计算机网络 04-Internet协议与性能

3-1

第三讲

Internet协议与性能

林楠

电子邮件：lynn_limiaii@

办公电话/p>

办公室：408

eujwt

■一协议栈，服务模式

一个协议层可以由软件、硬件，或两者同时完成服务功能。

不同层的协议总合为协议栈-protocolstacko

应用层应用层

网络接口层

OSI七层协议TCP/IP四层协议Internet五层协议

实际生活中从来没有实现过!

。5工七层协议

ISO组织(InternationalStandardsOrganization)20世纪70年代末创建了

OSI开放系统互联模型(OpenSystemsInterconnection)

将网络的结构分为七层协议的模型，每一层完成相关的工作。

发送主机A接收主机B

会

。5工七层协议

osi参考模型各层功能与任务

任务：为应用选择适当的服务；

功能:提供文件打印，数据库和其他应用程序等服务;

任务:提供编码转换，数据重新格式化;

功能:数据加密，压缩，翻译等；

任务：主机间通信;

功能:会话控制；

任务:提供端到端的数据完整通信;

功能:提供可靠与不可靠数据传输；

任务：寻址和最短路径（路由）；

功能:提供逻辑地址，用于路由路径的选择;

任务:相邻结点间透明、可靠的信息传输；

功能:把字节性质的数据包组成帧，错误检测但不更正;

任务：为数据传输提供通路，在设备之间传输比特；

功能：定义物理拓扑结构，定义电压，线速，针脚等物理规范;

