現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和參考模型

本資料來源基礎(chǔ)知識(shí)02網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和參考模型本章主要內(nèi)容3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)3.2開放系統(tǒng)互連參考模型3.3TIP/IP參考模型3.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議3.5本章小結(jié)3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)3.1.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的提出與發(fā)展3.1.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義3.1.3網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)3.1.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議3.1.5網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的基本概念3.1.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的提出與發(fā)展1974年，美國IBM公司在網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐中總結(jié)出世界上第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)——系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(SystemsNetworkArchitecture，SNA)。1975年，DEC公司為了與IBM公司競爭，也發(fā)布了自己的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)——數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(DigitalNetworkArchitecture，DNA)。后來，Novell公司推出的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)NetWare也實(shí)現(xiàn)了一種新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)——IPX/SPX。與此同時(shí)，Apple公司也推出了針對Macintosh計(jì)算機(jī)連網(wǎng)而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)在1984年公布了開放系統(tǒng)互連/參考模型(OpenSystemInterconnection/ReferenceModel，OSI/RM)。3.1.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(NetworkArchitecture)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層、各層協(xié)議、功能和層間接口的集合。不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有不同的體系結(jié)構(gòu)，其層的數(shù)量、各層的名稱、內(nèi)容和功能以及各相鄰層之間的接口都不一樣。然而，在任何網(wǎng)絡(luò)中，每一層都是為了向它相鄰的上層提供一定的服務(wù)而設(shè)置的，而且每一層都對上層屏蔽實(shí)現(xiàn)協(xié)議的具體細(xì)節(jié)。這樣，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就能做到與具體的物理實(shí)現(xiàn)無關(guān)，哪怕連接到網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)和終端的型號(hào)及性能各不相同，只要它們共同遵守相同的協(xié)議就可以實(shí)現(xiàn)互通信和互操作。3.1.3網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)基本的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型就是層次結(jié)構(gòu)模型。網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)中，每一層都由一些實(shí)體組成，這些實(shí)體抽象地表示了通信時(shí)的軟件元素(如進(jìn)程或子程序)或硬件元素(如智能I/O芯片等)。