第二章 计算机网络体系结构

1、第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构1第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构2本章学习目标本章学习目标1）了解网络标准化组织）了解网络标准化组织2）理解网络协议的概念）理解网络协议的概念3）掌握）掌握OSI参考模型及各层的基本功能参考模型及各层的基本功能4）掌握）掌握TCP/IP参考模型及各层的基本功能参考模型及各层的基本功能5）掌握）掌握TCP/IP协议，重点掌握协议，重点掌握IP地址的划分地址的划分6）能够进行）能够进行IP地址的规划地址的规划第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构32.1 2.1 网络体系结构

2、的基本概念网络体系结构的基本概念 1.1.标准化组织与机构标准化组织与机构 国际标准化组织国际标准化组织ISOISO：OSIOSI参考模型参考模型 电气电子工程师协会电气电子工程师协会IEEEIEEE：局域网标准局域网标准IEEE802.3IEEE802.3 国际电信联盟国际电信联盟ITUITU：V V系列建议和系列建议和X X系列建议系列建议 电子工业协会电子工业协会EIAEIA：通信和布线标准通信和布线标准 美国国家标准协会美国国家标准协会ANSIANSI：光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口 (FDDI)FDDI)标准标准 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构4ISO(Int

3、ernational Organization for Standard ) 成立于成立于1947年年,是世界上最大的国际标准化专门机构，是联是世界上最大的国际标准化专门机构，是联合国甲级咨询机构。合国甲级咨询机构。 它的成员是它的成员是89个成员国的国家标准化组织。个成员国的国家标准化组织。 美国在美国在ISO中的代表是中的代表是ANSI:美国国家标准学会美国国家标准学会(American National Standard Institute,ANSI) ，大家所熟悉的，大家所熟悉的ASCII和和C语言的工业界标语言的工业界标准，就是由准，就是由ANSI所制定的。所制定的。 ISO在网络领

4、域的最突出贡献就是提出在网络领域的最突出贡献就是提出OSI参考模型，该参考模型，该模型是网络发展史上的一个重要里程碑。模型是网络发展史上的一个重要里程碑。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构5IEEEIEEE（Institute of Electrical and Electronic Institute of Electrical and Electronic EngineersEngineers） 电气和电子工程师协会电气和电子工程师协会IEEE是世界上最大的专业技术是世界上最大的专业技术团体，由计算机和工程学专业人士组成。它创办了许多刊物，团体，由计算机和工程学专业人士组成。

5、它创办了许多刊物，定期举行研讨会，还有一个专门负责制定标准的下属机构。定期举行研讨会，还有一个专门负责制定标准的下属机构。IEEE在计算机网络界的最大贡献就是制定了在计算机网络界的最大贡献就是制定了802标准系列，标准系列，802标准将局域网的各种技术进行了标准化。标准将局域网的各种技术进行了标准化。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构62 2RFCRFC文档和文档和InternetInternet协议标准协议标准3. Internet3. Internet管理机构管理机构 InternetInternet协会协会ISOCISOC Internet Internet体系结构委员会体

6、系结构委员会IABIAB：下设下设IETFIETF和和IRTFIRTF Internet Internet网络信息中心网络信息中心InterNICInterNIC WWW WWW联盟联盟 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构7RFC文档 请求评价请求评价RFC文档从文档从1969年年ARPANET出现时就开始出现时就开始存在；存在； 它们是用于它们是用于Internet开发团体的最初的技术文档系列；开发团体的最初的技术文档系列； 任何人都可以提交任何人都可以提交RFC文档，但它并不是一定会成为文档，但它并不是一定会成为标准，事实上很多标准，事实上很多RFC 文档都没有实现；文档都没

7、有实现； RFC文档草案对于从事文档草案对于从事Internet技术研究与开发的技技术研究与开发的技术人员是获得技术发展状况与动态的重要信息来源；术人员是获得技术发展状况与动态的重要信息来源； 读者可以很方便地从相关主机使用读者可以很方便地从相关主机使用FTP、Web和其他和其他的检索方式获取这些文档。的检索方式获取这些文档。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构8协议和体系结构的概念协议原为外交辞令，据说是为了在国与国之间进行协议原为外交辞令，据说是为了在国与国之间进行顺利交流而规定的约束事项顺利交流而规定的约束事项(规则规则)。我们平时进行交流时都要遵循一定的规则我们平时进行交

8、流时都要遵循一定的规则:在法庭，双方必须按照一定的次序轮流发言；在法庭，双方必须按照一定的次序轮流发言；开车时，转弯必须打出信号来通知周围的车辆；开车时，转弯必须打出信号来通知周围的车辆；第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构9协议和体系结构的概念计算机网络中，协议的定义是计算机网络中实体之计算机网络中，协议的定义是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。协议有三个要素，即：间有关通信规则约定的集合。协议有三个要素，即：（1）语义（）语义（Semantics）：控制信息的内容，需）：控制信息的内容，需要做出的动作及响应。要做出的动作及响应。（2）语法（）语法（Syntax）：数据

