網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議.ppt

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也是由硬件和軟件組成的 硬件:傳輸介質(zhì)、計算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、以及介質(zhì)和計算機(jī)之間相連的接口等。 軟件：控制信息傳送的協(xié)議以及其他相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)軟件。,什么是協(xié)議?,人際交流的協(xié)議: introductions “I have a question” “whats the time?” 說明發(fā)送的消息 說明接收到某消息后所應(yīng)采取的行動,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議: 計算機(jī)之間 Internet中所有的通信活動都是由協(xié)議所控制,協(xié)議： 定義了網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間發(fā)送和接收報文的格式、順序以及當(dāng)傳送和接收消息時應(yīng)采取得行動,什么是協(xié)議?,人的協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的對比,hello,Hello,若干重要概念 1、 協(xié)議 實(shí)現(xiàn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源共享、信息交換，各實(shí)體之間經(jīng)常要進(jìn)行各種通信和對話。 為所欲為、各行其是，其結(jié)果肯定是亂作一團(tuán)。 把國際互連網(wǎng)絡(luò)叫做信息高速公路，要想在上面實(shí)現(xiàn)共享資源、交換信息，必須遵循一些事先制定好的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)，這就是協(xié)議。 協(xié)議就是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)體之間有關(guān)通信規(guī)則約定的集合。 協(xié)議有三個要素，即： 語法（Syntax）： “怎么講”；數(shù)據(jù)與控制信息的格式、 數(shù)據(jù)編碼等； 語義（Semantics）：講什么”；控制信息的內(nèi)容，需要 做出的動作及響應(yīng)； 時序（Timing）： “序速控”；事件先后順序和速度 匹配。,以兩個人打電話為例來說明協(xié)議的概念： 甲要打電話給乙，首先甲撥通乙的電話號碼，對方電話振鈴，乙拿起電話，然后甲乙開始通話，通話完畢后，雙方掛斷電話。 在這個過程中，甲乙雙方都遵守了打電話的協(xié)議。 其中，電話號碼就是“語法”的一個例子，一般電話號碼由五到八位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，如果是長途要加撥區(qū)號，國際長途還有國家代碼等等；兩人之間的談話選擇使用什么語言也是語法 甲撥通乙的電話后，乙的電話振鈴，振鈴是一個信號，表示有電話打進(jìn)，乙選擇接電話，講話；這一系列的動作包括了控制信號、響應(yīng)動作、講話內(nèi)容等等，就是“語義”的例子； “時序”的概念更好理解，因?yàn)榧讚芰穗娫?，乙的電話才會響，乙聽到鈴聲后才會考慮要不要接，這一系列事件的因果關(guān)系十分明確，不可能沒有人撥乙的電話而乙的電話會響，也不可能在電話鈴沒響的情況下，乙拿起電話卻從話筒里傳出甲的聲音。,2、分層 為了降低設(shè)計復(fù)雜性、便于維護(hù)、提高運(yùn)行效率，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都按“層”的方式來組織。 每一層都建立在它的下層之上。不同的網(wǎng)絡(luò)，其層的數(shù)量、各層的名字、內(nèi)容和功能都不盡相同。