计算机网络体系结构及协议

2023/1/41第2章计算机网络体系结构及协议

本章将对计算机网络模型进行分析和讨论。先介绍网络的两类标准；再简述OSI参考模型、计算机网络的体系结构及TCP/IP模型；最后对两种模型进行了比较，并论述了他们各自的意义。

2023/1/42第2章计算机网络模型2.1计算机网络的标准化2.2ISO-OSI参考模型2.3OSI参考模型中的数据传送2.4通信协议与网络的功能特性2.5计算机网络的体系结构2.6TCP/IP模型2.7练习与思考2023/1/432.1计算机网络的标准化

在计算机网络发展初期，公司和厂家各自开发出了多种网络产品（网卡、电缆、网络操作系统、协议），推出了若干种计算机网络的体系结构。这些产品和体系结构互不兼容。一方面，他们针对着不同的应用对象，凭借的是各自不同的技术条件；另一方面，为了市场竞争，总希望自己异军突起、独领风骚，更不用说对其产品实行高度的技术保密。这种情况严重地妨碍了用户的投资方向，他们从不同厂家买回的产品不能互连成网，这显然不利于网络应用的普及，也不利于网络技术本身的发展。于是人们普遍要求制定一套统一的标准来规范网络产品，而只要使用遵从这些标准的网络组件，就可以将不同种类的计算机互连成网络系统。这不仅有利于用户，也有利于开发商，因为它为符合标准的产品扩大了市场，从而导致大规模生产、促使成本的降低。显然系统之间的相互作用只涉及系统的外部行为，而和系统内部的结构与功能无关。因此，关于互联系统的任何标准都只是对系统外部特性的规定。

2023/1/442.1计算机网络的标准化2.1.1两类标准2.1.2国际电信联合会ITU2.1.3国际标准化组织ISO2023/1/452.1.1两类标准

有两类标准：既成的与法定的。前者是在没有计划的情况下自发形成并得到一致公认的。例如IBMPC及其系列产品就是小型办公计算机的既成事实的标准，因为尽管没有任何一个权威机构以权威的文件宣布，然而许多厂商都追随他，竞相仿造。后者为某些权威标准化机构制定或采纳，因而是正式的、合法的标准。国际标准权威机构可以分为两类：根据政府间的协议而建立的以及义务性的非协议组织。在计算机网络标准化领域里，属于前一类的机构中最重要的一个是国际电信联合会（InternationalTelecommunicationUnion，ITU），而属于后一类的机构中最重要的一个则是国际标准化组织（InternationalStandardsOrganization，ISO）。2023/1/462.1.2国际电信联合会ITU

国际电信联合会是国际电信界最有影响的组织，他的工作是标准化国际电信；其前身成立于1865年，当时的成员是欧洲许多政府的代表。1947年ITU成为联合国的一个办事处，他有三个主要部门：无线通信部门（ITU-R），电信标准化部门（ITU-T），开发部门（ITU-D）。ITU-R为世界范围的利益竞争组织分配无线频率。ITU-T的前身是CCITT（ConsultativeCommittee，InternationalTelegraphandTelephone，国际电报电话咨询委员会），他们处理电话和通信系统，在此两个领域中提出建议。

ITU-T有五类成员：政府部门（国家邮电部），得到许可的私人营运商（AT&T，MCI，英国电信），电信制造商和科研组织，地区电信组织（欧洲ETST），对ITU-T工作感兴趣的组织（银行业和航空公司网络）。所有成员都可以参与工作，但只有政府部门成员才能参加表决。

2023/1/472.1.2国际电信联合会ITU

各国电信领域的法律地位很不一样。一个极端是美国，由公用电信公司（CommonCarrier）提供通信服务，价格由价目表（Tariff）文档规定，州内通信部分由州公共事业委员会批准，州与州之间通信部分以及国际通信部分必须经联邦委员会批准。很多国家属于另一个极端，电信业完全由政府控制。在世界范围内，潮流是从政府控制转向自由化和竞争。如美国一类国家，由其政府派员参与工作和表决。

ITU-T的任务是制定电话、电报和数据通信接口的技术建议。尽管只是建议，各国政府最好还是采纳，以避免把自己和别人隔开。ITU-T的开支由各成员国支付，富有的国家多给，贫穷的国家少给。越来越多的组织愿意参加到ITU-T中来。

2023/1/482.1.3国际标准化组织ISO

这是在国际标准界最有影响的组织，成立于1946年，成员是89个成员国的国家标准化组织，其中包括美国的ASNI，英国的BSI，德国的AFNOR，法国的DIN。他有大约200个技术委员会（TC），按创建顺序编号，分别处理专门的主题。例如，TC1处理螺钉和螺帽，TC97处理计算机及信息处理。委员会下设子委员会（SC），子委员会下设工作组（WG）。实际工作大部分由工作组完成，其成员为世界各地正在标准化自己产品的雇主所指定；另有一些是政府官员，他们热心于使自己国家的实现方法成为国际标准。学术专家活跃于各个工作组中。ISO是ITU-T的成员，他们合作得很好，从而避免了两个正式的、但互不兼容的标准的出现。

ISO采纳标准的程序大体相同：某个国家的标准化组织觉得在某一领域里需要有一个国际标准，于是就成立一个工作组以提出委员会草案（CommitteeDraft，CD）；2023/1/492.1.3国际标准化组织ISO

