第三章 计算机网络体系结构与协议

GDCP第三章计算机网络体系结构GDCP本章节介绍网络体系结构框架及其原理OSI参考模型TCP/IP参考模型本章内容目的与要求理解网络各层结构及其功能GDCP写email应用层：规定Email头、文本、字体、编码（中文？英文？）对等协议，对方应用层识别，否则人工解码很累的。表示层：是IBM还是别的机器？不同的机器的芯片字节数不一样，通过表示层翻译成统一的网络所认可的字节去会话层：会话层可以包装密码，DES加密或IAS加密传输层：是否可靠的传输出去，email走到中间如果丢失，会监测到，重传GDCP网络层：构造视图，用最小路径算法得到，路由器经常发包，通知哪条路最近链路层：成帧，如果装的是以太网卡，会打包成以太网的帧，如果是令牌环网卡，会打包成令牌环网的帧物理层：你的接口是什么？RT45口还是RS232串口出去。主机做完所有的后，出去后第一步到网关，网关可能是个路由器，可能是公司的主机，双网卡充当网关功能，再下一步，通过路由器跳转有效到达对方。GDCPOSI各层功能简介32网络体系结构的基本概念31TCP/IP参考模型33GDCP计算机网络的基本组成–计算机系统–通信线路和通信设备–网络协议–网络软件GDCP一、网络协议1、协议（protocol）:通信双方为了实现通信所进行的约定和对话规则2、网络协议：为进行网络数据交换而建立的规则、标准或约定语法（howtodo怎么做）：数据与控制信息的结构或格式语义（whattodo做什么）：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答同步（whentodo何时做）：事件实现顺序的详细说明3、计算机网络中存在有多种协议TCP、IP、DNS、ARP等4、协议之间的相互作用:网络协议的优劣直接影响网络的性能为避免重复工作，每个协议应该处理没有被其他协议处理过的通信问题协议之间可以共享数据和信息GDCP网络体系结构分层原则：复杂问题简单化，层次管理常见的网络体系结构1OSI/RM2TCP/IP3IEEE802GDCP二、网络分层体系结构1、层次(Layer)：人们对复杂问题处理的基本方法发信者收信者书写信件贴邮票送邮箱收集信件盖邮戳信件分拣信件打包送运输部门路由选择运输阅读信件信件投递信件分拣分发邮件邮件拆包转送邮局接收邮包通信者活动通信者活动邮局服务业务邮局服务业务邮局转送业务邮局转送业务运输部门的邮件运输业务实际邮政系统信件发送、接收过程示意图计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口(即界面)所提供的服务。由于每一层只实现一种相对独立的功能，因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题。这样，整个问题的复杂程度就下降了当任何一层发生变化时(例如由于技术的变化)，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。此外，对某一层提供的服务还可进行修改。当某层提供的服务不再需要时，甚至可以将这层取消。20:45GDCP一、网络体系结构的基本概念1.计算机网络体系结构（高度结构化层次体系）相关概念：协议（protocol）:是通信双方为了实现通信所进行的约定或所作的对话规则。邮政系统中的信封格式GDCP网络协议:为网络数据交换而定制的规则、约定和标准。接口（interface）相邻层之间交换信息的连接点，低层向高层通过接口提供服务体系结构（architecture）网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构TCP、IP、DNS、IPX、ARP等GDCP2.开放系统互联参考模型(OSI)为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，20世纪70年代末，国际化标准组织ISO(InternationalStandardOrganization)提出了开放系统互连参考模型OSI/RM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel）底下三层是通信子网，可能独立于主机之外，比如路由器就是底下三层，不需要上面四层。GDCP开放各地区都可使用该标准，使用该标准的都可相互通信；互联不同系统互相连接，实现资源共享和信息交互；参考不是特定的技术或者规范，而是对某一标准的支持；GDCPOSI参考模型的基本思想:•网络中各节点具有相同的层次；•不同节点的同等层具有相同的功能；•同一节点内相邻层之间通过接口通信；•每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；•不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。GDCP下图给出了著名的OSI和TCP/IP的体系结构层次划分的目的将网络通信这个庞大的、复杂的问题划分成若干较小的、简单的问题层次是人们对复杂问题处理的基本方法：将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；对每个层次要完成的功能要求都有明确规定；为了减少协议设计的复杂性，大多数网络都按层的方式来设计，每一层建立在它的下层之上，不同的网络，其层的数量、各层的功能都不尽相同。