第3章网络体系结构及协议.

制作：铁新城[湛江师院]1本章重点层次化体系结构：OSI、TCP/IP主要层的功能及相关协议–物理层–数据链路层–网络层–传输层–应用层第3章计算机网络体系结构及协议制作：铁新城[湛江师院]23.1网络体系结构网络体系结构发展的背景——网络的状况多种通信媒介——有线、无线。。。不同种类的设备——通用、专用。。。不同的操作系统——Unix、Windows。。。不同的应用环境——固定、移动。。。不同种类业务——分时、交互、实时。。。宝贵的投资和积累——有形、无形。。。用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。制作：铁新城[湛江师院]3网络体系结构就是使这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的一种粘合剂，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。就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样。网络异质性问题的解决制作：铁新城[湛江师院]41.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遵循哪些规则？（协议）层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服务与层间接口，协议。层次结构方法要解决的问题制作：铁新城[湛江师院]5协议体系结构的必要性层次化的结构将任务划分成多个子任务。各个模型被安置成垂直的任务栈。栈中的每一层完成与另一个系统通信任务中的一个相关子集。这个子集又依赖下边的一层完成更原始的功能。下边的一层都对高一层提供服务。理想情况下，层次的定义应该使得在任何一层发生变化时都不要求其他层次也跟着改动。制作：铁新城[湛江师院]6把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护定义并提供了具有兼容性的标准接口使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块独立性强——上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方法适应性强——只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每个区域的网络可单独升级或改造层次结构方法的优点制作：铁新城[湛江师院]7实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。对等层：两个不同系统的同名层次。对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。协议作用在对等实体之间。接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。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。网络体系结构的几个基本概念制作：铁新城[湛江师院]8网络协议(Protocol)指两台通信设备之间管理数据交换的一整套规则，包括语义、语法、定时。一个协议包括下列主要特征：语义（semantics）：定义了通信双方要“讲什么”，如规定通信双方要发出什么控制信息、执行的动作、返回的应答。包括了协调和差错处理所用的控制信息。语法（syntax）：定义了怎样进行通信，即“如何讲”，即规定数据和控制信息的格式。定时（timing）：定义了何时进行通信，例如同步和异步传输,设定涉及速率匹配和设置序号。制作：铁新城[湛江师院]9协议体系结构的必要性层次化的结构将任务划分成多个子任务。各个模型被安置成垂直的任务栈。栈中的每一层完成与另一个系统通信任务中的一个相关子集。这个子集又依赖下边的一层完成更原始的功能。下边的一层都对高一层提供服务。理想情况下，层次的定义应该使得在任何一层发生变化时都不要求其他层次也跟着改动。制作：铁新城[湛江师院]10OSI参考模型禁止不同主机的对等层之间的直接通信。实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一台主机的对应层通信。上层使用下层提供的服务——Serviceuser；下层向上层提供服务——Serviceprovider。以不同国籍的人进行信息交流为例。(见下页图)对等通信的实质制作：铁新城[湛江师院]11“你好”“Hello”传真中国教师翻译秘书“Hallo”“Hello”传真德国教师翻译秘书对交谈内容的共识用英语对话使用传真通信P3P2P1物理通信线路问题：中国教师与德国教师之间、翻译之间，他们是在直接通信吗？翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？中德教师、翻译各使用谁提供的什么服务？对等通信示例：中德教师之间的对话制作：铁新城[湛江师院]12P3P2P1对等层通信的实质：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右图给出了对等层通信更一般的抽象。21321物理通信线路3N+1NN-1N+1NN-1Pn-1PnPn+1系统A系统B消息n+1/n层接口处n层提供服务n/n-1层接口处n-1层提供服务网络层次模型制作：铁新城[湛江师院]133.1.2OSI基本参考模型OSI模型是一个分层结构的模型，它定义了异种计算机互联标准的主体结构。每一层都有特定的功能，连接了较低层和较高层的服务。OSI的参考模型分层原则OSI模型共有七层，其分层原则如下：(1)根据功能的需要分层。(2)每一层应当实现一个定义明确的功能。(3)每一层功能的选择应当有助于制定网络协议的国际标准。制作：铁新城[湛江师院]14OSI的参考模型分层原则(4)每层界面的选择应尽量减少跨过接的信息量。(5)层数应足够多，以避免不同的功能混杂在同一层中，但也不能太多，否则体系结构过于庞大。(6)每一个层次的内部结构对上下层均是不可见的，只在相邻层之间建立接口。(7)根据不同的通信服务需要，可在同一层内进一步建立若干子层。制作：铁新城[湛江师院]15OSI(OpenSystemInterconnection)参考模型1.物理层（ThePhysicalLayer）在物理线路上传输原始的二进制数据位（基本网络硬件）。