CH02網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

1、第2章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 與協(xié)議2022/8/48/4/20221本章主要內(nèi)容2.1 OSI參考模型 2.2 協(xié)議、層次、接口與體系結(jié)構(gòu)的概念 2.3 OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程2.4 TCP/IP模型2由于很多網(wǎng)絡(luò)使用不同的硬件和軟件，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果造成很多網(wǎng)絡(luò)不能兼容，而且很難在不同的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行通信。 為了解決不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品/技術(shù)的兼容性和互操作性，人們迫切希望出臺(tái)一個(gè)統(tǒng)一的國(guó)際網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 2.1 OSI參考模型1） OSI參考模型的提出31978年，由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO ， international standards organization ）提出了開(kāi)放系統(tǒng)互連參

2、考模型（OSI/RM ， open system interconnect reference model ） 2.1 OSI參考模型1） OSI參考模型的提出在OSI中 的“開(kāi)放”是指只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以與位于世界上任何地方、同樣遵循同一標(biāo)準(zhǔn)的其它任何系統(tǒng)進(jìn)行通信；開(kāi)放 4分層 概念是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)重要概念。分層次是人們對(duì)復(fù)雜問(wèn)題處理的基本方法；將總體要實(shí)現(xiàn)的很多功能分配在不同層次中；對(duì)每個(gè)層次要完成的服務(wù)及服務(wù)要求都有明確規(guī)定各層協(xié)調(diào)起來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能2.1 OSI參考模型2） 網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)5先分析一個(gè)實(shí)際社會(huì)生活中通信系統(tǒng)的例子。 一、例子： 認(rèn)真考查一下實(shí)際的郵

3、政系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行過(guò)程，以及如何利用它完成信件的發(fā)送與接收，就可對(duì)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議有一個(gè)直觀的了解。2.1 OSI參考模型2） 網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)6信件郵寄過(guò)程A （北京）B （上海）北京郵局上海郵局鐵路部門(mén)鐵路部門(mén)協(xié)議協(xié)議協(xié)議2.1 OSI參考模型3） OSI參考模型的7層結(jié)構(gòu)83） OSI參考模型的7層結(jié)構(gòu) 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。 124357693） OSI參考模型的7層結(jié)構(gòu)104） OSI參考模型的7層結(jié)構(gòu)不同系統(tǒng)的最低層之間存在著“物理”通信；不同系統(tǒng)的對(duì)等層次之間存在著“虛擬”通信；

4、有明確的通信規(guī)定；高層使用低層提供的服務(wù)時(shí)，并不需要知道低層服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)方法。 11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；按照協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信。 同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間通過(guò)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)；2.1 OSI參考模型 4）劃分7層結(jié)構(gòu)的基本原則122.1 OSI參考模型 7）各層功能描述124357613利用傳輸介質(zhì)為通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間建立、管理和釋放物理連接；實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；物理層的數(shù)據(jù)傳輸單元是比特(bit)。物理層的主要功能14在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)鏈路層在通信的實(shí)體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接(邏

5、輯通道)；傳輸以“幀”(frame)為單位；采用差錯(cuò)控制與流量控制方法，使有差錯(cuò)的物理線(xiàn)路變成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。 數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能15確定分組如何從源主機(jī)路由到目的主機(jī)，解決尋徑問(wèn)題和擁塞控制問(wèn)題。數(shù)據(jù)的單位稱(chēng)為數(shù)據(jù)包（packet）。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能16向用戶(hù)提供透明、可靠端到端（end-to-end）服務(wù)；傳輸層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，是計(jì)算機(jī)通信體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的一層。傳輸層的主要功能17為表示層提供建立、維護(hù)和結(jié)束會(huì)話(huà)連接的功能，并提供會(huì)話(huà)管理服務(wù)會(huì)話(huà)層的主要功能18用于處理在兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式；數(shù)據(jù)格式變換；數(shù)據(jù)加密與解密；數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)。表示層的主要功能19

6、該層是模型中最靠近用戶(hù)的一層，為用戶(hù)的應(yīng)用程序提供了網(wǎng)絡(luò)服務(wù):如文件傳輸、電子郵件等。應(yīng)用層的主要功能20OSI參考模型212.2 基本概念1） 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)互連的結(jié)點(diǎn)組成的，結(jié)點(diǎn)之間需要不斷地交換數(shù)據(jù)與控制信息。要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都必須遵守一些事先約定好的規(guī)則。這些規(guī)則明確地規(guī)定了所交換數(shù)據(jù)的格式和時(shí)序。這些為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標(biāo)準(zhǔn)被稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（protocol） 。也就是通信各方就如何通信達(dá)成的協(xié)定。22 在郵政通信系統(tǒng)中，存在著很多的通信規(guī)約。例如，寫(xiě)信人在寫(xiě)信之前要確定是用中文還是英文，或是其他文字。如果對(duì)方只懂英文，那么如果用中文寫(xiě)信，