9、与控制信息的格式、）：数据与控制信息的格式、数据编码等。数据编码等。（3）时序（）时序（Timing）：事件先后顺序和速度匹配。）：事件先后顺序和速度匹配。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构10层次（layer） 层次是人们对复杂问题处理的基本方法层次是人们对复杂问题处理的基本方法； 将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；将总体要实现的很多功能分配在不同层次中； 对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定；对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定； 不同的系统分成相同的层次；不同的系统分成相同的层次； 不同系统的最低层之间存在着不同系统的最低层之间存在着“物理物理”通信

10、；通信； 不同系统的对等层次之间存在着不同系统的对等层次之间存在着“虚拟虚拟”通信；通信； 对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定；对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定； 高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具体实现方法。的具体实现方法。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构11接口（interface） 接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点; ; 同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低层向高层通过接口提供服务

11、层向高层通过接口提供服务; ; 只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构12网络体系结构（network architecture） 一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协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议集; ; 网络协议是按层次结构来组织的；网络协议是按层次结构来组织的； 网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构；构； 网络体

12、系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义；确的定义； 体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件和软件。和软件。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构13网络体系结构的分层原理： 计算机网络采用层次化的体系结构，层次的划分按照层内功能计算机网络采用层次化的体系结构，层次的划分按照层内功能内聚，层间耦合松散的原则。将功能相近的模块放置在同一层，使内聚，层间耦合松散的原则。将功能相近的模块放置在同一层，使层次间的信息流动尽量最小。这种层次结构具有以下优越性：层次间的信息流动尽量最小。

13、这种层次结构具有以下优越性： （1 1）各层之间相互独立：只享受服务，不管实现细节。）各层之间相互独立：只享受服务，不管实现细节。 （2 2）灵活性好：各层实现技术的改变不影响替他层次。）灵活性好：各层实现技术的改变不影响替他层次。 （3 3）易于实现和维护：化繁为简，各层功能相对简单。）易于实现和维护：化繁为简，各层功能相对简单。 （4 4）有利于网络标准化：各层的功能和所提供的服务有了精确的）有利于网络标准化：各层的功能和所提供的服务有了精确的说明，所以标准化变得较为容易。说明，所以标准化变得较为容易。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构14社会上存在的邮政系统社会上存在的邮政

14、系统通信者活动邮局服务业务邮局转送业务发信者收信者运输部门的邮件运输业务书写信件贴邮票送邮箱收集信件盖邮戳信件分拣信件打包送运输部门路由选择运输转送邮局接收邮包分发邮件邮件拆包信件投递信件分拣阅读信件通信者活动邮局服务业务邮局转送业务第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构151.OSI1.OSI参考模型概述参考模型概述 1 1）OSIOSI参考模型的提出参考模型的提出 2020世纪世纪7070年代，国际标准化组织为适应网络向标准化发展的要求，年代，国际标准化组织为适应网络向标准化发展的要求，成立了成立了SC16SC16委员会，在研究、吸取了各计算机厂商网络体系结构标准委员会，在研究、

15、吸取了各计算机厂商网络体系结构标准化经验的基础上，制定了化经验的基础上，制定了开放系统互联（开放系统互联（Open Systems Open Systems Interconnection OSIInterconnection OSI）参考模型，从而形成了网络体系结构的国参考模型，从而形成了网络体系结构的国际标准。际标准。 OSIOSI参考模型是一个概念性的框架，并非指一个现实的网络。参考模型是一个概念性的框架，并非指一个现实的网络。2.2 ISO/OSI2.2 ISO/OSI参考模型参考模型第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构162 2）OSIOSI参考模型的结构参考模型的结构

16、OSIOSI参考模型从低到高顺序的参考模型从低到高顺序的7 7层为：层为：物理层、数据链路层、网物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。络层、传输层、会话层、表示层和应用层。 按照按照OSIOSI参考模型，网络中各结点都有相同的层次；不同结点的参考模型，网络中各结点都有相同的层次；不同结点的同等层具有相同的功能；同一结点内相邻层通过接口进行通信；不同等层具有相同的功能；同一结点内相邻层通过接口进行通信；不同结点的同等层通过协议实现通信。同结点的同等层通过协议实现通信。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构17ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分层次的主将整个

17、通信功能划分为七个层次，划分层次的主要原则是：要原则是： 网中各节点都有相同的层次。网中各节点都有相同的层次。 不同节点的同等层具有相同的功能。不同节点的同等层具有相同的功能。 一个节点内相邻层之间通过接口通信。一个节点内相邻层之间通过接口通信。 每一层可以使用下一层提供的服务，并向其上层每一层可以使用下一层提供的服务，并向其上层提供服务。提供服务。 不同节点的同等层通过协议来实现对等层之间的不同节点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。通信。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构18 OSI参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程间参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程间通信标

