《計算機網(wǎng)絡技術基礎》課件

21世紀全國高職高專計算機系列有用規(guī)劃教材計算機網(wǎng)絡技術根底主編：

楊瑞良李平副主編：

邱濤李明龍第3章

網(wǎng)絡體系構造與協(xié)議

本章主要內(nèi)容網(wǎng)絡體系構造的根本概念開放系統(tǒng)互連參考模型TCP/IP的體系構造OSI與TCP/IP參考模型的比較3.1網(wǎng)絡體系構造的根本概念協(xié)議〔protocol〕:是通信雙方為了實現(xiàn)通信所進展的商定或所作的對話規(guī)章網(wǎng)絡協(xié)議的優(yōu)劣直接影響網(wǎng)絡的性能網(wǎng)絡協(xié)議的組成語義：做什么〔whattodo〕語法：怎么做〔howtodo〕定時關系：何時做〔whentodo〕3.1.1網(wǎng)絡協(xié)議的概念計算機網(wǎng)絡中存在有多種協(xié)議協(xié)議之間的相互作用:為避開重復工作，每個協(xié)議應當處理沒有被其他;協(xié)議處理過的通信問題;協(xié)議之間可以共享數(shù)據(jù)和信息。實際郵政系統(tǒng)信件發(fā)送、接收過程示意圖協(xié)議(Protocol)：它是一種通信規(guī)約。在郵政通信系統(tǒng)中，就存在著很多的通信規(guī)約。層次(Layer)：它是人們對簡單問題處理的根本方法。接口(Interface)：它是同一結點內(nèi)相鄰層之間交換信息的連接點。體系構造(Architecture)：計算機網(wǎng)絡協(xié)議就是依據(jù)層次構造模型來組織的。我們將網(wǎng)絡層次構造模型與各層協(xié)議的集合定義為計算機網(wǎng)絡體系構造。3.1.2幾個重要的概念3.1.3網(wǎng)絡體系構造的提出計算機網(wǎng)絡中承受層次構造，它有以下一些好處：

各層之間相互獨立。敏捷性好。各層實現(xiàn)技術的轉(zhuǎn)變不影響其他層。易于實現(xiàn)和維護。有利于促進標準化。3.2開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI/RM)OSI/RM中的“開放”是表示任何兩個遵守OSI/RM的系統(tǒng)都可以進展互連，當一個系統(tǒng)能按OSI/RM與另一個系統(tǒng)進展通信時，就稱為該系統(tǒng)為開放系統(tǒng)。OSI/RM只給出了一些原則性的說明，它并不是一個具體的網(wǎng)絡。它將整個網(wǎng)絡的功能劃分成7個層次，而且在兩個通信實體之間的通信必需遵循這7層構造，概述1.OSI參考模型的提出2.OSI參考模型的概念OSI/RM的最高層為應用層，面對用戶供給應用效勞；最低層為物理層，連接通信媒體實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。層與層之間的聯(lián)系是通過各層之間的接口來進展的，上層通過接口向下層提出效勞懇求，而下層通過接口向上層供給效勞。OSI參考模型以及兩個通信實體之間的通信分層構造ISO/OSI的7層參考模型OSI參考模型的根本思想:網(wǎng)絡中各節(jié)點具有一樣的層次；不同節(jié)點的同等層具有一樣的功能；同一節(jié)點內(nèi)相鄰層之間通過接口通信；每一層可以使用下層供給的效勞，并向其上層供給效勞；不同節(jié)點的同等層依據(jù)協(xié)議實現(xiàn)對等層之間的通信。3.OSI各層的功能概述物理層(PhysicalLayer)：利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層供給物理連接，實現(xiàn)比特流的透亮傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)：在物理層供給比特流效勞的根底上，線路變成無過失的數(shù)據(jù)鏈路。網(wǎng)絡層(NetworkLayer)：為數(shù)據(jù)在結點之間傳輸創(chuàng)立規(guī)律鏈路，通過路由選擇算法為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當?shù)穆窂?，以及實現(xiàn)擁塞掌握授、網(wǎng)絡互連功能。傳輸層(TransportLayer)：向用戶供給端到端(最終用戶到最終用戶)的透亮的、牢靠的數(shù)據(jù)傳輸效勞。

