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计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/201第二章网络体系结构教学目标教学重点教学过程计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/202教学目标•理解网络体系结构的基本概念•掌握OSI参考模型•掌握TCP/IP参考模型计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/203教学重点•网络体系结构的基本概念•OSI参考模型各层的功能•TCP/IP参考模型及各层的功能•互联网络协议IP与IP层服务•传输层协议TCP计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/204教学过程•网络体系结构的基本概念•OSI参考模型•TCP/IP参考模型计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/2052.1网络体系结构的基本概念•网络协议的概念•为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合称为网络协议(Protocol)。•网络协议主要由三个要素组成：•(1)语义(Semantics)：涉及用于协调与差错处理的控制信息。•(2)语法(Syntax)：涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。•(3)定时(Timing)：也称同步，涉及速度匹配和排序等。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/206网络分层结构•计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后“分而治之”逐个加以解决，这是系统分解的最好方法之一。N+1层N层N-1层计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/207计算机网络的层次模型•目前计算机网络均采用层次化的体系结构。由于计算机网络涉及多个实体间的通信，其层次结构一般用垂直分层模型来表示。这种层次结构的要点可归纳如下：•(1)除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。•(2)对等层的虚通信必须遵循该层的协议。•(3)n层的虚通信是通过n/n-1层间接口处n一1层提供的服务以及n-1层的通信(通常也是虚通信)来实现的。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/208计算机网络的层次模型计算机A计算机B虚通信虚通信N层提供服务虚通信N-1层提供服务虚通信虚通信……N+1层N层N-1层…………N+1层N层N-1层……物理媒体实通信计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/209计算机网络的层次模型•一定要弄清楚，协议和服务在概念上是很不一样的。•首先，协议的实现保证能够向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。•其次，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20102.2OSI参考模型•国际标准化组织ISO（InternationalStandardsOrganization）是世界上最为著名的国际标准化组织之一。ISO对网络标准最主要的贡献是为开放式系统互联OSI（OpenSystemInterconnection）建立的参考模型。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/2011OSI参考模型的基本概念•开放系统互连参考模型OSI/RM是个抽象的概念。在1983年形成了开放系统互连基本参考模型的正式文件，也就是所谓的七层协议的体系结构。在标准的制定过程中，采用了三级抽象的原则：•体系结构（architecture）•服务定义（servicedefinition）•协议说明（protocolspecification）计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/2012OSI参考模型的结构主机AIMPIMP主机B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网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/2013OSI参考模型各层的功能•1.物理层•物理层是数据通信的基础，通过建立物理链路来传输数据信号。因此物理层负责建立、维护和拆除物理链路，其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输。为数据链路层提供通明的流传输服务。•为了实现物理链路的建立、维护和拆除功能，物理层要定义所需的机械、电气、功能和规程的特性。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20141.物理层•常见的物理层的标准有RS-232C、RS-422、RS-423、RS-449，CCITTX.21等。其中最著名和广泛采用的是RS-232C。下面就以RS-232C为例来说明：计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/2015RS-232C•RS-232C接口就是物理层上所定义的一种串行物理接口标准，是由美国电子工业协会EIA制定的。它最初是为连接计算机和调制解调器而制定的。•其机械特性规定使用25根插针的标准连接器，对该连接器的尺寸及每个插针的排列位置等都有明确的规定；计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/2016RS-232C•其电气特性规定逻辑“1”的电平为低于-3V，而逻辑“0”的电平为高于+3V，使用这样高的电平能直接连接的最大距离约15米，通信速率低于20kb/s；•功能特性方面定义了25针连接器中的20条连接线，其中包括：2条地线，4条数据线，11条控制线，3条定时信号，其余5条线是备用的或为定义的；•规程特性定义了这20条连接线的连接方式和工作流程。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20172.数据链路层•数据链路层协议是建立在物理层基础上的，通过一些数据链路层协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。•在数据链路层中，比特流被组织成数据链路层协议数据单元(通常称为帧)，并以其为传输单位。•数据链路层的主要作用是实现帧的正确传输，通过进行必要的同步控制、链路管理、差错控制、流量控制，为网络层提供可靠的无差错的数据信息。