第1章 网络协议概述

第1章网络协议概述网络协议Page1第1章网络协议概述1.1网络协议的分层体系结构1.2OSI的分层模型1.3TCP/IP的分层模型第1章网络协议概述网络协议Page21.1网络协议的分层体系结构1.1.1网络协议概念1．网络协议的定义网络协议是为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。在计算机网络中，要使通信双方有条不紊地交换数据，就必须遵守双方事先约定好的规划或标准，即网络协议。第1章网络协议概述网络协议Page32．网络协议的基本要素（1）语法规定用户信息与控制信息的结构、格式和编码等，即怎么做。（2）语义说明通信双方需要发出的是何种信息、完成的是何种动作及做出的应答等，即做什么。（3）同步详细说明事件实现的先后顺序、速度匹配和排序等。第1章网络协议概述网络协议Page41.1.2网络协议分层概念1．通用的分层思想网络体系结构具有可分层的特性，网络协议同样具有可分层的特性。除了最低层和最高层之外，中间每一层都是利用下一层提供的服务完成本层功能，同时为上一层提供一定的服务，并对上一层屏蔽本层服务实现的细节。各层协议互相协调，构成一个整体，通常称为协议集或协议族。第1章网络协议概述网络协议Page52．协议分层的基本原则（1）各层之间接口要清晰自然、易于理解，相互交流尽可能少。（2）各层功能的定义独立于具体实现的方法。（3）保持下层对上层的独立性，单向使用下层提供的服务。（4）合理选择层数，使层次数足够多，每一层都易于管理；同时，层数又不能过多，避免综合开销太大。第1章网络协议概述网络协议Page63．网络协议分层的优点（1）易于理解、交流、系统化和标准化。（2）层次接口清晰，减少层次间传递的信息量，便于层次模块的实现和开发、易于调试。（3）易于更新（替换单个模块），每个层次相对独立，实现细节独立，只要接口保持不变，允许用等效的功能模块灵活地替代某层次模块，而不影响相邻层次的模块。（4）易于抽象，每一个层次的内部结构对上下层均是不可见的。第1章网络协议概述网络协议Page74．实体、协议、接口与服务（1）实体指在计算机网络的分层结构中，每一层中的活动元素，可以是硬件、软件或进程。（2）协议指通信双方实现相同功能的相应层之间的交往规则，通常称为对等层协议，协议是水平的。（3）接口指同一系统内部两个相邻层次之间的交往规则。它是相邻两层之间的边界，是一个系统内部的规定。第1章网络协议概述网络协议Page84．实体、协议、接口与服务（4）服务服务是指某层实体实现的功能，在形式上由一组原语描述，供用户和其他实体访问该服务时调用。N层实体通过接口为N+1层提供服务，通过接口获取N-1层的服务。服务访问点（SAP）指下层对相邻上层提供服务的接口。第1章网络协议概述网络协议Page9接口与协议关系示意图第1章网络协议概述网络协议Page10实体与服务访问点（SAP）关系示意图第1章网络协议概述网络协议Page11服务及服务访问点关系示意图第1章网络协议概述网络协议Page124．实体、协议、接口与服务（5）网络体系结构的数据传递计算机网络中，两个通信实体在通信过程中，数据在上下各层传递会发生变化，各对等层之间须遵循该对等层网络协议。数据传递的单位称为数据单元，主要有协议数据单元（PDU）、用户数据单元（SDU）和接口数据单元（IDU）三种。第1章网络协议概述网络协议Page13PDU、SDU、IDU关系图第1章网络协议概述网络协议Page141.2OSI的分层模型1．制定OSI的目的OSI模型——开放系统互联参考模型。所谓开放是指标准开放，只要遵循开放的标准就可以与同样遵循该开放标准的设备进行通信。制定OSI的目的是为了解决不同体系结构的网络互联问题，使两个不同的系统能够较容易地通信，而不需要改变底层的硬件或软件的逻辑。第1章网络协议概述网络协议Page15第1章网络协议概述网络协议Page162．OSI七层的主要功能（1）物理层（PhysicalLayer）物理层规定通信设备的机械的、电气的、功能的和过程的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接。物理层的数据单位为比特（bit）。物理层定义的典型规范有：EIA/TIARS-232、EIA/TIARS-449、V.35、RJ-45等。第1章网络协议概述网络协议Page17（2）数据链路层（DataLinkLayer）数据链路层在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。数据链路层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。数据链路层的数据单位为帧（frame）。数据链路层协议主要有：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。第1章网络协议概述网络协议Page18（3）网络层（Networklayer）网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息——源站点和目的站点地址的网络地址。网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。网络层的数据单位为数据包（packet），又称分组。网络层协议主要有IP、IPX、RIP、OSPF等。第1章网络协议概述网络协议Page19（4）传输层（Transportlayer）传输层负责获取全部信息，为上层提供端到端（最终用户到最终用户）的透明的、可靠的数据传输服务。传输层的数据单位为段或数据报。传输层协议主要有TCP、UDP、SPX等。第1章网络协议概述网络协议Page20（5）会话层（Sessionlayer）会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。第1章网络协议概述网络协议Page21（6）表示层（Presentationlayer）表示层主要解决用户信息的语法表示等问题。提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩，加密和解密等工作也都由表示层负责。表示层没有具体的协议。第1章网络协议概述网络协议Page22（7）应用层（Applicationlayer）应用层是OSI参考模型的最高层，它为用户服务，是唯一直接为用户应用进程访问OSI环境提供手段和服务的层。应用层协议主要有：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。第1章网络协议概述网络协议Page231.3TCP/IP的分层模型TCP/IP体系结构分为四层，其体系结构模型自下向上分别是：网络接口层、网络层、传输层和应用层。第1章网络协议概述网络协议Page24（1）网络接口层TCP/IP体系结构严格说并未实现数据链路层和物理层的功能，它只是定义了一个接口，称为网络接口层，因此网络接口层严格说并不是一个层次，仅仅是一个接口，用于提供对下面的数据链路层和物理层的接口。网络接口层在TCP/IP协议中并没有规定具体的内容，只是借助目前已成熟的具体的物理网络协议来实现，如IEEE802协议。第1章网络协议概述网络协议Page25（2）网络层网络层的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的地，并完成路由选择和流量控制等功能。网络层主要协议有网际协议IP、地址解析协议ARP、反向地址解析协议RARP、Internet控制报文协议ICMP、组管理协议IGMP、内部网关协议IGP（如路由信息协议RIP、开放最短路径优先协议OSPF）、外部网关协议EGP（如边界网关协议BGP）等。第1章网络协议概述网络协议Page26（3）传输层TCP/IP的传输层支持的主要功能：应用数据分段；完成检查以保证所接收数据的完整性；为多个应用同时传输数据；多路复用数据流；对乱序接收的数据重新排序；提供端到端的可靠传输等。传输层主要定义了两个端到端协议：传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。第1章网络协议概述网络协议Page27（4）应用层应用层主要讨论各种应用进程之间通过什么样的应用协议来使用网络所提供的服务。应用层主要协议有TELNET、FTP、TFTP、SMTP和POP、DNS、HTTP等。第1章网络协议概述网络协议Page28本章小结1.网络协议的定义2.网络分层体系结构的基本思想3.网络协议分层的基本概念4.实体、服务、服务访问点、接口5.OSI和TCP/IP的层次及各层的主要功能第1章网络协议概述网络协议Page29思考题1、什么是网络协议？2、网络协议的要素是什么？3、简述OSI模型中服务、接口和协议的作用。