會話層(SessionLayer)：為表示層供給建立、維護和完畢會話連接的功能，并供給會話治理效勞等功能。表示層(PresentationLayer)：用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，主要包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復等功能。應用層(ApplicationLayer)：為網(wǎng)絡用戶或應用程序供給各種效勞，如文件傳輸(FTP)、電子郵件(E－mail)、分布式數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡治理等。兩個通信實體之間的層次構造OSI各層的主要功能層號層的名稱層的英文名稱功能簡述

7應用層ApplicationLayer在用戶進程之間交互用戶信息，直接為用戶提供服務

上層6表示層PresentationLayer處理兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，對用戶數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復等5會話層SessionLayer組織兩個會話進程之間的通信，管理數(shù)據(jù)的交換4傳輸層TransportLayer從端到端經(jīng)網(wǎng)絡透明地傳送數(shù)據(jù)，建立、維護并終止兩臺計算機之間的通信3網(wǎng)絡層NetworkLayer實現(xiàn)路由選擇、擁塞控制和網(wǎng)絡互聯(lián)等功能下層2數(shù)據(jù)鏈路層DataLinkLayer建立數(shù)據(jù)鏈路連接，進行信息幀傳送，采用差錯和數(shù)據(jù)流量控制方法使有差錯的物理線路變成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路1物理層PhysicalLayer利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，以便透明地傳輸比特流4.OSI/RM的信息流淌3.2.2物理層物理層是OSI/RM的最低層，物理層保證通信信道上傳輸0和1二進制比特流，用以建立、維護和釋放數(shù)據(jù)鏈路實體間的連接。物理層并不是指物理傳輸介質(zhì)，它是介于數(shù)據(jù)鏈路層和物理傳輸介質(zhì)之間的一層，起著數(shù)據(jù)鏈路層到物理傳輸介質(zhì)之間的規(guī)律接口的作用。3.2.3數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層OSI/RM的第2層，它通過物理層供給的比特流效勞，在相鄰節(jié)點之間建立鏈路，傳送以幀(Frame)為單位的數(shù)據(jù)信息，并且對傳輸中可能消失的過失進展檢錯和糾錯，向網(wǎng)絡層供給無過失的透亮傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層涉及到的具體內(nèi)容有以下幾點：1.成幀數(shù)據(jù)鏈路層要將網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)分成可以治理和掌握的數(shù)據(jù)單元，稱其為幀。2.物理地址尋址數(shù)據(jù)幀在不同的網(wǎng)絡中傳輸時，需要標識動身送數(shù)據(jù)幀和接收數(shù)據(jù)幀的節(jié)點。3.流量掌握數(shù)據(jù)鏈路層對發(fā)送數(shù)據(jù)幀的速率必需進展掌握，假設發(fā)送的數(shù)據(jù)幀太多，就會使目的節(jié)點來不及處理而造成數(shù)據(jù)喪失。4.過失掌握為了保證物理層傳輸數(shù)據(jù)的牢靠性，數(shù)據(jù)鏈路層需要在數(shù)據(jù)幀中使用一些掌握方法，檢測出錯或重復的數(shù)據(jù)幀，并對錯誤的幀進展糾錯或重發(fā)。5.接入掌握當兩個或者更多的節(jié)點共享通信鏈路時，由數(shù)據(jù)鏈路層確定在某一時間內(nèi)該由哪一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，接入掌握技術也稱為媒體訪問掌握技術。數(shù)據(jù)鏈路層的物理地址網(wǎng)絡層

計算機網(wǎng)絡分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)。網(wǎng)絡層就是通信子網(wǎng)的最高層，它在數(shù)據(jù)鏈路層供給效勞的根底上向資源子網(wǎng)供給效勞。網(wǎng)絡層與傳輸層的關系