18、准的制定；通信标准的制定； 在在OSI的范围内，只有各种的协议是可以被实现的，的范围内，只有各种的协议是可以被实现的，而各种产品只有和而各种产品只有和OSI的协议相一致时才能互连；的协议相一致时才能互连； OSI参考模型并不是一个标准，而是一个在制定标准参考模型并不是一个标准，而是一个在制定标准时所使用的概念性的框架。时所使用的概念性的框架。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构19OSI参考模型应用层表示层会话层传输层数据链路层物理层网络层网络应用数据表示 互连主机通信 端到端连接 寻址与路由接入介质二进制传输关键词OSI各层的主要功能：第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体

19、系结构20OSI参考模型应用层表示层会话层传输层数据链路层物理层网络层较高层：与应用有关较低层：与数据传输有关第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构21应用层表示层会话层传输层数据链路层物理层网络层应用层表示层会话层传输层数据链路层物理层网络层PDU协议数据单元数据流数据段数据段数据包数据包数据帧数据帧比特比特第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构222.OSI2.OSI环境中数据的传输环境中数据的传输 1 1）OSIOSI环境环境 在研究在研究OSI OSI 参考模型时，我们首先要清楚它所描述的范围，这个参考模型时，我们首先要清楚它所描述的范围，这个范围就是范围就是OSI

20、OSI环境。一般来说，物理层、数据链路层和网络层的大部环境。一般来说，物理层、数据链路层和网络层的大部分功能可以用硬件来实现，而高层基本上是通过软件方式来实现的。分功能可以用硬件来实现，而高层基本上是通过软件方式来实现的。 2 2）接口和服务）接口和服务 对等层协议之间交换的信息叫做对等层协议之间交换的信息叫做协议数据单元协议数据单元（PDU),PDUPDU),PDU加上加上协协议控制信息议控制信息（PCIPCI）组成）组成服务数据单元服务数据单元（SDUSDU）, ,相邻层传递的是服务相邻层传递的是服务数据单元信息。数据单元信息。 相邻层通过相邻层通过服务访问点服务访问点（SAP)SAP)来

21、提供服务，它是一个逻辑接口。来提供服务，它是一个逻辑接口。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构23 3 3）数据的封装与解封）数据的封装与解封 当数据需要通过网络从一个结点传送到另一个结点时，必当数据需要通过网络从一个结点传送到另一个结点时，必须在数据的头部（和尾部）加入特定的协议头（和协议尾）。须在数据的头部（和尾部）加入特定的协议头（和协议尾）。这种增加数据头部（和尾部）的过程叫做数据的封装。同样，这种增加数据头部（和尾部）的过程叫做数据的封装。同样，当数据到达接收方时，接收方要识别和提取协议信息，这个过当数据到达接收方时，接收方要识别和提取协议信息，这个过程叫做数据的解封，图

22、程叫做数据的解封，图3-33-3显示了数据的封装与解封过程。显示了数据的封装与解封过程。 网络中数据的封装与解封过程和生活中信件的发送接收过网络中数据的封装与解封过程和生活中信件的发送接收过程十分相似。程十分相似。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构24网络中数据的封装与解封网络中数据的封装与解封第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构25生活中信件的封装、传递与解封生活中信件的封装、传递与解封第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构26 4 4）完整的）完整的OSIOSI数据流动过程数据流动过程段段分组分组帧帧比特比特第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结

23、构27分层的好处：分层的好处：使网络变得更简单使网络变得更简单将网络部件标准化将网络部件标准化有利于模块化设计有利于模块化设计保证不同类型部件的互操作性保证不同类型部件的互操作性加快了技术发展的速度加快了技术发展的速度简化了教育和学习简化了教育和学习第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构283.3.物理层物理层 1 1）物理层的基本概念）物理层的基本概念 在物理信道实体之间合理的通过中间系统，为比特传输所需的在物理信道实体之间合理的通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的建立、保持和释放提供机械的、电气的、功能特性和规物理连接的建立、保持和释放提供机械的、电气的、功能特性和规程特性的

24、手段。程特性的手段。 物理层为数据链路层实现无差错的数据传输创造环境，但不负物理层为数据链路层实现无差错的数据传输创造环境，但不负责传输的检错和纠错任务。物理层协议规定了为此目的进行建立、责传输的检错和纠错任务。物理层协议规定了为此目的进行建立、维持和拆除物理信道的有关功能和特性维持和拆除物理信道的有关功能和特性。 注意：物理层不是指连接计算机的具体的物理设备或传输介质。注意：物理层不是指连接计算机的具体的物理设备或传输介质。 2 2）物理层的功能）物理层的功能 （1 1）物理连接的建立和拆除）物理连接的建立和拆除 （2 2）物理层数据的传输）物理层数据的传输第第2章章 计算机网络体系结构计算