實(shí)體是通信時(shí)能發(fā)送和接收信息的任何軟硬件設(shè)施。系統(tǒng)的頂層執(zhí)行用戶要求做的工作，直接與用戶接觸，可以是用戶編寫的程序或發(fā)出的命令。除頂層外，各層都支持其上一層的實(shí)體進(jìn)行工作，這就是服務(wù)。分層結(jié)構(gòu)中各相鄰層之間要有一個(gè)接口，它定義了較低層向較高層提供的原始操作和服務(wù)。相鄰層通過它們之間的接口交換信息，高層并不需要知道低層是如何實(shí)現(xiàn)的，僅需要知道該層通過層間的接口所提供的服務(wù)，這樣使得兩層之間保持了功能的獨(dú)立性。3.1.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信協(xié)議具有以下特性。(1)層次性。(2)可靠性和有效性。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個(gè)要素組成。(1)語義(2)語法(3)定時(shí)3.1.5網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)中的基本概念1.層層是指人們劃分出來的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中功能獨(dú)立的一個(gè)子模塊。從程序設(shè)計(jì)角度來說，層是指為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)大功能而涉及的許多函數(shù)的集合。2.實(shí)體所謂實(shí)體，是指某一層中具有數(shù)據(jù)收發(fā)能力(可以接受參數(shù)并且返回結(jié)果)的活動(dòng)單元。3.服務(wù)服務(wù)是指第N層的所有實(shí)體為N+1層的所有實(shí)體提供的一組功能集合4.服務(wù)原語服務(wù)原語供用戶實(shí)體訪問該服務(wù)或者向用戶實(shí)體報(bào)告某事件的發(fā)生。5.數(shù)據(jù)據(jù)單元為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)某些功功能，層層與層之之間、實(shí)實(shí)體與實(shí)實(shí)體之間間都需要要傳遞一一些數(shù)據(jù)據(jù)，通常常將傳遞遞的數(shù)據(jù)據(jù)的每一一個(gè)單位位叫做數(shù)數(shù)據(jù)單元元。6.協(xié)協(xié)議數(shù)據(jù)據(jù)單元通常將不不同計(jì)算算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)的對等等層實(shí)體體之間所所交換的的數(shù)據(jù)單單位的每每一部分分稱為協(xié)協(xié)議數(shù)據(jù)據(jù)單元。。7.服務(wù)務(wù)數(shù)據(jù)單單元服務(wù)數(shù)據(jù)據(jù)單元是是指下層層實(shí)體給給上層實(shí)實(shí)體返回回結(jié)果的的集合。。8.接口口數(shù)據(jù)單單元在同一系系統(tǒng)的相相鄰兩層層實(shí)體的的一次交交互中，，將傳遞遞的參數(shù)數(shù)和返回回的結(jié)果果稱為接接口數(shù)據(jù)據(jù)單元。。3.2開開放放系統(tǒng)互互連參考考模型3.2.1分分層通通信3.2.2物物理層層3.2.3數(shù)數(shù)據(jù)鏈鏈路層3.2.4網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層層3.2.5傳傳輸層層3.2.6高高層協(xié)協(xié)議3.2.1分分層通通信在OSI參考模模型(如如圖3-1所示示)中，，將整個(gè)個(gè)通信功功能劃分分為七個(gè)個(gè)層次。。每一層層的目的的是向相相鄰的上上一層提提供服務(wù)務(wù)，并且且屏蔽服服務(wù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的細(xì)節(jié)節(jié)。模型型設(shè)計(jì)成成多層，，像是在在與另一一臺(tái)計(jì)算算機(jī)對等等層通信信。實(shí)際際上，通通信是在在同一計(jì)計(jì)算機(jī)的的相鄰層層之間進(jìn)進(jìn)行的。。每一層層都按照照一組協(xié)協(xié)議來實(shí)實(shí)現(xiàn)某些些網(wǎng)絡(luò)的的功能。。七個(gè)層層次之間間的問題題相對獨(dú)獨(dú)立，而而且易于于分開解解決，也也無需過過多依賴賴于外部部信息。。七個(gè)層層次自下下而上分分布，并并具有不不同的功功能。