TCPIP第二章TCP协议族

TCP/IP协议第二讲

OSI模型和TCP/IP协议族本讲内容分层模型OSI参考模型TCP/IP参考模型编址网络体系结构网络体系结构层和协议的集合称为网络的体系结构。网络的基本模型网络功能及其之间关系的系统模型系统各层的描述机制相关的协议建立网络体系结构的目的抽象的讨论和研究网络技术网络的实现技术和网络的功能能够相互独立、各自发展。网络模型层次型以ISO-OSI为代表用严格的层次关系来表述网络功能的划分及其之间的关系所包含的各个协议具有很明确的层次依赖关系。功能型以TCP/IP为代表以网络服务所需的各项功能为主线来划分功能间的关系无严格的层次界限，所包含的各协议具有明确的功能依赖关系。网络分层为什么要进行分层？为了减少协议设计的复杂性，网络按层（layer）的方式来组织。优点----分而治之把复杂的问题分解成几个子问题简化相关的网络操作层与层之间提供标准接口缺点严格按照分层思想设计的软件效率低下协议协议的组成：语法（syntax)：数据与控制信息的格式、数据编码等语义（semantics)：控制信息的内容，需要做出的动作及响应时序关系（timing)：有关事件顺序的说明、速度匹配协议的概念举例甲要打电话给乙，首先甲拨通乙的电话号码，对方电话振铃，乙拿起电话，然后甲乙开始通话，通话完毕后，双方挂断电话。

在这个过程中，甲乙双方都遵守了打电话的协议。协议的复杂性层次结构的通信实例（1）实例分析甲乙公司都可以看作是网络结点经理、助手和秘书是一个个的通信实体处于不同结点的相同层次的实体叫做对等实体协议实际上是对等实体之间的通信规则的约定

比如两个公司的秘书之间就有收发传真、和普通信函的协议，高级助理之间都遵照标准公函的协议，经理之间当然也有协议。各层向它上层提供服务分层的三大原则完备、高效的原则增值服务的原则（N）层的服务基于（N-1）层的服务，又多于（N-1）层的服务。各层之间存在单向的功能依赖关系，保证不会出现循环调用的现象。同等层通信的原则信息交换只能依赖于同等层的协议对等层之间的通信是实体之间的通信实体之间的通信又是其实例之间的通信虚通信－不同主机的对等层之间不能直接通信，实际通信是在最底层完成的。层的特性对于第N层协议来说，它有如下特性：不知道上、下层的内部结构；独立完成某种功能；为上层提供服务；使用下层提供的服务。PDU和SDU协议数据单元PDU（ProtocolDataUnit）第N层实体通过网络传送给它的对等实体的信息单元；PDU由上层的服务数据单元SDU或其分段和协议控制信息PCI（ProtocolControlInformation)组成；传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：传输层——数据段（数据报）（Segment）网络层——分组（数据包）（Packet）数据链路层——数据帧（Frame）物理层——比特（Bit）SDU和PDU的关系全局与局部的关系包含与被包含的关系数据封装层次结构的通信实例（2）对等进程/对等实体（PeerEntity）对等进程/对等实体（PeerEntity）对等层PeerLayer对等层PeerLayer接口Interface对等层协议Peer-to-PeerProtocol对等层协议Peer-to-PeerProtocol层次结构的通信类比信件邮局分拣邮包邮政网络邮政运输交通运输信件邮局分拣邮包邮政网络邮政运输信件格式寄信方式分拣邮包规则邮路选择运输方式同层间需要约定规则——协议2.2OSI参考模型ISO标准ISO：国际标准化组织，专门就一些国际标准达成世界范围的一致。OSI：OpenSystemInterconnection，开放系统互连RM：ReferenceModel，参考模型目的使两个不同的系统能够通信，而不需要改变底层的硬件或软件逻辑ISO是一个组织，OSI是一个模型OSI不是协议，是网络体系结构的概念模型OSI分层原则根据不同层次进行抽象分层每一层应当定义明确的功能每层功能的选择应有利于制订协议的国际标准各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量层数应足够多，以避免不同功能混杂在同一层，但层数又不能太多，否则体系结构过于臃肿。OSI分层结构OSI参考模型（1984年提出）应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层用户支持层网络支持层7654321OSI各层功能向用户提供接口和服务ApplicationPresentationSessionTransportNetworkDataLinkPhysical信息转换，包括信息压缩、加密、与标准格式的转换建立、管理、中止会话提供进程间通信机制，保证数据可靠传输路由选择、流量控制、网络互连帧定位、检错、纠错、流量控制、介质访问控制物理介质、机械、电气接口2.3TCP/IP参考模型应用层传输层互连层网络接口层4321应用层表示层会化层传输层网络层数据链路层物理层7654321ISO－OSI参考模型TCP/IP参考模型网络接口层网络接口层（主机—网络层）－Host-to-networkLayer在TCP/IP参考模型中并没有详细定义这一层的功能通信主机必须采用某种协议连接到网络上，并且能够传输网络数据分组。没有规定具体使用那种协议。根据主机与网络拓扑结构的不同，局域网基本上采用了802系列的协议，如802.3以太网协议、802.5令牌环网协议；广域网较常采用的协议有帧中继、X.25等。网络层互连层（InternetLayer）的主要功能是负责在互连网上传输数据分组。与OSI参考模型的网络层相对应。互连层是TCP/IP参考模型中最重要的一层，它是通信的枢纽从底层来的数据包要由它来选择继续传给其他网络结点或是直接交给传输层

