第2部分計(jì)算網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1、第第2章章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)n教學(xué)目標(biāo)： n通過本章的學(xué)習(xí)，了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和各個(gè)層次的相關(guān)協(xié)議，理解接口和服務(wù)等概念。掌握iso/osi模型和tcp/ip模型的各個(gè)層次及其所實(shí)現(xiàn)的功能。掌握ip地址的功能和劃分，并對(duì)子網(wǎng)掩碼和下一代互聯(lián)網(wǎng)ipv6有相應(yīng)的了解。 n教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)： niso/osi網(wǎng)絡(luò)參考模型ntcp/ip參考模型nip地址的功能與劃分n子網(wǎng)掩碼及子網(wǎng)劃分 課程學(xué)習(xí)n2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)概述n2.2 iso/osi網(wǎng)絡(luò)參考模型 n2.3 tcp/ip參考模型 n2.4 ip地址 2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)概述 n2.1.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念

2、n2.1.2協(xié)議的概念 n2.1.3接口和服務(wù) 2.1.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念 n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系機(jī)構(gòu)就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各層次及其協(xié)議的集合。 高層中層低層高層中層低層中間節(jié)點(diǎn)物理介質(zhì)2.1.2協(xié)議的概念 n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是通信的計(jì)算機(jī)雙方必須共同遵從的一組約定。例如怎樣建立連接，怎樣互相識(shí)別等。只有遵守這個(gè)約定，計(jì)算機(jī)之間才能相互通信和交流。2.1.3接口和服務(wù) n接口和服務(wù)是分層體系結(jié)構(gòu)中十分重要的概念。實(shí)際上，正是通過接口和服務(wù)將各個(gè)層次的協(xié)議連接為整體，完成網(wǎng)絡(luò)通信的全部功能。n服務(wù)是通過接口完成的。接口就是上層實(shí)體和下層實(shí)體交換數(shù)據(jù)的地方，被稱為服務(wù)訪問點(diǎn)。 協(xié)議和服務(wù)的關(guān)系 n1層n層n

3、-1層n1/n層間接口n層向n1層提供服務(wù)口n-1層向n層提供服務(wù)口n/n-1層間接口n1層n層n-1層邏 輯 連接n+1層協(xié)議n層協(xié)議n-1層協(xié)議物理連接物理介質(zhì)2.2 iso/osi網(wǎng)絡(luò)參考模型網(wǎng)絡(luò)參考模型nosi/rm結(jié)構(gòu) n各層次具體功能和作用n總結(jié)2.2.1 osi/rm結(jié)構(gòu)應(yīng)用層表示層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層物理層數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層表示層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層物理層數(shù)據(jù)鏈路層傳輸媒介包(package)幀(frame)位(bit)2.2.2物理層 n物理層是osi參考模型中的最低層，也是最重要、最基礎(chǔ)的一層。它是建立在通信介質(zhì)基礎(chǔ)上的、實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間聯(lián)系的物理接口。n物理層的主要功能n物理層協(xié)議

4、 n物理層接口特性 物理層接口特性 n（1）機(jī)械特性）機(jī)械特性說明接口所用物理連接器的形狀、尺寸、引腳數(shù)目說明接口所用物理連接器的形狀、尺寸、引腳數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。例如，和排列、固定和鎖定裝置等等。例如，eia-rs-232-d標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用25引腳的引腳的db-25插座，其兩個(gè)固定螺絲之間的距離為。插座，其兩個(gè)固定螺絲之間的距離為。n（2）電氣特性）電氣特性說明接口處信號(hào)線上出現(xiàn)的電壓應(yīng)為什么范圍，即說明接口處信號(hào)線上出現(xiàn)的電壓應(yīng)為什么范圍，即什么樣的電壓表示什么樣的電壓表示1或或0。電氣特性規(guī)定了在物理連接信道上傳輸比特流。電氣特性規(guī)定了在物理連接信道上傳輸比特流時(shí)

5、信號(hào)的電平、數(shù)據(jù)編碼方式、阻抗及其匹配、傳輸速度和連接電纜最時(shí)信號(hào)的電平、數(shù)據(jù)編碼方式、阻抗及其匹配、傳輸速度和連接電纜最大距離的限制等。例如，大距離的限制等。例如，eia-rs-232-d采用負(fù)邏輯，即邏輯采用負(fù)邏輯，即邏輯0（相當(dāng)（相當(dāng)于數(shù)據(jù)于數(shù)據(jù)0）或控制線處于接通狀態(tài)時(shí)，相對(duì)信號(hào)的地線有）或控制線處于接通狀態(tài)時(shí)，相對(duì)信號(hào)的地線有+5v+15v的的電壓，當(dāng)其連接電纜不超過電壓，當(dāng)其連接電纜不超過15m時(shí)，允許的傳輸速率不超過時(shí)，允許的傳輸速率不超過20kb/s。n（3）功能特性）功能特性說明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。說明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。功能特性規(guī)

