計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

第二章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)本章內(nèi)容2.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念2.2OSI參考模型2.3TCP/IP工業(yè)模型2.4局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)2.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)所謂網(wǎng)絡(luò)體系就是為了完成計(jì)算機(jī)之間的通信合作，把每臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能劃分成有明確定義的層次，并固定了同層次的進(jìn)程通信的協(xié)議及相鄰之間的接口及服務(wù)，將對(duì)應(yīng)層次進(jìn)程通訊的協(xié)議及相鄰層的接口統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。在20世紀(jì)70年代，各大計(jì)算機(jī)生產(chǎn)商的產(chǎn)品都擁有自己的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。但是不同的廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就難以連接，為了實(shí)現(xiàn)不同廠商生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間以及不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO（開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型）即OSI/RM也稱為ISO/OSI，該系統(tǒng)稱為開(kāi)放系統(tǒng)。

2.2標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO

ISO:國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(InternationalOrganizationforStandardization)OSI:開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)(

opensysteminterconnection)20世紀(jì)70年代后期，ISO創(chuàng)建OSI參考模型，希望不同供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)能夠相互協(xié)同工作，但迄今為止，這仍然是一個(gè)偉大的目標(biāo)！網(wǎng)絡(luò)分層的優(yōu)點(diǎn)

層layer：描述了所有需求的有效的通訊過(guò)程，并把這些過(guò)程邏輯上的組叫做層。分層的優(yōu)點(diǎn)：1.促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作,允許各個(gè)供應(yīng)商進(jìn)行開(kāi)發(fā).2.各層間相互獨(dú)立,把網(wǎng)絡(luò)操作分成低復(fù)雜性單元.3.靈活性好,某一層變化不會(huì)影響到別層，設(shè)計(jì)者可專心設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)模塊功能.4.各層間通過(guò)一個(gè)接口在相鄰層上下通信OSI模式概述應(yīng)用層(高)會(huì)話層表示層應(yīng)用層OSI模式數(shù)據(jù)流層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層應(yīng)用層(高)會(huì)話層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層作用TelnetSMTPHTTPFTP用戶接口例子應(yīng)用層TelnetSMTPHTTPFTPASCIIEBCDICJPEG用戶接口數(shù)據(jù)表示加密等特殊處理過(guò)程例子表示層應(yīng)用層應(yīng)用層作用

TelnetHTTPASCIIEBCDICJPEG保證不同應(yīng)用間的數(shù)據(jù)區(qū)分用戶接口數(shù)據(jù)表示加密等特殊處理過(guò)程OperatingSystem/ApplicationAccessScheduling例子會(huì)話層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層作用

保證不同應(yīng)用間的數(shù)據(jù)區(qū)分用戶接口數(shù)據(jù)表示加密等特殊處理過(guò)程TelnetHTTPASCIIEBCDICJPEGOperatingSystem/ApplicationAccessScheduling傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層例子會(huì)話層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層作用

數(shù)據(jù)流層的作用EIA/TIA-232

V.35例子物理層設(shè)備間接收或發(fā)送比特流說(shuō)明電壓、線速和線纜等802.3/802.2HDLCEIA/TIA-232

V.35例子數(shù)據(jù)流層的作用

數(shù)據(jù)鏈路層物理層

將比特組合成字節(jié)進(jìn)而組合成幀用MAC地址訪問(wèn)介質(zhì)錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)但不能糾正設(shè)備間接收或發(fā)送比特流說(shuō)明電壓、線速和線纜等802.3/802.2HDLCEIA/TIA-232

V.35IPIPX例子數(shù)據(jù)流層的作用

網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層將比特組合成字節(jié)進(jìn)而組合成幀用MAC地址訪問(wèn)介質(zhì)錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)但不能糾正設(shè)備間接收或發(fā)送比特流說(shuō)明電壓、線速和線纜等提供路由器用來(lái)決定路徑的邏輯尋址TCPUDPSPX802.3/802.2HDLCEIA/TIA-232

V.35IPIPX例子數(shù)據(jù)流層的作用

傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層

可靠或不可靠的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)重傳前的錯(cuò)誤糾正將比特組合成字節(jié)進(jìn)而組合成幀用MAC地址訪問(wèn)介質(zhì)錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)但不能糾正設(shè)備間接收或發(fā)送比特流說(shuō)明電壓、線速和線纜等網(wǎng)絡(luò)層提供路由器用來(lái)決定路徑的邏輯尋址TCPUDPSPX802.3/802.2HDLCEIA/TIA-232

