湖南大学计算机网络小班PPT

1、计算机网络小班小组成员分工基本基本资料收集资料收集 尹珂立尹珂立文献文献资料资料收集收集 杨锦涛杨锦涛学术报告学术报告撰撰写写 王自琰王自琰资料整理资料整理&PPT 易雪媛易雪媛PPT讲解讲解 易全政易全政 目录目录基础知识论文探讨应用网络层次结构发展历史 单一的分组交换网 三级结构的因特网 多层次ISP结构的因特网 1969ARPANET网； 1986国家科学基金网NSFNET； 1993后,若干商用的因特网 主干网。什么是网络分层？ 网络分层就是将网络节点所要完成的数据的发送或转发、打包或拆包，控制信息的加载或拆出等工作，分别由不同的硬件和软件模块去完成。这样可以将往来通信和网络互连这一复

2、杂的问题变得较为简单。网络如何分层？ 网络层次可划分为五层因特网协议栈和七层因特网协议栈。五层 因特网协议栈共有五层：应用层、传输层、网络层、链路层和物理层。不同于OSI七层模型这也是实际使用中使用的分层方式。（1）应用层）应用层 支持网络应用，应用协议仅仅是网络应用的一个组成部分，运行在不同主机上的进程则使用应用层协议进行通信。主要的协议有：http、ftp、telnet、smtp、pop3等。（2）传输层）传输层 负责为信源和信宿提供应用程序进程间的数据传输服务，这一层上主要定义了两个传输协议，传输控制协议即TCP和用户数据报协议UDP。（3）网络层）网络层 负责将数据报独立地从信源发送到

3、信宿，主要解决路由选择、拥塞控制和网络互联等问题。（4）数据链路层）数据链路层 负责将IP数据报封装成合适在物理网络上传输的帧格式并传输，或将从物理网络接收到的帧解封，取出IP数据报交给网络层。（5）物理层）物理层 负责将比特流在结点间传输，即负责物理传输。该层的协议既与链路有关也与传输介质有关。五层结构五层结构（1）应用层支持网络应用，应用协议仅仅是网络应用的一个组成部分，运行在不同主机上的进程则使用应用层协议进行通信。主要的协议有：http、ftp、telnet、smtp、pop3等。（2）传输层负责为信源和信宿提供应用程序进程间的数据传输服务，这一层上主要定义了两个传输协议，传输控制协议

4、即TCP和用户数据报协议UDP。（3）网络层负责将数据报独立地从信源发送到信宿，主要解决路由选择、拥塞控制和网络互联等问题。（4）数据链路层负责将IP数据报封装成合适在物理网络上传输的帧格式并传输，或将从物理网络接收到的帧解封，取出IP数据报交给网络层。（5）物理层负责将比特流在结点间传输，即负责物理传输。该层的协议既与链路有关也与传输介质有关。 七层结构七层结构（1）物理层物理层(Physical layer)是参考模型的最低层。该层是网络通信的数据传输介质，由连接不同结点的电缆与设备共同构成。主要功能是：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，负责处理数据传输并监控数据出错率，以便数据流的透

5、明传输。（2）数据链路层数据链路层(Data link layer)是参考模型的第2层。 主要功能是：在物理层提供的服务基础上，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，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。（3）网络层网络层(Network layer)是参考模型的第3层。主要功能是：为数据在结点之间传输创建逻辑链路，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，以及实现拥塞控制、网络互联等功能。（4）传输层传输层(Transport layer)是参考模型的第4层。主要功能是向用户提供可靠的端到端(End-to-End)服务，处理数据

6、包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题。传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因此，它是计算机通信体系结构中关键的一层。（5）会话层会话层(Session layer)是参考模型的第5层。主要功能是：负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点到点传输不中断，以及管理数据交换等功能。（6）表示层表示层(Presentation layer)是参考模型的第6层。主要功能是：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。（7）应用层应用层(Application layer)是参考模型的最高层。主要功能是：为应用软件提供了很多服务，例如

