第二章网络协议案例

主讲教师：高丽机电工程系计算机网络技术与应用2结束2.1网络体系结构的概念2.1.1网络协议的定义与组成要素2.1.2网络体系结构的定义2.2OSI参考模型2.2.1OSI参考模型的基本概念2.2.2OSI参考模型的结构与各层的主要功能2.3TCP／IP参考模型与协议2.3.1TCP／IP参考模型与协议的发展过程2.3.2TCP／IP参考模型与层次2.4OSI参考模型与TCP／IP参考模型的比较2.4.1对OSI参考模型的评价2.4.2对TCP／IP参考模型的评价2.1.2网络层次结构的优点第二章网络体系结构32.5TCP/IP协议2.5.1TCP／IP协议的基本内容2.5.2IP地址2.5.5域名与域名系统2.6Internet的基本服务功能2.6.1电子邮件（E-mail）服务2.6.2远程登录（Telnet)服务2.6.3文件传输（FTP)服务2.7网络协议的定义与组成要素为网络数据交换而制定的规则、约定与标准通信内容(what)通信形式(how)通信时间(when)5什么是协议你好你好几点？2:00TCPconnectionrequestTCPconnectionreplyGet6语法(Syntax)2.协议的三要素时序(timing)传输速率匹配和先后顺序。即对事件实现顺序的详细说明用于协调和差错处理的控制信息。即需要发出何种控制信息及完成的动作与做出的响应语义(Semantics)数据格式、编码和信号电平等。即用户数据与控制信息的结构和格式72.1.2网络体系结构的定义购买机票投诉(如晚点)检查行李认领行李登机出口起飞降落如何描述民航系统？票务行李门口起/降飞行8在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上层加以屏蔽。1.协议分层基本思想分层的目的减少协议设计的复杂性9每一相邻层间有一个接口，该接口定义下层向上层提供的原语操作和服务。2.协议分层第n层协议一台机器上的第n层与另一台机器上的第n层进行通话，通话中采用的规则和约定。对等实体(peers)不同机器中组成相应协议层的实体。接口(interface)10第5层第5层第5层协议第4层第4层第4层协议第3层第3层第3层协议第2层第2层第2层协议第1层第1层第1层协议物理媒体水平通信（虚通信）对等实体进行的通信。垂直通信(实际通信)相邻层进行的通信。4/5层接口3/4层接口2/3层接口1/2层接口图2-1层，协议和接口主机1主机211MMM1M2H4H4H3H2H2H2T2T2M1H4H3M2H3MMM1M2H4H4H3H3H2H2T2T2M1H4H3M2H3主机1主机2第5层协议第4层协议第3层协议第2层协议图2-2支持五层虚拟通信的例子3.网络的体系结构的定义层和协议的集合被称为网络体系结构•为了完成计算机间的通信合作，把每个计算机互连的功能划分成定义明确的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口和服务。将这样的层次结构模型和通信协议统称为网络体系结构。134.服务与协议的关系服务——各层向它上层提供的一组原语（操作）服务定义了两层之间的接口协议——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★服务与协议分离——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2.2OSI参考模型与协议OSI(OpenSystemInterconnectionReferenceModel)ISO制定的关于开放系统互连的参考模型。开放系统为了与其它系统通信而相互开放的系统。根据不同抽象层次的需要进行分层每一层应当实现一个明确定义的功能每一层功能的选择应当有助于制定网络协议的国际标准各层界面的选择应尽量减少横跨接口的信息量层数应足够多，避免不同功能混杂在同一层，但也不能太多，否则体系结构会过于庞大OSI模型的分层原则16会话层应用协议传输层网络层数据链路物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路物理层应用层表示层表示协议会话协议传输协议网络层数据链路物理层网络层数据链路物理层主机A主机B网络层主机-路由器协议packet数据链路层主机-路由器协议framebits图2-3OSI参考模型物理层主机-路由器协议通信子网边界17数据比特的发送和接收，数据传输率。物理连接的建立、保持与释放。定义媒体的机械、电气参数及规格。1.物理层(physicallayer)典型问题例：ISO：ISO2110，2592，4902，4902等CCITT：v.24、x.21、x.22、x.24等用多少伏特电压代表“1”和“0”一个比特持续多少微秒传输是否在两个方向上进行连接如何建立及如何终止网络连接器有多少针基本功能18成帧差错控制流量控制确认帧和数据帧的线路竞争共享媒体的访问控制2.数据链路层(DataLinkLayer)典型问题建立、保持和释放数据链路成帧和拆帧(同步链路)差错控制(检错和纠错)流量控制(停－等，滑动窗口)链路管理与媒体访问(固定，随机)基本功能例：面向字符的协议(ISO1754、IBMBSC、DECDDCMP)面向比特的协议(ISOHDLC、IBMSDLC、ANSIADCCP)19确定分组如何从源端到达目的端解决网络的拥塞记帐异种网络互联2.网络层(NetworkLayer)典型问题基本功能数据交换流控拥塞控制(预分配)差错控制及恢复路由选择(自适应/非适应)网络互联(源路由/透明)例：CCITT：X.25TCP/IP：IP20创建网络连接决定提供的服务真正端－端层区别报文属于哪条连接流控机制4.传输层(TransportLayer)典型问题基本功能顺序性/组装传输连接的建立和释放差错控制提供可靠透明的数据传输QOS：吞吐量、延迟、机密例：ISO：Class0~Class4TCP/IP：TCP21为有序地、方便地进行信息交换，提供有效的控制和管理机制。