网络体系结构.ppt

1、第2章 网络体系结构,网络体系结构 OSI TCP/IP,主要内容,计算机网络体系结构与协议 OSI参考模型 TCP/IP参考模型 Novell NetWare参考模型 局域网协议举例,学习要求, 理解计算机网络协议的概念 理解计算机网络体系结构的概念 掌握OSI参考模型及各层功能 掌握TCP/IP参考模型及各层功能 了解TCP/IP参考模型各层的协议 了解Novell NetWare参考模型 了解其它一些常用的局域网协议,2.1.1 网络体系结构（network architecture，NA）,2.1 概述,问题: 异质环境中任意两台计算机之间如何通信? 网络体系结构就是一种粘合剂，它使这

2、些用不同媒介连接起来的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作性，并满足各种业务的需求，它营造了一种“生存空间”任何厂商的任何产品、以及任何技术只要遵守这个空间的行为规则，就能够在其中生存并发展。 网络体系结构解决异质性问题采用的是分层方法。把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决。,寄信人,邮局,运输部门,邮政子系统,运输子系统,收信人,邮局,运输部门,用户子系统,对信件内容的共识,对信件如何传递的共识,对货物如何运输的共识,公路，铁路，航空,邮政系统分层模型,每一层都可完成一定的功能，上一层的功能的实现要调用下一层提供的服务。上一层只需要知道下一层提供什

3、么服务，并知道如何调用即可，而不必知道下一层的服务是如何实现的。 相邻层之间（不同机构间）的约定（接口，上一层如何访问下一层的服务）：用户与邮政局之间的约定（邮局为用户提供寄信服务）、邮政局与运输部门之间的约定（运输部门为邮局提供运输服务）。,每一层通信两端-同等机构间有个约定(协议，为了能够相互理解）：用户之间的约定、邮政局之间的约定和运输部门之间的约定。,网络体系结构是计算机网络的分层、各层协议和层间接口的集合。,网络层次体系结构要解决的问题 1.网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能） 2.各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口） 3.通信双方的数据传输要

4、遵循哪些规则？（协议）,网络采用层次结构的优点：（1）各层之间相互独立，高层不需要知道底层是如何实现的，而仅知道该层通过层间的接口所提供的服务。（2）灵活性好，某层的改变，只要层间接口不变，则不影响上下层。（3）结构上可分割，各层都可采用最合适的技术来实现。 网络体系结构是一组设计原则，包括功能组织、数据结构和过程的说明，以及为用户应用网络的设计和实现的基础,2.1.2 网络协议 计算机网络中相互通信的实体之间交换信息时所必须遵守的规则、约定的集合 其作用是控制并指导通信双方的对话过程，发现对话过程中出现的差错并确定处理策略。 协议三要素 语法（syntax），用户数据与控制信息的结构与格式，

5、以及数据出现的顺序的意义； 语义（semantics），控制信息的内容，需要做出的动作和响应 时序（timing），事件先后顺序和速度匹配。,2.1.3 协议分层,n+1层,n层,n-1层,n+1层,n层,n-1层,n+1层协议,n层协议,n-1层协议,对等实体,交换服务原语,交换服务原语,单位SDU（服务数据单元）,单位PDU（协议数据单元）,单位PDU（协议数据单元）,单位PDU（协议数据单元）,层间接口,实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程，每一层中的活跃元素。,对等层实体之间虚拟通信;下层向上层提供服务;实际通信在最底层完成在发送方数据由最高层逐渐向下层传递,到接收方数据由最低

6、层逐渐向高层传递.,接口：是协议中不同功能层之间的通信规约，是数据流穿越功能层界面的约定，是实体之间的连接部分。 接口在相邻层之间，层间通过接口联系，并将服务功能细节对上层屏蔽。,服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。,2.1.4 网络服务,网络服务是指彼此相邻的两层间下层为上层提供通信能力或操作而屏蔽其细节的过程 服务是各层向其上层提供的一组原语（操作）。 服务定义了该层能够代表它的上层完成的操作，但未涉及这些操作是如何完成的。 服务定义了两层之间的接口，上层是服务用户，下层是服务提供者。,服务原语 服务用户和服务提供者之间交互的信息 （1）请求（Request）:表