25、机网络体系结构29 3 3）物理层的特性）物理层的特性 （1 1）机械特性：规定了接口所用接线器的形状和尺寸，接口）机械特性：规定了接口所用接线器的形状和尺寸，接口引脚的个数、功能和排列，固定装置等等。引脚的个数、功能和排列，固定装置等等。 （2 2）电气特性：主要规定了每种信号的电平、信号的脉冲宽）电气特性：主要规定了每种信号的电平、信号的脉冲宽度、允许的数据传输速率和最大传输距离等。度、允许的数据传输速率和最大传输距离等。 （3 3）功能特性：规定了接口电路各个引脚的功能和作用。）功能特性：规定了接口电路各个引脚的功能和作用。 （4 4）规程特性：反映了利用接口进行传输比特流的全过程及）规

26、程特性：反映了利用接口进行传输比特流的全过程及事件发生的可能顺序，它涉及到信号的传输方式，主要规定的事件发生的可能顺序，它涉及到信号的传输方式，主要规定的是接口电路信号发出的时序、应答关系和操作过程。是接口电路信号发出的时序、应答关系和操作过程。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构304.4.数据链路层数据链路层 1 1）数据链路层的基本概念）数据链路层的基本概念 将实现控制数据传输协议的软硬件加到物理链路上，就构成将实现控制数据传输协议的软硬件加到物理链路上，就构成了数据链路。因此，数据链路是一个逻辑链路。了数据链路。因此，数据链路是一个逻辑链路。 2 2）数据链路层的功能）数

27、据链路层的功能 数据链路层的功能就是实现实体间信息的正确传输，通过进数据链路层的功能就是实现实体间信息的正确传输，通过进行必要的同步控制、差错控制、流量控制，为网络层提供可靠的、行必要的同步控制、差错控制、流量控制，为网络层提供可靠的、无错的数据信息。无错的数据信息。 （1 1）链路管理：指的是对数据链路层连接的建立、维持和释放。）链路管理：指的是对数据链路层连接的建立、维持和释放。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构31 （2 2）帧同步：接收方应当从收到的比特流中准确的区分出一帧）帧同步：接收方应当从收到的比特流中准确的区分出一帧的开始和结束。的开始和结束。 （3 3）流量控

28、制）流量控制: :控制发送方发送数据的速率控制发送方发送数据的速率, ,避免超过接收方接避免超过接收方接受能力。受能力。 （4 4）差错控制：常用的差错控制方法有前向纠错、检错重发，）差错控制：常用的差错控制方法有前向纠错、检错重发，并利用计时器等控制技术。并利用计时器等控制技术。 （5 5）透明传输：无论传输数据是由什么样的比特组合起来的，）透明传输：无论传输数据是由什么样的比特组合起来的，都能在数据链路上传送，这就是透明传输。都能在数据链路上传送，这就是透明传输。 （6 6）寻址：基于帧的目标）寻址：基于帧的目标MACMAC地址，有别于网络层基于数据包的地址，有别于网络层基于数据包的目标网

29、络地址。目标网络地址。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构32 3 3）数据链路层的协议）数据链路层的协议 面向字符的通信控制规程：以字符为传输信息的基本单位，通面向字符的通信控制规程：以字符为传输信息的基本单位，通过控制字符来控制信息传输，控制字符要避免与用户信息混淆，在过控制字符来控制信息传输，控制字符要避免与用户信息混淆，在早期的通信中应用较广泛。早期的通信中应用较广泛。 典型的协议有典型的协议有IBMIBM公司的公司的BSCBSC协议。协议。 面向比特的通信控制规程：数据和控制信息独立，统一以帧为面向比特的通信控制规程：数据和控制信息独立，统一以帧为传输单位，传输效率高，

30、可靠性强。典型的协议有高级数据链路控传输单位，传输效率高，可靠性强。典型的协议有高级数据链路控制（制（HDLC)HDLC)协议。协议。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构335.5.网络层网络层 1 1）网络层的功能）网络层的功能 网络层是通信子网的最高层，它的主要用途是实现通信子网内网络层是通信子网的最高层，它的主要用途是实现通信子网内源结点和目标结点之间网络连接的建立、维持和终止，并通过网络源结点和目标结点之间网络连接的建立、维持和终止，并通过网络连接传送分组。可以说，网络层是体系结构中的核心层次。连接传送分组。可以说，网络层是体系结构中的核心层次。 2 2）网络层提供的服务

31、及典型协议）网络层提供的服务及典型协议 网络层提供的服务有两种类型：面向连接的网络服务和面向无网络层提供的服务有两种类型：面向连接的网络服务和面向无连接的网络服务。连接的网络服务。 面向连接的服务和电话系统的工作模式相似，典型的服务是虚面向连接的服务和电话系统的工作模式相似，典型的服务是虚电路，采用虚电路服务的典型三层协议是电路，采用虚电路服务的典型三层协议是X.25X.25协议。协议。 面向无连接的服务和邮政系统中信件的投递过程相似，典型的面向无连接的服务和邮政系统中信件的投递过程相似，典型的服务是数据报，采用数据报服务的典型三层协议是服务是数据报，采用数据报服务的典型三层协议是IPIP协议