OS工七层协议

=1.—I—

资源子网

（信息处理系统）

通信子网

3-6

工nternet协议栈

Internet协议栈（使用TCP/IP协议，在现实网络中广泛使用！）

应用层：支持网络各种应用程序

运输层：主机与主机之间传输数据段

网络层：从发送端到接收端路由数据报

链路层：临近的两个结点之间传输帧

物理层：临近的两个结点之间传输帧中的一位

针对不同的以太网使用不同的物理层标准。

Internet协议栈

3-7

工nternet协议栈

运输层

运输层：实现进程与进程之间的通信。

网络层：实现主机与主机之间的通信。

数据链路层：实现结点与结点之间的通信。

工nternet协议栈——物理层

物理层PhysicalLayer

通过介质传送比特流，提供机械及电气规格说明。

接口和介质的物理特性：定义了设备和传输介质

之间接口的特性，还定义了传输介质的类型。

应用层

比特的表示：物理层数据由比特（0/1）流组成，

要进行传输，必须把比特流编码成信号（电信号

或光信号）。

运输层TCP

数据速率（bps）由物理层定义。

网络层IP

数据链接层比特同步：发送方和接收方不但要采用相同的比

特速率，而且还要在比特层次上达到同步，即发

送方和接收方的时钟必须同步。

Internet协议栈

3-9

工协议栈---数据链路层

nterne--t--------------------------------------------

数据链路DataLinkLayer

负责将比特组成帧，并将帧从一个结点传输到另一个结点。

分帧：链路层将接收来自上层网络层的数据报，划

分成便于管理的数据单元：帧。

应用层物理寻址：链路层会在帧中加入头部信息（包括物

理地址），用来定义该帧的发送与接收方。

流量控制：如接收方接收速率低于发送方的发送速

率，链路层会采取流量控制机制来防止数据淹没接

收方。

差错控制：通过采取检测和重传损坏或丢失的帧的

机制，与物理层相比，数据链路层更加可靠。

访问控制：当两台或两台以上的设备连接到同一链

路时，数据链路层协议就必须决定哪台设备在什么

给定的时间内具有控制权。

Internet协议栈

3-10

工nternet协议栈---网络层

网络层NetworkLayer

负责把数据报从发送主机传输到目的主机，提供网络互联。

逻辑寻址（IP地址）：负责处理本地网络的寻址

问题，如果数据报通过网络边界，网络层就在上

层的数据报上加个头部信息，用来定义该分组的

发送与接收方的逻辑地址。

路由选择：当独立的网络连起来组成一个互联的

网络时，交换设备（交换机或路由器）对数据报

进行路由或交换，寻找一条能够把数据报送到目

的地的路径，最终到达目的地。

主要协议IP,所有Internet组成必须运行IP。

网络层提供无连接不可靠的传输服务：不保证数

据完整送达，不保证数据按顺序传输。

Internet协议栈

工nternet协议栈——运输层

运输层TransportLayer

提供两端点上进程与进程之间的数据传输。

端口寻址：运输层通过端口地址，传送数据从一

台计算机上的特定进程到另一台计算机上的特定

应用层进程。

分割与重组：将一个数据包分成数个可以发送的

数据段，并在接收时重组。

连接控制：运输层可以是面向连接或无连接。

流量控制：类似链路层，运输层也负责流量控制

，但运输层的流量控制是端到端的，不是通过单

一的链路相临结点之间的。

差错控制：类似链路层，运输层也负责差错控制

，但运输层的差错控制是端到端的，不是通过单

一的链路相临结点之间的。

Internet协议栈

工nternet协议栈——应用层

应用层ApplicationLayer

负责向用户提供服务，允许用户访问网络资源。

文件传输

FTP、TFTP、NFS

电子邮件

SMTP、POP3

WWW应用

HTTP

远程登录

Telnet

网络管理

SNMP

域名管理

DNS

Internet协议栈

工nternet协议栈---各层协议

应用层：SMTP、HTTP、FTP、DNS...

运输层：TCP、UDP

网络层：IP、ICMP、ARP...

所有运行网络层的Internet组成必须运行IP!

链路层：以太网Ethernet802.3、ATM、帧中继

（不同的物理网络标准不同）

物理层：无特定协议

（不同的传输介质标准不同）

Internet协议栈

ApplicateIxixer

|ITP|(HGPJ(NFSJ(SNMP〕(FTPj

LinkLdxei

；\RPk］自hcrniL匹卜工&。3,

ITokenRin±PPP.m|

3-15

工nternet协议栈：分层逻辑通信

|data||

不

运输层

举例：运输层

□从应用层取得数据；网络层

物理层

□加上地址,校验信息形成

''数据报”；物理层

应用层

□向对等实体（peer）发送

数据报；运输层

网络层

□等待对等体在接收后的应

答；

物理层

比喻：邮局服务。

应用层

SWM运输层

网络层网络层

WWWBM

SWMOM

工nternet协议栈：分层物理通信

应用层

WM

网络层

链路层

物理层WCT

WW

应用层

JIWI

网络层

链路层

WSMdata

应用层

应用层^SM

运输层

网络层

网络层

链路层

链路层WW

WW

3-17

工nternet协议栈：协议数据单元PDUG

在网络体系结构中，对等层协议之间交换的信息单元统称为

协议数据单元(PDU,ProtocolDataUnit)。

应用层----报文(Message)

----数据段(Segment)

----分组(数据报)(Datagram)

----数据帧(Frame)

——比特(Bit)

Internet协议栈

工nternet协议栈：数据封装

数据封装：一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包

，打包的过程称为封装；就是在数据前面加上特定的协议头部信息。

上层PDU

服务数据单元SDU

本层PDU协议头数据

服务数据单元SDU

下层PDU协议头数据

3-19

工nternet协议栈：数据封装

数据封装

应用层：数据

运输层：数据段

网络层：数据报报头段头

数据链路层：帧帧头■疆■段头哂即帧尾

物理层：比特11010000110000101001011110110

电脉冲i-innnnni—LTLFL

3-20

工nternet协议栈：数据封装

数据多层封装

发送端

消息应用层

数据段iwnr

数据报|HMM网络层

帧HH」川M

位物理层

连路层的旧」HJ

川叫川MM

」物理层

位

交换机

接收端

］应用层

消息ML

数据段HI"运输层

数据报网络层

帧一链路以

位一~物理u

3-21

分组交换网络的性能：时延与丢失

数据包时延的起因：

□数据包到达速度超出连接的输出能力；

□数据包在路由器的缓冲池中排队，等待。

注意：数据包完整地被接收后才被发送。

数据包避传送（时延）

*

空闲缓冲块：：

因为没有空闲缓冲块,

来到的数据包将丢失。

3-22

分组交换网络的性能：时延与丢失

结点时延=处理时延+排队时延+发送时延+传播时延

1、处理时延:

交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。

（检测数据包头信息；检测校验位有错；确定数据包的出口连接等）

处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

发送时延

◄----►排队时延

处理时延

3-23

分组交换网络的性能：时延与丢失

结点时延=处理时延+排队时延+发送时延+传播时延