6、定了物理接口各個(gè)信號(hào)線的確切功能和含義，如數(shù)據(jù)線和控功能特性規(guī)定了物理接口各個(gè)信號(hào)線的確切功能和含義，如數(shù)據(jù)線和控制線的功能等。例如，制線的功能等。例如，eia-rs-232-d規(guī)定的規(guī)定的db-25插頭座的引腳插頭座的引腳2和和引腳引腳3均為數(shù)據(jù)線。均為數(shù)據(jù)線。n（4）規(guī)程特性）規(guī)程特性說明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。規(guī)說明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。規(guī)程特性是指利用信號(hào)線進(jìn)行比特流傳輸時(shí)的操作過程，例如，信號(hào)線的程特性是指利用信號(hào)線進(jìn)行比特流傳輸時(shí)的操作過程，例如，信號(hào)線的工作規(guī)則和時(shí)序等。工作規(guī)則和時(shí)序等。 2.2.3數(shù)據(jù)鏈路層 n所謂鏈路就是數(shù)據(jù)傳輸中任何兩個(gè)相鄰節(jié)

7、點(diǎn)間的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段。鏈路間沒有任何其他節(jié)點(diǎn)存在，網(wǎng)絡(luò)中的鏈路是一個(gè)基本的通信單元。在網(wǎng)絡(luò)中，從一方到另一方的數(shù)據(jù)通信通常是由許多鏈路串接而成的，這就是數(shù)據(jù)鏈路，也叫通路。 n1.基本概念n幀（frame）是數(shù)據(jù)鏈路層的信息傳輸單位。n2.數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能 n3數(shù)據(jù)鏈路層的主要協(xié)議 2.2.4網(wǎng)絡(luò)層 n數(shù)據(jù)鏈路層不能解決由多條鏈路組成的兩個(gè)主機(jī)之間通路的數(shù)據(jù)傳輸問題，因?yàn)閮蓚€(gè)主機(jī)之間的通路通常由多條鏈路組成，涉及到路徑選擇、流量控制等問題；在通信的雙方經(jīng)過兩個(gè)或更多的網(wǎng)絡(luò)時(shí)又出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連問題，而這些問題可在網(wǎng)絡(luò)層得到解決。n1基本概念n網(wǎng)絡(luò)層也稱通信子網(wǎng)層，網(wǎng)絡(luò)層的功能是向傳輸層提供服

8、務(wù)，同時(shí)接受來自數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)。 n 2網(wǎng)絡(luò)層功能 n3網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 n4網(wǎng)絡(luò)層服務(wù) 2.2.5傳輸層 n1傳輸層概述nosi的低三層主要是面向數(shù)據(jù)通信，因此基于低三層通信協(xié)議構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)常稱為通信網(wǎng)絡(luò)（或通信子網(wǎng)），支持用戶信息在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的端到端傳輸。n2傳輸層服務(wù)n3傳輸控制協(xié)議 2.2.6會(huì)話層 n會(huì)話層用于建立、管理以及終止兩個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間的會(huì)話。它是用戶連接到網(wǎng)絡(luò)的接口。它的基本任務(wù)是負(fù)責(zé)兩主機(jī)間的原始報(bào)文的傳輸。 2.2.7表示層 n表示層向上對(duì)應(yīng)用層服務(wù)，向下接受來自會(huì)話層的服務(wù)。表示層是為在應(yīng)用過程之間傳送的信息提供表示方法的服務(wù)，它關(guān)心的只是發(fā)出信息的語法與語義。表示層要完成

9、某些特定的功能，主要有不同數(shù)據(jù)編碼格式的轉(zhuǎn)換，提供數(shù)據(jù)壓縮、解壓縮服務(wù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、解密。 2.2.8應(yīng)用層 n網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層是通信用戶之間的窗口，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)管理、文件傳輸、事務(wù)處理等服務(wù)。n應(yīng)用層為用戶提供的常見服務(wù)和協(xié)議有：文件服務(wù)、目錄服務(wù)、文件傳輸服務(wù)、電子郵件服務(wù)、打印服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)、遠(yuǎn)程登錄服務(wù)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)等。上述每種服務(wù)均需一種具體的應(yīng)用層協(xié)議來完成。 2.2.9 總結(jié) n應(yīng)用層與用戶應(yīng)用進(jìn)程的接口，即相當(dāng)于：做什么？n表示層數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，即相當(dāng)于：對(duì)方看起來象什么？n會(huì)話層會(huì)話的管理與數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐剑聪喈?dāng)于：輪到誰講話和從何處講？n傳輸層從端到端經(jīng)網(wǎng)絡(luò)透明地傳輸報(bào)文