32、。协议。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构34 3 3）路由选择）路由选择 路由选择就是根据一定的原则和算法，在传输路径上找出一条路由选择就是根据一定的原则和算法，在传输路径上找出一条通往目的结点的最佳路径。路由选择是网络层最主要的功能，路由通往目的结点的最佳路径。路由选择是网络层最主要的功能，路由选择协议的核心是路由选择算法。选择协议的核心是路由选择算法。 路由选择算法必须满足如下要求：路由选择算法必须满足如下要求： 正确性、简单性、健壮性、稳定性、公平性和最优化。正确性、简单性、健壮性、稳定性、公平性和最优化。 路由选择算法大致上可分为两类：静态路由选择算法和动态路路由选择

33、算法大致上可分为两类：静态路由选择算法和动态路由选择算法。由选择算法。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构356.6.传输层传输层 1 1）端对端通信的概念）端对端通信的概念 和网络层不同，传输层是为网络环境中主机的应用层应用进程和网络层不同，传输层是为网络环境中主机的应用层应用进程提供端到端进程通信服务的，由物理层、数据链路层和网络层组成提供端到端进程通信服务的，由物理层、数据链路层和网络层组成的通信子网则只提供主机之间点对点的通信，如源主机路由器、的通信子网则只提供主机之间点对点的通信，如源主机路由器、路由器路由器、路由器目的主机，不会涉及到程序或应用进程路由器路由器、路由器目

34、的主机，不会涉及到程序或应用进程的概念。的概念。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构36第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构37 2 2）传输层的功能）传输层的功能 传输层和网络层的接口既是层次间的接口，也是通信子网和传输层和网络层的接口既是层次间的接口，也是通信子网和资源子网的接口，所以，传输层是体系结构中的关键层次。传输资源子网的接口，所以，传输层是体系结构中的关键层次。传输层反映并扩展了网络层的服务功能，屏蔽掉了各类通信子网的差层反映并扩展了网络层的服务功能，屏蔽掉了各类通信子网的差异，向用户提供一个统一的接口。对传输层来说，通信子网提供异，向用户提供一个统一的

35、接口。对传输层来说，通信子网提供的服务越完善，传输层的协议就越简单；反之传输层的协议越复的服务越完善，传输层的协议就越简单；反之传输层的协议越复杂。杂。 因此，传输层的功能就是在网络层的基础上，完成端对端数因此，传输层的功能就是在网络层的基础上，完成端对端数据的可靠性传输。据的可靠性传输。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构38 3 3）传输层的协议）传输层的协议 在计算机网络中，服务质量简称在计算机网络中，服务质量简称QoSQoS。它反映了传输质量。它反映了传输质量及服务的可用性，它是用于衡量传输层性能的。服务质量主要及服务的可用性，它是用于衡量传输层性能的。服务质量主要包括：

36、连接建立延迟、连接建立失败概率、吞吐量、传输延迟、包括：连接建立延迟、连接建立失败概率、吞吐量、传输延迟、残留差错率、安全保护。残留差错率、安全保护。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构397.7.会话层会话层 1 1）会话层的概念）会话层的概念 在在OSIOSI环境中，一次会话就是两个用户进程之间为完成一次通信环境中，一次会话就是两个用户进程之间为完成一次通信而建立的会话连接。应用进程之间为完成某项处理任务而需进行一而建立的会话连接。应用进程之间为完成某项处理任务而需进行一系列内容相关的信息交换，会话层就是为有序的、方便地控制这种系列内容相关的信息交换，会话层就是为有序的、方便

37、地控制这种信息交换提供控制机制。信息交换提供控制机制。 2 2）会话层的功能）会话层的功能 会话层位于传输层和表示层之间，其基本功能是在传输层提供会话层位于传输层和表示层之间，其基本功能是在传输层提供服务的基础上再为表示层提供服务。包括会话方式、会话协调、会服务的基础上再为表示层提供服务。包括会话方式、会话协调、会话同步等内容。话同步等内容。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构40 3 3）会话层提供的服务）会话层提供的服务 会话层提供的服务主要是会话连接的管理和会话数据交换两会话层提供的服务主要是会话连接的管理和会话数据交换两个方面。个方面。 会话连接管理服务使得一个应用层的进

38、程在一个完整的活动会话连接管理服务使得一个应用层的进程在一个完整的活动中，通过表示层提供的服务，与对等应用进程建立和维持一条畅中，通过表示层提供的服务，与对等应用进程建立和维持一条畅通的通信信道。通的通信信道。 数据交换服务为两个应用进程提供在信道上交换会话单元的数据交换服务为两个应用进程提供在信道上交换会话单元的手段。会话单元是一次活动中数据的基本交换单位。手段。会话单元是一次活动中数据的基本交换单位。 此外，会话服务还包括会话活动的管理，隔离服务，会话同此外，会话服务还包括会话活动的管理，隔离服务，会话同步管理、故障管理等内容。步管理、故障管理等内容。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网

