第3章-网络体系结构

第3章网络体系结构主讲：周文强课程：计算机网络基础本章内容：3.1网络体系结构概述3.2OSI参考模型3.3TCP/IP参考模型3.4TCP/IP和OS/RM比较3.5IP地址3.6子网掩码3.7子网规划与配置3.1网络体系结构概述（了解）计算机网络各层、对等进程通信的协议的集合称为计算机网络的体系结构(architecture)，它是计算机网络及其部件所应完成功能的比较精确的定义。从功能的角度描述计算机网络的结构。体系结构只定义网络及其部件通过协议应当完成的功能，不定义协议的实现细节和各层协议之间的接口关系。1．网络协议没有协议就没有网络，每一种计算机网络都有一套协议支持着。由于计算机网络的种类多，所以协议的种类也很多。所有协议的目的和功能是一样的，都是保证网络上的信息能畅通无阻、准确无误地传输到目的地。网络协议的重要性：通信协议的三要素语法（Syntax）:规定通信双方“如何讲”，确定数据与控制信息的结构、格式、信号电平等，一般以二进制形式表示。语义（Semantics）:规定通信双方“讲什么”，确定协议元素的种类，即需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种应答。同步（Timing）:包括速度匹配和排序等，即事件实现顺序的详细说明。（1）协议分层结构协议分层结构的思想：用一个模块的集合来完成不同的通信功能，以简化设计的复杂性。大多数的网络都按照层或级的方式来组织，每一层完成特定的功能，每一层都建立在它的下层之上。2.协议的分层结构（2）层次结构的优点◆各层之间相互独立，复杂程度下降。◆结构上可分隔开:各层都可以采用最合适的技术来实现。◆易于实现和维护:系统已被分解为若干个相对独立的子系统。◆灵活性好:一层发生变化其他各层不受影响◆能促进标准化工作:每一层的功能及所提供的服务都有精确的说明。3.选择通信协议的原则☺所选择的协议要与网络结构和功能相一致。☺除特殊情况外，一个网络应该尽量只选择一种通信协议。☺每个版本的协议都有它最适合的网络环境。☺两台实现互连的计算机之间进行通信，它们使用的通信协议必须相同。4.接口和服务每一层中活动的元素称为实体。可以是软件，如进程，也可以是硬件，如芯片（CPU）等。不同机器上位于同一层次、完成相同功能的实体。实体对等实体正是通过接口和服务将各层的协议连接为整体，完成网络通信的全部功能。在网络分层结构模型中，每一层为相邻的上一层所提供的功能称为服务。服务是通过接口完成，在同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方,通常称为服务访问点SAP（ServiceAccessPoint）。每个SAP都有个标识，称为端口（Port）或套接字。服务接口5.数据单元上下层实体之间交换的数据传输单元称为数据单元，数据单元分三种。协议数据单元1接口数据单元2服务数据单元3协议数据单元（PDU）协议数据单元（ProtocolDataUnit）是在不同系统的对等层实体之间根据协议所交换的数据单位。n层的PDU通常表示为（n）PDU。协议数据单元包括该层用户数据和该层的协议控制信息（PCI，ProtocolControlInformation）接口数据单元（IDU）接口数据单元（IDU）由两部分组成：一部分是经过层间接口的PDU（协议数据单元）本身，另一部分是接口控制信息（ICI，InterfaceControlInformation）。ICI是对PDU怎样通过接口的说明，仅PDU通过接口是有用。接口数据单元（InterfaceDataUnit）是在同一系统的相邻两层实体通过接口所交换的数据单元。服务数据单元（SDU）•服务数据单元（ServiceDataUnit）是为了实现上一层实体请求的功能，下层实体服务所需设置的数据单元。•一个服务数据单元就是一个服务所要传送的逻辑数据单位。比特流传输提供介质访问、链路管理等寻址和路由选择建立主机端到端连接建立、维护和管理会话处理数据格式、数据加密等提供应用程序间通信面向数据通信面向资源子网建立连接3.2OSI参考模型（掌握）第1层物理层物理层的主要功能：1、利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物理连接；2、实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务；3、物理层的数据传输单元是比特。第2层数据链路层数据链路层的主要功能：1、在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接；2、传输以“帧”为单位的数据包；3、采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。第3层网络层网络层的主要功能：1、通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径；2、为数据在结点之间传输创建逻辑链路；3、实现拥塞控制、网络互连等功能。链路层的任务两节点间可靠的数据传输Ethernet,X.25,ATM,…网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）Ethernet,X.25,ATM,…第4层传输层传输层的主要功能：1、向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务；2、处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题；3、传输层向高层（应用层）屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层（TCP/IP协议）。