对从传输层来的数据包，要负责按照数据分组的格式填充报头，选择发送路径，并交由相应的线路发送出去。在互连层，定义了互连协议（IP）它的主要功能是路由及网络选择。本层还定义了地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP以及ICMP协议。传输层传输层（TransportLayer）的主要功能是负责端到端的对等实体之间进行通信。TCP/IP的传输层定义了两个协议：传输控制协议（TransportControlProtocol）TCP，参见RFC793；用户数据报协议（UserDatagramProtocol）UDP，参见RFC768。

TCP协议是可靠的、面向连接的协议它用于包交换的计算机通信网络、互连系统以及类似的网络上，保证通信主机之间有可靠的字节流传输。UDP是一种不可靠的、无连接协议。它最大的优点是协议简单，额外开销小，效率较高；缺点是不保证正确传输，也不排除重复信息的发生。UDP不是面向连接的。需要可靠数据传输保证的应用应选用TCP协议；相反，对数据精确度要求不是太高，而对速度、效率要求很高的环境，如声音、视频的传输，应该选用UDP协议。应用层应用层（ApplicationLayer）是TCP/IP协议族的最高层。它包含了所有OSI参考模型中会话层、表示层和应用层这些的高层的协议的功能。互连网络上将建的应用层协议有下面几种：电子邮件协议（SMTP）超文本传输协议（HTTP）网络终端协议（TELNET）文件传输协议（FTP）网络新闻传输协议（NNTP）域名系统（DNS）简单网络管理协议（SNMP）TCP/IP的体系结构SocketFTPHTTPSMTPDNSTCPUDPIPLANsMANsWANsDNSTFTPSNMPICMPIGMPARPRARPOSI模型和TCP/IP模型的比较相似之处：基于独立的协议栈概念各层功能大体类似差别：层次的差别OSI模型的协议、接口、服务概念明确OSI参考模型先有模型，后有协议，没有偏向于任何特定的协议；TCP/IP参考模型先有协议，模型实际上是对已有协议的表述。2.4TCP/IP中的地址与层次关系ProcessTCPUDPIPandotherprotocolsUnderlyingphysicalnetworksApplicationlayerTransportlayerNetworklayerNetworkAccesslayerPhysicaladdressIPaddressPortaddress编址地址物理地址PhysicaladdressIP地址IPaddress端口地址Portaddress标识通信节点节点所属LAN或WAN指定LAN或WAN内唯一链路地址/硬件地址0x0005.5D06.1418标识通信节点的网络连接Internet指定Internet内唯一网络地址4标识通信进程操作系统指定一台计算机内唯一21,23,25,808080,10000单播、多播、广播单播（Unicast）一个接收者例：0x0005.5D06.1418;4多播（Multicast）一组接收者例：0x0100.5E00.0002;广播（Broadcast）网络中的所有系统例：0xFFFF.FFFF.FFFF，55TCP/IP的版本Version4目前正在使用的版本地址空间不足和低效率：32位的地址对服务质量和安全等方面支持较弱Version5基于OSI模型层次改变大，代价高，从没有实用过Version6（IPng）仅改动