39、络体系结构418.8.表示层表示层 1 1）表示层的概念）表示层的概念 表示层是表示层是OSIOSI的第的第6 6层，它的目的是处理有关被传送数据的表示层，它的目的是处理有关被传送数据的表示问题。问题。 2 2）表示层的功能）表示层的功能 （1 1）数据语法转换）数据语法转换 语法转换涉及代码转换和字符集的转换，数语法转换涉及代码转换和字符集的转换，数据格式的修改等。据格式的修改等。 （2 2）数据语法的表示）数据语法的表示 表示层提供在连接初始选择一种语法，随表示层提供在连接初始选择一种语法，随后可选择另一种数据语法的方法。后可选择另一种数据语法的方法。 （3 3）连接管理）连接管理 利用会

40、话层服务建立表示连接，管理在这个连接利用会话层服务建立表示连接，管理在这个连接上的数据传送和同步控制，以及连接的释放等。上的数据传送和同步控制，以及连接的释放等。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构42 （4 4）数据压缩）数据压缩 数据压缩是采用某种编码技术，在保持数据原数据压缩是采用某种编码技术，在保持数据原意的基础上减少传送或存储的信息量，以满足通信带宽的要求。意的基础上减少传送或存储的信息量，以满足通信带宽的要求。 （5 5）数据加密）数据加密 数据加密可以增加数据的安全性，对于网络的数据加密可以增加数据的安全性，对于网络的安全有十分重要的意义。安全有十分重要的意义。 （

41、6 6）数据编码）数据编码 不同的机器有不同的代码来表示字符串、整型不同的机器有不同的代码来表示字符串、整型数等。交换中使用的数据结构可以用抽象的方式来定义，并且使数等。交换中使用的数据结构可以用抽象的方式来定义，并且使用标准的编码方式。表示层管理这些抽象数据结构，并且在计算用标准的编码方式。表示层管理这些抽象数据结构，并且在计算机内部表示法和网络的标准表示法之间进行转换。机内部表示法和网络的标准表示法之间进行转换。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构439.9.应用层应用层 1 1）应用层的概念）应用层的概念 应用层是应用层是OSIOSI参考模型的最高层，它直接与用户和应用程序打

42、交参考模型的最高层，它直接与用户和应用程序打交道，为用户使用网络服务提供了接口。由于应用类型的复杂性和多道，为用户使用网络服务提供了接口。由于应用类型的复杂性和多样性，目前为止应用层还没有一套完整的标准，是一个范围很广的样性，目前为止应用层还没有一套完整的标准，是一个范围很广的研究领域。研究领域。 应用层是直接为用户的应用进程提供服务的。但是需要注意，应用层是直接为用户的应用进程提供服务的。但是需要注意，应用层并不等同于一个应用程序。应用层并不等同于一个应用程序。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构442 2）应用层的协议）应用层的协议 （1 1）虚拟终端协议（）虚拟终端协议（V

43、TPVTP）：虚拟终端协议就是在对等实体之间）：虚拟终端协议就是在对等实体之间实施的一套通信约定，其目的就是把实际终端的特性变成标准的实施的一套通信约定，其目的就是把实际终端的特性变成标准的形式，即网络虚拟终端的形式。形式，即网络虚拟终端的形式。 （2 2）文件传输协议（）文件传输协议（FTPFTP）和简单文件传输协议（）和简单文件传输协议（TFTPTFTP）：）：FTPFTP是用于文件传输的是用于文件传输的InternetInternet标准，它支持文本文件和面向二进制标准，它支持文本文件和面向二进制流的文件结构，适合于远距离、可靠性较差线路上的文件传输。流的文件结构，适合于远距离、可靠性较

44、差线路上的文件传输。TFTPTFTP通常用于比较稳定、可靠的局域网内部，进行文件传输。通常用于比较稳定、可靠的局域网内部，进行文件传输。 （3 3）其他常用应用层协议：简单邮件传输协议）其他常用应用层协议：简单邮件传输协议SMTPSMTP、简单网络、简单网络管理协议管理协议SNMPSNMP、Telnet Telnet 、 HTTP HTTP 、WWW WWW 、 DNSDNS。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构451.TCP/IP1.TCP/IP体系结构的层次划分体系结构的层次划分 1 1）TCP/IPTCP/IP的产生和发展的产生和发展 TCP/IPTCP/IP协议不是某一标

45、准化组织提出的正式标准，但已经被公协议不是某一标准化组织提出的正式标准，但已经被公认为事实上的工业标准。认为事实上的工业标准。 TCP/IPTCP/IP协议从发展到现在，一共出现了协议从发展到现在，一共出现了6 6个版本，目前我们使个版本，目前我们使用的主要是版本用的主要是版本4 4 ，它的网络层，它的网络层IPIP协议一般记作协议一般记作Ipv4Ipv4。版本。版本5 5是基是基于于OSIOSI模型提出的，由于层次变化大，代价高，只是处于建议阶段，模型提出的，由于层次变化大，代价高，只是处于建议阶段，并未形成标准。版本并未形成标准。版本6 6我们称为下一代的我们称为下一代的IPIP协议，记作

