第2講-計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu).ppt

1、 學(xué)習(xí)目標(biāo) 熟悉網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的功能及相關(guān)概念 掌握OSI七層模型的分層特點(diǎn) 掌握TCP/IP體系的分層特點(diǎn) 掌握IEEE 802局域網(wǎng)體系的分層特點(diǎn),第2講 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),重點(diǎn)難點(diǎn) 掌握OSI七層模型的分層特點(diǎn) 掌握TCP/IP體系的分層特點(diǎn) 掌握IEEE 802局域網(wǎng)體系的分層特點(diǎn),第2講 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）描述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)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(lái)講，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)描述了計(jì)算機(jī)通信過(guò)程中使用的機(jī)制和協(xié)議的基本設(shè)計(jì)原則，這些原則用以確保網(wǎng)絡(luò)中實(shí)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(kāi)發(fā)和使用提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。,2.2 OSI七層模型,為解決網(wǎng)絡(luò)之間不兼容和彼此無(wú)法進(jìn)行通信的問(wèn)題，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）于1984年發(fā)布了開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)，確保由世界上多家公司所生產(chǎn)的不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)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(diǎn),圖2.1 OSI的7層組成及每層的主要功能,說(shuō)明：OSI參考模型不是一個(gè)產(chǎn)品，它只是一個(gè)幫助理解網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備之間通信的框架。在通信過(guò)程中，O

3、SI參考模型不起任何作用，真正的通信是通過(guò)適當(dāng)?shù)能浖陀布?lái)實(shí)現(xiàn)的。OSI只是定義了網(wǎng)絡(luò)中有哪些工作要做，這些工作由七層模型中的哪一層來(lái)具體控制和完成。,OSI的分層具有以下的幾個(gè)特點(diǎn)： （1） 將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)操作分成幾個(gè)（7個(gè)）簡(jiǎn)單的部分。 （2） 使開(kāi)發(fā)人員將主要精力集中在各功能模塊的開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)卡的各項(xiàng)性能，而不需要再涉及其他層的功能實(shí)現(xiàn)。 （3） 為不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備提供了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使這些設(shè)備在互聯(lián)時(shí)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(lái)描述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，各設(shè)備生產(chǎn)商根據(jù)該模型的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)

4、設(shè)計(jì)制造自己的產(chǎn)品。OSI參考模型規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)上的各種硬件設(shè)備和軟件如何用分層的方式來(lái)協(xié)同工作，完成網(wǎng)絡(luò)通信；此外，OSI參考模型還提供了一系列參考指標(biāo)來(lái)說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作原理，這有利于排除網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的故障。,1物理層,物理層負(fù)責(zé)將二進(jìn)制的數(shù)據(jù)位流（bit）從一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送給另一臺(tái)計(jì)算機(jī)。物理層不關(guān)心數(shù)據(jù)位流的具體含義，只關(guān)注如何將數(shù)據(jù)位流通過(guò)傳輸介質(zhì)（銅纜、光纖或電磁波）從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，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(luò)連接器的接口類(lèi)型、數(shù)據(jù)如何同步以及網(wǎng)卡何時(shí)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(luò)層的下方。它負(fù)責(zé)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(luò)層傳來(lái)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(lái)的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，上傳給網(wǎng)絡(luò)層。 數(shù)據(jù)幀（如圖2.3所示）是用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的一種結(jié)構(gòu)包，這個(gè)結(jié)構(gòu)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(luò)地址以及控制信息和錯(cuò)誤校驗(yàn)信息。,圖2.3 數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu),圖2.4 數(shù)據(jù)鏈路層工作特點(diǎn),3 網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層位于OSI參考模型的第三層，其作用是保證信息到達(dá)預(yù)定的目標(biāo)。它與通過(guò)尋址和路由選擇引起的數(shù)據(jù)移動(dòng)最為相關(guān)。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)從發(fā)送端到接收端的連接多于一個(gè)鏈路（Link）的數(shù)據(jù)的傳輸

