第二章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)

1、高 平20152015 信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù) Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 參考書目 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程 作者：謝希仁 人民郵電出版社Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的。 “分層”可將龐大而復(fù)雜的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問(wèn)

2、題，而這些較小的局部問(wèn)題就比較易于研究和處理。 Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所2.1 2.1 協(xié)議與劃分層次協(xié)議與劃分層次 為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定即稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 1）語(yǔ)義（Semantics）：用于協(xié)調(diào)與差錯(cuò)處理的控制信息。即需要發(fā)出何種控

3、制信息，以及完成的動(dòng)作與做出的響應(yīng)。 2）語(yǔ)法（Syntax）：數(shù)據(jù)及控制信息的格式、編碼及信號(hào)電平等。即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)和格式，包括數(shù)據(jù)格式、編碼及信號(hào)電平等。 3）定時(shí)（Timing）：涉及速度匹配和排序等。（同步），即對(duì)事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 分層舉例Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理

4、工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 分層舉例Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所通信者活動(dòng)界面通信者活動(dòng)界面郵局服務(wù)業(yè)務(wù)郵局服務(wù)業(yè)務(wù)郵局轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)郵局轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)運(yùn)輸部門的（郵件）運(yùn)輸業(yè)務(wù) 書寫信件 粘貼郵票 投遞進(jìn)信箱 收集信件 加蓋郵戳 郵件分檢 郵件打包 轉(zhuǎn)送運(yùn)輸 部門 選擇運(yùn)輸 路徑（路由）轉(zhuǎn)送郵局接收郵件接收郵件郵件拆包郵件投遞郵件分檢信箱取信閱讀郵件發(fā)信者收信者 分層舉例Research Institute of Information Securi

5、ty and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所n+1層n層n-1層主機(jī)A主機(jī)B傳輸介質(zhì)n-1層n層n+1層n+1層協(xié)議n層協(xié)議n-1層協(xié)議 分層可以帶來(lái)如下好處： 1）各層之間是獨(dú)立的。 2）靈活性好。 3）結(jié)構(gòu)上可分割開(kāi)。 4）易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。 5）能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture) 體系結(jié)構(gòu)是抽

6、象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的，是真正在運(yùn)行的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所2.3 2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu) 法律上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒(méi)有得到市場(chǎng)的認(rèn)可。 非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用 TCP/IP 常被稱為事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工

7、大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所.1從從OSIOSI體系結(jié)構(gòu)到原理體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)到原理體系結(jié)構(gòu) OSI的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)既復(fù)雜又不實(shí)用，但其概念清楚，體系價(jià)格低廉，理論較完整。 TCP/IP的協(xié)議現(xiàn)在得到了全世界的承認(rèn)，但它實(shí)際上并沒(méi)有一個(gè)完整的體系結(jié)構(gòu)。 TCP/IP是一個(gè)四層的體系結(jié)構(gòu)，它包含應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 在OSI參考模型中，計(jì)算機(jī)之間傳送信息的問(wèn)題分為7個(gè)較小且更容易管理和

8、解決的小問(wèn)題。每一個(gè)小問(wèn)題都由模型中的一層來(lái)解決。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 OSI將這7層從低到高叫做物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所Research Institute of Information Security and Co

9、untermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所TCP/IPTCP/IP參考模型參考模型 TCP/IP協(xié)議是目前最流行的商業(yè)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，盡管它不是某一標(biāo)準(zhǔn)化組織提出的正式標(biāo)準(zhǔn)，但它已經(jīng)被公認(rèn)為

10、目前的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或“事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)”。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 1應(yīng)用層(application layer) 應(yīng)用層是原理體系結(jié)構(gòu)中的最高層。 應(yīng)用層確定進(jìn)程之間通信的性質(zhì)以滿足用戶的需要(這反映在用戶所產(chǎn)生的服務(wù)請(qǐng)求)。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 2運(yùn)輸層(transport layer)

11、 運(yùn)輸層的任務(wù)就是負(fù)責(zé)主機(jī)中兩個(gè)進(jìn)程之間的通信，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆?bào)文段(segment)。 運(yùn)輸層具有復(fù)用(multiplexing)和分用(demultiplexing)的功能。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 因特網(wǎng)的運(yùn)輸層可使用兩種不同協(xié)議。 即 面 向 連 接 的 傳 輸 控 制 協(xié) 議 T C P (Transmission Control Protocol)，和無(wú)連接的用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP (User Datagram Protoc

12、ol)。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 3網(wǎng)絡(luò)層(network layer) 網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)為分組交換網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通信。 在網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)的傳送單位是分組或包。 在TCP/IP體系中，分組也叫作IP數(shù)據(jù)報(bào)，或簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)報(bào)。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 4數(shù)據(jù)鏈路層（data link lay