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20183.网络层•数据链路层研究和解决的是相邻的节点之间的通信问题，实现的任务是在两个相邻节点间透明的，无差错的，帧信息的传送。数据链路层不能解决由多条链路组成的通路的数据传输问题。•在网络层中，数据以网络层协议数据单元(通常称为分组)为单位进行传输。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20193.网络层•网络层的主要功能，就是实现整个网络系统内的连接，为传输层提供整个网络范围内两个终端用户之间数据传输的通路。•网络层关心的是通信子网的运行与控制，主要解决如何使数据分组跨越通信子网从源端传送到目的端的问题，这就需要在通信子网中进行路由选择。另外，为了避免通信子网中出现过多的分组而造成网络拥塞，需要对流入的分组数量进行控制。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20204.传输层•传输层是第一个正真用来完成端到端，也就是主机到主机通信的层次。•传输层提供的是端到端的透明数据传输服务，使高层用户不必关心通信子网的工作方式，由此高层软件便可运行于任何通信子网上。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20214.传输层•传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制等问题。•在传输层即以上的高层中，数据传送的单位不再另外命名，通称为报文。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20225.会话层•会话层是进程与进程之间通信的层次，其主要功能是组织和同步不同主机上各种进程间的通信(也称为对话)。•会话层负责在两个会话层实体之间进行对话连接的建立和拆除。•会话层还提供在数据流中插入同步点的机制。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20236.表示层•表示层为上层用户提供统一的数据或信息的语法表示方法。•为了让采用不同编码方式的计算机在通信中能够相互理解数据的内容，可以采用抽象的标准方法来定义数据结构，并采用标准的编码表示形式。•数据压缩和加密也是表示层所提供的表示变换功能。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20247.应用层•应用层是开放系统互连环境的最高层。不同的应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。•网络环境下不同主机间的文件传送访问和管理、传送标准电子邮件的文电处理系统、使不同类型的终端和主机通过网络交互访问的虚拟终端协议等都属于应用层的范畴。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/2025OSI环境中数据的传输7654321发送进程7654321接收进程H7H6H5H4H3H2H1数据实际传送通路物理媒体计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20262.3TCP/IP参考模型•TCP协议最早由斯坦福大学的两名研究人员于1973年提出。1983年，TCP/IP被Unix4.2BSD系统采用。随着Unix的成功，TCP/IP逐步成为Unix机器的标准网络协议。Internet的前身ARPANET最初使用NCP(NetworkControlProtocol)协议，由于TCP/IP协议具有跨平台特性，ARPANET的实验人员在经过对TCP/IP的改进以后，规定连入ARPANET的计算机都必须采用TCP/IP协议。随着ARPANET逐渐发展成为Internet,TCP/IP协议就成为Internet的标准连接协议。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/2027TCP/IP的体系结构•TCP/IP协议其实是一个协议集合，其命名源于其中两个最为重要的协议：TCP协议和IP协议。•TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。TCP/IP采用同样分层的策略使网络实现结构化，但与OSI参考模型不同，TCP/IP体系结构模型只有四层，自下往上分别是网络接口层，网际层，传输层和应用层。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/2028TCP/IP与OSI的比较•OSI参考模型和TCP/IP参考模型有很多相似之处。它们都是基于独立的协议集的概念。而且，层的功能也大体相似。•在这两个模型中，传输层及传输层之上的层都为希望其低层能够提供端到端的，与网络无关的传输服务。这些低层和传输层形成了传输提供者。同样，在这两个模型中，传输层以上的层都是使用传输服务的由应用主导的用户。•除了这些基本的相似之处以外，两个模型也有很多差别。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/2029TCP/IP与OSI的比较应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI的体系结构应用层网络接口层网际层IP(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP等)运输层(TCP或UDP)TCP/IP的体系结构无连接分组交付服务运输服务(可靠或不可靠)各种应用服务TCP/IP的三个服务层次计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/2030互联网络协议IP与IP层服务•在TCP/IP模型的网络层中含有四个重要的协议：网际协议IP、互联网控制报文协议ICMP、地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARR。•网络层的功能主要由IP来提供。除了提供端到端的分组转发功能外，IP还提供了很多扩充功能。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20311.网际协议IP(InternetProtocol)•网络层最重要的协议是IP协议，它将多个网络联成一个互连网，可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互连网转发出去。•IP的基本任务是通过互连网传送数据报，各个IP数据报之间是相互独立的。主机上的IP层向传输层提供服务。IP不保证服务的可靠性，在主机资源不足的情况下，它可能丢弃某些数据报，同时IP也不检查被数据链路层丢弃的数据。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2020/9/20322.互联网控制报文协议ICMP•为了使互