應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層協(xié)議表示層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議傳輸層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議物理層協(xié)議接口接口接口接口接口接口報(bào)文(M)報(bào)文(M)報(bào)文(M)報(bào)文(M)報(bào)文分組(P)幀(F)位(bit)主機(jī)X主機(jī)Y圖3-1OSI參考考模型3.2.2物物理層層1.物理理層的概概念物理層(PhysicalLayer)是OSI的最最底層，，它建立立在物理理通信介介質(zhì)的基基礎(chǔ)之上上，作為為系統(tǒng)和和通信介介質(zhì)的接接口，用用來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈鏈路實(shí)體體之間透透明的比比特流傳傳輸。2.物理理層的功功能(1)物物理連接接的建立立與拆除除(2)物物理層服服務(wù)數(shù)據(jù)據(jù)單元傳傳輸(3)物物理層管管理3.物物理層的的特性1)機(jī)械械特性2)電氣氣特性3)功能能特性4)規(guī)程程特性3.2.3數(shù)數(shù)據(jù)鏈鏈路層1.數(shù)據(jù)據(jù)鏈路層層的概念念數(shù)據(jù)鏈路路層(DataLinkLayer)的主要要用途是是在相鄰鄰網(wǎng)絡(luò)實(shí)實(shí)體(即即相鄰結(jié)結(jié)點(diǎn))之之間建立立、維持持和釋放放數(shù)據(jù)鏈鏈路連接接，并且且傳輸數(shù)數(shù)據(jù)鏈路路服務(wù)數(shù)數(shù)據(jù)單元元。2.數(shù)據(jù)據(jù)鏈路層層提供的的功能和和服務(wù)(1)數(shù)數(shù)據(jù)鏈路路管理功功能(2)差差錯(cuò)控制制功能(3)相相鄰結(jié)點(diǎn)點(diǎn)之間的的流量控控制3.數(shù)據(jù)據(jù)鏈路層層的主要要協(xié)議(1)面面向字符符的通信信規(guī)程(2)面面向位的的通信規(guī)規(guī)程3.2.4網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層層1.網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層的功功能(1)建建立和拆拆除網(wǎng)絡(luò)絡(luò)連接(2)路路徑選擇擇(3)對對數(shù)據(jù)包包進(jìn)行分分段和組組裝(4)傳傳輸和流流量控制制(5)差差錯(cuò)的檢檢測和恢恢復(fù)2.網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層提供供的主要要服務(wù)(1)無無連接服服務(wù)(2)面面向連接接服務(wù)(3)數(shù)數(shù)據(jù)報(bào)服服務(wù)(4)虛虛電路服服務(wù)3.2.5傳傳輸層層1.傳輸輸層提供供的服務(wù)務(wù)傳輸層的的主要任任務(wù)是在在優(yōu)化網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層提提供的服服務(wù)的基基礎(chǔ)上，，在源主主機(jī)與目目的主機(jī)機(jī)之間提提供可靠靠的透明明數(shù)據(jù)傳傳輸，使使高層服服務(wù)用戶戶在相互互通信時(shí)時(shí)不用關(guān)關(guān)心通信信子網(wǎng)的的實(shí)現(xiàn)細(xì)細(xì)節(jié)。2.傳輸輸層的主主要功能能(1)將將傳輸層層的地址址映射到到網(wǎng)絡(luò)地地址(2)多路路復(fù)用用和分分割(3)傳輸輸連接接的建建立與與釋放放(4)分段段與重重新組組裝(5)組合合與分分解(6)流量量控制制和緩緩存(7)差錯(cuò)錯(cuò)控制制3.2.6高高層層協(xié)議議1.會(huì)會(huì)話層層會(huì)話層層(SessionLayer)負(fù)負(fù)責(zé)在在網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中的的兩結(jié)結(jié)點(diǎn)之之間建建立和和維持持通信信、建建立會(huì)會(huì)話、、拆除除會(huì)話話等會(huì)會(huì)話管管理服服務(wù)。。2.表表示層層表示層層(PresentationLayer)就像像是應(yīng)應(yīng)用程程序與與網(wǎng)絡(luò)絡(luò)之間間的翻翻譯。。3.應(yīng)應(yīng)用層層應(yīng)用層層為應(yīng)應(yīng)用進(jìn)進(jìn)程提提供了了訪問問OSI環(huán)環(huán)境的的手段段，是是應(yīng)用用進(jìn)程程使用用OSI功功能的的唯一一窗口口。3.3TIP/IP參考考模型型3.3.1TCP/IP的層次結(jié)結(jié)構(gòu)3.3.2TCP/IP協(xié)議集3.3.3兩種種分層結(jié)構(gòu)構(gòu)的比較3.3.4TCP/IP協(xié)議族3.3.5IP地址和子子網(wǎng)掩碼3.3.1TCP/IP的層次結(jié)結(jié)構(gòu)TCP/IP分為四四個(gè)層次，，分別是網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口層層、網(wǎng)際層層、傳輸層層和應(yīng)用層層。