2.数据链路层（TheDataLinkLayer）在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输（Frame）。3.网络层（TheNetworkLayer）控制通信子网提供源点到目的点的数据传送（Packet）。4.运输层（TheTransportLayer）为用户提供端到端的数据传送服务。5.会话层（TheSessionLayer）为用户提供会话控制服务（安全认证）。6.表示层（ThePresentationLayer）为用户提供数据转换和表示服务。7.应用层（TheApplicationLayer）制作：铁新城[湛江师院]162OSI参考模型应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层主机A网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层主机B路由器1路由器nP3P2P1P3P2P1内部子网协议7654321数据单元APDUPPDUSPDUTPDU分组帧位应用层协议表示层协议会话层协议运输层协议制作：铁新城[湛江师院]17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，打包的过程成为封装。封装就是在数据前面加上特定的协议头部。数据协议头发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送，还要写明用航空或挂号…。数据数据封装制作：铁新城[湛江师院]18OSI参考模型中，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)。OSI参考模型中每一层都要依靠下一层提供的服务。为了提供服务，下层把上层的PDU作为本层的数据封装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。这样，数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层“信封”。但是，某一层只能识别由对等层封装的“信封”，而对于被封装在“信封”内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。数据封装制作：铁新城[湛江师院]19数据段头数据段头数据网络头帧头段头数据网络头帧尾数据段数据包帧比特电脉冲011101000011000010100101111010110封装拆封数据多层封装制作：铁新城[湛江师院]20TCP头应用层数据应用层数据TCP头应用层数据IP头帧头TCP头应用层数据IP头帧尾应用层传输层网际层数链层实际例子：TCP/IP协议的封装制作：铁新城[湛江师院]21第7层：应用层(Application)–为用户的应用程序提供网络通信服务–识别并证实目的通信方的可用性–使协同工作的应用程序之间进行同步–判断是否为通信过程申请了足够的资源应用层协议的例子：远程登录协议Telnet、文件传输协议FTP、超文本传输协议HTTP、域名服务DNS、简单邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3等OSI各层功能概述制作：铁新城[湛江师院]22本地表示1本地表示2公共表示公共表示表示层传输层第6层：表示层(Presentation)处理被传送数据的表示问题，即信息的语法和语义。如有必要，使用一种通用的数据表示格式在多种数据表示格式之间进行转换。例如：在日期、货币、数值（特别是浮点数）等本地数据表示格式与标准数据表示格式之间进行转换；数据的加解密、压缩/解压缩等制作：铁新城[湛江师院]23建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话。•会话：完成一项任务而进行的一系列相关的信息交换。同步（解决失败后从哪里重新开始）•设置检查点——会话失败后，恢复到最后一个检查点处，而不用从头开始。•例如：数据送到打印服务器上打印。接收的数据已被确认，但打印机出现故障。这时没必要再从头开始打印，只要在每页开始处设置检查点，打印出错时只需重传最后一个检查点以后的页面。第5层：会话层(Session)制作：铁新城[湛江师院]24活动1活动2会话文件1文件2活动管理，保证活动的完整性和正确性。•活动：相对独立的一组相关操作。•例如：一次会话传送多个文件，其中每一个文件的传送为一个活动。第5层：会话层(Session)制作：铁新城[湛江师院]25第4层：传输层(Transport)为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输服务；屏蔽各类通信子网的差异，使上层不受通信子网技术变化的影响。进行数据分段并组装成报文流；提供“面向连接”（虚电路）和“无连接”（数据报）两种服务；传输差错校验与恢复；信息流控制，防止数据传输过载。制作：铁新城[湛江师院]26数据报与虚电路的概念数据报：无连接的服务；虚电路：面向连接的服务数据报——每个分组作为一个独立的信息单位传送特征：不需要连接，也无需确认完整的网络地址（源和目的）——信道利用率低不保证按序到达；每个分组均需进行路由选择虚电路——传输前先建立一条逻辑连接，传输结束后拆除特征：需要建立连接仅在建立连接时需要全网地址，传输时用虚电路号按序到达；仅在建立连接时需要路由选择两类虚电路：永久虚电路——租用后便永久建立，退租后拆除。交换虚电路——需要通信时建立，通信结束便拆除。制作：铁新城[湛江师院]27传输层的特点传输层以上各层：面向应用；以下各层：面向传输。传输层位于资源子网和通信子网的交界处，起着承上启下的作用。与网络层的部分服务有重叠交叉。如何平衡取决于两者的功能划分。真正意义上的从源到目标实现“端到端”连接的层。1-3层：链接,中继；4-7层：端到端制作：铁新城[湛江师院]28第3层：网络层(Network)在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接。功能和服务最佳路由选择和数据包中转流量控制和拥塞控制差错检测与恢复流量统计和记账制作：铁新城[湛江师院]29路由选择如何在多条通信路径中找一条最佳路径？依据：速度,距离(步跳数),价格,拥塞程度路由器－路由表建立与维护静态：人工设置，只适用于小型网络动态：运行过程中根据网络情况自动地动态维护路由算法距