網(wǎng)絡層涉及的概念有以下幾個：規(guī)律地址尋址數(shù)據(jù)鏈路層的物理地址只是解決了在同一個網(wǎng)絡內(nèi)部的尋址問題，假設一個數(shù)據(jù)包從一個網(wǎng)絡跨越到另外一個網(wǎng)絡時，就需要使用網(wǎng)絡層的規(guī)律地址。路由功能路由選擇就是依據(jù)肯定的原則和算法在傳輸通路中選出一條通向目的節(jié)點的最正確路由。流量掌握在數(shù)據(jù)鏈路層中介紹過流量掌握，在網(wǎng)絡層同樣也存在流量掌握問題。擁塞掌握在通信子網(wǎng)中，由于消失過量的數(shù)據(jù)包而引起網(wǎng)絡性能下降的現(xiàn)象稱為擁塞。其他各層簡介1.傳輸層傳輸層是資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)的接口和橋梁，它完成了資源子網(wǎng)中兩節(jié)點間的直接規(guī)律通信，實現(xiàn)了通信子網(wǎng)端到端的牢靠傳輸。2.會話層會話層是利用傳輸層供給的端到端的效勞向表示層或會話用戶供給會話效勞。3.表示層表示層處理的是OSI系統(tǒng)之間用戶信息的表示問題。4.應用層應用層是OSI/RM的最高層，它是計算機網(wǎng)絡與最終用戶間的接口，它包含了系統(tǒng)治理員治理網(wǎng)絡效勞所涉及的全部問題和根本功能。完整的OSI數(shù)據(jù)傳遞與流淌過程3.3TCP/IP體系構造概述TCP/IP是Internet上全部網(wǎng)絡和主機之間進展溝通所使用得共同“語言”，是Internet上使用得一組完整的標準網(wǎng)絡連接協(xié)議。通常所說的TCP/IP協(xié)議實際上包含了大量的協(xié)議和應用，且由多個獨力定義的協(xié)議組合在一起，因此，更準確地說，應當稱其為TCP/IP協(xié)議集。TCP/IP協(xié)議的主要特點：開放的協(xié)議標準，可以免費使用，并且獨力于特定的計算機硬件于操作系統(tǒng)。獨立于特定的網(wǎng)絡硬件，可以運行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)中，更適用于互聯(lián)網(wǎng)中。統(tǒng)一的網(wǎng)絡地址安排方案，使得整個TCP/IP設備在網(wǎng)中都具有惟一的地址。標準化的高層協(xié)議，可以供給多種牢靠的用戶效勞。3.3.2TCP/IP的分層構造OSI模型與TCP/IP模型的比照TCP/IP體系構造與OSI參考模型的對應關系1.網(wǎng)絡接口層TCP/IP模型的最低層是網(wǎng)絡接口層，也被稱為網(wǎng)絡訪問層，它包括了能使用TCP/IP與物理網(wǎng)絡進展通信的協(xié)議，且對應著OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。2.網(wǎng)際層網(wǎng)際層是在Internet標準中正式定義的第一層。網(wǎng)際層所執(zhí)行的主要功能是處理來自傳輸層的分組，將分組形成數(shù)據(jù)包(IP數(shù)據(jù)包)，并為該數(shù)據(jù)包進展路徑選擇，最終將數(shù)據(jù)包從源主機發(fā)送到目的主機。3.傳輸層TCP/IP的傳輸層也被稱為主機至主機層，與OSI的傳輸層類似，它主要負責主機到主機之間的端到端通信，該層使用了兩種協(xié)議來支持兩種數(shù)據(jù)的傳送方法，它們是TCP協(xié)議和UDP協(xié)議。4.應用層在TCP/IP模型中，應用程序接口是最高層，它與OSI模型中的高3層的任務一樣，都是用于供給網(wǎng)絡效勞，比方文件傳輸(FTP)、遠程登錄(TELNET)、域名效勞DNS)和簡潔網(wǎng)絡治理(SNMP)等。TCP/IP體系構造中各層的功能