13、er） 數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是在兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)間的線路上無(wú)差錯(cuò)地傳送以幀(frame)為單位的數(shù)據(jù)。每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息。數(shù)據(jù)鏈路層有時(shí)也常簡(jiǎn)稱為鏈路層。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 數(shù)據(jù)鏈路層就把一條有可能出差錯(cuò)的實(shí)際鏈路，轉(zhuǎn)變成為讓網(wǎng)絡(luò)層向下看去好像是一條不出差錯(cuò)的鏈路。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安

14、全對(duì)抗技術(shù)研究所 5物理層（physical layer） 物理層的任務(wù)就是透明地傳送比特流。 “透明”是一個(gè)很重要的術(shù)語(yǔ)。它表示：某一個(gè)實(shí)際存在的事物看起來(lái)卻好像不存在一樣。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 下面說(shuō)明的是應(yīng)用進(jìn)程的數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程中所經(jīng)歷的變化。 這里為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假定兩個(gè)主機(jī)是直接相連的。Research Institute of Information Security and Countermeasures Tech

15、nology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī)向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層 PDUResearch Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng)用層 PDU 再傳送到運(yùn)輸層加上運(yùn)輸層首部，成為運(yùn)輸層報(bào)文Research Institute of Information Security a

16、nd Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2運(yùn)輸層報(bào)文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報(bào)（或分組）Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2IP 數(shù)據(jù)報(bào)再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀Research Institute of Information Security

17、 and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 應(yīng)用層應(yīng)用層(application layer) 5432154321物理傳輸媒體計(jì)算機(jī) 1AP2AP1電信號(hào)（或光信號(hào)）在物理媒體中傳播從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層計(jì)算機(jī) 2Research In

18、stitute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層Research Institute of Informatio

19、n Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運(yùn)輸層Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層Research Institute of Information Security and Countermeas

20、ures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?，取出?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進(jìn)程Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2我收到了 AP1 發(fā)來(lái)的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息

21、安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)應(yīng)用層首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒?yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4運(yùn)輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1

22、計(jì)算機(jī) 210100110100101 比 特 流 110101110101計(jì)算機(jī) 2 的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層H2T2H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)Research Institute of Information Se

23、curity and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運(yùn)輸層Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2運(yùn)輸層剝?nèi)?bào)文首部后把報(bào)文的數(shù)據(jù)部分交

24、給應(yīng)用層Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層 PDU 首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所5432154321計(jì)算機(jī) 1AP2AP1計(jì)算機(jī) 2我收到了 AP1

25、發(fā)來(lái)的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)概念概念 實(shí)體(entity)這一名詞表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。 協(xié)議是控制兩個(gè)對(duì)等實(shí)體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合。Research Institut

26、e of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 在協(xié)議的控制下，兩個(gè)對(duì)等實(shí)體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。 要實(shí)現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下面一層所提供的服務(wù)。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 首先，協(xié)議的實(shí)現(xiàn)保證了能夠向上一層提供服務(wù)。本層的服務(wù)用戶只能看見(jiàn)服務(wù)而無(wú)法看見(jiàn)下面的協(xié)議。下面的協(xié)議對(duì)上面的服務(wù)用戶是透明的。 其次，協(xié)議是“水平的

27、”，即協(xié)議是控制對(duì)等實(shí)體之間通信的規(guī)則。但服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過(guò)層間接口提供的。上層使用下層所提供的服務(wù)必須通過(guò)與下層交換一些命令，這些命令在OSI中稱為服務(wù)原語(yǔ)。Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所 在同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實(shí)體進(jìn)行交互(即交換信息)的地方，通常稱為服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)SAP (Service Access Point)。Research Institute of Information Security and Count

28、ermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所2.4 TCP/IP2.4 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)Research Institute of Information Security and Coun

29、termeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所OSI 與與 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的比較體系結(jié)構(gòu)的比較 應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層表示層會(huì)話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI 的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層 IP (各種應(yīng)用層協(xié)議如TELNET, FTP, SMTP 等)運(yùn)輸層(TCP 或 UDP)TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)無(wú)連接分組交付服務(wù)運(yùn)輸服務(wù) (可靠或不可靠)各種應(yīng)用服務(wù)TCP/IP 的三個(gè)服務(wù)層次Research Institute of Information Security and Countermeasures Technology 北京理工大學(xué)信息安全對(duì)抗技術(shù)研究所應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層主機(jī)A主機(jī)B路由器網(wǎng)絡(luò) 2網(wǎng)絡(luò) 1應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層4321Research Institute of Information Security and Countermeasures Techn