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第一章•了解开放系统互连参考模型的重要概念•熟悉OSI各层协议的功能及基本原理、掌握传输控制协议TCP/IP•一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集；•对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构模型；（1）单独地设计和运行每一层网络要比将整个网络作为单个实体来设计和运行简单方便得多；（2）可以利用类似的一组功能来描述每一层网络，从而简化了管理目标的规定；（3）从网络结构的观点来看，对某一层网络的增加或修改不会影响其他层网络，便于某一层独立地引进新技术和新拓扑；（4）采用这种简单的建模方式便于容纳多种技术，使网络规范与具体实施方法无关，使规范能保持相对稳定性。•计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的；•网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构(NetworkArchitecture)。二.网络体系结构的基本概念•计算机网络是由多个互连的结点组成的，结点之间需要不断地交换数据与控制信息；•要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必须遵守一些事先约定好的规则；•这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序；•这些为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议(Protocol)。一个网络协议主要是由以下三个要素组成的：•语法，即用户数据与控制信息的结构与格式；•语义，即需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应。•时序，即对事件实现顺序的详细说明。网络体系结构概述1•计算机网络系统是由各种各样的计算机和终端设备通过通信线路连接起来的复杂系统。在这个系统中，由于计算机类型、通信线路类型、连接方式、同步方式、通信方式等的不同，给网络各结点的通信带来诸多不便。要使不同的设备真正以协同方式进行通信是十分复杂的。要解决这个问题，势必涉及通信体系结构设计和各厂家共同遵守约定标准等问题，这也即计算机网络体系结构和协议问题。网络体系结构概述2•1974年，美国IBM公司首先公布了世界上第一个计算机网络体系结构（SNA，SystemNetworkArchitecture），凡是遵循SNA的网络设备都可以很方便地进行互连。•1977年3月，国际标准化组织ISO的技术委员会TC97成立了一个新的技术分委会SC16专门研究“开放系统互连”，并于1983年提出了开放系统互连参考模型，即著名的ISO7498国际标准（我国相应的国家标准是GB9387），记为OSI/RM。五.ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分层次的原则是：1.网中各结点都有相同的层次；2.不同结点的同等层具有相同的功能；3.同一结点内相邻层之间通过接口通信；4.每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；5.不同结点的同等层按照协议来实现对等层之间的通信；•OSI开放系统互连参考模型将整个网络的通信功能划分成七个层次，每个层次完成不同的功能。这七层由低层至高层分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。OSI采用这种层次结构可以带来很多好处。如：•（1）各层之间是独立的。•（2）灵活性好。当任何一层发生变化时（例如技术的变化），只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。•（3）结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。•（4）易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统。•（5）能促进标准化工作，因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。层协议与接口如下图解设备驱动程序及接口卡IPICMP和IGMPTCP和UDPTelnet\FTP\e-mail层的设计•计算机网络的某些关键问题在好几层的设计中都会出现。•（1）每一层都需要有识别发送方和接收方的机制。某台机器上需要建立连接的进程必须能有某种手段来指定想和谁通信。•（2）数据传送的规则。如：单工通信、半双工通信、全双工通信。每条连接对应多少条逻辑通道，它们的优先级别如何。•（3）差错控制。连接的双方必须一致同意使用哪一种差错控制。另外，接收方还应该通知发送方哪些报文已经被正确收到，哪些还没有收到。•为解决可能出现的顺序错误，接收方应能够把各报文按原来的顺序重新组合在一起。常用的方法是对这些信息进行编号。•（4）流量控制。避免出现高速发送方发送数据过快，而使得低速接收方难以应付的局面，这一问题在各层都存在。•（5）所有的进程都应该能接收任意长的报文。要求能把报文分割、传输和重新组装。•（6）多路复用。当每一对通信进程建立一个独立的连接不方便或不合算时，可以利用下一层的同一个连接为多个无关的对话服务。只要这种多路复用和解多路复用是透明的，任意一层都可以采用这种方法。•（7）路由选择。当源端和目标端有多条通路时，必须进行路由选择3、服务访问点的定义服务访问点（SAP，ServiceAccessPoint）是指同一系统中相邻两层实体之间进行交换信息之处，即（N）层实体和（N＋1）层实体之间的逻辑接口，也称为插口（Socket）或端口（Port）。一个（N）层服务是由一个（N）层实体作用在一个（N）层SAP上来完成的，虽然两层之间可以允许有多个SAP，但一个（N）层SAP只能被一个（N）层实体所使用，并且也只能为一个（N＋1）层实体所使用；但一个（N）层实体却可以向多个（N）层SAP提供服务，这称为连接复用；一个（N＋1）层实体也可以使用多个（N）层SAP，这称为连接分裂。4．面向连接的服务和无连接服务•下层能向上层提供两种不同形式的服务，即面向连接的服务和无连接的服务。在使用面向连接的服务时，用户首先要建立连接，使用连接，然后释放连接。使用无连接的服务时，每个报文（信件）带有完整的目的地址，并且每一个报文都独立于其他报文，经由系统选定的路线传递。