網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議PPT課件

1、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議掌握：協(xié)議、層次、接口與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念。掌握：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次化研究方法。掌握：OSI參考模型及各層的基本服務(wù)功能。掌握：TCP/IP參考模型的層次劃分、各層的基本服務(wù)功能與主要協(xié)議。了解：OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較。了解：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)組織，RFC文檔、Internet草案與Internet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的制定過程。本章學(xué)習(xí)要求2022/7/1722.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念一、網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)。將一個復(fù)雜系統(tǒng)分解為若干個容易處理的子系統(tǒng)，然后“分而治之” 。為了簡化網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，常將網(wǎng)絡(luò)按功能劃分成一系列的層次，讓每一層

2、完成一個特定的功能。完成某一層功能的硬件和軟件集合稱為實(shí)體。2022/7/173社會上存在的郵政系統(tǒng)2022/7/174網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)2022/7/175分層原則不同的系統(tǒng)分成相同的層次；不同系統(tǒng)的對等層次之間存在著“虛擬”通信；對不同系統(tǒng)的對等層之間的通信有明確的通信規(guī)定(協(xié)議)；高層使用低層提供的服務(wù)時，并不需要知道低層服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)方法。 2022/7/176二、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是指為網(wǎng)絡(luò)同層實(shí)體之間數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標(biāo)準(zhǔn)，亦稱同層協(xié)議或通信協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三要素：語義、語法與時序；語義：用于解釋比特流的每一部分的意義； 語法：語法是用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式，以及數(shù)據(jù)

3、出現(xiàn)的順序的意義；時序：事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。2022/7/177協(xié)議棧將網(wǎng)絡(luò)功能分解為許多層后，在每一個功能層次中，通信雙方需共同遵守的約定和規(guī)定，這些約定和規(guī)定的集合稱為同層協(xié)議（即通信協(xié)議，簡稱為協(xié)議）。網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議按層次順序排列而成的協(xié)議序列稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。2022/7/178三、接口（interface）接口是同一系統(tǒng)內(nèi)相鄰層之間交換信息的連接點(diǎn);同一個系統(tǒng)的相鄰層之間存在著明確規(guī)定的接口，低層向高層通過接口提供服務(wù);只要接口條件不變、低層功能不變，低層功能的具體實(shí)現(xiàn)方法與技術(shù)的變化不會影響整個系統(tǒng)的工作（只要接口不變，各層是相互獨(dú)立的）。2022/7/179接口示意圖2022/7

4、/1710四、服務(wù) 相鄰層的上層都是通過下層完成本層的功能，其中下層稱為服務(wù)提供者，上層稱為服務(wù)使用者，服務(wù)的提供和使用都是通過相鄰層的接口進(jìn)行。如第N-1層為第N層提供服務(wù)，稱第N-1層是第N層的服務(wù)提供者，第N層稱為服務(wù)使用者。2022/7/1711服務(wù)示意圖2022/7/1712服務(wù)原語相鄰層間的數(shù)據(jù)交換都是通過規(guī)定的服務(wù)原語來進(jìn)行，服務(wù)原語一般有四類：請求（Request）、指示（Indication）、響應(yīng)（Response）和確認(rèn)（Confirm）。具體過程如下圖所示：2022/7/1713服務(wù)訪問點(diǎn)SAP（Service Access Point）2022/7/1714五、網(wǎng)絡(luò)體

5、系結(jié)構(gòu)（network architecture）一個功能完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜的協(xié)議是按層次結(jié)構(gòu)來組織的；網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型與各層協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；體系結(jié)構(gòu)是個抽象的概念，其具體實(shí)現(xiàn)是通過特定的硬件和軟件來完成的。2022/7/1715層次結(jié)構(gòu)研究方法的優(yōu)點(diǎn)各層之間相互獨(dú)立;靈活性好;各層都可以采用最合適的技術(shù)來實(shí)現(xiàn);易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù);有利于促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化。 2022/7/17162.2 OSI參考模型2.2.1 OSI參考模型的基本概念在制定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)方面，起著很大作用的兩大國際組織是： 國際電報與電話咨詢委員會 （Consultative Committee on Internat

6、ionalTelegraph and Telephone，CCITT ）； 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 （International Standards Organization ，ISO）。CCITT與ISO的工作領(lǐng)域是不同的： CCITT 主要是考慮通信標(biāo)準(zhǔn)的制定； ISO主要是考慮信息處理與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。2022/7/1717OSI參考模型是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織為解決異種機(jī)互連而制訂的開放式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型。在OSI中的“開放”是指只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個系統(tǒng)就可以與位于世界上任何地方、遵循同一標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信；OSI參考模型只是描述了一些概念，用來協(xié)調(diào)進(jìn)程間通信標(biāo)準(zhǔn)的制定；在OSI的范圍

