第2部分計算網絡體系結構

1、第第2章章 計算機網絡體系結構計算機網絡體系結構n教學目標： n通過本章的學習，了解計算機網絡體系結構和各個層次的相關協議，理解接口和服務等概念。掌握iso/osi模型和tcp/ip模型的各個層次及其所實現的功能。掌握ip地址的功能和劃分，并對子網掩碼和下一代互聯網ipv6有相應的了解。 n教學重點和難點： niso/osi網絡參考模型ntcp/ip參考模型nip地址的功能與劃分n子網掩碼及子網劃分 課程學習n2.1 計算機網絡的體系結構概述n2.2 iso/osi網絡參考模型 n2.3 tcp/ip參考模型 n2.4 ip地址 2.1計算機網絡的體系結構概述 n2.1.1網絡體系結構的概念

2、n2.1.2協議的概念 n2.1.3接口和服務 2.1.1網絡體系結構的概念 n計算機網絡體系機構就是計算機網絡各層次及其協議的集合。 高層中層低層高層中層低層中間節(jié)點物理介質2.1.2協議的概念 n計算機網絡協議就是通信的計算機雙方必須共同遵從的一組約定。例如怎樣建立連接，怎樣互相識別等。只有遵守這個約定，計算機之間才能相互通信和交流。2.1.3接口和服務 n接口和服務是分層體系結構中十分重要的概念。實際上，正是通過接口和服務將各個層次的協議連接為整體，完成網絡通信的全部功能。n服務是通過接口完成的。接口就是上層實體和下層實體交換數據的地方，被稱為服務訪問點。 協議和服務的關系 n1層n層n

3、-1層n1/n層間接口n層向n1層提供服務口n-1層向n層提供服務口n/n-1層間接口n1層n層n-1層邏 輯 連接n+1層協議n層協議n-1層協議物理連接物理介質2.2 iso/osi網絡參考模型網絡參考模型nosi/rm結構 n各層次具體功能和作用n總結2.2.1 osi/rm結構應用層表示層網絡層傳輸層會話層物理層數據鏈路層應用層表示層網絡層傳輸層會話層物理層數據鏈路層傳輸媒介包(package)幀(frame)位(bit)2.2.2物理層 n物理層是osi參考模型中的最低層，也是最重要、最基礎的一層。它是建立在通信介質基礎上的、實現設備之間聯系的物理接口。n物理層的主要功能n物理層協議

4、 n物理層接口特性 物理層接口特性 n（1）機械特性）機械特性說明接口所用物理連接器的形狀、尺寸、引腳數目說明接口所用物理連接器的形狀、尺寸、引腳數目和排列、固定和鎖定裝置等等。例如，和排列、固定和鎖定裝置等等。例如，eia-rs-232-d標準規(guī)定使用標準規(guī)定使用25引腳的引腳的db-25插座，其兩個固定螺絲之間的距離為。插座，其兩個固定螺絲之間的距離為。n（2）電氣特性）電氣特性說明接口處信號線上出現的電壓應為什么范圍，即說明接口處信號線上出現的電壓應為什么范圍，即什么樣的電壓表示什么樣的電壓表示1或或0。電氣特性規(guī)定了在物理連接信道上傳輸比特流。電氣特性規(guī)定了在物理連接信道上傳輸比特流時

5、信號的電平、數據編碼方式、阻抗及其匹配、傳輸速度和連接電纜最時信號的電平、數據編碼方式、阻抗及其匹配、傳輸速度和連接電纜最大距離的限制等。例如，大距離的限制等。例如，eia-rs-232-d采用負邏輯，即邏輯采用負邏輯，即邏輯0（相當（相當于數據于數據0）或控制線處于接通狀態(tài)時，相對信號的地線有）或控制線處于接通狀態(tài)時，相對信號的地線有+5v+15v的的電壓，當其連接電纜不超過電壓，當其連接電纜不超過15m時，允許的傳輸速率不超過時，允許的傳輸速率不超過20kb/s。n（3）功能特性）功能特性說明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。說明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。功能特性規(guī)

6、定了物理接口各個信號線的確切功能和含義，如數據線和控功能特性規(guī)定了物理接口各個信號線的確切功能和含義，如數據線和控制線的功能等。例如，制線的功能等。例如，eia-rs-232-d規(guī)定的規(guī)定的db-25插頭座的引腳插頭座的引腳2和和引腳引腳3均為數據線。均為數據線。n（4）規(guī)程特性）規(guī)程特性說明對于不同功能的各種可能事件的出現順序。規(guī)說明對于不同功能的各種可能事件的出現順序。規(guī)程特性是指利用信號線進行比特流傳輸時的操作過程，例如，信號線的程特性是指利用信號線進行比特流傳輸時的操作過程，例如，信號線的工作規(guī)則和時序等。工作規(guī)則和時序等。 2.2.3數據鏈路層 n所謂鏈路就是數據傳輸中任何兩個相鄰節(jié)

7、點間的點到點的物理線路段。鏈路間沒有任何其他節(jié)點存在，網絡中的鏈路是一個基本的通信單元。在網絡中，從一方到另一方的數據通信通常是由許多鏈路串接而成的，這就是數據鏈路，也叫通路。 n1.基本概念n幀（frame）是數據鏈路層的信息傳輸單位。n2.數據鏈路層的主要功能 n3數據鏈路層的主要協議 2.2.4網絡層 n數據鏈路層不能解決由多條鏈路組成的兩個主機之間通路的數據傳輸問題，因為兩個主機之間的通路通常由多條鏈路組成，涉及到路徑選擇、流量控制等問題；在通信的雙方經過兩個或更多的網絡時又出現網絡互連問題，而這些問題可在網絡層得到解決。n1基本概念n網絡層也稱通信子網層，網絡層的功能是向傳輸層提供服