46、协议，记作IPv6IPv6。 2.3 TCP/IP2.3 TCP/IP体系结构体系结构第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构46 2 2）TCP/IPTCP/IP的特点的特点 （1 1）开放的协议标准：可以免费使用，并且独立与特定的计）开放的协议标准：可以免费使用，并且独立与特定的计算机硬件与操作系统。算机硬件与操作系统。 （2 2）统一分配网络地址：使整个）统一分配网络地址：使整个TCP/IPTCP/IP设备在网络中具有唯设备在网络中具有唯一的一的IPIP地址。地址。 （3 3）适应性强：可同时适用于局域网、广域网以及互联网中。）适应性强：可同时适用于局域网、广域网以及互联网中。

47、（4 4）标准化的高层协议：可为用户提供多种可靠的网络服务。）标准化的高层协议：可为用户提供多种可靠的网络服务。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构47 3 3）TCP/IPTCP/IP参考模型的层次划分参考模型的层次划分 TCP/IPTCP/IP体系结构将网络划分为应用层、传输层、互连层、和体系结构将网络划分为应用层、传输层、互连层、和网络接口层四层。网络接口层四层。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构48TCP/IP体系结构与体系结构与OSI参考模型的对应关系参考模型的对应关系第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构492.TCP/IP2.TCP/IP体系结

48、构中各层的功能体系结构中各层的功能 1 1）网络接口层）网络接口层 网络接口层是最低层，它负责通过网络发送和接收网络接口层是最低层，它负责通过网络发送和接收IPIP数据报。数据报。TCP/IPTCP/IP体系结构并未对网络接口层使用的协议做硬性的规定，它允体系结构并未对网络接口层使用的协议做硬性的规定，它允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，例如局域网协议许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，例如局域网协议或其他一些协议。或其他一些协议。 2 2）互连层）互连层 互连层是互连层是TCP/IPTCP/IP体系结构的第二层，它实现的功能相当于体系结构的第二层，它实现的功能相当于OSI

49、OSI参考模型网络层的无连接网络服务。互联层负责把源主机的数据报参考模型网络层的无连接网络服务。互联层负责把源主机的数据报发送到目的主机，并可以实现跨网传输。发送到目的主机，并可以实现跨网传输。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构50 互连层的主要功能包括：互连层的主要功能包括：（1 1）处理来自传输层的分组发送请求。在收到请求后，将分组装）处理来自传输层的分组发送请求。在收到请求后，将分组装入入IPIP数据报，填充报头，选择路径，然后将数据报发送到相应的网数据报，填充报头，选择路径，然后将数据报发送到相应的网络接口。络接口。（2 2）处理接收的数据报。在收到其他主机发送的数据报后

50、，检查）处理接收的数据报。在收到其他主机发送的数据报后，检查目的地址，需要转发则选择路径转发出去；如目的地址为本结点目的地址，需要转发则选择路径转发出去；如目的地址为本结点IPIP地址，则除去报头送交传输层处理。地址，则除去报头送交传输层处理。（3 3）处理互联网络中，路径、流量控制、拥塞控制等问题。）处理互联网络中，路径、流量控制、拥塞控制等问题。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构51 3 3）传输层）传输层 传输层是传输层是TCP/IPTCP/IP参考模型的第三层，在互联层之上，主要处理参考模型的第三层，在互联层之上，主要处理应用进程之间的端到端的通信。这和应用进程之间的端到

51、端的通信。这和OSIOSI参考模型中的传输层的功能参考模型中的传输层的功能是相似的。是相似的。 4 4）应用层）应用层 TCP/IPTCP/IP参考模型省略了会话层和表示层，应用层位于传输层之参考模型省略了会话层和表示层，应用层位于传输层之上，是其最高层，它通过使用传输层所提供的服务，直接向用户上，是其最高层，它通过使用传输层所提供的服务，直接向用户（用户的应用程序）提供服务。它包括了所有的高层协议，并不断（用户的应用程序）提供服务。它包括了所有的高层协议，并不断有新的协议加入，基于这些协议，应用层向用户提供众多的网络应有新的协议加入，基于这些协议，应用层向用户提供众多的网络应用。用。第第2章

52、章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构523.TCP/IP3.TCP/IP体系结构中的协议栈体系结构中的协议栈 计算机网络的层次结构使网络中的各个层次的协议形成了一种计算机网络的层次结构使网络中的各个层次的协议形成了一种从上到下的依赖关系。在计算机网络中，从上至下相互依赖的各种从上到下的依赖关系。在计算机网络中，从上至下相互依赖的各种协议就形成了网络中的协议栈。协议就形成了网络中的协议栈。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构53TCP/IP参考模型参考模型TCP/IP协议栈协议栈第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构54OSIOSI和和TCP/IPTCP/IP的比较：的

