现代网络体系结构和参考模型

本资料来源基础知识02网络体系结构和参考模型本章主要内容3.1计算机网路体系结构3.2开放系统互连参考模型3.3TIP/IP参考模型3.4网络协议3.5本章小结3.1计算机网路体系结构3.1.1网络体系结构的提出与发展3.1.2网络体系结构的定义3.1.3网络分层结构3.1.4网络协议3.1.5网络体系结构中的基本概念3.1.1网络体系结构的提出与发展1974年，美国IBM公司在网络实践中总结出世界上第一个网络体系结构——系统网络体系结构(SystemsNetworkArchitecture，SNA)。1975年，DEC公司为了与IBM公司竞争，也发布了自己的计算机网络体系结构——数字网络体系结构(DigitalNetworkArchitecture，DNA)。后来，Novell公司推出的网络操作系统NetWare也实现了一种新的网络体系结构——IPX/SPX。与此同时，Apple公司也推出了针对Macintosh计算机连网而设计的计算机网络体系结构。国际标准化组织(ISO)在1984年公布了开放系统互连/参考模型(OpenSystemInterconnection/ReferenceModel，OSI/RM)。3.1.2网络体系结构的定义网络体系结构(NetworkArchitecture)是计算机网络的分层、各层协议、功能和层间接口的集合。不同的计算机网络具有不同的体系结构，其层的数量、各层的名称、内容和功能以及各相邻层之间的接口都不一样。然而，在任何网络中，每一层都是为了向它相邻的上层提供一定的服务而设置的，而且每一层都对上层屏蔽实现协议的具体细节。这样，网络体系结构就能做到与具体的物理实现无关，哪怕连接到网络中的主机和终端的型号及性能各不相同，只要它们共同遵守相同的协议就可以实现互通信和互操作。3.1.3网络分层结构基本的网络体系结构模型就是层次结构模型。网络分层结构中，每一层都由一些实体组成，这些实体抽象地表示了通信时的软件元素(如进程或子程序)或硬件元素(如智能I/O芯片等)。实体是通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施。系统的顶层执行用户要求做的工作，直接与用户接触，可以是用户编写的程序或发出的命令。除顶层外，各层都支持其上一层的实体进行工作，这就是服务。分层结构中各相邻层之间要有一个接口，它定义了较低层向较高层提供的原始操作和服务。相邻层通过它们之间的接口交换信息，高层并不需要知道低层是如何实现的，仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务，这样使得两层之间保持了功能的独立性。3.1.4网络协议通信协议具有以下特性。(1)层次性。(2)可靠性和有效性。计算机网络协议主要由以下三个要素组成。(1)语义(2)语法(3)定时3.1.5网路体系结构中的基本概念1.层层是指人们划分出来的计算机网络中功能独立的一个子模块。从程序设计角度来说，层是指为了实现一个大功能而涉及的许多函数的集合。2.实体所谓实体，是指某一层中具有数据收发能力(可以接受参数并且返回结果)的活动单元。3.服务服务是指第N层的所有实体为N+1层的所有实体提供的一组功能集合4.服务原语服务原语供用户实体访问该服务或者向用户实体报告某事件的发生。5.数据据单元为了实现现某些功功能，层层与层之之间、实实体与实实体之间间都需要要传递一一些数据据，通常常将传递递的数据据的每一一个单位位叫做数数据单元元。6.协协议数据据单元通常将不不同计算算机系统统的对等等层实体体之间所所交换的的数据单单位的每每一部分分称为协协议数据据单元。。7.服务务数据单单元服务数据据单元是是指下层层实体给给上层实实体返回回结果的的集合。。8.接口口数据单单元在同一系系统的相相邻两层层实体的的一次交交互中，，将传递递的参数数和返回回的结果果称为接接口数据据单元。。3.2开开放放系统互互连参考考模型3.2.1分分层通通信3.2.2物物理层层3.2.3数数据链链路层3.2.4网网络层层3.2.5传传输层层3.2.6高高层协协议3.2.1分分层通通信在OSI参考模模型(如如图3-1所示示)中，，将整个个通信功功能划分分为七个个层次。。