•我们用服务质量QoS（QualityofService）来评价每种服务的特性。文件传输比较适合于面向连接的服务。并不是所有的应用程序都需要连接。例如，电子邮件。5.服务原语•服务原语（ServicePrimitive）是指服务用户与服务提供者之间进行交互时所要交换的一些必要信息。OSI/RM规定了四种服务原语类型，如表3-2所示。6．服务与协议的关系服务和协议是完全不同的概念。服务是各层向它上层提供的一组原语（操作），未涉及这些操作是如何完成的。协议是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文的格式及意义的一组规则。只要不改变提供给用户的服务，实体可以任意改变它们的协议。这样，服务和协议就被完全分离开来。这一模型被称作ISO的OSI开放系统互连参考模型它是关于如何把开放式系统（即为了与其他系统进行通信而相互开放的系统）连接起来的模型，常简称它为OSI模型。网络层数据链路层物理层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层传输介质传输介质CCPCCP网络层APAAPBOSI环境B传输介质计算机B计算机AAOSI/RM特点分析•OSI/RM的概念比较抽象，它并没有规定具体的实现方法和措施，更未对网络的性能提出具体的要求，它只是一个为制定标准用的概念性框架。OSI/RM七层协议模型上、下大，中间小，这是因为最高层要和各种类型的应用进程接口，而最低层要和各种类型的网络接口，因此上、下两头标准特别多，而中间几层标准就稍简单些。有些层的任务过于繁重，如数据链路层和网络层，有些层的任务又太轻，如会话层和表示层。•OSI模型本身不是网络体系结构的全部内容，它并未确切地描述用于各层的协议和服务，它仅仅告诉我们每一层应该做什么。不过，OSI已经为各层制定了标准，但它们并不是参考模型的一部分，它们是作为单独的国际标准公布的。•（1）物理层•物理层涉及到通信在信道上传输的原始比特流。这里的设计主要是处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传输介质等问题。物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送比特流；•（2）数据链路层•数据链路层的主要任务是加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层呈现为一条无错线路。数据链路层要解决的另一个问题是流量控制。通常流量控制和出错处理同时完成。如果线路能用于双向传输数据，数据链路软件还必须解决发送双方数据帧竞争线路的使用权问题。广播式网络在数据链路层还要处理共享信道访问的问题。•(主要有三个目的，1：为IP模块发送和接收IP数据报；2：为ARP模块发送和接收ARP应答，3：为RARP发送RARP请求和接收RARP应答）•注：以太网采用一种称作CSMA/CD的媒体接入法，其意思就是带冲突检测的载波侦听多路接放技术，它的速率是10Mb/s，地址是48位•（3）网络层•网络层关系到子网的运行控制，其中一个关键问题是确定分组从源端到目的端如何选择路由。•如果在子网中同时出现过多的分组，它们将相互阻塞通路，形成瓶颈。此类拥塞控制也属于网络层的范围。网络层还常常设有记帐功能。网络层还必须解决异种网络的互连问题。•（4）传输层•传输层的基本功能是从会话层接收数据，并且在必要时把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保达到对方的各段信息正确无误，传输层使会话层不受硬件技术变化的影响。•（5）会话层•会话层允许不同机器上的用户建立会话关系。•会话层服务之一是管理对话。会话层允许信息同时双向传输，或任一时刻只能单向传输。•另一种会话服务是同步。会话层在数据流中插入检查点。每次网络崩溃后，仅需要重传最后一个检查点以后的数据。•（6）表示层•表示层以下的各层只关心可靠地传输比特流，而表示层关心的是所传输信息的语法和语义。表示层服务的一个典型例子是对数据编码。为了让采用不同表示方法的计算机之间能进行通信，交换中使用的数据结构可以用抽象的方式来定义，并且使用标准的编码方式。表示层管理这些抽象数据结构，并且在计算机内部表示法和网络的标准表示法之间进行转换。•（7）应用层•应用层包含大量人们普遍需要的协议。例如，定义一个抽象的网络虚拟终端，而对每一种终端类型，都写一段软件来把网络虚拟终端映射到实际的终端。•另一个应用层功能是文件传输。此外还有电子邮件、远程作业输入、名录查询和其他各种通用和专用的功能。•TCP/IP是20世纪70年代中期，美国国防部为其ARPANET广域网开发的网络体系结构和协议标准。到80年代它被确定为因特网的通信协议。TCP/IP虽不是国际标准，但它是为全世界广大用户和厂商接受的网络互连的事实标准。•TCP/IP是一组通信协议的代名词，是由一系列协议组成的协议簇。它本身指两个协议集：TCP为传输控制协议，IP为互连网络协议。TCP协议、IP协议都不是OSI标准，但它们是目前最流行的商业化的协议，并被公认为当前的工业标准或“事实上的标准”。TCP/IP协议特点：1.开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统；2.独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；3.统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；4.标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务;TCP/IP参考模型与层次应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层OSI参考模型TCP/IP参考模型传输层互联层主机--网络层TCP/IP参考模型可以分为四个层次：•应用层(Applicationlayer)----OSI应用层•传输层(Transportlayer)----OSI传输层•互连层(Internetlayer)----OSI网络层•主机—网络层(Host-to-Networklayer)----OSI数据链路层及物理层在TCP/IP参考模型中，对OSI表示层、会话层没有对应的协议。•（1）互连层•互连网络层是整个体系结构的关键部分，它提供了无连接的分组交换服务。它的主要功能是使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标（可能经由把不同的网络）。互连网络层定义了正式的分组格式和协议，即IP协议（InternetProtocol）。互连网络层的功能就是要把IP分