V.35IPIPX表示層應(yīng)用層會(huì)話層例子數(shù)據(jù)流層的作用

可靠或不可靠的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)重傳前的錯(cuò)誤糾正將比特組合成字節(jié)進(jìn)而組合成幀用MAC地址訪問(wèn)介質(zhì)錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)但不能糾正設(shè)備間接收或發(fā)送比特流說(shuō)明電壓、線速和線纜等傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層提供路由器用來(lái)決定路徑的邏輯尋址PDU

PDU（protocoldataunit):每一層使用自己層的協(xié)議和別的系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)層相互通信，協(xié)議層的協(xié)議在對(duì)等層之間交換的信息叫協(xié)議數(shù)據(jù)單元。上層:messagetransportlayer:segmentNetworklayer:packetData-linklayer:FramePhysicallayer:bit封裝與解封裝

封裝（encapsulate/encapsulation）：數(shù)據(jù)要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，要從高層一層一層的向下傳送，如果一個(gè)主機(jī)要傳送數(shù)據(jù)到別的主機(jī)，先把數(shù)據(jù)裝到一個(gè)特殊協(xié)議報(bào)頭中，這個(gè)過(guò)程叫-----封裝封裝分為：切片和加控制信息解封裝：上述的逆向過(guò)程上層數(shù)據(jù)LLC頭+IP+TCP+上層數(shù)據(jù)MAC頭IP+TCP+上層數(shù)據(jù)LLC頭TCP+上層數(shù)據(jù)IP頭上層數(shù)據(jù)TCP頭0101110101001000010傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層表示層應(yīng)用層會(huì)話層封裝過(guò)程

LLC頭IP頭FCSFCS上層數(shù)據(jù)LLC頭+IP+TCP+上層數(shù)據(jù)MAC頭IP+TCP+上層數(shù)據(jù)LLC頭TCP+上層數(shù)據(jù)IP頭上層數(shù)據(jù)TCP頭0101110101001000010傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層表示層應(yīng)用層會(huì)話層解封裝過(guò)程

數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

通信介質(zhì)應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)連路層物理層應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)連路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)連路層物理層通信介質(zhì)傳輸層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議表示層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議端系統(tǒng)A端系統(tǒng)B定義介質(zhì)類型連接器類型

信令類型Ethernet802.3V.35物理層EIA/TIA-232物理層功能Ethernet/802.3的物理層集線器多個(gè)主機(jī)主機(jī)10Base2—細(xì)纜以太網(wǎng)

10Base5—粗纜以太網(wǎng)10BaseT—雙絞線物理層設(shè)備集線器中繼器編碼—解碼器傳輸介質(zhì)連接器ABCD物理層所有設(shè)備在同一沖突域所有設(shè)備在同一廣播域所有設(shè)備共享相同的帶寬集線器運(yùn)行在物理層

沖突域廣播域沖突（collision）：在以太網(wǎng)中，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，從兩個(gè)設(shè)備發(fā)出的幀將會(huì)碰撞，在物理介質(zhì)上相遇，彼此數(shù)據(jù)都會(huì)被破壞沖突域（collisiondomain）一個(gè)支持共享介質(zhì)的網(wǎng)段廣播域(broadcastdomain)：廣播幀傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)范圍，一般是路由器來(lái)設(shè)定邊界（因?yàn)閞outer不轉(zhuǎn)發(fā)廣播）集線器：同一個(gè)沖突域接入設(shè)備越多沖突機(jī)率越大用CSMA/CD技術(shù)CSMA/CD技術(shù)載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)CSMA/CD（carriersensemultipleaccess/collisiondetect)：一種介質(zhì)訪問(wèn)的控制方法，當(dāng)在同一個(gè)共享網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳送數(shù)據(jù)包時(shí)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生沖突，而CSMA/CD機(jī)制就是用來(lái)解決這種沖突問(wèn)題CSMA/CD工作原理當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)想在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先檢查線路上是否有其他主機(jī)的信號(hào)在傳送：如果有，說(shuō)明其他主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，自己則利用退避算法等一會(huì)再試圖發(fā)送；如果線路上沒(méi)有其他主機(jī)的信號(hào)，自己就將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，同時(shí)，不停的監(jiān)聽(tīng)線路，以確信其他主機(jī)沒(méi)有發(fā)送數(shù)據(jù)，如果檢測(cè)到有其他信號(hào)，自己就發(fā)送一個(gè)JAM阻塞信號(hào)，通知網(wǎng)段上的其他節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送數(shù)據(jù)，這時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)也必須采用退避算法等一會(huì)再試圖發(fā)送。CSMA/CD重要特性使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不能進(jìn)行全雙工通信而只能進(jìn)行雙向交替通信（半雙工通信）每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時(shí)間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性這種發(fā)送的不確定性使整個(gè)以太網(wǎng)的平均通信量遠(yuǎn)小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率定義源和目標(biāo)的物理地址與幀關(guān)聯(lián)的高層協(xié)議

