第2講-計算機網(wǎng)絡體系結構.ppt

1、 學習目標 熟悉網(wǎng)絡體系結構的功能及相關概念 掌握OSI七層模型的分層特點 掌握TCP/IP體系的分層特點 掌握IEEE 802局域網(wǎng)體系的分層特點,第2講 計算機網(wǎng)絡體系結構,重點難點 掌握OSI七層模型的分層特點 掌握TCP/IP體系的分層特點 掌握IEEE 802局域網(wǎng)體系的分層特點,第2講 計算機網(wǎng)絡體系結構,2.1 網(wǎng)絡體系結構的概念,計算機網(wǎng)絡體系結構（簡稱網(wǎng)絡體系結構）描述了計算機網(wǎng)絡功能實體的劃分原則及其相互之間協(xié)同工作的方法和規(guī)則。具體來講，網(wǎng)絡體系結構描述了計算機通信過程中使用的機制和協(xié)議的基本設計原則，這些原則用以確保網(wǎng)絡中實際使用的協(xié)議和算法的一致性和連續(xù)性，并為產(chǎn)品的

2、開發(fā)和使用提供統(tǒng)一的標準。,2.2 OSI七層模型,為解決網(wǎng)絡之間不兼容和彼此無法進行通信的問題，國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）于1984年發(fā)布了開放系統(tǒng)互聯(lián)（Open System Interconnect，OSI）模型，該參考模型為廠商提供了系列標準，確保由世界上多家公司所生產(chǎn)的不同類型的網(wǎng)絡產(chǎn)品之間能夠具有更好的兼容性和互操作性。,2.2.1 OSI的分層特點,圖2.1 OSI的7層組成及每層的主要功能,說明：OSI參考模型不是一個產(chǎn)品，它只是一個幫助理解網(wǎng)絡中各種設備之間通信的框架。在通信過程中，O

3、SI參考模型不起任何作用，真正的通信是通過適當?shù)能浖陀布韺崿F(xiàn)的。OSI只是定義了網(wǎng)絡中有哪些工作要做，這些工作由七層模型中的哪一層來具體控制和完成。,OSI的分層具有以下的幾個特點： （1） 將復雜的網(wǎng)絡操作分成幾個（7個）簡單的部分。 （2） 使開發(fā)人員將主要精力集中在各功能模塊的開發(fā)上。例如網(wǎng)卡的制造，制造商只需要根據(jù)第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）的標準來設計網(wǎng)卡的各項性能，而不需要再涉及其他層的功能實現(xiàn)。 （3） 為不同廠商生產(chǎn)的設備提供了統(tǒng)一標準，使這些設備在互聯(lián)時的兼容性得到了保障。,2.2.2 OSI參考模型各層功能介紹,OSI參考模型常被用來描述網(wǎng)絡環(huán)境，各設備生產(chǎn)商根據(jù)該模型的標準來

4、設計制造自己的產(chǎn)品。OSI參考模型規(guī)定了網(wǎng)絡上的各種硬件設備和軟件如何用分層的方式來協(xié)同工作，完成網(wǎng)絡通信；此外，OSI參考模型還提供了一系列參考指標來說明網(wǎng)絡設備的工作原理，這有利于排除網(wǎng)絡上出現(xiàn)的故障。,1物理層,物理層負責將二進制的數(shù)據(jù)位流（bit）從一臺計算機發(fā)送給另一臺計算機。物理層不關心數(shù)據(jù)位流的具體含義，只關注如何將數(shù)據(jù)位流通過傳輸介質（銅纜、光纖或電磁波）從一個節(jié)點傳輸?shù)搅硪粋€節(jié)點，是完全面向硬件的。物理層定義物理的或電氣的特征，包括如何表示數(shù)據(jù)0和1、網(wǎng)絡連接器的接口類型、數(shù)據(jù)如何同步以及網(wǎng)卡何時發(fā)送或接收數(shù)據(jù)等。,2. 數(shù)據(jù)鏈路層,數(shù)據(jù)鏈路層位于OSI參考模型中的第二層，在

5、物理層的上方、網(wǎng)絡層的下方。它負責建立一條可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道。發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層將從網(wǎng)絡層傳來的數(shù)據(jù)分割成可被物理層所傳輸?shù)膸?，而接收端的?shù)據(jù)鏈路層將由物理層傳來的數(shù)據(jù)幀轉換成數(shù)據(jù)，上傳給網(wǎng)絡層。 數(shù)據(jù)幀（如圖2.3所示）是用來傳輸數(shù)據(jù)的一種結構包，這個結構包中除了包含需要傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)以外，還包括發(fā)送端和接收端的網(wǎng)絡地址以及控制信息和錯誤校驗信息。,圖2.3 數(shù)據(jù)幀的結構,圖2.4 數(shù)據(jù)鏈路層工作特點,3 網(wǎng)絡層,網(wǎng)絡層位于OSI參考模型的第三層，其作用是保證信息到達預定的目標。它與通過尋址和路由選擇引起的數(shù)據(jù)移動最為相關。網(wǎng)絡層負責從發(fā)送端到接收端的連接多于一個鏈路（Link）的數(shù)據(jù)的傳輸