层次划分的原则层内功能内聚层间耦合松散GDCPOSI参考模型ApplicationPresentationSessionTransportNetworkLinkPhysical通信子网资源子网GDCP一、ISO/OSI的七层参考模型1、ISO/OSI模型的特点和性质–是网络协议的一种抽象结构–每一层功能独立、唯一–低层为高层服务–相邻两层之间通过接口进行通信–只要保证层间接口不变，而层内的改变不会影响网通信–不同结点的通信通过同等层协议来实现（对等层通信）20:45GDCPOSI参考模型为用户提供访问网络的界面，由应用程序提供；（做什么）对双方语法和数据格式进行转换；（语言翻译沟通）为双方提供会话连接，实现双方交互；（轮到谁说）为双方提供可靠的端到端服务；（找到对方程序）路由选择，流量控制，拥塞控制；（走哪条路，找到主对方机）建立，维护和释放链路，管理逻辑通道；（连接中间节点）提供必要物理连接，透明传输比特流；（比特传输）GDCP一、ISO/OSI的七层参考模型2、ISO/OSI模型的基本思想–网络中各节点具有相同的层次–不同节点的同等层具有相同的功能–同一节点内相邻层之间通过接口通信–每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务–不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信20:45GDCPOSI环境中的数据传输过程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传输介质CCP网络层应用进程AOSI环境应用进程B主机A主机BACCPBOSI环境（OSIenvironment）GDCPCommunicationControlProcessor通信控制处理机GDCP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应用进程A应用进程B比特序列帧分组报文数据单元数据单元数据数据传输介质主机A主机BOSI环境中的数据传输过程GDCP数据多层封装数据1001110110011101包头(IP)帧头(Mac)帧尾封装拆封端口：8000数据100111010101110011101101信息：你好吗？数据10011101100111011001110110011101端口：8000包头(IP)信息数据数据报文P93数据包P163、94帧P59BitGDCP二、OSI各层功能介绍GDCP1.物理层Physicallayer物理层功能：利用传输设备和线路传输比特流；传输的数据单元：比特很多电信号，规定了1代表多少电压，0代表多少电压，曼彻斯特码正跳变表示1，负跳变表示0物理层数据终端设备DTE（DataTerminalEquipment）数据电路端接设备DCE（DataCircuit－TerminatingEquipment）功能：发送和接收数据功能：不同线路之间信号的转化和编码GDCP1数据链路层（帧）物理层DTE任务GDCP物理层为实体间提供必要的物理连接，把比特发送到链路上，并规范DTE与DCE之间的4个接口特征（机械、电气、功能和规程）；机械特性：规定网络的物理线路连接；例如：规定接插件的规格、尺寸，引脚线数量及排列方式等；DCE连接器的几何尺寸及插孔芯数和排列方式GDCP电气特性：规定信号传输的表示方法（光信号和电信号）例如：物理信道上传输比特流时信号电平的大小、数据编码方式、阻抗匹配情况、传输速率和距离限制等。功能特性：规定物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。例如：信号线有数据线、控制线、抗拉线、接地线；GDCP规程特性：规定线路上各种动作的协调规则；例如：实现建立、维持和释放电路各控制信号的协调关系；在物理连接的建立、维护和交换信息时数据通信设备之间交换数据的顺序。GDCP通过物理层提供的比特流服务，在相邻节点之间建立链路，传送以帧为单位的数据信息，并且对传输中可能出现的差错进行检错和纠错，向网络层提供无差错的透明传输。传输的数据单元是：帧2.数据链路层打包成帧的功能bit帧（点到点连接）GDCP数据链路层功能成帧和传输链路管理流量控制差错控制GDCP成帧和传输：数据链路层把数据组织成一定大小的数据帧，以帧为单位进行发送、接收、检验和应答。常用位流成帧的方法：用01111110作为一帧的开始或结束标志。GDCP流量控制为保证发送和接收速度的匹配，避免发送过快导致接收不及而造成的数据丢失；停等协议（stopandwait）滑动窗口协议流量：计算机网络的通信量GDCP停等协议发送方发送一帧数据后，停下等待接收方应答信号；接收方接到数据后，返回一个应答信号，表示准备接收下一帧；发送方发送下一帧数据；00101001发送方接收方应答信号存在问题：整条线路只有一条帧在传输，造成线路浪费00101001GDCP1.自动请求重发协议2.循环冗余校验码•差错控制技术GDCP链路管理：发送端和接收端之间通过交换控制信息，来建立、维护和释放数据链路。请求证实响应指示网络层链路层物理层发送端网络层向其数据链路层发出连接请求，要求数据链路层为它建立一条连接。数据链路层通过接收端向其网络层发出连接指示，并通知网络层。接收端网络层响应并指示数据链路层向其网络层发出连接确认信息。GDCPbit帧（点到点连接）数据包（分组）传输的数据单元是：分组：大多数计算机网络都不能连续地传送任意长的数据，所以实际上网络系统把数据分割成小块，然后逐块地发送，这种小块就称作分组3.网络层怎么到达对方，寻路的功能为数据分组进行路由选择，并负责通信子网的流量控制、拥塞控制,网际互连。GDCP我们在邮局邮寄产品时，虽然产品本身带有自己的包装盒，但是在邮寄的时候只用产品原包装盒来包装显然是不行的。必须把内装产品的包装盒放到一个邮局指定的专用纸箱里，这样才能够邮寄。这里，产品包装盒相当于数据包，里面放着的产品相当于可用的数据，而专用纸箱就相当于帧，且一个帧中只有一个数据包。GDCPGDCP通过数据包捕获软件，也可以将数据包捕获并加以分析。用数据包捕获软件Iris捕获到的数据包的，在此，大家可以很清楚地看到捕获到的数据包的MAC地址、IP地址、协议类型端口号等细节。通过分析这些数据，网管员就可以知道网络中到底有什么样的数据包在活动了。GDCPGDCP数据包主要由“目的IP地址”、“源IP地址”、“净载数据”等部分构成。数据包的结构与我们平常写信非常类似，目的IP地址是说明这个数据包是要发给谁的，相当于收信人地址；源IP地址是说明这个数据包是发自哪里的，相当于发信人地址；而净载数据相当于信件的内容。正是因为数据包具有这样的结构，安装了TCP/IP协议的计算机之间才能相互通信。GDCP•网络层：发送方和接收方的连接，将数据分组从源端传送到目的端;网络层功能：GDCP网络层两大功能两种传输方式路由选择拥塞控制面向连接服务(虚电路传输分组交换)Connection－