每一层层的目的的是向相相邻的上上一层提提供服务务，并且且屏蔽服服务实现现的细节节。模型型设计成成多层，，像是在在与另一一台计算算机对等等层通信信。实际际上，通通信是在在同一计计算机的的相邻层层之间进进行的。。每一层层都按照照一组协协议来实实现某些些网络的的功能。。七个层层次之间间的问题题相对独独立，而而且易于于分开解解决，也也无需过过多依赖赖于外部部信息。。七个层层次自下下而上分分布，并并具有不不同的功功能。应用层表示层会话层传输层网络层物理层数据链路层应用层表示层会话层传输层网络层物理层数据链路层应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议网络层协议数据链路层协议物理层协议接口接口接口接口接口接口报文(M)报文(M)报文(M)报文(M)报文分组(P)帧(F)位(bit)主机X主机Y图3-1OSI参考考模型3.2.2物物理层层1.物理理层的概概念物理层(PhysicalLayer)是OSI的最最底层，，它建立立在物理理通信介介质的基基础之上上，作为为系统和和通信介介质的接接口，用用来实现现数据链链路实体体之间透透明的比比特流传传输。2.物理理层的功功能(1)物物理连接接的建立立与拆除除(2)物物理层服服务数据据单元传传输(3)物物理层管管理3.物物理层的的特性1)机械械特性2)电气气特性3)功能能特性4)规程程特性3.2.3数数据链链路层1.数据据链路层层的概念念数据链路路层(DataLinkLayer)的主要要用途是是在相邻邻网络实实体(即即相邻结结点)之之间建立立、维持持和释放放数据链链路连接接，并且且传输数数据链路路服务数数据单元元。2.数据据链路层层提供的的功能和和服务(1)数数据链路路管理功功能(2)差差错控制制功能(3)相相邻结点点之间的的流量控控制3.数据据链路层层的主要要协议(1)面面向字符符的通信信规程(2)面面向位的的通信规规程3.2.4网网络层层1.网络络层的功功能(1)建建立和拆拆除网络络连接(2)路路径选择择(3)对对数据包包进行分分段和组组装(4)传传输和流流量控制制(5)差差错的检检测和恢恢复2.网络络层提供供的主要要服务(1)无无连接服服务(2)面面向连接接服务(3)数数据报服服务(4)虚虚电路服服务3.2.5传传输层层1.传输输层提供供的服务务传输层的的主要任任务是在在优化网网络层提提供的服服务的基基础上，，在源主主机与目目的主机机之间提提供可靠靠的透明明数据传传输，使使高层服服务用户户在相互互通信时时不用关关心通信信子网的的实现细细节。2.传输输层的主主要功能能(1)将将传输层层的地址址映射到到网络地地址(2)多路路复用用和分分割(3)传输输连接接的建建立与与释放放(4)分段段与重重新组组装(5)组合合与分分解(6)流量量控制制和缓缓存(7)差错错控制制3.2.6高高层层协议议1.会会话层层会话层层(SessionLayer)负负责在在网络络中的的两结结点之之间建建立和和维持持通信信、建建立会会话、、拆除除会话话等会会话管管理服服务。。2.表表示层层表示层层(PresentationLayer)就像像是应应用程程序与与网络络之间间的翻翻译。。3.应应用层层应用层层为应应用进进程提提供了了访问问OSI环环境的的手段段，是是应用用进程程使用用OSI功功能的的唯一一窗口口。3.3TIP/IP参考考模型型3.3.1TCP/IP的层次结结构3.3.2TCP/IP协议集3.3.3两种种分层结构构的比较3.3.4TCP/IP协议族3.3.5IP地址和子子网掩码3.3.1TCP/IP的层次结结构TCP/IP分为四四个层次，，分别是网网络接口层层、网际层层、传输层层和应用层层。1.网络接接口层网络接口层层是TCP/IP协协议的最低低层，负责责接收IP数据包并并通过网络络发送IP数据包，，或者从网网络上接收收物理帧，，取出IP数据包，，并把它交交给IP层层。2.网际层层(IP)网际层所执执行的主要要功能是处处理来自传传输层的分分组，将分分组形成数数据包(IP数据包包)，并为为该数据包包进行路径径选择，最最终将数据据包从源主主机发送到到目的主机机。3.传输层层(TCP和UDP)传输层提供供应用程序序间的通信信通信，提提供了可靠靠的传输(UDP提提供不可靠靠的传输)。