7、文件服务器、数据库服务、电子邮件与其他网络软件服务。 OSI 参考模型（七层）与 TCP/ IP参考模型（五层）的比 较分析两种模型层的功能大体相似 , 并且都是基于独立 的协议栈 , 但二 者的差 别却是 明显的 。 OSI 模型与TCP/ IP 模型区别首先首先 , 两 种模型 层次的划分具有明显的区别 : OSI 模型有 7 层 , 而 TCP/ IP 模型只 有 5 层 ,它们都有( 互联) 网络层 、 传输层和应 用层 , 但其他层并不相同 。其次其次 , OSI 模型明确了“ 服务” 、“ 接口” 和“ 协议” 等主要的网络概念之间的区别 , 该模型定义服务就是该层做些什么 ,而不

8、管上面的层如何访问它或该层如何工作 , 并且每一层 都为它的上层提供一些服务 ; 某一层的接口则告诉上面的进程如何访问它 , 它定义所需要的参数以及预期的结果 , 同样 , 它也和该层如何工作无关 ; 某一层中使用的对等协议是该层 的内部事物,它可以使用任何协议 , 只要能完成工作 , 也可以改变使用的协议而不会影响到它上面的层 。 而 TCP/ IP 参考 模型最初没有明确区分这三个概念 , 虽然后来人们试图改进它以接近 OSI, 但最后的结果并不理想 。 因 此 , OSI 模 型中的协议比 TCP/ IP 参考模型的协议具有更 好的隐蔽性 , 在技术发生变化时能相对比较容易地替换掉 。O

9、SI 模型与TCP/ IP 模型区别再次再次 , OSI 参考 模型 产生 在协 议发 明之 前 , 该 模型 没 有偏向于任何特定的协 议 , 因 此通用 性非常 好 , 但模型 的设 计者在协议方面没有太多的经验 , 不知道该把哪些功能放到 哪一层最好 ; 而 TCP/ IP 却正好 相反 , 首先 出现 的是 协议 , 模 型实际上是对已有协议 的描述 , 因此 协议和 模型 非常匹 配 , 但问题是该模 型不 适合 任何 其他 协议 栈 , 描述 其他 非 TCP/ IP网络并不特别有用 。最后最后,需要说明的是,一个主要差 别就是 面向 连接的 和无 连接的 通 信 , OSI 模

10、型在 网 络层 支持 无 连接 和 面向 连接 的 通信 , 但 在传输层仅有面向连接的通信 , 而 TCP/ IP 模型在网 络层仅有一种通信模式(无 连接) , 但在传输 层支 持两种 模式 ,给了用户 选择的机会 , 这种选择对简单的请求 - 应答协议 是十分重要的 。参考文献Teaching and Practice of Computer Network Layer ArchitectureXing Min , Huang Lan , Sui Ling- ge什么是端到端的思想？ 端到端是网络连接。网络要通信，必须建立连接，不管有多远，中间有多少机器，都必须在两头（源和目的）间建立连

11、接，一旦连接建立起来，就说已经是端到端连接了，即端到端是逻辑链路，这条路可能经过了很复杂的物理路线，但两端主机不管，只认为是有两端的连接，而且一旦通信完成，这个连接就释放了，物理线路可能又被别的应用用来建立连接了。TCP就是用来建立这种端到端连接的一个具体协议，SPX也是。端到端是传输层的，你比如你要将数据从A传送到E，中间可能经过A-B-C-D-E,对于传输层来说他并不知道b,c,d的存在，他只认为我的报文数据是从a直接到e的，这就叫做端到端。总之，一句话概括就是端到端是由无数的点到点实现和组成的。 Rethinking the Design of the Internet-The end

12、to end arguments vs. the brave new world这篇论文是MIT教授David Clark于2001年发表在ACM上的另一篇关于重新思考Internet设计原则的重要论文。20多年前他提出的“End-to-End Argument”表述为：“一种应用功能只有当其知识和帮助置于通信系统的边缘才能完全和正确地实现，因此将提出这种应用功能作为通信系统本身的性质是不可能的。”当时提出这种论断的依据是网络是不可靠的，网络只做最通用的数据传输，而最终检查是否正确执行只能在处于传输终端的应用层。这样一种设计原则的优点很多，解决了当时很多难题，这在前面已有论述。可是到了今天，这