7、示某实体希望开始调用服务做事； （2）指示（Indication）:表示某实体被通知有事件发生； （3）响应（Response）：表示某实体对事件做出响应； （4）证实（Confirm）：表示对发回响应的确认。 以打电话为例说明服务原语： 甲和乙位于高层，是服务的使用者；电话机位于低层，是服务的提供者， 为打电话的人提供上述四个服务原语。首先，甲在自己的电话机上拨乙的电话号码，发出“请求”；乙的电话机响铃，“指示”给乙有电话打进来；乙拿起电话，作为“响应”；甲的电话由振铃音变为通话音，甲就收到了可以通话的“确认”。,2. 服务形式,在网络体系结构中讨论的服务可以分为 通信子网对网络中数据传输所

8、提供的服务, 整个网络系统为用户提供的服务。 通信子网的服务是指通信子网对主机间数据传输的效率和可靠性所提供的保证机制； 通信服务可以分为两大类： 面向连接服务（connect-oriented service） 无连接服务（connectless service）,(1) 面向连接的服务,面向连接服务的数据传输过程必须经过连接 建立、连接维护与释放连接的三个过程； 面向连接服务的在数据传输过程中，各分组 可以不携带目的结点的地址； 面向连接服务的传输连接类似一个通信管道， 发送者在一端放入数据，接收者从另一端取 出数据； 面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传 输可靠性好，但是协议复杂，通信

9、效率不高。 适合于数据量大、实时性要求高的数据传输,（2）无连接的服务,无连接服务的每个分组都携带完整的目的结 点地址，各分组在系统中是独立传送的； 无连接服务中的数据传输过程不需要经过连 接建立、连接维护与释放连接的三个过程； 数据分组传输过程中，目的结点接收的数据 分组可能出现乱序、重复与丢失的现象； 无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信效率较高。 适合于短报文的传输,1.2.2 OSI参考模型,2.2 OSI参考模型,2.2.1 OSI模型描述,划分层次的原则 网络中各结点都有相同的层次 不同结点相同层次具有相同的功能 同一结点相邻层间通过接口通信 每一层可以使用下层提供的服务

10、，并向上层提供服务 不同结点的同等层间通过协议来实现对等层间的通信,划分层次的益处 便于讨论和学习协议规范的细节。 标准化层之间的界面，使得不同的产品可以在相同的层相同的功能。 建立更好的互操作性。 降低了复杂性。 易于排错。每一层都在用户数据周围加上头和尾，排错时可以察看这些信息。,物理层定义了建立、维护和释放物理链路的规范和标准。,1. 物理层,物理接口标准定义了物理层与物理传输介质之间的边界与接口，包括四个特性： 机械特性：规定了物理连接时接口所用连接器的形状和尺寸，引脚的数量、功能、规格、引脚的分布，电缆的长度及所含导线的数目等。 电气特性：规定了在接口电缆的哪条线上出现的电压应为什么

11、范围，即什么样的电压，表示为1或0。,功能特性：规定了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口信号线一般分为：数据线、控制线、定时线和地线。 规程特性 ：定义了信号线进行二进制比特流传输的一组操作过程，包括各信号线的工作规则和时序。,典型协议：RS-232系列、RS-449、V.24和X.21等,2. 数据链路层,典型协议：一类是面向字符的传输控制协议，如二进制同步通信协议规程（BSC）；另一类是面向比特的传输控制协议，如高级数据链路控制规程（HDLC）。,在不可靠的物理层提供的比特服务的基础上可靠的进行数据传输，建立相邻节点之间的数据链路，解决不同介质类型的网络的介质访问。,链路：

12、指一条中间没有任何交换结点的点到点的物理路段（物理链路），它是构成计算机网络的一个基本单元数据链路：是在链路上加具有数据传输协议的软/硬件,20,以帧为数据单位； 数据帧在不同的网络中传输时，数据链路层要在数据帧中的头部加入一个控制信息(DH)，其中包含了源节点和目的节点的地址，这个地址也被称为物理地址,分为两个子层： LLC：Logical Link Control MAC：Media Access Control,数据链路层,3. 网络层,完成对通信子网的运行控制，提供数据包寻址和路由的功能,网络层的功能,解决的是网络与网络之间，即网际的通信问题。 网络层的主要功能是提供路由选择，及地址转