在得到多数成员赞同后，就制定一个称为国际标准草案的修订文档（DraftInternationalStandard，DIS），将此文档在成员中传阅以评价、投票；最后准备好国际标准（InternationalStandard，IS）文本，再经核准出版。对有争议的领域来说，整个过程可能要持续好几年。除了ISO和CCITT外，另一个标准化主角是电器和电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）。他是世界上最大的专业组织，在电子工程和计算机领域内，IEEE有一个标准化组织制定各种标准。2023/1/4102.1.4IAB、IRTF、IETF与因特网协会IAB、IRTF、IETF与InternetSociety（因特网协会）都是因特网标准界最有影响的一些组织。当ARPANET组建时美国国防部设立了一个非正式委员会来监督它。1983年，该委员会更名为IAB（InternetActivitiesBoard），即因特网活动委员会。IAB的意义后来变为InternetArchitectureBoard，即因特网体系结构委员会。1989年夏天，IAB被重组，研究人员被转移到因特网研究特别任务组IRTF（InternetResearchTaskForce）及因特网工程特别任务组IETF（InternetEngineeringTaskForce），两者都是IAB的附属机构。而IAB则接纳了更广泛组织的人员。成员服务2年，新成员由老成员指定。后来由对因特网感兴趣的人组成了因特网协会（InternetSociety）。在某种意义上，该协会可以比之于美国计算机协会（AssociationforComputingMachinery，ACM）或IEEE。他由选举的理事会管理，理事会指定IAB成员。