6、，這時(shí)一個(gè)數(shù)據(jù)包從發(fā)送端到接收端要經(jīng)過(guò)路由的選擇和包的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程。如果網(wǎng)絡(luò)比較大，在發(fā)送者和接收者之間還可能存在中間連接設(shè)備（如路由器、交換機(jī)等）或子網(wǎng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層可以使得傳輸層（網(wǎng)絡(luò)層的上一層）能在兩個(gè)設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)而無(wú)需關(guān)心這兩個(gè)設(shè)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(jì)算機(jī)間的標(biāo)準(zhǔn)化通信，保證實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)段無(wú)差錯(cuò)、按順序、無(wú)丟失或無(wú)冗余的傳輸。在傳輸層上，所執(zhí)行的任務(wù)包括檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。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(dāng)采用帶保證性的數(shù)據(jù)段傳輸時(shí)，保證性將通過(guò)各種誤差控制（包括包序列號(hào)和其它的協(xié)議結(jié)構(gòu)驗(yàn)證）來(lái)實(shí)現(xiàn)。 說(shuō)明：為了與數(shù)據(jù)鏈

7、路層的幀、網(wǎng)絡(luò)層的分組相對(duì)應(yīng)，將傳輸層的數(shù)據(jù)單位稱(chēng)為數(shù)據(jù)段。,5 會(huì)話(huà)層,會(huì)話(huà)層位于OSI參考模型的第五層，主要負(fù)責(zé)管理遠(yuǎn)程用戶(hù)或進(jìn)程間的通信。會(huì)話(huà)層允許在不同的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序共享一個(gè)叫會(huì)話(huà)的連接。該層提供如名字查找和安全等服務(wù)，允許兩個(gè)程序能夠相互識(shí)別并建立和維護(hù)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(jì)算機(jī)期望的數(shù)據(jù)格式與網(wǎng)絡(luò)需要的數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換。表示層完成協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、壓縮和加密、字符集轉(zhuǎn)換、圖形命令解釋等工作。 采用ASCII碼的PC機(jī)向采用EBCDIC碼格式的IBM大型機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就必須在表示層中進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。 Windows網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)

8、重要功能-網(wǎng)絡(luò)重定向器，就是在表示層上運(yùn)行的。,7 應(yīng)用層,應(yīng)用層位于OSI參考模型的最高層，它為數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、電子郵件、文件傳輸?shù)扔脩?hù)應(yīng)用程序提供直接服務(wù)。應(yīng)用層可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用程序與另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用程序之間的通信，而且就像在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上一樣。 目前，有些軟件可分為單機(jī)版和網(wǎng)絡(luò)版，網(wǎng)絡(luò)版與單機(jī)版的最大不同就是網(wǎng)絡(luò)版使用了應(yīng)用層的功能,2.2.3 OSI參考模型與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備,在目前的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，OSI參考模型的主要應(yīng)用之一是確定了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與OSI不同層之間的關(guān)系。掌握OSI參考模型各層的功能及對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的關(guān)系，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者和管理人員來(lái)說(shuō)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(jī)（網(wǎng)橋） 3 網(wǎng)絡(luò)層與路由器,2.2.4 數(shù)據(jù)的封裝與解封,網(wǎng)絡(luò)上傳送的信息稱(chēng)之為數(shù)據(jù)或分組數(shù)據(jù)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)要將數(shù)據(jù)發(fā)送給另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)首先要打包，該過(guò)程稱(chēng)為封裝。當(dāng)目標(biāo)計(jì)算機(jī)接收了數(shù)據(jù)后，必須對(duì)包進(jìn)行拆封，此過(guò)程稱(chēng)為解封。,1 數(shù)據(jù)是如何進(jìn)行封裝的,2 數(shù)據(jù)是如何進(jìn)行解封的,2.3.1 TCP/IP的分層特點(diǎn),TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議，是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議集，它是由美國(guó)國(guó)防部創(chuàng)建、最早應(yīng)用于美國(guó)軍方的ARPAnet中，目前廣泛應(yīng)用于以Internet為

