软件1403二组作业组长李轩

1、 第第3 3章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 本章要点本章要点 掌握掌握OSIOSI参考模型的结构和各层功能。参考模型的结构和各层功能。 了解网络体系结构分类、功能特点。了解网络体系结构分类、功能特点。掌握掌握TCP/IPTCP/IP体系结构的层次和功能。体系结构的层次和功能。 本章内容本章内容 基本概念 OSI模型 TCP/IP模型互动问答互动问答什么是网络协议？举例说明协议三要素网络体系结构是什么？网络为什么要分层？什么是OSI参考模型？简述OSI参考模型各层功能什么是帧？什么是TCP/IP？基本概念基本概念 网络协议网络协议1 1协议的分层结构协议的分层结构 2 2选择通信协议

2、的原则选择通信协议的原则 3 3 没有协议就没有网络，每一种计算机网络都有一套协议支持着。由于计算机网络的种类多，所以协议的种类也很多。 所有协议的目的和功能是一样的，都是保证网络上的信息能畅通无阻、准确无误地传输到目的地。网络协议的重要性：网络协议的重要性： 网络协议网络协议 基本概念基本概念 什么是网络协议？什么是网络协议？就是就是使计算机网络能协同工作实现信息使计算机网络能协同工作实现信息交换和资源共享必须遵循某种互相都能接受的规则、交换和资源共享必须遵循某种互相都能接受的规则、标准或约定。标准或约定。 网络协议的网络协议的3 3要素：语法、语义和同步要素：语法、语义和同步基本概念基本概

3、念 （Syntax）:规定通信双方“如何讲”，确定数据与控制信息的结构、格式、信号电平等，一般以二进制形式表示。 （Semantics）:规定通信双方“讲什么”，确定协议元素的种类，即需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种应答。 （Timing）:包括速度匹配和排序等，即事件实现顺序的详细说明。3. 3. 选择通信协议的原则选择通信协议的原则所选择的协议要与网络结构和功能相一致。除特殊情况外，一个网络应该尽量只选择一种 通信协议。 每个版本的协议都有它最适合的网络环境。 两台实现互连的计算机之间进行通信，它们使 用的通信协议必须相同。 协议的外部特点协议的外部特点 计算机网络软、硬件厂商

4、在生产网络产品时，是按照协议规定的规则生产产品，使生产出的产品符合协议规定的标准，但生产厂商选择什么电子元件、使用何种语言是不受约束的。计算机网络体系结构计算机网络体系结构 一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集。对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构模型。计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的。 分层原则分层原则网络中各结点都具相同的层次；不同结点的相同层具有相同的功能；同一结点内各相邻层之间通过接口通信； 每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。协议的分层结构协议的分层结构 协议分层结构的思想协议分层结

5、构的思想是用一个模块的集合来完成是用一个模块的集合来完成不同的通信功能，以简化设计的复杂性。大多数的不同的通信功能，以简化设计的复杂性。大多数的网络都按照层或级的方式来组织，每一层完成特定网络都按照层或级的方式来组织，每一层完成特定的功能，每一层都建立在它的下层之上。的功能，每一层都建立在它的下层之上。协议的分层结构 层次结构的优点 各层之间相互独立，复杂程度下降。 结构上可分隔开:各层都可以采用最合适的 技术来实现。 易于实现和维护:系统已被分解为若干个相 对独立的子系统。 灵活性好:一层发生变化其他各层不受影响 能促进标准化工作:每一层的功能及所提供的 服务都有精确的说明。 计算机网络体系

6、结构计算机网络体系结构6. 6.网络体系结构网络体系结构网络体系结构的概念网络体系结构的概念1 1 网络体系结构的功能网络体系结构的功能 2 2 网络体系结构的特点网络体系结构的特点 3 3网络体系结构的种类网络体系结构的种类4 4 网络体系结构的概念网络体系结构的概念 计算机网络各层、对等进程通信的协议的集合称为，它是计算机网络及其部件所应完成功能的比较精确的定义。从功能的角度描述计算机网络的结构。 体系结构只定义网络及其部件通过协议应当完成的功能，不定义协议的实现细节和各层协议之间的接口关系。网络体系结构的功能网络体系结构的功能 1、连接源节点和目的节点的物理传输线路，可以经过中间节点。

7、2、每条线路两端的节点应当进行二进制通信。 3、保证无差错的信息传送。 4、多个用户共享一条物理线路。 5、路由选择。网络体系结构的特点网络体系结构的特点 1、以功能作为划分层次的基础。 2、第N层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第N-1层提供的服务。 3、第N层在向第N+1层提供的服务时，所提供的服务不仅包含第N层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。网络体系结构的种类网络体系结构的种类 网络体系结构分为开放式开放式和专用专用网络体系结构两种。 ISO的OSI/RM 美国国防部的TCP/IP IBM的SNA DEC的DNAOSI OSI模型简介1OSI参考模型的主要特性 2OSI参考

8、模型的信息流动3OSI参考模型各层功能41、OSI模型简介模型简介 1984年，国际化标准组织公布了OSI参考模型。它将整个网络的功能分为7个层次。网络传输介质2、OSI参考模型的主要特性参考模型的主要特性 它是一种将异构系统互连的分层结构，提供了控制互连系统交互规则的标准框架，定义抽象结构，并非具体实现的描述。对等层之间的虚通信必须遵守相应层的协议，如应用层协议、传输层协议、数据链路层协议等。相邻层间接口定义了基本操作和低层向上层提供服务。所有提供的公共服务是面向连接的(如线路交换)或无连接的(存储转发交换)数据通信服务。3、OSI参考模型的信息流动参考模型的信息流动 主机A向主机B传送数据