53、比较：1.1.共同点共同点层次化的结构。层次化的结构。2.OSI2.OSI的主要问题的主要问题定义复杂，实现困难，有些功能在每一层重复出现，效率低下。定义复杂，实现困难，有些功能在每一层重复出现，效率低下。3.TCP/IP3.TCP/IP的主要问题的主要问题网络接口层并不是实际的一层，各层的功能定义与实现方法没网络接口层并不是实际的一层，各层的功能定义与实现方法没能区分开来等。能区分开来等。2.4 OSI2.4 OSI与与TCP/IPTCP/IP参考模型的比较参考模型的比较第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构55对OSI参考模型的评价 层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表

54、层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表示层几乎是空的，数据链路层与网络层有很多的子层示层几乎是空的，数据链路层与网络层有很多的子层插入；插入； 寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降低寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降低系统效率；系统效率； 数据安全性、加密与网络管理在参考模型的设计初期数据安全性、加密与网络管理在参考模型的设计初期被忽略了；被忽略了； 参考模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适合参考模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适合于计算机与软件的工作方式；于计算机与软件的工作方式； 严格按照层次模型编程的软件效率很低。严格按照层次模型编程的软件效率很低。第

55、第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构56对TCP/IP参考模型评价 在服务、接口与协议的区别上不很清楚，一个好在服务、接口与协议的区别上不很清楚，一个好的软件工程应该将功能与实现方法区分开，参考的软件工程应该将功能与实现方法区分开，参考模型不适合于其他非模型不适合于其他非TCP/IP协议族；协议族； TCP/IP参考模型的主机参考模型的主机-网络层本身并不是实际网络层本身并不是实际的一层；的一层； 物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，而物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，而TCP/IP参考模型却没有做到这点。参考模型却没有做到这点。 第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体

56、系结构57一种建议的参考模型 应 用 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构581IP地址的含义地址的含义 所谓所谓IP地址就是给每一个直接与地址就是给每一个直接与Internet相连的相连的主机分配一个在全世界范围唯一的网络地址。它是主机分配一个在全世界范围唯一的网络地址。它是32位的无符号二进制数，分为位的无符号二进制数，分为4个字节，以个字节，以X.X.X.X表示，表示，每个每个X为为8位，对应的十进制取值为位，对应的十进制取值为0255，例：，例： 。 IP地址又分为网络地址和主机地址两部分。地址又分为网络地址

57、和主机地址两部分。 网络地址主机地址2.5 IP地址第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构59 IP地址的结构使地址的结构使IP网络的寻址分两步进行，这就是：网络的寻址分两步进行，这就是： 先按先按IP地址中的网络地址地址中的网络地址net-id把网络找到把网络找到 再按主机地址再按主机地址host-id把主机找到。把主机找到。 Internet入网主机使用的入网主机使用的IP地址现在由地址现在由Internet网络网络信息中心进行分配，地址分配是逐级进行的。信息中心进行分配，地址分配是逐级进行的。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构602 2、 IPIP地址分类与使用地

58、址分类与使用 IPIP地址的分类地址的分类A A类地址：最高位是类地址：最高位是0 0，随后的，随后的7 7位是网络地址，最后位是网络地址，最后2424位是主机地址；位是主机地址；B B类地址：最高两位分别是类地址：最高两位分别是1 1和和0 0，随后的，随后的1414位是网络地址，最后位是网络地址，最后1616位位是主机地址；是主机地址；C C类地址：最高的三位是类地址：最高的三位是110110，随后的，随后的2121位是网络地址，最后位是网络地址，最后8 8位是主位是主机地址。机地址。D D类地址：最高的四位是类地址：最高的四位是11101110，随后的所有位用来做组播地址使用。，随后的所

59、有位用来做组播地址使用。E E类地址：最高的五位是类地址：最高的五位是1111011110，这类地址为保留地址，不使用。，这类地址为保留地址，不使用。第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构61网络号(7位)主机号(24位)A类地址1816243210网络号(14位)主机号(16位)B类地址110网络号(21位)主机号(8位)C类地址1110组播地址(28位)D类地址11110保留用于实验和将来使用E类地址主机地址范围到55到55到55到23

60、55到550第第2章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构62A类IP地址 A类类IP地址的网络号长度为地址的网络号长度为7位，主机号长度为位，主机号长度为24位；位； A类地址是从：类地址是从：55； 网络号长度为网络号长度为7位，从理论上可以有位，从理论上可以有27=128个网络；个网络； 网络号为全网络号为全0和全和全1（用十进制表示为（用十进制表示为0与与127）的两）的两个地址保留用于特殊目的，实际允许有个地址保留用于特殊目的，实际允许有126个不同的个不同的A类网络；类网络；