5.会话层(SessionLayer)典型问题提供类似传输层的普通数据传送和增强型服务管理对话令牌管理(Tokenmanagement)同步(synchronization)基本功能22数据表示(ASCII，EBCDC，ASNI)数据压缩数据库的不同库结构或字段之间的映象或变换数据加密(私用/公共密钥系统)6.表示层(PresentationLayer)这是异种机、异种操作系统连网的关键层。典型问题定义和管理抽象数据结构管理这些抽象数据结构把计算机内部的表示法转换为网络的标准表示法基本功能23网络虚终端文件传输电子邮件远程作业录入目录查找等7.应用层(ApplicationLayer)网络的完整透明性操作用户源的物理配置应用管理系统管理分布式信息服务典型问题基本功能例：HTTP、FTP、TELNET、E-mail层次数据单位功能物理层比特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。数据链路层帧在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，采用差错控制、流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。网络层分组（包）通过路由算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层要实现路由选择、拥塞控制与网络互连等功能传输层报文负责主机中两个进程之间的通信。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最关键的一层会话层报文组织两个远程系统建立通信会话，并管理数据的交换表示层报文处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能应用层报文确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要2.2TCP/IP参考模型与协议•TCP/IP是指传输控制协议(TransmissionControlProtocol)和网际协议(InternetProtocol)簇。2.2.1TCP/IP参考模型与协议的发展过程1969年：美国国防部建立ARPANET，使用网络控制协议(NCP)1972年：引进传输控制协议(TCP)1981年：引进了网际协议(IP)1982年：TCP和IP被标准化成为TCP/IP协议组，并在1982年取代ARPANET上的NCP1982年：加入了灵活的通信和信息共享,成为大学和政府部门的标准作为一个标准组件被包含到柏克利标准发行中心UNIX的实现中TCP/IP协议特点：1.开放的协议标准—免费使用，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；2.统一的网络地址分配方案—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—提供多种可靠的用户服务272.2.2TCP/IP协议体系结构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传输层网际层网络接口层OSITCP/IP表2-3TCP/IP与OSI体系结构的关系281.网络接口层主要功能通过网络发送和接受IP数据报协议TCP/IP并没有定义网络接口层协议，允许主机连入网络时使用多种现成的协议（如局域网协议），以适应各种网络类型。29处理来自传输层的分组发送请求处理接受的数据报处理互联的路径、流控与拥塞问题2.网际层主要功能协议IP网际协议ICMP因特网控制报文协议ARP地址解析协议RARP逆地址解析协议30提供端－端的数据传送服务2.传输层主要功能协议传输控制协议TCP—一种可靠的面向连接的协议，允许将一台主机的字节流（ByteStream）无差错地传送到目的主机。用户数据报协议UDP—一种不可靠的无连接协议，主要用于不要求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序检查与排序由应用层完成。31网络终端(TELNET)协议用于实现互联网中远程登录功能文件传输协议(FTP)用于实现互联网中交互式文件传输功能简单邮件传输协议(SMTP)用于实现互联网中电子邮件传送功能域名服务(DNS)用于实现网络设备名字到IP地址映射的网络服务简单网络管理协议(SNMP)用于管理程序和代理程序之间的通信服务超文本传输协议(HTTP)用于协议32应用层协议可以分为以下三类：(1)依赖于面向连接的TCP协议：网络终端协议TELNET、电子邮件协议SMTP、文件传送协议FTP。(2)依赖于无连接的UDP协议：简单网络管理协议SNMP、简单文件传输协议TFTP。(2)既可依赖于TCP协议，也可依赖于UDP协议：域名服务DNS等。332.4OSI参考模型与TCP／IP参考模型的比较7物理层6数据链路层4传输层5网络层2会话层2表示层1应用层网络接口层传输层TCP,UDP网际层IP应用层（各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP等）OSI模型有7层，TCP/IP结构只有4层34•基于独立的协议栈的概念•采用了层次结构的概念，层的功能也大体相似•在传输层中二者定义了相似的功能。1、OSI参考模型与TCP／IP参考模型的相同点：35OSI引入了服务、接口、协议的概念，TCP/IP则没有，但他正是借鉴了OSI的这些概念建模的。OSI先有模型，后有协议，TCP/IP则相反。OSI先有标准后实践，TCP/IP则相反。OSI太复杂，TCP/IP简单却并不全面。分层不同，OSI模型有7层，TCP/IP模型有4层OSI在网络层提供无连接和连接两种服务，而在传输层只提