13、样一种设计原则是否仍然适用呢？“端到端”原则是绝对可靠的吗？这正是作者在这篇文章中思考的问题。 当今的网络已是今非昔比，一方面由于端系统原则要求每台主机都要有一个全球唯一的地址，这样20年前的IPV4已经不可以保证每一台端系统都有唯一的地址，这样就产生了A，B，C类地址，产生了子网、网关等等也产生了IPV6技术来面对地址空间不足的挑战。另一篇论文 另一方面Internet初期的用户基本上都属于技术型的科研人员，而现今已普及到一般老百姓，所以事实上许多复杂的软件都放在服务器而不再是“end”，这是与当初“端系统”原则不相符合的。由于用户急剧增加而互不了解，Internet已变成没有信用的世界，必

14、须在网络的核心部分增加认证、授权等机制使网络更可信。尽力服务不能保证服务质量，特别是流媒体服务质量，需要在网络中间增加存储节点。ISP服务的多样化，要求基于中间服务器的应用。出于信息安全等方面的考虑，政府与中介组织参与网络内容与服务的监督管理，网络核心不可能再是“Dumb”网。所有这些变化都要求增加核心网络的功能，这对“端系统”原则提出了重大挑战。 我想今后网络的发展不可能完全局限于“端到端”原则的架构思想，但也不可能完全抛弃这样一种理论的指导，“端到端”原则所提倡的灵活性和开放性对今后网络的发展仍将具有重要指导意义。另一篇论文作者观点：作者提出：分布式系统下各模块之间的功能分配的端到端的系统

15、设计原则，即底层网络设计应该注重与核心传输功能的实现，而不是花费更大的代价去实现其他的功能。在网络的底层应该简化结构，把更多的功能实现，如数据确认和重传，安全加密等功能放在高层来实现，效率更高，开销更少。要解决的问题：通过权衡性能和代价，对网络进行简化，将部分功能交付给高层，从而获得更高的效率。论文分析 这篇文章主要讲了在系统设计中的一个设计原则，即端到端的观点。端到端的观点认为如果在一个系统的底层集成了某种功能的实现可能是没有效果的或者是多余的，因为在底层实现需要很大的花费。文中列举了一组具体功能包括：位差错修复，加密时的安全，重复信息过滤，系统崩溃后的恢复，信息交付确认。 分析了在通信网络

16、出现以后，如何安排这些功能的实现。提出了端到端的思想，简化底层设计的复杂性和开销大的特点，将部分功能上移到高层来实现。 传输过程中的风险：文件本身出错、通信传输过程出错、接受过程出错、数据完整性的度量以及一些其他未知的错误发生以往的解决方法：1、对每个步骤都进行文件复制，通过多次的简单传输保证数据写入的正确性；2、端到端的数据确认和请求重传 ；3、进行错误检测。建立一个可靠的文件传输机制都离不开底层链路的支持。作者提出：通过在文件中加入校验和，并在目的主机端重计算校验和并发给源端进行检验。在一个包含通信模块的系统中，我们经常将系统分成模块，分清通信子模块的边界并确定它和其他模块之间的接口关系。

17、然后就可以很清楚地可以得到某个功能是由通信子系统还是客户端完成，是配合完成还是各自独立地完成。 文中具体举了一个从电脑A往电脑B传输文件的例子，根据传输过程的步骤，可能出现5个威胁。 1. 由于硬件错误可能出现的文件读取错误问题。 2. 文件系统，传输程序，以及通信系统在文件数据拷贝过程中可能会出现问题。 3. 处理器或者内存在拷贝、缓存的时候可能出现暂时错误问题4. 通信系统在传输过程中数据包可能出现位错误，丢包或者包传输多次的问题。 5. 在传输过程中主机可能出现崩溃问题。 作者列举了通过副本拷贝，超时重传，信息冗余，崩溃恢复解决以上问题，但是由于并不是所有的程序都能保证完全正确的，所以第