10、代表的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)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(yīng)用層 TCP/IP模型的應(yīng)用層也稱(chēng)為處理層（process layer），它包括了OSI參考模型中的最上面三層（應(yīng)用層、表示層和會(huì)話(huà)層），在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中將所有與應(yīng)用相關(guān)的內(nèi)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(chēng)為主機(jī)到主機(jī)層（host-to-host layer），它對(duì)應(yīng)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(guān)可靠性、流量控制和重傳等典型的問(wèn)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(cuò)誤率的面向連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。面向連接并不意味著在通信的計(jì)算機(jī)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(tái)主機(jī)之間建立一條邏輯鏈路，以便于數(shù)據(jù)的傳輸。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，這個(gè)連接鏈路自動(dòng)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(duì)應(yīng)于OSI參考模型的第三層（網(wǎng)絡(luò)層），它主要進(jìn)行最佳路徑的選擇和數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，具體負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)包）從源設(shè)備發(fā)送到目標(biāo)設(shè)備。管理這一層的協(xié)議稱(chēng)為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）。 4 網(wǎng)絡(luò)接口層 TCP/IP模型中的網(wǎng)絡(luò)接口層有時(shí)也稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)接入層或網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層，它對(duì)應(yīng)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(fù)責(zé)選擇一條物理鏈路（而不像網(wǎng)際層的邏輯鏈路），并通過(guò)該物理鏈路將數(shù)據(jù)從源主機(jī)發(fā)送到目標(biāo)主機(jī)。,2.3 TCP/IP參考模型,2.3.3 TCP/IP與OSI之間的關(guān)系,2.3 TCP/IP參考模型,2.4.1 IEEE 802體系結(jié)構(gòu),IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會(huì)）開(kāi)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(gè)層：邏輯鏈路控制（LLC）層和介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）層。,2.4 局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),2.4.1 IEEE 802體系結(jié)構(gòu),IEEE 802規(guī)范目前主要包括以下的內(nèi)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(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)）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(shù)協(xié)議。 802.8：光纖技術(shù)協(xié)議。 802.9：局域網(wǎng)上的語(yǔ)音/數(shù)據(jù)集成規(guī)范。 802.10：局域網(wǎng)安全互操作標(biāo)準(zhǔn)。 802.11：無(wú)線局域網(wǎng)（Wireless LAN）標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 802.12：100VG-AnyLAN標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，支持802.3或802.5幀格式。 802.15：一種使用藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線通信規(guī)范標(biāo)

14、準(zhǔn)，應(yīng)用于無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（WPAN）。 802.16：無(wú)線城域網(wǎng)（Wireless MAN）標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。,2.4 局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),2.4.2 局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與OSI之間的關(guān)系,2.4 局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),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(zhì)有關(guān)的問(wèn)題，另外還負(fù)責(zé)在物理層的基礎(chǔ)上進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)的通信。MAC子層的主要功能如下： （1）將上層傳下來(lái)的數(shù)據(jù)封裝成幀進(jìn)行發(fā)送（接收時(shí)將幀進(jìn)行解封，并將解封后的數(shù)據(jù)發(fā)送給上層） （2）實(shí)現(xiàn)和維護(hù)MAC協(xié)議 （3）數(shù)據(jù)流（bit流）的差錯(cuò)控制 （4）物理尋址（與網(wǎng)絡(luò)層的邏輯尋址不同）,2.4 局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)鏈路層中與接入介質(zhì)無(wú)關(guān)的問(wèn)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(luò)層）的接口 （3） 幀的差錯(cuò)控制（與MAC子層的差錯(cuò)控制不同） （4） 給幀加上序號(hào)以便接收方識(shí)別,2.4 局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中非常重要的兩個(gè)概念。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)互聯(lián)的節(jié)點(diǎn)組成，為了實(shí)現(xiàn)