1.網(wǎng)絡(luò)接接口層網(wǎng)絡(luò)接口層層是TCP/IP協(xié)協(xié)議的最低低層，負(fù)責(zé)責(zé)接收IP數(shù)據(jù)包并并通過網(wǎng)絡(luò)絡(luò)發(fā)送IP數(shù)據(jù)包，，或者從網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上接收收物理幀，，取出IP數(shù)據(jù)包，，并把它交交給IP層層。2.網(wǎng)際層層(IP)網(wǎng)際層所執(zhí)執(zhí)行的主要要功能是處處理來自傳傳輸層的分分組，將分分組形成數(shù)數(shù)據(jù)包(IP數(shù)據(jù)包包)，并為為該數(shù)據(jù)包包進(jìn)行路徑徑選擇，最最終將數(shù)據(jù)據(jù)包從源主主機(jī)發(fā)送到到目的主機(jī)機(jī)。3.傳輸層層(TCP和UDP)傳輸層提供供應(yīng)用程序序間的通信信通信，提提供了可靠靠的傳輸(UDP提提供不可靠靠的傳輸)。4.應(yīng)用層層在TCP/IP模型型中，應(yīng)用用程序接口口是最高層層，它與OSI模型型中的高三三層的任務(wù)務(wù)相同，用用于提供網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。。圖3-2信信息在各各層次之間間的傳遞3.3.2TCP/IP協(xié)議集1.網(wǎng)絡(luò)接接口層協(xié)議議網(wǎng)絡(luò)接口層層上的TCP/IP協(xié)議用于于使用串行行線路連接接主機(jī)與網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)或連接接網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的場合合，這就是是SLIP協(xié)議和PPP協(xié)議議。2.網(wǎng)際層層協(xié)議網(wǎng)際層上包包含五個(gè)協(xié)協(xié)議：IP、ARP、RARP、ICMP和IGMP。。3.傳輸層層協(xié)議傳輸層有兩兩個(gè)主要的的協(xié)議：TCP協(xié)議議和UDP協(xié)議。4.應(yīng)用層層協(xié)議3.3.3兩種種分層結(jié)構(gòu)構(gòu)的比較相同點(diǎn)它們都是層層次結(jié)構(gòu)的的模型；其其最低層都都是面向通通信子網(wǎng)的的；它們都都有運(yùn)輸層層，且都是是第一個(gè)提提供端到端端數(shù)據(jù)傳輸輸服務(wù)的層層次，都能能提供面向向連接或無無連接運(yùn)輸輸服務(wù)；其其最高層都都是向各種種用戶應(yīng)用用進(jìn)程提供供服務(wù)的應(yīng)應(yīng)用層等。。不同點(diǎn)兩者所劃分分的層次數(shù)數(shù)不同；TCP/IP中沒有有表示層和和會(huì)話層；；TCP/IP沒有有明確規(guī)定定通信子網(wǎng)網(wǎng)的協(xié)議，，也不再區(qū)區(qū)分通信子子網(wǎng)中的物物理層、數(shù)數(shù)據(jù)鏈路層層和網(wǎng)絡(luò)層層；TCP/IP中中特別強(qiáng)調(diào)調(diào)了網(wǎng)際層層，其中運(yùn)運(yùn)行的IP協(xié)議是Internet的的核心協(xié)議議，且網(wǎng)際際層向上只只提供無連連接的服務(wù)務(wù)，而不提提供面向連連接的服務(wù)務(wù)等。3.3.4TCP/IP協(xié)議族1.TCP/IP的的數(shù)據(jù)鏈路路層(1)SLIP協(xié)議議(2)PPP協(xié)議2.TCP/IP網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層(1)互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP(InternetProtocol)(2)互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)報(bào)文協(xié)議ICMP(3)地址址轉(zhuǎn)換協(xié)議議ARP(4)反向向地址轉(zhuǎn)換換協(xié)議RARP3.TCP/IP傳傳輸層(1)傳輸輸控制協(xié)議議TCP(2)用戶戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)協(xié)議UDP4.TCP/IP的的應(yīng)用層(1)文件件傳輸協(xié)議議FTP(2)遠(yuǎn)程程終端訪問問TELNET(3)域名名服務(wù)DNS(4)簡單單郵件傳送送協(xié)議SMTP3.3.5IP地址和子子網(wǎng)掩碼1.IP地地址IP地址是是一個(gè)32位的二進(jìn)進(jìn)制數(shù)，由由地址類別別、網(wǎng)絡(luò)號(hào)號(hào)和主機(jī)號(hào)號(hào)三個(gè)部分分組成。