6、，這時一個數(shù)據(jù)包從發(fā)送端到接收端要經(jīng)過路由的選擇和包的轉發(fā)過程。如果網(wǎng)絡比較大，在發(fā)送者和接收者之間還可能存在中間連接設備（如路由器、交換機等）或子網(wǎng)，通過網(wǎng)絡層可以使得傳輸層（網(wǎng)絡層的上一層）能在兩個設備之間傳輸數(shù)據(jù)而無需關心這兩個設備是否在同一網(wǎng)段上。,4 傳輸層,傳輸層位于OSI參考模型的第四層，用于計算機間的標準化通信，保證實現(xiàn)數(shù)據(jù)段無差錯、按順序、無丟失或無冗余的傳輸。在傳輸層上，所執(zhí)行的任務包括檢錯和糾錯。根據(jù)所使用的協(xié)議，數(shù)據(jù)段的傳輸可帶保證性，也可以不帶保證性。當采用帶保證性的數(shù)據(jù)段傳輸時，保證性將通過各種誤差控制（包括包序列號和其它的協(xié)議結構驗證）來實現(xiàn)。 說明：為了與數(shù)據(jù)鏈

7、路層的幀、網(wǎng)絡層的分組相對應，將傳輸層的數(shù)據(jù)單位稱為數(shù)據(jù)段。,5 會話層,會話層位于OSI參考模型的第五層，主要負責管理遠程用戶或進程間的通信。會話層允許在不同的計算機上運行的應用程序共享一個叫會話的連接。該層提供如名字查找和安全等服務，允許兩個程序能夠相互識別并建立和維護通信連接。,6 表示層,表示層位于OSI參考模型的第六層，由它完成計算機期望的數(shù)據(jù)格式與網(wǎng)絡需要的數(shù)據(jù)格式之間的轉換。表示層完成協(xié)議轉換、數(shù)據(jù)轉換、壓縮和加密、字符集轉換、圖形命令解釋等工作。 采用ASCII碼的PC機向采用EBCDIC碼格式的IBM大型機發(fā)送數(shù)據(jù)時，就必須在表示層中進行格式轉換。 Windows網(wǎng)絡中的一個

8、重要功能-網(wǎng)絡重定向器，就是在表示層上運行的。,7 應用層,應用層位于OSI參考模型的最高層，它為數(shù)據(jù)庫訪問、電子郵件、文件傳輸?shù)扔脩魬贸绦蛱峁┲苯臃?。應用層可實現(xiàn)網(wǎng)絡中一臺計算機上的應用程序與另一臺計算機上的應用程序之間的通信，而且就像在同一臺計算機上一樣。 目前，有些軟件可分為單機版和網(wǎng)絡版，網(wǎng)絡版與單機版的最大不同就是網(wǎng)絡版使用了應用層的功能,2.2.3 OSI參考模型與網(wǎng)絡互聯(lián)設備,在目前的網(wǎng)絡應用中，OSI參考模型的主要應用之一是確定了網(wǎng)絡設備與OSI不同層之間的關系。掌握OSI參考模型各層的功能及對應網(wǎng)絡設備之間的關系，對于網(wǎng)絡建設者和管理人員來說是非常重要性。,1 物理層與集

9、線器 2 數(shù)據(jù)鏈路層與交換機（網(wǎng)橋） 3 網(wǎng)絡層與路由器,2.2.4 數(shù)據(jù)的封裝與解封,網(wǎng)絡上傳送的信息稱之為數(shù)據(jù)或分組數(shù)據(jù)，一臺計算機要將數(shù)據(jù)發(fā)送給另一臺計算機，數(shù)據(jù)首先要打包，該過程稱為封裝。當目標計算機接收了數(shù)據(jù)后，必須對包進行拆封，此過程稱為解封。,1 數(shù)據(jù)是如何進行封裝的,2 數(shù)據(jù)是如何進行解封的,2.3.1 TCP/IP的分層特點,TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議，是一個工業(yè)標準的協(xié)議集，它是由美國國防部創(chuàng)建、最早應用于美國軍方的ARPAnet中，目前廣泛應用于以Internet為