然而，在所有的網(wǎng)絡(luò)中，每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務(wù)，而把如何實(shí)現(xiàn)這一服務(wù)的細(xì)節(jié)對上一層加以屏蔽。 一臺機(jī)器上的第n層與另一臺機(jī)器上的第n層進(jìn)行對話。對話的規(guī)則就是第n層協(xié)議。協(xié)議基本上就是通信雙方關(guān)于通信如何進(jìn)行所達(dá)成的一致。,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的幾個基本概念 協(xié)議：為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換（通信）而建立的規(guī)則、 標(biāo)準(zhǔn)或約定。(=語義+語法+規(guī)則) 不同層具有各自不同的協(xié)議。 實(shí)體：任何可以發(fā)送或接收信息的硬件/軟件進(jìn)程。 對等層：兩個不同系統(tǒng)的同名層次。 對等實(shí)體：位于不同系統(tǒng)的同名層次中的兩個實(shí)體。 協(xié)議作用在對等實(shí)體之間。 接口：相鄰兩層之間交互的界面，定義相鄰兩層之間的 操作及下層對上層的服務(wù)。 服務(wù)：某一層及其以下各層的一種能力，通過接口提供 給其相鄰上層。,這是一個5層的協(xié)議。不同機(jī)器里包含對應(yīng)層的實(shí)體叫對等進(jìn)程，正是對等進(jìn)程利用協(xié)議進(jìn)行通信。 但實(shí)際上，數(shù)據(jù)不是從一臺機(jī)器的第n層直接傳送到另一臺機(jī)器的第n層，而是每一層都把數(shù)據(jù)和控制信息交給它的下一層，直到最下層。第一層下是物理介質(zhì)，由它進(jìn)行實(shí)際的通信。圖中虛線表示虛擬通信，實(shí)線表示物理通信。,每一對相鄰層之間都有一個接口。接口定義下層向上層提供的服務(wù)。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者在決定一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)包括多少層，每一層應(yīng)當(dāng)做什么的時候，其中一個很重要的考慮就是要在相鄰層之間定義一個清晰的接口。為了達(dá)到這些目的，又要求每一層能完成一組特定的有明確含義的功能。除了盡可能的減少必須在相鄰層之間傳遞的信息數(shù)量外，一個清晰的接口可以使同一層能輕易的用一種實(shí)現(xiàn)來替換另一種完全不同的實(shí)現(xiàn)（譬如用衛(wèi)星信道來代替所有的電話線），只要新的實(shí)現(xiàn)能像上一層提供舊的實(shí)現(xiàn)所提供的同一組服務(wù)就可以了,層和協(xié)議的集合被稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。 某一系統(tǒng)所使用的協(xié)議列表，每層一個協(xié)議，被稱之為協(xié)議棧。,社團(tuán)A,社團(tuán)B,消息,哲學(xué)家,給遠(yuǎn)程翻譯的信息,翻譯,秘書,給遠(yuǎn)程秘書的信息,哲學(xué)家-翻譯-秘書結(jié)構(gòu),上圖的例子來說明多層通信的實(shí)質(zhì)。 兩個社團(tuán)的兩位哲學(xué)家（第三層中的對等實(shí)體）希望通話。他們一個說英語，另一個說法語。由于沒有共 同的語言，他們無法直接通信。 于是他們每個人都雇用了一位翻譯（第二層中的對等實(shí)體）。每一個翻譯又進(jìn)一步和一位秘書（第一層中 的對等實(shí)體）聯(lián)絡(luò)，秘書負(fù)責(zé)打字、傳真、接聽電話等一般性工作。 這樣，每個社團(tuán)都形成了三個層次的機(jī)構(gòu)。 哲學(xué)家1希望向哲學(xué)家2表達(dá)他對兔子的感情。他把這一信息用英語通過第二層與第三層之間的接口傳給他 的翻譯：“I like rabbits”,如上圖所示。翻譯根據(jù)協(xié)議使用漢語作為中間語言，消息被轉(zhuǎn)換為“我喜歡兔子”。 對語言的選擇是第二層協(xié)議的事兒，與他人無關(guān)。 接下來翻譯把消息交給秘書傳遞，例如使用傳真（第一層協(xié)議）。