18、2个威胁仍然不能解除，另外考虑到以上这些威胁真正发生的概率可能很小，那么采取上面列出的方法就不实用了。 作者提出了“端到端检查和重传”的方法，对于解决上面的问题会更加实用。我们考虑到如果在底层保证可靠信息传输，那么第4个威胁就可消除了，但是其他的威胁仍然需要高层文件传输程序来解决。讲解参考 然而并不能简单地下结论说底层在数据可靠传输中就不应该起作用。在一些并不是很可靠地网络环境中，在底层做一些可靠传输的工作就能使整体性能有很大的提升。关键的问题在于底层并不需要提供绝对的可靠传输。通过性能的分析来决定在底层实现功能还是在应用程序中实现，最终使整个系统有比较好的整体性能。 作者又举了关于交付保证，

19、数据的安全传输，重复信息过滤，FIFO信息交付顺序的保证，事务管理中端到端方法的应用。在交付保证中利用端到端的方法可以告知传送方目标程序已经接收到信息并完成了请求的动作，当目标程序无法执行或拒绝执行被要求的动作时，就需要端到端的方法，这两种情况下利用通信系统实现都无法解决。在数据的安全传输中利用端到端的方法应用程序可以完成认证检查，对数据进行加密，并且数据不会暴露在应用程序之外。在重复信息过滤中，利用端到端方法可以解决来自于应用程序自身产生的重复请求信息，而利用通信网络则不能完成。讲解参考在FIFO信息传输顺序保证中，利用端到端的方法可以解决一个程序向多个不同的目标程序发出请求时的返回信息的顺

20、序问题。在事务管理中利用端到端的方法可以减少开销。 在利用端到端方法解决问题时应当先对的程序的需求进行分析。如果端节点是人的话，那么这时传输数据需要先考虑实时性，而后再是正确性。而如果端节点是录音程序的话那么应该先考虑正确性，而后再考虑实时性。端到端的思想并不是绝对准则，而是帮助应用程序设计，协议设计分析用的方法。 端到端的观点还可以应用到RISC体系结构，“开放操作系统”中去。 由于通信系统在使用系统的应用程序产生之前都已经指定好了，通信系统设计者就会倾向于多加一些功能，根据端到端的原则，这并不是必须的。 作者认为端到端的方法可以认为是一组组织分层通信系统的理性准则。讲解参考例证1、数据传输

21、的保证一个数据通信网络可以容易的从每个消息的接受者那里返回确认给发送者。比如ARPNET，通过发送RFNM包来确保数据的准确性。2、数据安全的传输 数据的加解密：数据传输系统中需要管理加密密钥；数据在传输到目标应用程序中非常的脆弱；应用程序要验证消息的真实性。而在端到端的情况下，应用程序可以满足要求且不外泄数据，且网络层的加密可以非常简单。高层数据加密对底层加密是一种互补性的策略。3、消息重传抑制在消息重传抑制方面，网络层无法抑制。高层可以实现对数据重复请求的鉴别。4、FIFO消息传送的保证在虚电路方面，无法保证接收的应用程序收到的消息按FIFO的顺序的，而通过高层可以控制消息的正确顺序。5、

22、传送管理通过运用端到端的来建立SALLOW分布式数据存储系统，从而可以显著减少开销指出，低层消息通信协议应该尽可能简单。传输确认不交给底层，而是交给高层来实现。其他参考文献1 Intserv /RSVP模型在 Intserv /RSV P模型中 ,用户 的网络应用 按其所需的服务要求 ,将描述应用 数据流特性和应用 服务性能要求的两组参数 (如确保服务 ( g uaranteed serv ice)中的 Tspec和 Rspec参数组 ) ,沿数据流传递路径 ,通过路径 中各实现 了 Ints erv /RSV P功能扩 展的中 继结点 上的 RSV P信 令机制 9, 10 , 显式 地进行 一系列 的RSV P信令交互 ,从而建立起从发送端到接收端的资源预留状态和进行实际的资源预留 .此后 ,用 户应用 可以按其数据流特性参数所描述的那样向接收方发送数据 ,通过在中继结点上实现的 Ints erv /RSV P服务保证机制的服务后 ,此数据流可以获得所希望的服务性能 ,如一定的端端时延担保 .2