層的名稱

功能簡述

應用層向用戶提供一組常用的應用程序，如文件傳輸、電子郵件等

傳輸層(TCP)提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務

網(wǎng)際層(IP)定義數(shù)據(jù)報，處理路由

網(wǎng)絡訪問層接收網(wǎng)際層數(shù)據(jù)報，通過網(wǎng)絡發(fā)送；從網(wǎng)絡上接收數(shù)據(jù)送交IP層3.3.3TCP/IP協(xié)議集網(wǎng)際層的協(xié)議(1)網(wǎng)際協(xié)議(InternetProtocol，IP)IP協(xié)議的任務是對數(shù)據(jù)包進展相應的尋址和路由，并從一個網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡。(2)網(wǎng)際掌握報文協(xié)議(InternetControlMessageProtocol，ICMP)網(wǎng)際掌握報文協(xié)議ICMP為IP協(xié)議供給過失報告。(3)網(wǎng)際主機組治理協(xié)議(InternetGroupManagementProtocol，IGMP)IP協(xié)議只是負責網(wǎng)絡中點到點的數(shù)據(jù)包傳輸，而點到多點的數(shù)據(jù)包傳輸則要依靠網(wǎng)際主機組治理協(xié)議IGMP來完成。(4)地址解析協(xié)議(AddressResolutionProtocol，ARP)和反向地址解析協(xié)議RARP計算機網(wǎng)絡中各主機之間要進展通信時，必需要知道彼此的物理地址(OSI模型中數(shù)據(jù)鏈路層的地址)。2.傳輸層協(xié)議(1)傳輸掌握協(xié)議(TransmissionControlProtocol，TCP)

TCP協(xié)議是傳輸層的一種面對連接的通信協(xié)議，它可供給牢靠的數(shù)據(jù)傳送。對于大量數(shù)據(jù)的傳輸，通常都要求有牢靠的傳送。(2)用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UserDatagramProtocol，UDP)

UDP協(xié)議是一種面對無連接的協(xié)議，因此，它不能供給牢靠的數(shù)據(jù)傳輸，而且UDP不進展過失檢驗，必需由應用層的應用程序來實現(xiàn)牢靠性機制和過失掌握，以保證端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。3.應用層協(xié)議TELNET：本地主機作為仿真終端登錄到遠程主機上運行應用程序。FTP：實現(xiàn)主機之間文件的傳送。SMTP：實現(xiàn)主機之間電子郵件的傳送。DNS：用于實現(xiàn)主機名與IP地址之間的映射。DHCP：實現(xiàn)對主機的地址安排和配置工作。RIP：用于網(wǎng)絡設備之間交換路由信息。HTTP：用于Internet中的客戶機與WWW效勞器之間的數(shù)據(jù)傳輸。BOOTP：用于無盤主機或工作站的啟動。SNMP：實現(xiàn)網(wǎng)絡的治理。3.4OSI與TCP/IP參考模型的比較3.4.1共同點承受了協(xié)議分層方法，將浩大且簡單的問題劃分為假設干個較簡潔處理的范圍較小的問題。各協(xié)議層次的功能大體上相像，都存在網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層。兩者都可以解決異構網(wǎng)的互連，實現(xiàn)世界上不同廠家生產(chǎn)的計算機之間的通信。兩者都是計算機通信的國際性標準，雖然這種標準一個(OSI)原則上是國際通用的，一個(TCP/IP)是當前工業(yè)界使用最多的。兩者都能夠供給面對連接和無連接的兩種通信效勞機制。兩者都是基于一種協(xié)議集的概念，協(xié)議集是一簇完成特定功能的相互獨力的協(xié)議。3.4.2OSI和TCP/IP的主要差異模型設計的差異層數(shù)和層間調(diào)用關系不同最初設計的差異對牢靠性的強調(diào)不同標準的效率和性能上存在差異市場應用和支持上不同TCP/IP的主要問題：網(wǎng)絡接口層并不是實際的一層；各層的功能定義與實現(xiàn)方法沒能區(qū)分開來等。3.4.3一種建議的參考模型

小結網(wǎng)絡體系