10、代表的互聯(lián)網(wǎng)絡中的一個通信協(xié)議。,2.3 TCP/IP參考模型,2.3.2 TCP/IP各層的功能介紹,1 應用層 TCP/IP模型的應用層也稱為處理層（process layer），它包括了OSI參考模型中的最上面三層（應用層、表示層和會話層），在TCP/IP網(wǎng)絡中將所有與應用相關的內容都放在了這一層，并將數(shù)據(jù)打包后提供給下一層。 2 傳輸層 TCP/IP模型的傳輸層也稱為主機到主機層（host-to-host layer），它對應OSI參考模型中的第四層（傳輸層）。在TCP/IP模型中，傳輸層處理有關可靠性、流量控制和重傳等典型的問題，其中位于該層的TCP協(xié)議（傳輸控制協(xié)議）是TCP/IP

11、模型中最主要的協(xié)議之一，它是一種可靠的和低錯誤率的面向連接的網(wǎng)絡協(xié)議。面向連接并不意味著在通信的計算機之間一定要存在一條物理通道，而是指位于傳輸層的數(shù)據(jù)段在傳輸之前需要在兩臺主機之間建立一條邏輯鏈路，以便于數(shù)據(jù)的傳輸。當數(shù)據(jù)傳輸結束后，這個連接鏈路自動取消。,2.3 TCP/IP參考模型,3 網(wǎng)際層 TCP/IP模型的網(wǎng)際層對應于OSI參考模型的第三層（網(wǎng)絡層），它主要進行最佳路徑的選擇和數(shù)據(jù)包的轉發(fā)，具體負責將數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)包）從源設備發(fā)送到目標設備。管理這一層的協(xié)議稱為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）。 4 網(wǎng)絡接口層 TCP/IP模型中的網(wǎng)絡接口層有時也稱為網(wǎng)絡接入層或網(wǎng)絡訪問層，它對應于OSI參考模型中

12、的最下面兩層（物理層和數(shù)據(jù)鏈路層），具體負責選擇一條物理鏈路（而不像網(wǎng)際層的邏輯鏈路），并通過該物理鏈路將數(shù)據(jù)從源主機發(fā)送到目標主機。,2.3 TCP/IP參考模型,2.3.3 TCP/IP與OSI之間的關系,2.3 TCP/IP參考模型,2.4.1 IEEE 802體系結構,IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會）開發(fā)了802系列規(guī)范，在該系列規(guī)范中將數(shù)據(jù)鏈路層分成了兩個層：邏輯鏈路控制（LLC）層和介質訪問控制（MAC）層。,2.4 局域網(wǎng)體系結構,2.4.1 IEEE 802體系結構,IEEE 802規(guī)范目前主要包括以下的內容： 802.1：802協(xié)議概論。 802.2：LLC（邏輯鏈路控制）層

13、協(xié)議。 802.3：以太網(wǎng)的CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測）協(xié)議。 802.4：令牌總線（Token Bus）協(xié)議。 802.5：令牌環(huán)（Token Ring）協(xié)議。 802.6：城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MAN）協(xié)議。 802.7：寬帶技術協(xié)議。 802.8：光纖技術協(xié)議。 802.9：局域網(wǎng)上的語音/數(shù)據(jù)集成規(guī)范。 802.10：局域網(wǎng)安全互操作標準。 802.11：無線局域網(wǎng)（Wireless LAN）標準協(xié)議。 802.12：100VG-AnyLAN標準協(xié)議，支持802.3或802.5幀格式。 802.15：一種使用藍牙技術的無線通信規(guī)范標

14、準，應用于無線個人區(qū)域網(wǎng)（WPAN）。 802.16：無線城域網(wǎng)（Wireless MAN）標準協(xié)議。,2.4 局域網(wǎng)體系結構,2.4.2 局域網(wǎng)體系結構與OSI之間的關系,2.4 局域網(wǎng)體系結構,2.4.3 局域網(wǎng)中各層的功能介紹,在IEEE 802參考模型中，MAC子層主要解決與各種接入介質有關的問題，另外還負責在物理層的基礎上進行無差錯的通信。MAC子層的主要功能如下： （1）將上層傳下來的數(shù)據(jù)封裝成幀進行發(fā)送（接收時將幀進行解封，并將解封后的數(shù)據(jù)發(fā)送給上層） （2）實現(xiàn)和維護MAC協(xié)議 （3）數(shù)據(jù)流（bit流）的差錯控制 （4）物理尋址（與網(wǎng)絡層的邏輯尋址不同）,2.4 局域網(wǎng)體系結構,數(shù)據(jù)鏈路層中與接入介質無關的問題全部放在邏輯鏈路控制子層（LLC）中，其主要功能如下： （1） 建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接 （2） 提供與高層（網(wǎng)絡層）的接口 （3） 幀的差錯控制（與MAC子層的差錯控制不同） （4） 給幀加上序號以便接收方識別,2.4 局域網(wǎng)體系結構,網(wǎng)絡通信協(xié)議和網(wǎng)絡體系結構是計算機網(wǎng)絡中非常重要的兩個概念。計算機網(wǎng)絡由多個互聯(lián)的節(jié)點組成，為了實現(xiàn)