行通信，并不是直接与另一端进行通信的。86.2.2 服务原语服务原语n一个服务由一组原语原语（primitive）正式说明。原语告诉服务要执行某个动作，或者将对等实体所执行的动作报告给用户。9面向连接服务

5、提供的6个服务原语6.2.2 服务原语服务原语n这些原语在客户机服务器环境中可用来实现“请求应答”式的应用。106.2.3 服务与协议的服务与协议的关系关系n服务和协议是两个截然不同的概念。服务是指某一层向它的上一层提供的一组原语。协议是一组规则，它规定了同一层上对等实体之间所交换的数据包或报文的格式和含义。116.3 物理层的物理层的实现实现n物理层通过硬件方式实现。n网卡同时工作于物理层和数据链路层。在物理层的实现上，网卡负责与传输介质物理连接，把计算机产生、要传输的数据转换成可以在传输介质上传输的信号。n中继器是模拟设备，主要用来处理自己所连的线缆上的信号。在一段线缆上出现的信号被清理、

6、放大，然后再被放到另一段线缆上。中继器并不理解帧、分组，它们只知道把比特编码成电压的符号。n集线器有许多条输入线路，它将这些输入线路连接在一起。从任何一条线路上到达的帧都被发送到所有其他的线路上。如果两帧同时到达，它们就会冲突，就好像它们在同一根同轴电缆上遇到后会发生碰撞一样。连接到同一个集线器上的所有线路必须以同样的速度运行。集线器与中继器不同，它们通常不会放大入境信号，并且前者有多条输入线路，但两者之间的差别不大，集线器也不会检查数据链路层地址。126.4 数据链路层的数据链路层的实现实现n数据链路层的具体实现以软件为主、硬件为辅。具备数据链路层功能实现的硬件设备包括网卡、网桥和二层交换机

7、等。n数据链路层涉及的软件主要有网桥和交换机中安装的专用网络互连操作系统，它负责帧的发送与接收、封装与拆封、数据差错检查等工作，同时还承担着对网桥和交换机的管理工作。专用网络互连操作系统通常在网络硬件设备出厂时就已预装好，其中部分功能由网络硬件设备中的固件或芯片实现。136.5 网络层的实现网络层的实现n网络层通过软件方式实现。具备网络层功能实现的硬件设备主要有三层交换机和路由器等。n网络层中的核心协议是IP协议（包括Ipv4协议和Ipv6协议），它保证了网络节点（包括网络设备和主机）在网络层能够按照标准协议互相通信。n网络层涉及的软件主要有三层交换机、路由器中安装的专用网络互连操作系统中的网

8、络层实现部分。它的主要功能是实现IP数据报的正确转发，以及各种路由协议的实现。146.6 传输层的传输层的实现实现n传输层通过软件方式实现。具备传输层功能实现的硬件设备主要有四层交换机等。n传输层的功能是在源结点和目的结点之间提供端到端的、高效的数据传输功能。两个主要的传输层协议是面向连接的TCP协议和无连接的UDP协议。n四层交换机不仅可以根据源地址或目的地址，还可以基于源端口或目的端口进行数据包的过滤。n传输层涉及的软件主要有四层交换机中安装的专用网络操作系统中的传输层实现部分。156.7 应用层的应用层的实现实现n应用层通过软件方式实现。具备应用层功能实现的硬件设备主要有主机、七层交换机

9、等。n应用层一般以网络应用程序的形式存在。在应用层中，我们可以找到所有与用户直接交互的网络应用。应用层下面的各层只是提供了网络传输服务，它们并不直接为用户工作。166.7 应用层的应用层的实现实现n每一层所对应的网络寻址方法、协议的数据结构和应用范围。17习题习题n试解释什么是网络操作系统，它与单机操作系统的区别。n试解释网络软件和网络协议/协议栈之间的关系。n试解释什么是服务原语？n试解释服务与协议之间的关系。n假设实现第K层操作的算法发生了变化。试问这会影响到第K-1和第K+1层的操作吗？n试分别列出TCP/IP体系结构中每层的具体实现中所涉及的主要硬件。18编程编程实验实验n开发一个支持半双工分层通信软件的C程序。实验中提供给你每一层的接口协