IP地址分分成五類：：A類、B類、C類類、D類和和E類，詳詳細(xì)結(jié)構(gòu)如如圖3-3所示。圖3-3IP地址址分類2.子網(wǎng)的的劃分在許多情況況下，一個(gè)個(gè)A類或B類地址的的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)號(hào)，對應(yīng)應(yīng)了很多的的主機(jī)，一一個(gè)組織或或公司常常常用不了。。另一方面面，C類地地址的一個(gè)個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有有254臺(tái)臺(tái)主機(jī)，又又顯得太少少。因此，，在實(shí)際應(yīng)應(yīng)用中，常常常將一個(gè)個(gè)較大的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分成幾幾個(gè)部分，，每一個(gè)部部分稱為一一個(gè)子網(wǎng)。。在外部，，這幾個(gè)子子網(wǎng)依然對對應(yīng)一個(gè)完完整的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)號(hào)。子網(wǎng)網(wǎng)劃分的方方法就是將將地址的主主機(jī)號(hào)部分分進(jìn)一步劃劃分成子網(wǎng)網(wǎng)號(hào)和主機(jī)機(jī)號(hào)兩個(gè)部部分，其中中，表示子子網(wǎng)號(hào)的二二進(jìn)制位數(shù)數(shù)(占用主主機(jī)地址位位數(shù))取決決于子網(wǎng)的的個(gè)數(shù)，假假設(shè)占用主主機(jī)地址的的位數(shù)為m，子網(wǎng)個(gè)個(gè)數(shù)n，它它們之間的的關(guān)系是2m=n。。子網(wǎng)掩瑪瑪(SubnetMask)也是是一個(gè)““點(diǎn)分十十進(jìn)制””表示的的32位位二進(jìn)制制數(shù)，通通過子網(wǎng)網(wǎng)掩碼，，可以指指出一個(gè)個(gè)IP地地址中的的哪些位位對應(yīng)于于網(wǎng)絡(luò)地地址(包包括子網(wǎng)網(wǎng)地址)、哪些些位對應(yīng)應(yīng)于主機(jī)機(jī)地址。。對于子子網(wǎng)掩碼碼的取值值，通常常是將對對應(yīng)于IP地址址中網(wǎng)絡(luò)絡(luò)地址(網(wǎng)絡(luò)號(hào)號(hào)和子網(wǎng)網(wǎng)號(hào))的的所有位位都設(shè)置置為“1”，對對應(yīng)于主主機(jī)地址址(主機(jī)機(jī)號(hào))的的所有位位都設(shè)置置為“0”。3.幾種種特殊的的IP地地址形式式(1)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址址由一個(gè)有有效的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號(hào)和和一個(gè)全全“0””的主機(jī)機(jī)號(hào)組成成，用來來表示某某一個(gè)具具體的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。(2)廣廣播地址址①直接廣廣播地址址：由一一個(gè)有效效的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)號(hào)和一一個(gè)全““1”的的主機(jī)號(hào)號(hào)構(gòu)成，，其作用用是因特特網(wǎng)的主主機(jī)向網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號(hào)所所指向的的網(wǎng)絡(luò)廣廣播信息息。②有限廣廣播地址址：32位全為為“1””的IP地址(55)，用用于本網(wǎng)網(wǎng)(或本本子網(wǎng))廣播。。(3)回回環(huán)地址址A類網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)號(hào)為127(即01111111)的IP地址址，是保保留地址址，可作作為本地地軟件回回環(huán)測試試本主機(jī)機(jī)之用，，叫做回回環(huán)地址址。(4)專專用地址址3.4網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)協(xié)議3.4.1NETBEUI協(xié)議議3.4.2IPX/SPX協(xié)議議3.4.3常常用網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信信協(xié)議的