2022/12/29112.1.4IAB、IRTF、IETF与因特网协会会最初，IAB大约每10个成员带领一一队人专门研研究某些重要要问题。当需需要新的标准准时，IAB成员就会将其其研究出来并并公之于众，，研究生即可可将其实现。。他们之间的的交流通过一一系列被称为为请求评注RFC（RequestForComments）的技术报告告来完成。RFC按时间顺序编编号，在线存存放，感兴趣趣的人都可以以得到他。后后来把研究和和工程分开了了。IRTF集中注意长期期的研究，而而IETF则处理短期的的工程问题。。按照ISO模式，更正式式的标准化程程序被采纳。。为了成为提提议标准（ProposedStandard），必须在RFC中详细阐明基基本思想，并并能在团体中中引起足够的的兴趣。为了了能达到草案案标准（DraftStandard），必须至少少在两个独立立的地点、经经过四个月完完全测试的运运行实现。若若IAB认为该思想可可行、软件能能工作，就宣宣布此RFC为因特网标准准（InternetStandard）。2022/12/29122.2ISO-OSI参考模模型OSI参考模模型对对于计计算机机网络络的发发展有有着十十分深深远的的影响响，包包括像像TCP/IP这样的的协议议，都都在从从它那那里吸吸取有有价值值的成成份。。它揭揭示了了组成成网络络各组组件的的内在在联系系，揭揭示了了网络络运行行的根根本原原理。。要想想很好好地掌掌握各各种网网络，，就必必须要要真正正理解解OSI参考模模型。。OSI参考模模型表表示在在图3.1中。下下面我我们按按照从从第1层至第第7层的顺顺序，，依次次介绍绍OSI参考模模型的的各层层协议议。2022/12/29132.2ISO-OSI参考考模模型型761235应用层协议内部子网协议传输层协议会话层协议表示层协议物理层主机-路由器协议链路层主机-路由器协议网络层主机-路由器协议中继节点中继节点传输介质数据链路层物理层网络层传输层会话层表示层应用层数据链路层物理层网络层传输层会话层表示层应用层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层图2.1ISO-OSI参考模型42.2ISO-OSI参考考模模型型761235应用层协议内部子网协议传输层协议会话层协议表示层协议物理层主机-路由器协议链路层主机-路由器协议网络层主机-路由器协议中继节点中继节点传输介质数据链路层物理层网络层传输层会话层表示层应用层数据链路层物理层网络层传输层会话层表示层应用层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层图2.1ISO-OSI参考模型42022/12/29142.2ISO-OSI参考考模模型型2.2.1物理理层层（（PhysicalLayer）2.2.2数据据链链路路层层（（DataLinkLayer）2.2.3网络络层层（（NetworkLayer）2.2.4传输层层（TransportLayer）2.2.5会话层层（SessionLayer）2.2.6表示层层（PresentationLayer）2.2.7应用层层（ApplicationLayer）2022/12/29152.2.1物理层层（PhysicalLayer）这是OSI模型的的最低低层，，向下下直接接与物物理传传输介介质相相连接接，他他不是是软件件。物物理协协议是是各种种网络络设备备进行行互连连时必必须遵遵守的的低层层协议议。设设立物物理层层的目目的是是实现现两个个物理理设备备之间间二进进制比比特流流的透透明传传输，，对数数据链链路层层屏蔽蔽物理理传输输介质质的特特性，，以便便对高高层协协议有有最大大的透透明性性。在在发送送端，，物理理层将将来自自链路路层的的比特特流逐逐位发发送给给传输输介质质；在在相邻邻的下下一个个节点点，物物理层层逐位位接收收比特特流。。无论论是发发送端端还是是接收收端，，物理理层都都并不不过问问这些些比特特流的的结构构与含含义。。物理层层规定定了传输介介质的的接口口特性性，包包括机械、、电气气、功功能与与规程程特性性，以以建立立、保保持和和释放放数据据链路路实体体之间间的物物理连连接。。其基基本功功能包包括：：物理理连接接的建建立、、保持持和释释放，，比特特的发发送和和接收收，差差错控控制以以及内内部管管理等等。该该层涉涉及通通信介介质的的机电电、特特性参参数与与规格格，包包括介介质的的直接接，数数据传传输速速率及及特性性阻抗抗，连连接器器的引引脚数数目及及功能能2022/12/29162.2.1物理层层（PhysicalLayer）分配，，信号号的约约定、、信号号允许许传输输的最最大距距离及及其调调制或或编码码方式式等。。在几种种常用用的物物理层层标准准中，，通常常将具具有一一定数数据处处理及及发送送、接接收数数据能能力的的设备备称为为数据据终端端设备备（DataTerminalEquipment，DTE），而而把介介于DTE与传输输介质质之间间的设设备称称为数数据电电路终终端设设备（（DataCircuit-terminatingEquipment，DCE）。DCE在DTE与传输输介质质之间间提供供信号号变换换和编编码功功能，，并负负责建建立、、维护护和释释放物物理连连接。。DTE可以是是一台台计算算机，，也可可以是是一台台I/O设备。。DCE的典型型设备备是与与电话话线路路连接接的调调制解解调器器。在物理层层通信过过程中，，DCE一方面要要将DTE传送的数数据按比比特流顺顺序逐位位发往传传输介质质，同时时也需要要将从传传输介质质接收到到的比特特流顺序序传送给给DTE。因此在在DTE与DCE之间，既既2022/12/29172.2.1物理层（（PhysicalLayer）有数据信信息传输输，也应应有控制制信息传传输，这这就需要要高度协协调地工工作，需需要制定定DTE与DCE接口标准准，而这这些标准准就是物物理接口口标准。。可见，物物理接口口标准定定义了物物理层与与物理传传输介质质之间的的边界与与接口。。物理接接口的四四个特性性是机械械特性、、电气特特性、功功能特性性与规程程特性。。2022/12/29182.2.2数据链路路层（DataLinkLayer）链路层软软件运行行于插入入主机与与插入路路由器的的网卡中中。在发发送端，，链路层层将来自自网络层层的分组组，加上上帧头、、帧尾组组织成一一帧，向向下发送送给物理理层；在在相邻的的接收节节点，链链路层将将来自物物理层的的比特流流重新组组织成一一帧，并并校验其其是否正正确。若若正确，，则剥去去帧头、、帧尾，，再向上上传送给给网络层层，并向向相邻的的前一节节点发回回正确收收到该帧帧的应答答；若不不正确，，则向相相邻的前前一节点点发回收收到错误误帧的应应答。前前一节点点若收到到正确应应答，则则发送下下一帧；；若收到到错误应应答，则则重发该该帧。