网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）Ethernet,X.25,ATM,…传输层的任务……两端点间可靠的透明数据传输（应用进程间的逻辑通信）通信子网第5层会话层会话层的主要功能：1、负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点-点（迅雷下载）传输不中断；2、管理数据交换。迅雷下载第六层表示层表示层的主要功能：1、用于统一通信双方在两个通信系统中传递信息的表示方式；2、数据格式变换；3、数据加密与解密；4、数据压缩与恢复。传输双方的数据格式等必须统一!第七层应用层应用层的主要功能:1、为应用程序提供了网络服务;2、应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步;3、建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。上网功能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BA数据链路层物理层CCP网络层A传输案例分析计算机1向计算机2发送数据的过程5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用进程（操作系统）数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层PDU计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层PDU再传送到运输层加上传输层首部，成为传输层报文计算机1向计算机2发送数据的过程5432154321计算机1AP2AP1计算机2传输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体计算机1向计算机2发送数据•应用层(applicationlayer)5432154321物理传输媒体计算机1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机2计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2物理层接收到比特流，上交给数据链路层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2传输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用程序数据应用层首部H510100110100101比特流110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应用程序数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4传输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机210100110100101比特流110101110101计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给传输层H5应用程序数据H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2传输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应用程序数据H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！应用层表达层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层互联层数据链路层物理层OSI体系模型TCP/IP体系模型网络接口层3.3TCP/IP参考模型(掌握)网络设备应用层网络层数据链路层物理层传输层中继器HUB二层交换机三层交换机、路由器防火墙网络设备对数据的处理基于它所处的层次物理层•为数据传输提供物理通道•定义接口、线缆标准、传输速率、传输距离等参数•物理层介质同轴电缆、双绞线、光纤、无线等•局域网10Base-T、100Base-T广域网RS-232、V.24、V.35应用层传输层网络层数据链路层物理层数据链路层•在相邻节点间提供数据传输服务•局域网IEEE802.2定义LLC子层IEEE802.3以太网标准•广域网HDLCPPPFrameRelay应用层传输层网络层数据链路层物理层第二层网际层应用层传输层网络层数据链路层物理层•提供主机到主机的传输服务•IP›提供主机到主机的传输服务•ICMP›辅助IP工作，提供出错和控制信息•ARP›提供IP和MAC地址之间的映射网际层功能演示网络1网络2网络3路由表网络1接口A1网络2接口A2网络3接口B1接口A1接口A2路由器接口B11.11.31.22.32.22.13.33.23.1目的3.1目的3.1目的3.1目的3.1目的3.1目的3.1IP协议路由示意图应用层传输层网络层数据链路层物理层•提供端到端的传输服务›TCP»提供面向连接的、可靠的、有序的、流量控制的传输服务›基于TCP的协议»FTP、SMTP、Telnet、HTTP›UDP»提供无连接、不可靠的、无序的、无流量控制的传输服务›基于UDP的协议»TFTP、SNMP、DHCP第三层传输层应用层传输层网络层数据链路层物理层•为应用程序提供网络服务›文件传输»FTP、TFTP›邮件服务»SMTP、POP3›服务»HTTP、HTTPS›网络管理»SNMP›远程登录»Telnet›地址服务»DNS、DHCP第四层应用层ThatisallThankyou!