13、换、流量控制和拥塞控制等功能。 传送信息的基本单位：分组（或称为包）。 典型协议：IP协议、X.25分组级协议,4. 传输层,主要功能是完成网络中不同主机上的用户进程之间可靠的数据传输。 提供差错处理、流量控制、多路复用、分流等功能。 传送信息的基本单位: 报文,典型协议： TCP协议、UDP协议和ISO 8072/8073,5. 会话层 管理两个互相通信的应用进程之间的会话机制，即负责建立、组织、协调进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。,OSI的高层：会话层 表示层 应用层属于资源的分配和处理的部分，通常称为资源子网部分。,

14、典型协议： ISO 8326/8327,6. 表示层 表示层对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。 如代码转换、格式转换、文本压缩、文本加密与解密等，它控制许多与数据表示有关的功能。例如图像格式的显示 为用户提供执行会话层服务的手段 提供描述数据结构 的方法 管理当前所需的数据结构集 完成数据的内部格式与外部格式间的转换 典型协议：ISO 8822/8823/8824/8825,7. 应用层,为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。 协调设备和软件的多样性问题； 解决系统中文件传输问题。 典型协议：FTP、HTTP、用于文件传送、存取和管理的I

15、SO 8571/8572/8573/8574、用于作业传送和操纵的ISO 8831/8832、用于虚终端的ISO 9040/9041等,28,2.2.2 模型中的数据传输,数据封装是指将协议数据单元（PDU）封装在一组协议头和尾中的过程。在OSI 参考模型中，每层主要负责与其它机器上的对等层进行通信。该过程是在“协议数据单元”（PDU）中实现的，其中每层的PDU一般由本层的协议头、协议尾和数据封装构成。,2.3.1 TCP/IP模型描述,2.3 TCP/IP参考模型,32,沙漏计时器形状的TCP/IP协议族,HTTP,SMTP,DNS,RTP,TCP,UDP,IP,网际层,网络接口层,运输层,

16、应用层,网络接口 1,网络接口 2,网络接口 3,Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务,IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上,33,TCP/IP数据封装,主机-网络层(网络接口层),负责通过网络发送和接收IP数据报; 允许主机连入网络时使用多种协议，如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议等; 当一种物理网被用作传送IP数据包的通道时，就可以认为是这一层的内容; 充分体现出TCP/IP协议的兼容性与适应性,互联层（互联网络层）,处理互联的路由选择、流控与拥塞问题； 处理接收的数据报。（目的

17、地址是否为本结点IP地址） 处理来自传输层的分组发送请求。 网络层协议是IP协议。IP协议是无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。（协议数据单元PDU为IP分组）,IP协议,IP协议协议的任务是对数据包进行相应的寻址和路由，并从一个网络转发到另一个网络。IP协议在每个发送的数据包前加入一个控制信息，其中包含了源主机的IP地址、目的主机的IP地址和其他一些信息。 IP协议的另一项工作是分割和重编在传输层被分割的数据包。由于数据包要从一个网络到另一个网络，当两个网络所支持传输的数据包的大小不相同时，IP协议就要在发送端将数据包分割，然后在分割的每一段前再加入控制信息进行传输。当接收端接收到数

18、据包后，IP协议将所有的片段重新组合形成原始的数据。,IP是一个无连接的协议。无连接是指主机之间不建立用于可靠通信的端到端的连接，源主机只是简单地将IP数据包发送出去，而数据包可能会丢失、重复、延迟时间大或者IP包的次序会混乱。因此，要实现数据包的可靠传输，就必须依靠高层的协议或应用程序，如传输层的TCP协议。,37,网络互联层的协议ICMP,网际控制报文协议ICMP (Internet Control Message Protocol) 网际控制报文协议ICMP为IP协议提供差错报告。由于IP是无连接的，且不进行差错检验，当网络上发生错误时它不能检测错误。向发送IP数据包的主机汇报错误就是I

19、CMP的责任。 例如，如果某台设备不能将一个IP数据包转发到另一个网络，它就向发送数据包的源主机发送一个消息，并通过ICMP解释这个错误。ICMP能够报告的一些普通错误类型有：目标无法到达、阻塞、回波请求和回波应答等。,38,网联互联层的协议ARP和RARP,地址解析协议ARP (Address Resolution Protocol)和反向地址解析协议RARP 计算机网络中各主机之间要进行通信时，必须要知道彼此的物理地址。 ARP协议：主机IP地址主机物理地址 RARP协议：主机物理地址主机IP地址,传输层,在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接； 传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议； 用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议。,传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol) TCP协议是传输层一种面向连接的通信协议，提供可靠的数据传送。对于大量数据的传输，通常都要求有可靠的传送。 TCP