节节点每发发出一个个帧，就就启动定定一个时时器，若若定时时时间到还还没有收收到应答答，也重重发该帧帧。若节节点收到到正确的的帧，但但应答帧帧丢失，，前一节节点也会会重发该该帧。这这样，接接收节点点将会收收到重复复的帧，，并将其其丢弃。。定时器器的定时时时间是是系统根根据相邻邻的下一一节点的的距离自自动计算算出来的的，是传传送一个个帧、并并收到应应答帧的的往返时时间之和和。2022/12/29192.2.2数据链路层（（DataLinkLayer）设立数据链路路层的主要目目的是将一条条原始的、有有差错的物理理线路变为对对网络层无差差错的数据链链路。为了实实现这个目的的，数据链路路层必须具备备以下基本功功能：在相邻邻的两个网络络实体之间建建立、保持和和释放数据链链路，确定信信息怎样在链链路中传输、、信息的格式式、成帧和拆拆帧、产生校校验码、差错错控制、数据据流量控制及及链路管理等等。根据数据传输输线路的结构构及系统要求求性能的不同同，数据链路路控制协议可可分成两大类类：面向字符符的数据链路路控制协议和和面向比特的的数据链路控控制协议。前前者主要包括括ISO1745，IBM二进制同步通通信（BSC），DEC的数字数据通通信报文协议议（DDCMP）等；后者主主要包括ANSI的高级数据通通信控制规程程（ADCCP），ISO的高级数据链链路控制（HDLC）规程，IBM的同步数据链链路控制（SDLC）等协议。2022/12/29202.2.3网络层（NetworkLayer）网络层软件件通常运行行于所有主主机及路由由器上。在在源端主机机中，它接接收来自传传输层的分分组，根据据分组上标标记的目标标主机，从从路径表中中寻找路径径，确定应应该发送去去往的下一一个节点并并标记在分分组头上，，再将分组组向下发送送给链路层层。在中间间节点（路路由器），，网络层先先是收到来来自链路层层的一个分分组，根据据分组上标标记的目标标主机，从从路径表中中寻找路径径，确定应应该发送去去往的下一一个节点并并修改分组组头上的标标记，再将将分组向下下发送给链链路层。在在目标端主主机中，网网络层先是是收到来自自链路层的的一个分组组，再将分分组头剥去去，并向上上传送给传传输层。网络层也叫叫通信子网网层，主要要负责对通通信子网进进行监控。。其基本功功能是：在在两个通信信的端系统统之间，为为建立、保保持及释放放连接和数数据传送而而提供路由由选择、数数据交换、、流量控制制、拥塞控控制、差错错控制及恢恢复等功能能。数据链链路层协议议是两个2022/12/29212.2.3网络络层层（（NetworkLayer）直接接连连接接的的节节点点间间的的通通信信协协议议，，他他不不能能解解决决数数据据经经过过通通信信子子网网中中多多个个转转接接节节点点的的通通信信问问题题。。设设置置网网络络层层的的主主要要目目的的就就是是要要为为报报文文分分组组以以最最佳佳路路径径通通过过通通信信子子网网到到达达目目的的主主机机提提供供服服务务，，而而网网络络用用户户不不必必关关心心网网络络的的拓拓扑扑结结构构与与所所使使用用的的通通信信介介质质。。从OSI参考考模模型型的的角角度度看看，，网网络络层层提提供供的的服服务务可可分分为为两两类类：：面面向向连连接接的的网网络络服服务务（（ConnectionOrientedNetworkService）和和面面向向无无连连接接的的网网络络服服务务（（ConnectionlessNetworkService）。。网络络层层的的典典型型协协议议可可包包括括CCITT的X.25建议议。。2022/12/29222.2.4传输输层层（（TransportLayer）只运运行行于于所所有有主主机机上上。。在在源源端端主主机机中中，，传传输输层层将将来来自自会会话话层层的的报报文文，，按按照照当当前前网网络络的的要要求求分分成成若若干干分分组组。。每每个个分分组组都都要要标标记记上上目目标标主主机机及及分分组组序序号号，，再再按按照照顺顺序序将将一一个个分分组组向向下下发发送送给给网网络络层层。。在在目目标标端端主主机机中中，，当当传传输输层层收收到到来来自自网网络络层层的的分分组组后后，，要要按按照照分分组组序序号号将将其其重重新新组组装装成成报报文文，，然然后后向向上上传传送送给给会会话话层层。。传输层是是七层模模型中最最关键的的一层，，其基本本功能是是：将报报文分割割为分组组或将分分组组织织成报文文；为会会话实体体提供传传输连接接的建立立、数据据传输和和连接释释放，为为源主机机和目的的主机之之间提供供可靠透透明的数数据传送送。该层层位于面面向通信信业务的的通信子子网和面面向网络络应用的的资源子子网之间间，同时时也是主主机与通通信处理理机（网网卡）的的界面。。传输层的的任务是是向用户户提供可可靠的、、透明的的、端到到端（EndtoEnd）的数据据传输，，以及差差错控制制和流量量控制机机制。2022/12/29232.2.4传输层层（TransportLayer）由于它它的存存在，，网络络硬件件技术术的任任何变变化对对高层层都是是不可可见的的。也也就是是说，，会话话层、、表示示层、、应用用层的的设计计不必必考虑虑底层层硬件件细节节。所所谓端端到端端是相相对链链接而而言的的。OSI参考模模型的的四层层到七七层属属于端端到端端方式式，而而一层层到三三层属属于链链接方方式。。在通通信双双方的的两机机器之之间，，有一一对应应用程程序或或进程程直接接对话话，他他们并并不关关心底底层的的实现现技术术，这这是端端到端端的；；底层层的链链接方方式就就不一一样，，他要要负责责处理理通信信链路路中的的任何何相邻邻机器器之间间的通通信。。一般般情况况下，，传输输层为为每一一条传传输连连接生生成一一条网网络连连接，，而需需要高高吞吐吐率的的传输输连接接可以以同时时占用用多条条网络络连接接，相相反，，为了了节省省网络络带宽宽及降降低费费用，，也可可以有有多条条传输输连接接复用用同一一条网网络连连接。。典型的的传输输层协协议是是ISO第0类（Class0）至第第4类（Class4）传输输协议议。2022/12/29242.2.5会话层层（SessionLayer）在OSI环境中中，一一次会会话（（会晤晤）是是指两两个用用户进进程之之间为为完成成一次次完整整的通通信而而建立立的会会话连连接。。反过过来说说，应应用进进程之之间为为完成成某项项处理理任务务就要要进行行一系系列内内容相相关的的信息息交换换，会会话层层的目目的就就是为为有序序地、、方便便地进进行这这种信信息交交换，，提供供有效效的控控制和和管理理机制制。会话层层允许许在不不同从OSI参考模型上看，会话层之上各层是面向应用的，会话层之下各层是面向通信的。会话层在两者之间起到连接的作用。会话层的主要功能是向会话的应用进程之间提供会话组织和同步服务，对数据的传送提供控制和管理，以达到协调会话过程、为表示层实体提供更好的服务。

