第2章 计算机网络协议及结构体系

第2章计算机网络协议与结构体系第2章计算机网络协议与结构体系学习目标:掌握计算机网络体系结构的基本概念理解计算机网络的分层了解网络协议的概念

2．1计算机网络体系结构概述2.1.1划分层次的必要性计算机网络体系结构将网络的所有部件可完成的功能精确定义后，进行独立划分，按照信息交换层次的高低分层，每层都能完整地完成多个功能，层与层之间互相支持又相互独立。文件传送模块通讯服务模块网络接入模块文件传送模块通讯服务模块网络接入模块文件及文件传送命令与通信有关的报文网络接口网络接口通信网络计算机A计算机B分层所带来的好处如下：

(1)层与层之间相互独立(2)灵活性好(3)结构上可分割开(4)易于实现和维护(5)能促进标准化工作2.1.2网络协议所谓计算机网络协议，是计算机网络中的计算机为了进行数据交换而建立的规则，标准或约定。

网络协议主要由以下三个要素组成：(1)语法(2)语义(3)时序2.2OSI参考模型2.2.1OSI参考模型的产生国际标准化组织ISO(internationalstandardsorganization)提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型ISO/OSIRM（internationalstandardsorganization/opensysteminterconnectreferencemodel），简称OSI。

2.2.2OSI参考模型的层次结构OSI极其复杂，层次众多，一共有七层，从低到高依次为： 物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层OSI参考模型不同节点同等层之间的信息交换与处理OSI开放系统互连参考模型主机A主机B物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层6接口5接口4接口3接口2接口1接口PPDUSPDUTPDU报文帧比特APDU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应用层协议数据单元各层功能封装/解封装主机A主机B物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层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应用层协议封装解封装物理层（PhysicalLayer）OSI模型的最低层或第一层，该层包括物理连网媒介，如电缆连线连接器。物理层为数据传输提供可靠环境物理层的协议产生并检测电压以便发送和接收携带数据的信号。在这一层，数据还没有被组织，仅作为原始的位流或电气电压处理，单位是bit比特。物理层功能功能一：为数据端设备提供数据传输的通路功能二：传输数据网络设备网络设备传输介质接口物理层关心的是什么？为了传输信号，物理层规定了哪些特性？

数据链路层（DatalinkLayer）物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层报文(packet)帧(frame)比特(bit)数据链路层协议主机A主机B数据单元位于网络层与物理层之间数据链路层协议：802.2、802.3ATM、HDLC、FRAMERELAYHDLC:高级链路控制协议FrameRelay：帧中继。帧中继是一种局域网互联的WAN协议，它工作在OSI参考模型的物理层和数据链路层。它为跨越多个交换机和路由器的用户设备间的信息传输提供了快速和有效的方法。

数据链路层的功能数据链路的建立，维护与拆除帧包装、帧传输、帧同步帧差错恢复流量控制数据链路层设备：网卡、网桥、交换机我们平常使用的局域网就是以太网以太网解决的问题信道占用（介质）访问控制方式：采用CSMA/CD避免信号的冲突（共享的线路谁先使用）寻址（识别数据包）统一的格式（读懂数据格式）以太网采用CMA/CD（解决信道）工作原理1.发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据2.在发送时，边发送便继续监听3.若监听到冲突，则立即停止发送4.等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试以太网MAC地址以太网地址规定：用来识别一个以太网上的某个单独的设备或者一组设备（MACz地址12位16进制数，前6位，设备厂商，后六位流水账号）802.3以太网帧格式前导码目的地址源地址类型/长度数据帧校验序列数据链路层封装物理层封装以太网标准数据链路层逻辑链路控制子层(LLC)物理层介质访问控制子层(MAC)太网路IEEE802.2IEEE802.3网络层（NetworkLayer）

很多用户经常混淆2层和3层的相关问题，简单来说，如果你在谈论一个与IP地址、路由协议或地址解析协议（ARP）相关的问题，那么这就是第三层的问题。网络层负责对子网间的数据包进行路由选择，它通过综合考虑发送优先权、网络拥塞程度、服务质量以及可选路由的花费来决定从一个网络中两个节点的最佳路径。另外，它还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。网络层协议的代表包括：IP、IPX、RIP（路由信息协议）、OSPF（组播扩展）等。路由和交换路由工作在网络层：路由是路由器根据自己的路由表进行的，期间经过了路由选择和路由转发的过程，从路由器的一个接口“路由”到另一个接口。交换机工作在数据链路层：交换是交换机根据自己的MAC地址表在交换机的不同端口之间进行的，从交换机的一个端口“交换”到另一个端口。交换机主要用来隔离冲突域传输层（TransportLayer）传输层是OSI模型中最重要的一层，它是两台计算机经过网络进行数据通信时,第一个端到端的层次，起到缓冲作用。当网络层的服务质量不能满足要求时，它将提高服务，以满足高层的要求；而当网络层服务质量较好时，它只需进行很少的工作。另外，它还要处理端到端的差错控制和流量控制等问题，最终为会话提供可靠的,无误的数据传输。传输层协议的代表包括：TCP、UDP、SPX等。IP层提供点到点的连接传输层提供端到端的连接(port->socket)传输层IP层提供点到点的连接传输层提供端到端的连接(port->socket)IP:找到目标主机会话层（SessionLayer）会话层负责在网络中的两节点之间建立和维持通信，并保持会话获得同步，它还决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。会话层协议的代表包括：RPC（远程过程调用协议

）、SQL、NFS（网络文件系统

）、XWINDOWS（图形用户接口

）、ASP（动态网页）等表示层（PresentationLayer）表示层的作用是管理数据的解密与加密，如常见的系统口令处理，当你的账户数据在发送前被加密，在网络的另一端，表示层将对接收到的数据解密。另外，表示层还需对图片和文件格式信息进行解码和编码。应用层（ApplicationLayer）简单来说，应用层就是为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口，包括文件传输、文件管理以及电子邮件等的信息处理。应用层协议的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP（简单网络管理协议

）等。会话层,表示层,应用层构成开放系统的高3层，它们为应用进程提供分布处理，对话管理,信息表示,恢复最后的差错等，它们每一层负责一项具体的工作，然后把数据传送到下一层。2．3TCP/IP体系结构2.3.1TCP/IP体系结构的产生20世纪90年代TCP/IP体系结构取代OSI参考模型成为事实上的国际标准。原因有:(1)TCP/IP体系结构简单易用，倍受市场青睐(2)起源美国的因特网起到推波助澜的作用(3)OSI模型还没有完全建立起来，使用TCP/IP的因特网已抢先在世界上覆盖了相当大的范围(4)几乎垄断软硬件制造的美国制造商都纷纷把TCP/IP协议固化到网络设备与网络软件中2.3.2TCP/IP的层次结构四层体系结构，它包括：网络接口层、互联层、运输层和应用层。

2．4数据包在计算机网络中的封