4.应用层层在TCP/IP模型型中，应用用程序接口口是最高层层，它与OSI模型型中的高三三层的任务务相同，用用于提供网网络服务。。图3-2信信息在各各层次之间间的传递3.3.2TCP/IP协议集1.网络接接口层协议议网络接口层层上的TCP/IP协议用于于使用串行行线路连接接主机与网网络或连接接网络与网网络的场合合，这就是是SLIP协议和PPP协议议。2.网际层层协议网际层上包包含五个协协议：IP、ARP、RARP、ICMP和IGMP。。3.传输层层协议传输层有两两个主要的的协议：TCP协议议和UDP协议。4.应用层层协议3.3.3两种种分层结构构的比较相同点它们都是层层次结构的的模型；其其最低层都都是面向通通信子网的的；它们都都有运输层层，且都是是第一个提提供端到端端数据传输输服务的层层次，都能能提供面向向连接或无无连接运输输服务；其其最高层都都是向各种种用户应用用进程提供供服务的应应用层等。。不同点两者所划分分的层次数数不同；TCP/IP中没有有表示层和和会话层；；TCP/IP没有有明确规定定通信子网网的协议，，也不再区区分通信子子网中的物物理层、数数据链路层层和网络层层；TCP/IP中中特别强调调了网际层层，其中运运行的IP协议是Internet的的核心协议议，且网际际层向上只只提供无连连接的服务务，而不提提供面向连连接的服务务等。3.3.4TCP/IP协议族1.TCP/IP的的数据链路路层(1)SLIP协议议(2)PPP协议2.TCP/IP网网络层(1)互联联网协议IP(InternetProtocol)(2)互联联网控制报报文协议ICMP(3)地址址转换协议议ARP(4)反向向地址转换换协议RARP3.TCP/IP传传输层(1)传输输控制协议议TCP(2)用户户数据报协协议UDP4.TCP/IP的的应用层(1)文件件传输协议议FTP(2)远程程终端访问问TELNET(3)域名名服务DNS(4)简单单邮件传送送协议SMTP3.3.5IP地址和子子网掩码1.IP地地址IP地址是是一个32位的二进进制数，由由地址类别别、网络号号和主机号号三个部分分组成。IP地址分分成五类：：A类、B类、C类类、D类和和E类，详详细结构如如图3-3所示。图3-3IP地址址分类2.子网的的划分在许多情况况下，一个个A类或B类地址的的一个网络络号，对应应了很多的的主机，一一个组织或或公司常常常用不了。。另一方面面，C类地地址的一个个网络只有有254台台主机，又又显得太少少。因此，，在实际应应用中，常常常将一个个较大的网网络分成几几个部分，，每一个部部分称为一一个子网。。在外部，，这几个子子网依然对对应一个完完整的网络络号。子网网划分的方方法就是将将地址的主主机号部分分进一步划划分成子网网号和主机机号两个部部分，其中中，表示子子网号的二二进制位数数(占用主主机地址位位数)取决决于子网的的个数，假假设占用主主机地址的的位数为m，子网个个数n，它它们之间的的关系是2m=n。。子网掩玛玛(SubnetMask)也是是一个““点分十十进制””表示的的32位位二进制制数，通通过子网网掩码，，可以指指出一个个IP地地址中的的哪些位位对应于于网络地地址(包包括子网网地址)、哪些些位对应应于主机机地址。。对于子子网掩码码的取值值，通常常是将对对应于IP地址址中网络络地址(网络号号和子网网号)的的所有位位都设置置为“1”，对对应于主主机地址址(主机机号)的的所有位位都设置置为“0”。3.几种种特殊的的IP地地址形式式(1)网网络地址址由一个有有效的网网络号和和一个全全“0””的主机机号组成成，用来来表示某某一个具具体的网网络。(2)广广播地址址①直接广广播地址址：由一一个有效效的网络络号和一一个全““1”的的主机号号构成，，其作用用是因特特网的主主机向网网络号所所指向的的网络广广播信息息。②有限广广播地址址：32位全为为“1””的IP地址(55)，用用于本网网(或本本子网)广播。。(3)回回环地址址A类网络络的网络络号为127(即01111111)的IP地址址，是保保留地址址，可作作为本地地软件回回环测试试本主机机之用，，叫做回回环地址址。(4)专专用地址址3.4网网络络协议3.4.1NETBEUI协议议3.4.2IPX/SPX协议议3.4.3常常用网网络通信信协议的