(ServiceAccessPoint)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋷樞驍?shù)據(jù)流控制有向或無(wú)向連接數(shù)據(jù)鏈路層物理層EIA/TIA-232v.35EthernetFrameRelayHDLC802.2802.3數(shù)據(jù)鏈路層功能MAC子層MAC子層（mediaaccesscontrol):負(fù)責(zé)MAC尋址和定義介質(zhì)訪問(wèn)控制方法MAC子層一般的訪問(wèn)控制方式：1。爭(zhēng)用式：沖突不可避免；CSMA/CD；FCFS（firstcomefirstservice)2。輪流式：訪問(wèn)時(shí)間可預(yù)見(jiàn)，不發(fā)生沖突；但是要有Token令牌MAC子層協(xié)議有：802.3802.5FDDI（fiberdistributeddatainterface)這三個(gè)LAN技術(shù)的不同在于幀結(jié)構(gòu)和訪問(wèn)機(jī)制的不同LLC子層LLC子層（logicallinkcontrol):為上層協(xié)議提供SAP服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)，并為數(shù)據(jù)加上控制信息LLC子層協(xié)議：802.2802.2協(xié)議只在LLC子層，為以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)提供了通用功能SAP服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)SAP（ServiceAccessPoint服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)）：LLC子層為了網(wǎng)絡(luò)層的各種協(xié)議提供服務(wù)，而上層可能運(yùn)行不同協(xié)議，為區(qū)分不同上層協(xié)議的數(shù)據(jù)，要采用服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)數(shù)據(jù)源地址FCS長(zhǎng)度目標(biāo)地址可變長(zhǎng)26640000.0Cxx.xxxx廠商自己分配IEEE分配MAC子層-802.3前導(dǎo)符EthernetII在這里用“Type”指明上層協(xié)議，所以不用802.2.MAC地址8#字節(jié)數(shù)據(jù)鏈路層功能(續(xù))每段有自己的沖突域所有的段都在同一廣播域數(shù)據(jù)鏈路層或123124交換機(jī)和橋運(yùn)行在鏈路層

交換機(jī)每段有自己的沖突域廣播信息向所有段轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)交換定義與指定協(xié)議相關(guān)聯(lián)的源和目標(biāo)邏輯地址定義通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的路徑多鏈路連接網(wǎng)絡(luò)層IP,IPX數(shù)據(jù)鏈路層物理層EIA/TIA-232v.35Ethernet幀中繼HDLC802.2802.3網(wǎng)絡(luò)層功能數(shù)據(jù)源地址目標(biāo)地址IP頭主機(jī)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)邏輯地址網(wǎng)絡(luò)層端接設(shè)備的數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)層功能(續(xù))路由表目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)端口距離124S0S0E01001.04.01.3E04.3S02.2E02.1S01.2路由表目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)端口距離124E0S0S0001邏輯地址提供分層結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)需要的配置利用配置信息來(lái)識(shí)別到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的路徑網(wǎng)絡(luò)層功能(續(xù))

路由器：運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)層廣播信息控制多點(diǎn)發(fā)送信息控制路徑優(yōu)化流量管制邏輯尋址提供WAN連接路由器提供遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)因特網(wǎng)家庭辦公用戶分部調(diào)制解調(diào)器或ISDN適配卡移動(dòng)用戶公司總部區(qū)分不同的上層應(yīng)用建立應(yīng)用間的端到端連接定義流量控制為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠或不可靠的連接服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層IPXIP傳輸層SPXTCPUDP傳輸層功能同步請(qǐng)求回應(yīng)同步請(qǐng)求,同步請(qǐng)求回應(yīng)同步請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳輸(傳輸數(shù)據(jù)段)發(fā)送方接收方連接建立可靠的傳輸層功能OSI模型的意義提供了網(wǎng)絡(luò)間互連的參考模型成為實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建模、設(shè)計(jì)的重要參考工具和理論依據(jù)OSI/RM的思想為我們提供了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與分析的方法（實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)幾乎都是分層結(jié)構(gòu)，功能分層，協(xié)議分層，只是根據(jù)實(shí)際需要，層次有多有少。模塊化的結(jié)構(gòu)便于同時(shí)開(kāi)發(fā)、升級(jí)換代，維護(hù)管理）OSI模型的缺陷許多功能在多個(gè)層次重復(fù)，有冗余感（如流控，差錯(cuò)控制等）各層功能分配不均勻（鏈路、網(wǎng)絡(luò)層任務(wù)重，會(huì)話層任務(wù)輕）功能和服務(wù)定義復(fù)雜，很難產(chǎn)品化（實(shí)際應(yīng)用中幾乎沒(méi)有完全按OSI七層模型設(shè)計(jì)的產(chǎn)品）2.3TCP/IP協(xié)議族7654325432應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層1應(yīng)用層主機(jī)到主機(jī)層Internet層1網(wǎng)絡(luò)接入層應(yīng)用層概述*路由器使用應(yīng)用層主機(jī)到主機(jī)層Internet層文件傳輸 -TFTP* -FTP* -NFSE-Mail -SMTP遠(yuǎn)程登陸 -Telnet* -rlogin*網(wǎng)絡(luò)管理 -SNMP*名稱管理 -DNS*網(wǎng)絡(luò)接入層主機(jī)到主機(jī)層概述TransmissionControlProtocol(TCP)UserDatagramProtocol(UDP)應(yīng)用層主機(jī)到主機(jī)層Internet層網(wǎng)絡(luò)接入層面向連接

