通信协议

第1页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航第3章计算机网络协议与体系结构计算机网络技术基础高等教育出版社普通高等教育“十一五”国家级规划教材第2页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航本章学习目标：①了解：计算机网络协议②了解：网络系统的分层体系结构③掌握：ISO的OSI七层参考模型④了解：网络的3个著名标准化组织⑤掌握：ARPA的TCP/IP四层模型第3页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.1网络协议3.1.1协议的本质网络中的计算机之间进行通信时，的语言被称为“协议”。只有能够讲，而且可以理解这些“语言”的计算机才能在网络上与其他计算机彼此通信。从这个意义上讲，“协议”就是网络的本质。协议定义了网络上的各种计算机和设备之间相互通信、数据管理、数据交换的整套规则。第4页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.1.2协议的中心任务在计算机网络的一整套规则中，任何一种协议都需要解决语义、语法和定时的问题。1.协议的语法（如何讲）问题2.协议的语义（讲什么）问题3.协议的定时（讲话次序）问题第5页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.1.3协议的功能和种类1.协议的功能（1）分割与重组协议的“分割”功能将较大的数据单元分割成较小的数据包，其反过程为“重组”如图3-1所示。用户A用户B报文报文P报文分割为信息包信息包重组为报文分割重组PPPP图3-1分割与重组第6页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航1.协议的功能（2）寻址协议的“寻址”功能使得设备彼此识别，同时可以进行路径选择，如图3-2。发送方选择哪条路径？AXB数据包C数据包图3-2路径选择第7页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航1.协议的功能（3）封装与拆装协议的“封装”功能是指在数据单元（数据包）的始端或者末端增加控制信息，其相反的过程是“拆装”，如图3-3。用户A数据封装用户B拆装数据数据数据控制信息控制信息图3-3数据封装与拆装第8页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航1.协议的功能（4）排序数据设备1数据设备23123数据设备数据设备图3-4排序第9页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航1.协议的功能（5）信息流控制协议的流量控制功能是指在信息流过大时，所采取的一系列措施，如图3-5示。传输信道信息流控制图3-5信息流控制第10页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航1.协议的功能（6）差错控制（7）同步（8）干路传输（9）连接控制2.协议的分类（1）标准或非标准协议（2）直接或间接协议（3）整体的协议或分层的结构化协议第11页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.2计算机网络体系结构3.2.1计算机网络体系结构工作流程计算机网络体系结构的工作流程与图2-6所示的邮政系统的工作流程十分相似。图2-6中，清楚地表明了信件发送和接收的过程，以及怎样利用邮政系统来发送和接收信件。在图2-6所示的邮政系统中，将发信端和收信端从上到下分为A、B、C、D四个层次。第12页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.2计算机网络体系结构1.发送端（发件人所在地区）在“发信人端”是按照从上至下，即A→B→C→D的顺序进行处理的。在每一层，都是按照本层和下层联系的要求，依次封装成新的邮包，并加入本层特有的标签；之后，再传递到下一层指定的位置。2.接收端（收件人所在地区）在接收端是按照由下至上，即D→C→B→A，的顺序进行处理的。在每一层，都是依次拆封收到的包装，完成本层应当完成的功能。第13页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航图3-6邮政系统中信件传递工作过程示意图第14页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.2计算机网络体系结构这种分层体系结构的最大优点是层与层相互独立。而且每层无须知道其他层次的功能；改变某一层的功能不会影响其他层的工作。3.2.2计算机网络体系结构概述1.层次化体系结构中的几个基本概念（1）协议（protocol）（2）层次（layer）（3）接口（interface）第15页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.2计算机网络体系结构（4）层次性模型结构一个功能完备的计算机网络系统，采用了层次性结构；每层都会包含一个或多个协议。为此，我们将网络层次性结构模型与各层次协议的集合定义为计算机网络的体系结构。（5）实体（Entity）实体通常是通信时能发送和接收信息的具体的软硬件设施。第16页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.2计算机网络体系结构（6）数据单元（DataUnit）在OSI参考模型的不同结点内的对等层传送的是相同名称的数据包。这种网络中传输的数据包，被称为“数据单元”。由于每一个层次完成的功能不同，处理的数据单元的大小、名称和内容也就不相同，如，帧、分组、报文等；另外，数据单元不同，地址的类型也不相同，如，物理（MAC）地址、IP地址、端口号等。第17页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航2.