當(dāng)消息到達(dá)時，它被翻譯成法語并通過 第二層與第三層之間的接口到達(dá)哲學(xué)家2。 應(yīng)當(dāng)注意到每層協(xié)議與其他層協(xié)議完全無關(guān)，只要接口保持不變。只需兩位翻譯認(rèn)可，他們可以隨意將漢 語換成俄語而完全不必改變他們和第一層或第三層之間的接口。與之相似，秘書可以把傳真換成電子郵件而不 會影響到其他層。某些層可能增加一些被對等實(shí)體使用的信息（如第一層的傳真號）。這些信息不會被傳遞到 在他們之上的層。 這里，甲乙社團(tuán)都可以看作是網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，而哲學(xué)家、翻譯和秘書是一個個的通信實(shí)體。處于不同結(jié)點(diǎn)的相 同層次的實(shí)體叫做對等實(shí)體。而協(xié)議實(shí)際上是對等實(shí)體之間的通信規(guī)則的約定。比如兩個社團(tuán)的秘書之間就 有收發(fā)傳真和普通信函的協(xié)議，翻譯之間都遵照約定語言的協(xié)議，哲學(xué)家之間當(dāng)然也有協(xié)議，不過那就是他 們之間的事情了。 通信系統(tǒng)采用了層次化的結(jié)構(gòu)，有許多優(yōu)點(diǎn)： 各層之間相互獨(dú)立，高層不必關(guān)心低層的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，可以真正做到各司其職。 利于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)，某個層次實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的變化不會對其他層次產(chǎn)生影響。 易于標(biāo)準(zhǔn)化。,兩人通訊模型的特點(diǎn)： 模型具有三個層次 相同層次的交流都是獨(dú)立進(jìn)行的，不受其他層次影響 上下相鄰兩個層次之間的聯(lián)系可以用“提供服務(wù)”和“使用服務(wù)”來進(jìn)行說明,另一個例子：,公司甲有貨物要發(fā)給公司乙，并按照公司間發(fā)貨規(guī)章給貨物加了一個說明以識別該貨物。并把加了說明的貨物交給了車站貨運(yùn)處，貨運(yùn)處按照他們的規(guī)章，發(fā)現(xiàn)貨物太大，于是將貨物分成了多個小包裹，并給每個包裹按照他們的規(guī)章加上了標(biāo)簽，決定將它們交由哪次列車運(yùn)送（可能并不是一次列車）。并將其交給了車站搬運(yùn)處。搬運(yùn)處將每個包裹分別裝進(jìn)了車廂，然后通過鐵路運(yùn)到目的地。 到目的地后，按照上述過程的逆過程一層層去掉封裝，每向上傳遞一層，該層的包裝就被剝掉，絕不會出現(xiàn)把下層的包裝交給上層的情況（譬如把車廂連包裹一起交給貨運(yùn)處）。直到公司乙拿到貨物。,該例子可以類比向圖1中5層網(wǎng)絡(luò)的頂層提供通信：,向圖1中5層網(wǎng)絡(luò)的頂層提供通信：,第5層運(yùn)行的某應(yīng)用程序產(chǎn)生了消息M，并交給第4層進(jìn)行傳輸。第4層在消息的前面加上了一個報頭以識別該消息，并把結(jié)果傳遞給第3層。報頭包括控制信息，例如序號，一是目標(biāo)機(jī)器上的第4層能在下層未保持信息順序時按正確的順序提交。在某些層，報頭還包括長度、時間和其他控制字段。 在許多網(wǎng)絡(luò)中，對于第4層傳輸?shù)南㈤L度沒有限制，但在第3層卻常常有限制。因此，第三層必須把上層來的消息分成較小的單元（分組），在每個分組前加上第3層報頭。 第3層決定使用哪一條輸出線路，并把分組傳遞給第2層。第2層不僅給每段消息加上報頭信息，而且還加上尾部信息，然后把結(jié)果交給第1層進(jìn)行傳輸。 在接受方，報文向上傳遞1層，該層的報頭就被剝掉，決不會處想把帶有第n層以下的報頭的報文交給第n層的情況,理解圖1的關(guān)鍵是要理解虛擬通信和實(shí)際通信之間的關(guān)系，以及協(xié)議和接口之間的區(qū)別。例如，第4層中的對等進(jìn)程，概念上認(rèn)為他們的通信是水平方向的使用第4層協(xié)議。每一方都好像有一個“發(fā)送到另一方去”和“從另一方接收”的過程調(diào)用。但實(shí)際上這