2022/12/29252.2.6表示层（（PresentationLayer）表示层包包含了处处理网络络应用程程序数据据格式的的协议。。表示层层从应用用层获得得数据比表示层低的层次用于将数据从源端主机传送到目的端主机，而表示层则要保证所传输的数据经传送后其意义不变。因此，表示层要解决的问题是如何描述数据结构使之与机器无关。

各个不同的端系统可能有不同的数据表示：不同的机器字长、不同的浮点数格式以及不同的字符编码等。因此，同一个信息在不同的端系统上会表现为不同的内部形式。显然这些不同的内部数据表示不能用来在开放系统之间交换。开放系统之间必须有一种共同的语言作为信息交换的2022/12/29262.2.6表示层（PresentationLayer）工具，这种工工具应该与任任何实际系统统无关，即具具有抽象性，，有很强的表表达能力，还还能方便地转转变成各种具具体形式。一种通用的数数据表示语言言首先在CCITT关于报文处理理系统的X.400系列建议中出出现。这种表表示语法后来来由ISO改编为ASN.1（AbstractSyntaxNotaion.1）标准（即ISO8824），与之配套套的基本编码码规则BER（BasicEncodingRule）包含在ISO8825文件中。ASN.1用一种抽象的的方法描述数数据，这种对对信息的抽象象描述叫做抽抽象语法。抽抽象语法形成成了各种端系系统之间的共共同语言。应应用元素用抽抽象语法表示示他们要交换换的信息，这这样可以保证证信息在端系系统之间交换换时保持语义义一致。BER则负责把抽象象语法表示的的信息变成适适合于传输的的比特流，BER确定的一组规规则叫做传输输语法。2022/12/29272.2.6表示层层（PresentationLayer）ASN.1和BER共同构构成了了OSI的表示示层标标准，，ASN.1提供了了与机机器无无关的的表示示信息息的形形式方方法。。这可可以看看作是是表示示层提提供的的一种种服务务，这这个服服务的的用户户就是是应用用元素素。若若应用用协议议数据据单元元（APDU）用ASN.1来定义义，那那么用用ASN.1描述的的APDU交给表表示层层后成成为表表示服服务数数据单单元PSDU。表示示层根根据PSDU中的抽抽象语语法选选择适适当的的编码码规则则（即即传送送语法法）把把信息息传送送到远远端系系统，，远端端系统统再根根据同同样的的编码码规则则对信信息进进行还还原。。值得注注意的的是对对应一一种抽抽象语语法不不止有有一种种编码码规则则。例例如，，有时时需要要加密密，有有时需需要压压缩，，有时时两者者都需需要，，有时时两者者都不不需要要，只只是编编码为为简单单代码码。2022/12/29282.2.7应用用层层（（ApplicationLayer）应用用层层是是OSI模型型的的最最高高层层，，他他为为用用户户的的应应用用进进程程访访问问OSI环境境提提供供服服务务，，是是最最终终用用户户应应用用程程序序访访问问网网络络服服务务的的地地方方。。OSI关心心的的主主要要是是进进程程之之间间的的通通信信行行为为，，因因而而对对应应用用进进程程所所进进行行的的抽抽象象只只保保留留了了应应用用进进程程与与应应用用进进程程间间交交互互行行为为的的有有关关部部分分。。经经过过抽抽象象后后的的应应用用进进程程就就是是应应用用实实体体（（AppilcationEntity，AE）。。对对等等应应用用实实体体间间的的通通信信使使用用应应用用协协议议。。应应用用协协议议的的复复杂杂性性差差别别很很大大，，有有的的涉涉及及两两个个实实体体，，有有的的涉涉及及多多个个实实体体，，而而有有的的应应用用协协议议则则涉涉及及两两个个或或多多个个系系统统。。为完完成成作作业业所所必必须须的的、、用用于于这这一一连连串串处处理理的的实实体体（（例例如如计计算算机机程程序序））称称为为应应用用进进程程（（AppilcationProcess，AP）。。在在OSI的AP功能能中中，，对对与与通通信信有有关关的的功功能能进进行行了了模模块块化化处处理理，，以以使使得得他他无无论论在在什什么么计计算算机机系系统统中中，，都都可可以以同同样样使使用用。。这这些些与与通通信信有有关关的的功功能能称称为为应应用用实实体体。。可可以以说说，，AE是AP中通通信信功功能能的的代代办办。。通通常常，，为为完完成成某某一一任任务务的的程程序序2022/12/29292.2.7应用层（（ApplicationLayer）存放在磁磁盘一类类的媒体体中，当当需要时时，才把把他调入入内存中中执行。。AP与API的关系，，很类似似于存放放在磁盘盘中的程程序与执执行程序序的关系系。与应应用实体体相关联联的是应应用实体体调用（（AppilcationEntityInvocation，AEI）。应用用实体和和应用实实体调用用之间的的关系也也与AP和API的关系相相同。AEI是由几个个基本的的通信功功能的集集合组成成的。这这些基本本通信功功能，在在OSI中称为应应用服务务元素（（ApplicationServiceElement，ASE）。在ASE中，有很很多业务务都通用用（或比比较通用用）的基基本功能能和各业业务特有有的功能能。目前已成成为OSI标准的应应用层协协议有以以下几种种。