7、對(duì)方一定得請(qǐng)人譯成英文后才能閱讀。不管選擇中文還是英文，寫(xiě)信人在內(nèi)容書(shū)寫(xiě)中一定要嚴(yán)格遵照中文或英文的寫(xiě)作規(guī)范（包括語(yǔ)義、語(yǔ)法等）。其實(shí)，語(yǔ)言本身就是一種協(xié)議。另一個(gè)協(xié)議的例子是信封的書(shū)寫(xiě)方法。2324網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個(gè)要素組成： 語(yǔ)法 用戶(hù)數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式。 語(yǔ)義 每部分控制信息和數(shù)據(jù)所代表的含義。 時(shí)序 對(duì)事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明。25接口是同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間交換信息的連接點(diǎn);低層向高層通過(guò)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(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。2.2 基本概念 2） 接口26接口與服務(wù)的關(guān)系第n+1層實(shí)體（服務(wù)用戶(hù)）第n層實(shí)體（

8、服務(wù)提供者）n/n+1接口服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)SAP（唯一標(biāo)識(shí)）27 一個(gè)功能完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)需要制定一整套復(fù)雜的協(xié)議集;將網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型與各層協(xié)議的集合定義為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（network architecture）。2.2 基本概念 3） 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)282.3 OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程29OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)流動(dòng)302.3 OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程這個(gè)在發(fā)送結(jié)點(diǎn)自上而下逐層增加頭（尾）信息的過(guò)程叫做封裝在目的結(jié)點(diǎn)又自下而上逐層去掉頭（尾）信息的過(guò)程叫做解封裝31 盡管應(yīng)用進(jìn)程A的數(shù)據(jù)在OSI環(huán)境中經(jīng)過(guò)復(fù)雜的處理過(guò)程，才能送到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)程B，但對(duì)于每臺(tái)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)程來(lái)說(shuō)，OSI環(huán)

9、境中數(shù)據(jù)流的復(fù)雜處理過(guò)程是透明的。應(yīng)用進(jìn)程A的數(shù)據(jù)好像是“直接”傳送給應(yīng)用進(jìn)程B，這就是開(kāi)放系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中最本質(zhì)的作用。322.4TCP/IP參考模型 1）TCP/IP參考模型的發(fā)展 OSI參考模型研究的初衷是希望為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議的發(fā)展提供一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。OSI參考模型是一個(gè)在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所使用的概念性的框架。33TCP/IP協(xié)議被公認(rèn)為當(dāng)前的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或“事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)”。TCP/IP產(chǎn)生于對(duì)Internet網(wǎng)絡(luò)的研究與實(shí)踐中，是應(yīng)實(shí)際需求而產(chǎn)生的。2.4TCP/IP參考模型 34 Internet上的TCP/IP協(xié)議之所以能夠迅速發(fā)展，重要的是它恰恰適應(yīng)了世界范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通信的需要。TC

10、P/IP協(xié)議具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：開(kāi)放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費(fèi)使用，并且獨(dú)立于特定的計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)。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。統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有惟一的地址。標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶(hù)服務(wù)。352）TCP/IP參考模型各層的功能 TCP/IP參考模型可以分為以下4個(gè)層次： 應(yīng)用層（application layer）; 傳輸層（transport layer）; 互聯(lián)層（internet layer）; 網(wǎng)絡(luò)接口層（host-to-network layer）。36網(wǎng)絡(luò)接口層37(2) 互聯(lián)層 主要功能

11、是解決主機(jī)到主機(jī)的通信問(wèn)題。(1) 網(wǎng)絡(luò)接口層 是與各種LAN或WAN的接口。 (3) 傳輸層 傳輸層提供端-端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。38(4) 應(yīng)用層 應(yīng)用層為用戶(hù)提供所需的各種服務(wù)。如： 文件傳輸協(xié)議（FTP， Protocol）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)中交互式文件傳輸功能。超文本傳輸協(xié)議（HTTP，Hypertext Transfer Protocol）用于WWW服務(wù)39簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議（SMTP，Simple Mail Transfer Protocol）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)中電子郵件傳送功能。域名系統(tǒng)（DNS，Domain Name System）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備名字到IP地址映射的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。40小結(jié)完成網(wǎng)絡(luò)通信，不僅需要硬件，更需要軟件協(xié)議的支持。網(wǎng)絡(luò)通信是非常復(fù)雜的，因此采用了分層次的方法來(lái)組織協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層次及每個(gè)層