8、務，同時接受來自數據鏈路層的服務。 n 2網絡層功能 n3網絡層協議 n4網絡層服務 2.2.5傳輸層 n1傳輸層概述nosi的低三層主要是面向數據通信，因此基于低三層通信協議構成的網絡常稱為通信網絡（或通信子網），支持用戶信息在同一個網絡的端到端傳輸。n2傳輸層服務n3傳輸控制協議 2.2.6會話層 n會話層用于建立、管理以及終止兩個應用系統之間的會話。它是用戶連接到網絡的接口。它的基本任務是負責兩主機間的原始報文的傳輸。 2.2.7表示層 n表示層向上對應用層服務，向下接受來自會話層的服務。表示層是為在應用過程之間傳送的信息提供表示方法的服務，它關心的只是發(fā)出信息的語法與語義。表示層要完成

9、某些特定的功能，主要有不同數據編碼格式的轉換，提供數據壓縮、解壓縮服務，對數據進行加密、解密。 2.2.8應用層 n網絡應用層是通信用戶之間的窗口，為用戶提供網絡管理、文件傳輸、事務處理等服務。n應用層為用戶提供的常見服務和協議有：文件服務、目錄服務、文件傳輸服務、電子郵件服務、打印服務、網絡管理服務、遠程登錄服務和數據庫服務等。上述每種服務均需一種具體的應用層協議來完成。 2.2.9 總結 n應用層與用戶應用進程的接口，即相當于：做什么？n表示層數據格式的轉換，即相當于：對方看起來象什么？n會話層會話的管理與數據傳輸的同步，即相當于：輪到誰講話和從何處講？n傳輸層從端到端經網絡透明地傳輸報文

10、，即相當于：對方在何處？n網絡層分組傳輸、路由選擇和流量控制，即相當于：走哪條路可以到達該處？n數據鏈路層在鏈路上無差錯地傳送數據幀，即相當于：每一步該怎么走？n物理層將比特流送到物理媒體上傳送，即相當于：對上一層的每一步應怎樣利用物理媒體。 2.3 tcp/ip參考模型 nosi/rm七層參考模型，從理論上來說，只要遵循osi參考模型，那么任何網絡之間都可以實現無差別的互連。但是在實際上，要想完全實現osi參考模型的協議，十分龐大和復雜，因此，完全遵循osi七層參考模型的協議幾乎不存在，osi參考模型僅為人們考查其它協議各部分間的工作方式提供了評估基礎和框架。n20世紀70年代，出現了tcp

11、/ip參考模型，這個模型在20世紀80年代被確定為因特網（internet）的通信協議。 2.3.1 tcp/ip簡介 ntcp/ip是傳輸控制協議/網際協議(transmission control protocol /internet protocol)的縮寫，tcp/ip協議形成于20世紀70年代，是由美國國防部(dod)出于構建不同類型計算機間的數據通信網arpanet的需要而主持開發(fā)的。 ntcp/ip協議的特點是：n（1）開放的協議標準n（2）獨立于特定的計算機硬件與操作系統n（3）獨立于特定的網絡硬件，可以運行在局域網、廣域網，更適用于互聯網中n（4）統一的網絡地址分配方案，使得

12、整個tcp/ip設備在網中都具有唯一的地址n（5）標準化的高層協議，可以提供多種可靠的用戶服務2.3.2 tcp/ip協議結構 ethernetipicmparprarptcpudprpc tftpsnmp telnet ftp smtp應用層傳輸層網際層網 絡 接 口層2.3.3 tcp/ip與osi/rm模型的比較 n1對osi參考模型的評價 n2對tcp/ip參考模型的評價 n3一種建議的參考模型 2.4 ip地址 n2.4.1 ip地址的功能與劃分 n一個以太網上的兩個設備之所以能夠交換信息就是因為在物理以太網上，每個設備都有一塊網卡，并擁有唯一的以太網地址。如果設備a向設備b傳送信息

13、，設備a需要知道設備b的以太網地址。n如果一個網絡上的設備b向另外一個不同網絡上的設備c發(fā)送信息，會發(fā)生什么情況呢？ 1ip地址的表示n 為了容易閱讀，將32位地址進行分組(8位為一組)：n 01111110 10001000 00000001 00101111n 最后，將每個8位數據轉換成十進制，并用小數點隔開，得到如下地址： 126.136.l .47。 2ip地址的分類網網絡絡類類型型標標志志位位網網絡絡地地址址位位數數網絡網絡數數主主機機地地址址位位數數主機數主機數地址格式地址格式網絡網絡地址地址范圍范圍a類類0712624167772140 xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxx

14、xxxx.xxxxxxxx1-127b類類101416382166553510 xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx128-191c類類1102120971508254110 xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx192-223d類類11101110 xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx224-239e類類1111011110 xxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx240-2472.4.2子網掩碼及子網劃分 10網絡號網絡號主機號主機號10網絡號網絡號子網號子網號 主機號主機號11111111 11111111 1111 0000 00000000 255 255 240 0（a）b類地址類地址（b）增加了子）增加了子網號字段網號字段（c）子網掩）子網掩碼碼圖圖2.7 子網掩碼的意義子網掩碼的意義2.4.3 ipv6 nipv4地址總量約為43億，隨著網絡的迅猛發(fā)展，全球數字化和信息化步伐的加快，目前70%的地址資源已經被使用 nipv6的出現解決了現有ipv4地址資源匱乏的問題。 n1ipv6的特點n2ipv6地址空間分配n3ipv6地址表示法 n4ipv6地址類型 n5特殊ipv6地址 習題習題