（1）作为各各通信业业务通用用的ASE联合控制制服务元元素（ACSE）远程操作作服务（（ROS）高可靠性性传送服服务（RTS）2022/12/29302.2.7应用层（ApplicationLayer）托付、并发和和恢复控制（（CCR）（2）作为各通信信业务特有的的ASE文件传送、访访问和管理（（FTAM）虚拟终端（VirtualTerminal，VT）作业传送和操操纵（JobTransferandManipulation，JTM）报文处理系统统（MessageOrientedTextInterchangeSystem，MHS/MOTIS）业务处理（TransactionProcessing，TP）文档传送和操操纵（DocumentTrasferandManipulation，DTAM）远程数据库访访问（RemoteDatabaseAccess，RDA）2022/12/29312.3OSI参考模型中的的数据传送本节讲述的内内容是：在OSI模型中传送的的数据的基本本格式，讲述述在不同协议议层次传送的的不同数据块块，讲述数据据是如何传送送的，以及虚虚拟通信与实实际通信的概概念。2022/12/29322.3OSI参考模型中中的数据传传送3.3.1数据传送单单元和路径径3.3.2数据传送操操作2022/12/29332.3.1数据据传传送送单单元元和和路路径径图3.3描述述了了数数据据模模块块在在OSI参考考模模型型中中传传送送的的基基本本模模块块和和路路径径，，下下面面分分别别解解释释。。主主机机A应用用进进程程与与主主机机B应用用进进程程，，两两者者中中有有一一个个是是发发送送进进程程，，负负责责发发送送数数据据；；另另一一端端则则是是接接收收进进程程负负责责接接收收数数据据。。1.数据据的的包包装装与与传传送送在发发送送端端，，用用户户通通过过应应用用进进程程将将数数据据以以字字节节流流的的格格式式传传送送到到应应用用层层；；应应用用层层对对其其加加上上头头信信息息H7形成成应应用用层层的的协协议议数数据据单单元元APDU（ApplicationProtocolDataUnit），，传送送到到表表示示层层后后成成为为表表示示层层的的数数据据；；表表示示层层在在其其数数据据前前加加上上头头信信息息H6形成成表表示示层层的的协协议议数数据据单单元元PPDU，传送送到到会会话话层层后后成成为为会会话话层层的的数数据据。。依依此此类类推推。。通通常常把把应应用用层层、、表表示示层层、、会会话话层层和和传传输输层层传传送送的的协协议议数数据据单单元元称称为为报报文文，，而而把把网网络络层层传传输输的的协协议议数数据据单单元元称称为为分分组组或或数数据据包包（（Packet），，数数据据链链路路层层传传输输的的协协议议数数据据单单元元是是数数据据帧帧（（frame），，而而物物理理层层传传输输的的协协议议数数据据单单元元则则是是比比特特。。需需要要指指出出的的是是，，从从网网2022/12/29342.3.1数据传送单元元和路径APDUSPDUTPDUPacketFrameBits图2.3OSI模型中各层数据单元的形成及流动主机B应用进程主机A应用进程说明：H、M依次表示数据单元的头部和尾部传输介质比特流报文报文报文分组帧数据比特H7字节流字节流H7字节流H7字节流H7字节流字节流MH6H6H5H6H5H4H7H3H6H5H4H2H7H3H6H5H42022/12/29352.3.1数据传送单元元和路径络层传到数据据链路层的数数据，除了要要加上头信息息H2之外，还要加加上尾信息M，然后整个作作为数据部分分传送到物理理层。物理层层不再增加头头、尾信息，，而是直接将将二进制数据据通过物理介介质发送到目目的节点的物物理层。目的的节点的物理理层收到该数数据后，逐层层上传到接收收进程。其中中数据链路层层负责去掉H2和M，网络层负责责去掉H3，依此类推，，一直到应用用层去掉H7，把最原始用用户数据传递递给了接收进进程。2.虚拟通信与实实际传送所谓协议数据据单元（PDU）就是对等层层实体之间通通过协议传送送的数据。我我们看到，对对等层实体中中被传送的协协议数据单元元是完全一样样的：在发送送方，实体所所发出的协议议数据单元，，就是在接收收方对等层实实体所接收到到的协议数据据单元。从形形式上说，通通信在对等层层实体之间进进行，但这是是虚拟的，发发送方实体调调用它相邻的的下一层实体体来实现这一一通信，而相相邻的下一层层实体又调用用其相邻的下下一层实体，，直2022/12/29362.3.1数据据传传送送单单元元和和路路径径到物物理理层层。。可可见见，，数数据据的的传传送送大大多多数数是是在在同同一一台台计计算算机机内内的的各各层层协协议议的的垂垂直直方方向向上上进进行行。。只只有有物物理理层层的的数数据据传传送送才才是是实实际际的的。。3.头信息的的作用在某一层层所加的的头信息息是传送送给对等等层实体体的控制制信息，，一般地地说，是是要求对对等层实实体要完完成的操操作。而而在数据据链路层层加在数数据尾端端的信息息M一般是校校验数据据，要求求对等层层链路实实体以此此检查本本次帧的的传送是是否正确确。2022/12/29372.3.2数据传送送操作现在来看看看数据据传送过过程是怎怎样进行行的。一一个网络络应用程程序启动动后，通通过系统统调用，，调用应应用层实实体；应应用层实实体运行行，通过过函数调调用，调调用表示示层实体体；依此此类推，，网络层层实体运运行后，，也通过过函数调调用，调调用设备备驱动程程序（链链路层实实体）；；而设备备驱动程程序运行行后则通通过I/O协议启动动硬件（（网卡））工作，，一帧数数据被逐逐位发送送到传输输介质上上。接收收端的物物理层逐逐位接收收数据，，产生硬硬中断，，设备驱驱动程序序响应中中断，逐逐位接收收数据，，并组织织成一帧帧，去掉掉帧头和和帧尾，，然后产产生软中中断。网网络层实实体响应应中断，，从链路路层接收收一个分分组，去去掉分组组头，然然后产生生一个软软中断。。