9、应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层比特流传输主机A主机B加上控制信息加上控制信息加上控制信息加上控制信息加上控制信息加上控制信息去掉控制信息去掉控制信息去掉控制信息去掉控制信息去掉控制信息去掉控制信息4、OSI参考模型各层功能参考模型各层功能 网络层网络层是通信子网与网络高层的界面。主要负责控制通信子网的操作，实现网络上不相邻的数据终端设备之间在穿过通信子网逻辑信道上的准确数据传输。 网络层向传输层提供两种类型的服务数据报服务和虚数据报服务和虚电路服务。电路服务。 网络层传送的数据网络层传送的数据单位是分组或包单位是分组或包。分组运输涉

10、及路由选。分组运输涉及路由选择、流量控制和拥塞控制。择、流量控制和拥塞控制。 表示层表示层应用层还包含大量的应用协议，如虚拟终端协议（Telnet）、简单邮件传输协议（SMTP）、简单网络管理协议（SNMP）、域名服务系统（DNS）和超文本传输协议（HTTP）等。 数据链路层数据链路层 在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接，传输以“帧”为单位的数据包，并采用差错控制与流量控制方法，在不可靠的物理线路上进行无差错的数据传输。 帧是用来在数据链路层保证准确传输的具有特殊格式的数据包。典型的帧结构如下图所示。网络层数据网络层数据CRC控制信息控制信息源地址源地址目的地址

11、目的地址IP报文报文帧首部帧首部帧首部帧首部数据帧数据帧注：链路层地址习惯上称为物理地址即注：链路层地址习惯上称为物理地址即MAC地址地址帧结构举例TCP/IP 3 3. 3. 3TCP/IP简介简介1 1TCP/IP的结构的结构2 2TCP/IP协议协议族族3 34 4TCP/IP 协议特点1、TCP/IP简介简介 TCP/IP是目前最流行的商业化的协议，并被公认为当前的工业标准。 TCP/IP模型实际上是一组协议， TCP/IP协议族包括上百个协议。不同的协议分布在不同的协议层。 由于Internet已经得到了全世界的承认，因此Internet所使用的TCP/IP协议集自然也就成为当今计算

12、机网络领域中使用最广泛的互联网络体系结构。2、TCP/IP 协议特点协议特点 TCP/IP协议具有以下特点： 协议标准具有开放性，其独立于特定的计算机硬件及操作系统； 统一分配网络地址，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的IP地址； 实现了高层协议的标准化，能为用户提供多种可靠的服务。 3、TCP/IP的结构的结构TCP/IP各层的功能各层的功能TCP/IPTCP/IP模型模型分层分层主主 要要 功功 能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负责相邻计算机之间（即点对点）通信，包括处理负责相邻

13、计算机之间（即点对点）通信，包括处理来自传输层的发送分组请求，检查并转发数据报，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径选择，流量控制及拥塞控制并处理与此相关的路径选择，流量控制及拥塞控制等问题。等问题。传输层传输层提供可靠的端到端的数据传输，确保源主机传送分提供可靠的端到端的数据传输，确保源主机传送分组到达并正确到达目标主机。组到达并正确到达目标主机。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，FTPFTP等等4、TCP/IP协议族协议族SMTPDNSFTPTelnet其他协议TCPUDPICMPIPARP RARPTCP/IP

14、各层协议关系各层协议关系EthernetToken Ring其他协议应用层应用层传输层传输层网络互联层网络互联层网路接口层网路接口层4、TCP/IP协议族协议族网络接口层协议网络接口层协议 网络接口层是TCP/IP协议的最低层，是负责网络层与硬体设备间的联系， 这一层的协议非常多，包括逻辑链路控制和媒体访问控制。 4、TCP/IP协议族协议族网络互连层网络互连层网际协议（网际协议（IP） 它是一种无连接协议，IP协议的任务是对数据包进行相应的寻址和路由，使其通过网络。IP报头附加在每个数据报上，并加入源地址、目的地址等。 它的主要功能是路由选择和拥塞控制。4、TCP/IP协议族协议族网络互连层

15、网络互连层因特网控制报文协议（因特网控制报文协议（ICMP） 它为IP协议提供差错报告。因为IP是无连接的，且不进行差错控制，所以发生错误时不能检测错误。ICMP能报告一些错误类型。地址解析协议（地址解析协议（ARP） 将IP地址转换为MAC地址。 MAC地址（Media Access Control介质访问地址）是指网络上每个设备所对应的一个唯一的物理地址。 MAC地址由网卡生产商烧入网卡的芯片中，具有全球唯一性。例如著名的以太网卡，物理地址是48位的整数。4、TCP/IP协议族协议族传输层协议传输层协议传输控制协议（传输控制协议（TCP）TCP协议是可靠的、面向连接的协议。它用于包交换的计算机通信网络、互连系统以及类似的网络拓扑，保证通信主机之间有可靠的字节流传输。 用户数据报协议（用户数据报协议（UDP）UDP是一种不可靠的、无连接协议。它最大的优点是协议简单，额外开销小，效率较高；缺点是不保证正确传输，也不排除重复信息的发生。 4、TCP/IP协议族协议族应用层协议应用层协议超文本传输协议（超文本传输协议（HTTP）：）：提供WWW服务文件传输协议（文件传输协议（FTP）：）：最常用