非面向連接端口號(hào)TCP端口號(hào)F

T

P傳輸層T

E

L

N

E

TD

N

SS

N

M

PT

F

T

PS

M

T

PUDP應(yīng)用層2123255369161R

I

P520TCP三次握手TCP簡(jiǎn)單確認(rèn)滑動(dòng)窗口=1發(fā)送方

接收方TCP簡(jiǎn)單確認(rèn)滑動(dòng)窗口=1發(fā)送方

接收方發(fā)送1接收1TCP簡(jiǎn)單確認(rèn)滑動(dòng)窗口=1發(fā)送方

接收方發(fā)送1接收1接收ACK2發(fā)送ACK2TCP簡(jiǎn)單確認(rèn)滑動(dòng)窗口=1發(fā)送方

接收方發(fā)送1接收1接收ACK2發(fā)送ACK2發(fā)送2接收2TCP簡(jiǎn)單確認(rèn)滑動(dòng)窗口=1發(fā)送方

接收方發(fā)送1接收1接收ACK2發(fā)送ACK2發(fā)送2接收2接收ACK3發(fā)送ACK3TCP簡(jiǎn)單確認(rèn)滑動(dòng)窗口=1發(fā)送方

接收方發(fā)送1接收1接收ACK2發(fā)送ACK2發(fā)送2接收2接收ACK3發(fā)送ACK3發(fā)送3接收3滑動(dòng)窗口=1發(fā)送方

接收方發(fā)送1接收1接收ACK2發(fā)送ACK2發(fā)送2接收2接收ACK3發(fā)送ACK3發(fā)送3接收3接收ACK4發(fā)送ACK4TCP簡(jiǎn)單確認(rèn)TCP窗口發(fā)送方接收方TCP窗口Windowsize=3Send2發(fā)送方接收方Windowsize=3Send1Windowsize=3Send3Windowsize=3Send2TCP窗口發(fā)送方Windowsize=3Send1Windowsize=3Send3ACK3Windowsize=2數(shù)據(jù)3被丟棄接收方Windowsize=3Send2TCP窗口發(fā)送方Windowsize=3Send1Windowsize=3Send3ACK3Windowsize=2數(shù)據(jù)3被丟棄Windowsize=3Send4Windowsize=3Send3接收方Windowsize=3Send2TCP窗口發(fā)送方Windowsize=3Send1Windowsize=3Send3ACK3Windowsize=2數(shù)據(jù)3被丟棄Windowsize=3Send4Windowsize=3Send3ACK5Windowsize=2接收方Internet層概述OSI網(wǎng)絡(luò)層對(duì)應(yīng)的是TCP/IP的internet層InternetProtocol(IP)InternetControlMessageProtocol(ICMP)AddressResolutionProtocol(ARP)ReverseAddressResolutionProtocol(RARP)應(yīng)用層主機(jī)到主機(jī)層Internet層網(wǎng)絡(luò)接入層IP數(shù)據(jù)

Version

(4)DestinationIPAddress(32)Options(0or32ifany)Data(variesifany)1Bit0Bit15Bit16Bit31Header

Length(4)Priority&Type

ofService(8)TotalLength(16)Identification(16)Flags

(3)Fragmentoffset(13)Timetolive(8)Protocol(8)Headerchecksum(16)SourceIPAddress(32)20

BytesARP協(xié)議IP:=???我需要知道的物理地址.ARP協(xié)議IP:=?