7、內(nèi)，只有各種的協(xié)議是可以被實(shí)現(xiàn)的，而各種產(chǎn)品只有和OSI的協(xié)議相一致時才能互連；OSI參考模型只是一個概念性的框架。OSI參考模型2022/7/17182.2.2 OSI參考模型的結(jié)構(gòu)ISO劃分七層結(jié)構(gòu)的基本原則網(wǎng)中各結(jié)點(diǎn)都具有相同的層次；不同結(jié)點(diǎn)的同等層具有相同的功能；同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間通過接口通信；每一層可以使用下層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)；不同結(jié)點(diǎn)的同等層通過協(xié)議來實(shí)現(xiàn)對等層之間的通信。2022/7/1719OSI參考模型的結(jié)構(gòu) 2022/7/17202.2.3 OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程1. OSI環(huán)境（OSI environment）2022/7/17212. OSI環(huán)境中的

8、數(shù)據(jù)傳輸過程 2022/7/17222.2.4 面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)服務(wù)可以分為通信子網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸所提供的服務(wù),與全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為用戶提供的服務(wù)；通信子網(wǎng)的服務(wù)是指通信子網(wǎng)對主機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃运峁┑谋ＷC機(jī)制；通信服務(wù)可以分為兩大類：面向連接服務(wù)（connect-oriented service）；無連接服務(wù)（connectless service）。2022/7/1723 理解網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需要注意的問題面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)對實(shí)現(xiàn)服務(wù)的傳輸可靠性與協(xié)議復(fù)雜性有很大的影響；根據(jù)主機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托室蟮牟煌?，設(shè)計(jì)者可以選擇面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)的類型；在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母?/p>

9、層，如物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層都會涉及面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)的問題。2022/7/1724面向連接服務(wù)2022/7/1725面向連接服務(wù)的特點(diǎn)面向連接服務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸過程必須經(jīng)過連接建立、連接維護(hù)與釋放連接的三個過程；面向連接服務(wù)在數(shù)據(jù)傳輸過程中，各分組可以不攜帶目的結(jié)點(diǎn)的地址；面向連接服務(wù)的傳輸連接類似一個通信管道，發(fā)送者在一端放入數(shù)據(jù)，接收者從另一端取出數(shù)據(jù)；面向連接數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖瞻l(fā)數(shù)據(jù)順序不變，傳輸可靠性好，但是協(xié)議復(fù)雜，通信效率不高。2022/7/1726無連接服務(wù)2022/7/1727無連接服務(wù)的特點(diǎn)無連接服務(wù)的每個分組都攜帶完整的目的結(jié)點(diǎn)地址，各分組在系統(tǒng)中是獨(dú)立傳送的；無

10、連接服務(wù)中的數(shù)據(jù)傳輸過程不需要經(jīng)過連接建立、連接維護(hù)與釋放連接的三個過程；數(shù)據(jù)分組傳輸過程中，目的結(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)分組可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失的現(xiàn)象；無連接服務(wù)的可靠性不好，但是協(xié)議相對簡單，通信效率較高。2022/7/1728發(fā)送數(shù)據(jù)監(jiān)控信道監(jiān)控信道應(yīng)答發(fā)收收發(fā)確認(rèn)和重傳機(jī)制 2022/7/1729確認(rèn)和重傳機(jī)制的特點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸话阃ㄟ^確認(rèn)和重傳機(jī)制保證；確認(rèn)是指數(shù)據(jù)分組的接收結(jié)點(diǎn)在正確地接收到每個分組后，要求向發(fā)送結(jié)點(diǎn)發(fā)回接收分組的確認(rèn)信息；在規(guī)定的時間內(nèi)，如果發(fā)送結(jié)點(diǎn)沒有接收到接收結(jié)點(diǎn)的確認(rèn)信息，就認(rèn)為該數(shù)據(jù)分組發(fā)送失敗，發(fā)送結(jié)點(diǎn)重新發(fā)送該數(shù)據(jù)分組；確認(rèn)和重傳機(jī)制可以提高數(shù)據(jù)

11、傳輸?shù)目煽啃?，但是它需要制定較為復(fù)雜的確認(rèn)和重傳協(xié)議，并且需要增加網(wǎng)絡(luò)額外的通信負(fù)荷，占用網(wǎng)絡(luò)帶寬。2022/7/1730從使用服務(wù)原語的角度考慮，可將服務(wù)分為需要證實(shí)的服務(wù)和不需要證實(shí)的服務(wù)兩大類，前者每次服務(wù)要使用全部四種服務(wù)原語，而后者只使用兩種服務(wù)原語。服務(wù)類型與服務(wù)質(zhì)量2022/7/1731通信協(xié)議四種類型面向連接與確認(rèn)服務(wù)；面向連接與不確認(rèn)服務(wù)；無連接與確認(rèn)服務(wù)；無連接與不確認(rèn)服務(wù)。 設(shè)計(jì)者可以根據(jù)不同的通信要求，決定選擇不同的服務(wù)類型。 2022/7/17322.3 TCP/IP參考模型在TCP/IP協(xié)議研究時，并沒有提出參考模型；1974年Kahn定義了最早的TCP/IP參考模