网络体系结构的研究意义与划分原则①各层之间相互独立。②结构上独立分割。③灵活性好。④易于实现和维护。⑤有益于标准化的实现。。第18页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.3ISO的七层参考模型3.3.1OSI七层参考模型的层次划分原则与功能1.OSI参考模型的基本知识国际标准化组织（ISO）颁布的开放系统互连参考模型（OSI/RM），即七层网络通信模型。OSI/RM体系结构七层模型从上到下依次为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，参见图3-7。第19页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航图3-7OSI/RM网络模型的结构示意图第20页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航2.OSI参考模型的层次划分原则①网络中各结点都划分为7个相同的层次结构。②不同结点的相同层次都有相同的功能。③同一结点内各相邻层次之间通过层间接口，并按照接口协议进行通信。④每一层直接使用下面一层提供的服务，间接的使用下面所有层的协议。⑤每一层都向上一层提供服务。⑥不同结点之间按同等层的同层协议的规定，实现对等层之间的通信。网络中还有其他的体系结构的模型的分层数目虽然各不相同；但目的和分层思想都是类似的。第21页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.OSI/RM七层模型的各层的功能（1）应用层（Application）①功能：为了满足用户的需要，根据进程之间的通信性质，负责完成用户要完成的各种程序或网络服务的接口工作。②处理的数据单元：报文。③处理的地址：进程标识，端口号。第22页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.OSI/RM七层模型的各层的功能（2）表示层（Presentation）①功能：处理结点间或通信系统间信息表示方式方面的问题。②处理的数据单元：报文。（3）会话层（Session）①功能：会话层的主要作用是组织、协商、管理两个应用进程之间的会话。②会话的含义：就是在不同主机的应用进程之间建立、维持联系。③处理的数据单元：报文。第23页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.OSI/RM七层模型的各层的功能（4）运输层（Transport）①功能：在两个端系统（源站和目的站）的会话层之间，建立一条可靠或不可靠的运输连接，以透明的方式传送报文。②处理的数据单元：报文段。③处理的地址：进程标识，TCP和UDP端口号。第24页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.OSI/RM七层模型的各层的功能（5）网络层（Network）①功能：使用逻辑地址（IP地址）进行寻址，通过路由选择算法为数据分组通过通信子网选择最适当的路径，并提供网络互联及拥塞控制功能。②处理的数据单元：分组。③处理的地址：逻辑地址，如，IP地址。第25页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.OSI/RM七层模型的各层的功能（6）数据链路层（DataLink）①功能：负责在两个相邻结点间的线路上，无差错地传送以“帧”为单位的数据。②处理的数据单元：数据帧。③处理的地址：硬件的物理地址。第26页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.OSI/RM七层模型的各层的功能（7）物理层（Physical）①功能：为“数据链路层”提供一个物理连接。物理层定义了以下4个规章特性，用以确定如何使用物理传输介质来实现两个结点间的物理连接。②物理层协议③处理的数据：二进制比特信号，如，二进制的基带信号或模拟信号。④处理的地址：直接面向物理端口的各个管脚，如RS-232的管脚。第27页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航4.OSI参考模型的各个部分（1）OSI模型在功能上分为3个部分（2）OSI模型从控制上分为2个部分①第1、2、3层：即物理层、数据链路层和网络层属于通信子网，负责处理数据的传输、转发、交换等通信方面的问题；②第4、5、6、7层：即传输层、会话层、表示层和应用层属于资源子网，负责数据的处理、网络服务、网络资源的访问和服务方面的问题。第28页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.3.2OSI参考模型结点间的数据流在OSI环境中，主机与主机之间通信时，实际的数据流是如何传递的呢？1.OSI参考模型主机结点间通信的数据流不同的主机之间在没有中间结点设备时，主机之间数据通信的数据流动参见图3-8。第29页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航图3-8OSI环境中主机结点之间传输的数据流第30页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.3.2OSI参考模型结点间的数据流（1）发送结点在发送方结点内的上层和下层之间传输数据时，每经过一层都对数据附加一个信息头部，即“封装”，而该层的功能正是通过这个“控制头”（附加的各种控制信息，）来实现的。（2）接收结点在接收方结点内，这七层的功能又依次发挥作用，并将各自的“控制头”去掉，即“拆封”，同时完成各层相应的功能。不同的主机之间在有中间结点（网络互联设备）时，主机之间进行数据通信的实际传输的数据流动参见图3-9。第31页2009-02-17第3章计算机网络协议与体系结构，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航图3-9OSI环境中含有中间结点的主机系统间传输的数据流第32页2009-02-17第