传输层层实体响响应此中中断，从从网络层层接收一一个报文文，去掉掉报文头头，然后后产生一一个软中中断。依依此类推推，当应应用层实实体收到到报文后后，去掉掉报文头头，然后后使用一一个端口口号提供供给应用用程序。。2022/12/29382.4通信协协议与与网络络的功功能特特性数据通信协协议，这个个名词听起起来有些陌陌生，可能能有些不好好理解。其其实，它是是一种软件件，是计算算机网络中中最为核心心的软件，，它运行于于所有节点点中。协议议也同时揭揭示了计算算机网络的的功能特性性。2022/12/29392.4通信协议与与网络的功功能特性3.4.1协议与协议议栈3.4.2实体和系统统3.4.3通信地址3.4.4协议是一组组规则的组组合3.4.5协议分层2022/12/29402.4.1协议议与与协协议议栈栈协议议是是计计算算机机网网络络中中实实体体之之间间有有关关通通信信规规则则约约定定的的集集合合，，是是关关于于同同一一层层次次的的对对等等实实体体之之间间的的概概念念，，而而协协议议栈栈是是指指特特定定系系统统中中所所有有层层次次的的协协议议的的集集合合。。协议议有有以以下下三三要要素素：：（1）语语法法（（Syntax）：：以以二二进进制制形形式式表表示示的的命命令令和和相相应应的的结结构构，，如如数数据据与与控控制制信信息息的的格格式式、、数数据据编编码码等等。。（2）语语义义（（Semantics）：：由由发发出出的的命命令令请请求求、、完完成成的的动动作作和和返返回回的的响响应应组组成成的的集集合合，，其其控控制制信信息息的的内内容容和和需需要要做做出出的的动动作作及及响响应应。。（3）时序（Timing）：事件先后后顺序和速度度匹配。2022/12/29412.4.2实体和系统实体和系统两两词都是泛指指，实体的例例子可以是一一个用户应用用程序，如文文件传输系统统、数据库管管理系统、电电子邮件系统统等，也可以以是一块网卡卡；系统可以以是一台计算算机或一台网网络设备等。。一般说来，，实体能够发发送或接收信信息，而系统统可以包含一一个或多个实实体，而且在在物理上是实实际存在的物物体。位于不不同系统的同同一层次的实实体称之为对对等实体。2022/12/29422.4.3通信地地址计算机机网络络中的的通信信要经经过源源端主主机、、若干干中间间节点点以及及目标标端主主机。。因此此，包包括源源端主主机、、目标标端主主机在在内的的每一一个节节点都都必须须要有有一个个唯一一的地地址来来标识识一个个连接接。在在计算算机网网络中中有若若干不不同类类型的的地址址，它它们分分别使使用在在不同同的场场合下下，下下面分分别介介绍。。1.IP地址这称为为逻辑辑地址址，是是人为为规定定的，，与计计算机机硬件件无关关。IP地址址分分为为两两部部分分，，可可表表示示为为：：网网络络号号·主机机号号。。Internet是由由若若干干网网络络使使用用路路由由器器（（IP网关关））连连接接在在一一起起的的。。全全世世界界连连接接在在因因特特网网上上的的任任何何一一个个网网络络都都有有唯唯一一的的网网络络号号，，此此网网络络号号由由因因特特网网网网络络信信息息中中心心（（networkinformationcenter，NIC）统统一一分分配配，，以以避避免免冲冲突突。。连连接接在在同同一一网网络络上上的的任任何何一一台台主主机机都都有有唯唯一一的的主主机机号号，，由由该该网网络络的的管管理理员员统统一一分分配配，，以以避避免免同同一一个个网网络络上上有有两两台台主主机机具具有有相相2022/12/29432.4.3通信地址址同的主机机号。我我们必须须进一步步说明：：一台主主机一般般通过一一个硬件件端口只只连接在在一个网网络上（（本书只只讨论这这种连接接），而而路由器器却要连连接到两两个（至至少）或或更多的的网络上上。每一一个连接接都需要要一个硬硬件端口口，都要要分配一一个IP地址。因因此，IP地址标识识的实际际上是一一个连接接，而不不是一台台机器。。端口连连接在哪哪个网络络上，就就具有那那个网络络的网络络号，而而该连接接的主机机号便由由那个网网络的管管理员统统一分配配，使其其具有唯唯一性。。这既保保证了因因特网上上的任意意两台主主机的IP地址不会会相同，，也唯一一地确定定了路由由器的一一个连接接。IP地址是逻逻辑地址址，为IP协议所识识别，用用来在网网间网（（互连网网）层进进行间接接寻径，，确定IP数据报应应该送往往的下一一个IP网关。然而信信息的实际传传送是在物理理网络上进行行的，物理网网络在链路层层确认分组应应该送往位于于当前网络上上的下一个节节点的物理地地址。2022/12/29442.4.3通信地址2.物理地址我们说过，网网络上的任何何一台主机或或路由器，都都是通过插入入其中的网卡卡而与传输介介质相连的。。网卡上的ROM中，写入有一一个硬件地址址称物理地址址（MAC）。在全世界界范围内，同同一类网卡中中的任意一张张网卡都有唯唯一的物理地地址。在一台台主机或路由由器上，只要要你换了一张张网卡，也就就换了一个物物理地址。物物理地址是由由物理网络的的链路层直接接识别的。物物理地址与IP地址之间并不不存在必然的的对应关系；；由间接寻径径得到的下一一个路由器的的IP地址并不能在在物理网路上上使用，为此此，网络接口口层必须通过过调用ARP协议完成该IP地址到物理地地址的映射。。3.物理端口号我们知道，每每台PC计算机的主机机板上都有若若干扩展插槽槽，每个扩展展槽里可以插插入一张外部部设备接口板板，不同的2022/12/29452.4.3通信地址外部设备使使用不同的的接口板，，接口板的的另一边带带有一个插插座。