10、，即相當(dāng)于：對(duì)方在何處？n網(wǎng)絡(luò)層分組傳輸、路由選擇和流量控制，即相當(dāng)于：走哪條路可以到達(dá)該處？n數(shù)據(jù)鏈路層在鏈路上無差錯(cuò)地傳送數(shù)據(jù)幀，即相當(dāng)于：每一步該怎么走？n物理層將比特流送到物理媒體上傳送，即相當(dāng)于：對(duì)上一層的每一步應(yīng)怎樣利用物理媒體。 2.3 tcp/ip參考模型 nosi/rm七層參考模型，從理論上來說，只要遵循osi參考模型，那么任何網(wǎng)絡(luò)之間都可以實(shí)現(xiàn)無差別的互連。但是在實(shí)際上，要想完全實(shí)現(xiàn)osi參考模型的協(xié)議，十分龐大和復(fù)雜，因此，完全遵循osi七層參考模型的協(xié)議幾乎不存在，osi參考模型僅為人們考查其它協(xié)議各部分間的工作方式提供了評(píng)估基礎(chǔ)和框架。n20世紀(jì)70年代，出現(xiàn)了tcp

11、/ip參考模型，這個(gè)模型在20世紀(jì)80年代被確定為因特網(wǎng)（internet）的通信協(xié)議。 2.3.1 tcp/ip簡(jiǎn)介 ntcp/ip是傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(transmission control protocol /internet protocol)的縮寫，tcp/ip協(xié)議形成于20世紀(jì)70年代，是由美國(guó)國(guó)防部(dod)出于構(gòu)建不同類型計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)arpanet的需要而主持開發(fā)的。 ntcp/ip協(xié)議的特點(diǎn)是：n（1）開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)n（2）獨(dú)立于特定的計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)n（3）獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)，更適用于互聯(lián)網(wǎng)中n（4）統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得

12、整個(gè)tcp/ip設(shè)備在網(wǎng)中都具有唯一的地址n（5）標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)2.3.2 tcp/ip協(xié)議結(jié)構(gòu) ethernetipicmparprarptcpudprpc tftpsnmp telnet ftp smtp應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)際層網(wǎng) 絡(luò) 接 口層2.3.3 tcp/ip與osi/rm模型的比較 n1對(duì)osi參考模型的評(píng)價(jià) n2對(duì)tcp/ip參考模型的評(píng)價(jià) n3一種建議的參考模型 2.4 ip地址 n2.4.1 ip地址的功能與劃分 n一個(gè)以太網(wǎng)上的兩個(gè)設(shè)備之所以能夠交換信息就是因?yàn)樵谖锢硪蕴W(wǎng)上，每個(gè)設(shè)備都有一塊網(wǎng)卡，并擁有唯一的以太網(wǎng)地址。如果設(shè)備a向設(shè)備b傳送信息

13、，設(shè)備a需要知道設(shè)備b的以太網(wǎng)地址。n如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備b向另外一個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備c發(fā)送信息，會(huì)發(fā)生什么情況呢？ 1ip地址的表示n 為了容易閱讀，將32位地址進(jìn)行分組(8位為一組)：n 01111110 10001000 00000001 00101111n 最后，將每個(gè)8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，并用小數(shù)點(diǎn)隔開，得到如下地址： 126.136.l .47。 2ip地址的分類網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)類類型型標(biāo)標(biāo)志志位位網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)地地址址位位數(shù)數(shù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)數(shù)主主機(jī)機(jī)地地址址位位數(shù)數(shù)主機(jī)數(shù)主機(jī)數(shù)地址格式地址格式網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)地址地址范圍范圍a類類0712624167772140 xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxx

14、xxxx.xxxxxxxx1-127b類類101416382166553510 xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx128-191c類類1102120971508254110 xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx192-223d類類11101110 xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx224-239e類類1111011110 xxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx240-2472.4.2子網(wǎng)掩碼及子網(wǎng)劃分 10網(wǎng)絡(luò)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)主機(jī)號(hào)10網(wǎng)絡(luò)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)子網(wǎng)號(hào)子網(wǎng)號(hào) 主機(jī)號(hào)主機(jī)號(hào)11111111 11111111 1111 0000 00000000 255 255 240 0（a）b類地址類地址（b）增加了子）增加了子網(wǎng)號(hào)字段網(wǎng)號(hào)字段（c）子網(wǎng)掩）子網(wǎng)掩碼碼圖圖2.7 子網(wǎng)掩碼的意義子網(wǎng)掩碼的意義2.4.3 ipv6 nipv4地址總量約為43億，隨著網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，全球數(shù)字化和信息化步伐的加快，目前70%的地址資源已經(jīng)被使用 nipv6的出現(xiàn)解決了現(xiàn)有ipv4地址資源匱乏的問題。 n1ipv6的特點(diǎn)n2ipv6地址空間分配n3ipv6地址表示法 n4ipv6地址類型 n5特殊ipv6地址 習(xí)題習(xí)題