12、型；20世紀(jì)80年代Leiner、 Clark等人對TCP/IP參考模型進(jìn)一步的研究；TCP/IP協(xié)議一共出現(xiàn)了6個版本，后3個版本是版本4、版本5與版本6；目前我們使用的是版本4，它的網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議一般記作IPv4 ；版本6的網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議一般記作IPv6（或IPng, IP next generation）；IPv6被稱為下一代的IP協(xié)議。2.3.1 TCP/IP參考模型的發(fā)展2022/7/1733TCP/IP協(xié)議的特點(diǎn) 開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn);獨(dú)立于特定的計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)，更適用于互連網(wǎng)中； 統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有惟一的地址；標(biāo)

13、準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。2022/7/17342.3.2 TCP/IP參考模型各層的功能 應(yīng)用層（application layer）傳輸層（transport layer）互連層（internet layer）主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層（host-to-network layer）2022/7/1735TCP/IP 參考模型與 OSI 參考模型的對應(yīng)關(guān)系 2022/7/1736主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報;允許主機(jī)連入網(wǎng)絡(luò)時使用多種現(xiàn)成的與流行的協(xié)議，如局域網(wǎng)的Ethernet、令牌網(wǎng)、分組交換網(wǎng)的X.25、幀中繼、ATM協(xié)議等;2022/7/1737互連層相當(dāng)OSI參考模型網(wǎng)

14、絡(luò)；處理互連的路由選擇、流量控機(jī)與擁塞控制問題；IP協(xié)議是無連接服務(wù)。 2022/7/1738傳輸層主要功能是在互連網(wǎng)中源主機(jī)與目的主機(jī)的對等實(shí)體間建立用于會話的端-端連接；傳輸控制協(xié)議TCP是一種可靠的面向連接協(xié)議；用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP是一種不可靠的無連接協(xié)議。 2022/7/1739應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)終端協(xié)議Telnet；文件傳輸協(xié)議FTP；簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP；域名系統(tǒng)DNS；簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP；超文本傳輸協(xié)議HTTP。2022/7/17402.4 OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較層次數(shù)量與內(nèi)容選擇不是很好，會話層很少用到，表示層幾乎是空的，數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層有很多的子層插入

15、；尋址、流控與差錯控制在每一層里都重復(fù)出現(xiàn)，降低系統(tǒng)效率；數(shù)據(jù)安全性、加密與網(wǎng)絡(luò)管理在參考模型的設(shè)計(jì)初期被忽略了；2022/7/17412.4.2 對TCP/IP參考模型評價在服務(wù)、接口與協(xié)議的區(qū)別上不很清楚，一個好的軟件工程應(yīng)該將功能與實(shí)現(xiàn)方法區(qū)分開，參考模型不適合于其他非TCP/IP協(xié)議族；TCP/IP參考模型的主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層本身并不是實(shí)際的一層；物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的劃分是必要和合理的，而TCP/IP參考模型卻沒有做到這點(diǎn)。 2022/7/17422.5 網(wǎng)絡(luò)與Internet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)組織及管理機(jī)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)組織RFC(請求注解)文檔Internet草案Internet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)Inter

16、net管理機(jī)構(gòu)2022/7/17432.5.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)組織 國際電話電報咨詢委員會CCITT國際電信聯(lián)盟ITU國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 電子工業(yè)協(xié)會EIA電氣與電子工程師協(xié)會IEEEATM論壇 2022/7/17442.5.2 RFC文檔 請求注解RFC(Request For Comments)文檔從1969年ARPANET出現(xiàn)時就開始存在；它們是用于Internet開發(fā)團(tuán)體的最初的技術(shù)文檔系列；任何人都可以提交RFC文檔，但它并不是一定會成為標(biāo)準(zhǔn)，事實(shí)上很多RFC 文檔都沒有實(shí)現(xiàn)；RFC文檔草案對于從事Internet技術(shù)研究與開發(fā)的技術(shù)人員是獲得技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與動態(tài)的重要信息來源；讀者可

17、以很方便地從相關(guān)主機(jī)使用FTP、Web和其他的檢索方式獲取這些文檔。 2022/7/1745讀RFC文檔時，需要注意的問題一是需要確定它是否是最新的文檔，二是需要注意RFC文檔的類別；所有RFC文檔都要經(jīng)歷評論和反饋過程，并且在這一段時間內(nèi)它們會被劃分為不同的類別；RFC文檔一旦被提交，IFTF和IAB組織將審查RFC文檔，通過后可以成為一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)；RFC文檔按照它發(fā)展與成熟的過程可以分為標(biāo)準(zhǔn)、草案標(biāo)準(zhǔn)、提案標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)性的、信息性或歷史性的；RFC文檔又可以分為被要求、被推薦、被選擇、受限制使用或不被推薦。2022/7/17462.5.3 Internet管理機(jī)構(gòu) 美國國家科學(xué)基金會NSF Internet協(xié)會ISOCInternet體系結(jié)構(gòu)委員會IABInternet工程任務(wù)組IETFInternet工程指導(dǎo)委員會IESGInternet研究任務(wù)組IRTFInternet網(wǎng)絡(luò)信息中心InterNICInternet地址分配授權(quán)機(jī)構(gòu)IANAWWW聯(lián)盟 2022/7/17472.6 一種建議的參考模型 2