一台台外部设备备通过一条条两端带有有接头的电电缆线与计计算机连接接起来：电电缆线的一一头插入接接口板的插插座中，而而另一头则则插入本台台外部设备备自己的接接口插座中中。一台外外部设备接接口板上留留给连接外外部设备电电缆的硬件件插座通常常只有一个个。而接口口板上有若若干寄存器器，每个寄寄存器如同同内存中的的一个存储储单元一样样可以供CPU访问，因此此，每个存存储单元都都有一个唯唯一的地址址，称外部部设备的硬硬件端口号号。CPU访问一个端端口类似于于访问一个个内存单元元，不同之之处有二：：其一，使使用的访问问指令不同同；其二，，访问内存存是随机的的，访问端端口却必须须要具备一一定的条件件（设备的的忙/闲状态）。。CPU识别任何一一个端口号号，需要时时选择某端端口号对接接口进行相相应的操作作。如果这这台计算机机要连网，，那么，网网卡就作为为一个接口口板插入到到某一扩展展槽中。计计算机使用用网卡上的的一个端2022/12/29462.4.3通信地址口号向网络络上发送信信息，或从从网络上接接收信息。。这个端口口号是硬件件端口号。。这是计算算机网络中中使用的又又一类地址址。显然，，这个端口口号与网卡卡上的物理理地址也不不存在必然然的对应关关系，但主主机是能识识别的，主主机很容易易通过执行行一段包含含输入输出出指令的简简单程序将将网卡上的的物理地址址与某个端端口号对应应起来。4.软件端口号号说网络中的的通信是计计算机之间间的通信是是不准确的的。因为，，计算机之之间的通信信实质上是是程序之间间的通信。。对于多任任务操作系系统（网络络操作系统统必须是多多任务的））来说，一一台计算机机上可以运运行多个程程序，因此此，它可以以同时同网网络上若干干其它计算算机上运行行的程序通通信。因此此，当一台台计算机上上的一个程程序要发起起一次通信信时，就不不仅要指明明目标主机机，还要指指明该主机机上的目标标程序。那那么，如何何来标识一一个应用程程序呢，通通常使用的的是软件端端口号。软软件端口是是传2022/12/29472.4.3通信信地地址址输层层（（OSI模型型或或TCP/IP模型型））与与应应用用程程序序打打交交道道的的访访问问点点，，是是传传输输层层协协议议软软件件的的一一部部分分，，称称为为传传输输层层服服务务访访问问点点TSAP。传传输输层层协协议议（（例例如如TCP协议议））保保留留了了一一些些标标准准端端口口号号用用于于服服务务器器进进程程，，用用户户进进程程可可以以申申请请使使用用非非保保留留端端口口。。因因为为端端口口号号是是本本机机唯唯一一的的，，故故可可以以使使用用它它作作为为进进程程本本身身的的描描述述符符。。至至于于一一个个进进程程如如何何将将自自己己与与TSAP连接接起起来来是是属属于于网网络络模模型型以以外外的的问问题题，，它它完完全全依依赖赖于于本本地地的的操操作作系系统统。。5.网络络模模型型中中的的其其它它服服务务访访问问点点我们们在在第第1章中中说说过过，，协协议议分分为为若若干干层层次次，，每每层层之之间间留留有有多多个个接接口口，，只只有有相相邻邻的的两两层层之之间间才才能能通通过过这这些些接接口口传传递递信信息息。。这这些些接接口口称称为为服服务务访访问问点点。。网网络络上上任任意意两两台台主主机机之之间间的的通通信信，，必必定定要要经经过过主主机机上上各各层层协协议议的的服服务务访访问问点点。。传传输输层层服服务务访访问问点点TSAP是由一个个应用进进程选择择的，那那么，网网络层服服务访问问点NSAP便是由传传输实体体选择的的（如果果网络层层服务访访问点NSAP不止一个个的话））。其余余类推。。2022/12/29482.4.4协议是一一组规则则的组合合网络上主主机之间间的交互互是通过过数据通通信来实实现的。。双方要要通信，，就必须须要约定定一组规规则，否否则通信信根本不不可能进进行。这这组规则则主要包包括以下下一些内内容。（1）被传输输的信息息如何封封装。（2）报文的的分割和和重组，，报文的的组合和和拆分。。（3）确定定通信信方式式。（4）通信信只在在对等等实体体间进进行。。（5）地址址标识识。（6）路由由选择择。（7）路径径表。。（8）路径径算法法。（9）虚电电路和和临时时寻径径。2022/12/29492.4.4协议是是一组组规则则的组组合（10）建立立连接接。（11）信息息的校校验与与重传传。（12）定时时时钟钟。（13）流量量控制制。（14）交通通控制制。（15）多路路复用用与分分流。。（16）控制制信息息与数数据信信息。。（17）通信信是实实现网网络功功能所所必须须的手手段。。2022/12/29502.4.5协议分分层在网络络系统统中实实现网网络基基本功功能的的软件件称为为协议议软件件。为为了实实现网网络功功能，，当然然需要要硬件件的参参与，，但硬硬件的的功能能是确确定的的。协协议所所实现现的只只是所所有网网络应应用都都共同同需要要的那那部分分功能能，因因此，，如果果需要要某一一方面面的应应用，，还必必须运运行一一个特特定的的网络络应用用程序序，如如运行行IE浏览器器浏览览Internet某个网网站上上的网网页。。网络络应用用程序序的任任务之之一就就是要要向用用户提提供界界面，，使用用户能能与网网络交交互。。由于于所有有网络络应用用都需需要进进行数数据通通信，，因此此，协协议又又可分分为与与通信信直接接相关关的部部分以以及与与通信信不直直接相相关的的部分分。后后者的的一部部分内内容（（会话话协议议、表表示协协议））是所所有网网络应应用都都需要要的，，而对对另一一部分分内容容（应应用协协议））来说说，不不同应应用选选择其其中不不同的的一些些使用用。协协议软软件所所完成成的一一系