計算機網(wǎng)絡與Internet應用基礎教程-第2章-網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議課件

第2章網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議2.1網(wǎng)絡體系結構中的幾個概念2.2OSI參考模型2.3TCP/IP參考模型2.4OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較一二請在這里輸入您的主要敘述內(nèi)容整體概述三請在這里輸入您的主要敘述內(nèi)容請在這里輸入您的主要敘述內(nèi)容網(wǎng)絡中的不同計算機之間要進行通信，必須遵守一定的約定，這些約定即是計算機網(wǎng)絡協(xié)議。網(wǎng)絡協(xié)議依賴于網(wǎng)絡體系結構，由硬件和軟件協(xié)同工作以實現(xiàn)計算機之間的通信。計算機網(wǎng)絡最重要的就是網(wǎng)絡體系結構，協(xié)議和協(xié)議分層是理解網(wǎng)絡體系結構的關鍵。本章介紹的主要內(nèi)容有：√網(wǎng)絡體系結構概述與相關概念√OSI參考模型√TCP/IP參考模型√OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較√NovellNetWare參考模型與IPX/SPX協(xié)議√微軟公司使用的網(wǎng)絡協(xié)議要想在因特網(wǎng)上面實現(xiàn)共享資源，交換信息，必須遵循一些事先制定好的規(guī)則標準，這就是協(xié)議（Protocol）。計算機網(wǎng)絡中，協(xié)議的定義是計算機網(wǎng)絡中實體之間有關通信規(guī)則約定的集合。協(xié)議有三個要素，即：○語法（Syntax）——數(shù)據(jù)與控制信息的格式、數(shù)據(jù)編碼等。○語義（Semantic）——控制信息的內(nèi)容，需要做出的動作及響應?！饡r序（Timing）——事件先后順序和速度匹配。2.1網(wǎng)絡體系結構中的幾個概念

2.1.1網(wǎng)絡協(xié)議計算機網(wǎng)絡的整套協(xié)議是一個龐大復雜的體系，為了便于對協(xié)議的描述、設計和實現(xiàn)，現(xiàn)在都采用分層的體系結構。所謂體系結構（Architecture），是指計算機通信網(wǎng)的分層、各層協(xié)議和層間接口的集合，也就是通信網(wǎng)絡及其部件所應完成的功能的精確定義。因此，體系結構是計算機通信網(wǎng)絡的一種抽象的、層次化的功能模型。分層的協(xié)議體系結構將龐大復雜的協(xié)議分成不同的層次，每一層的功能是不同的，低層功能主要用來為用戶提供通信連接，而高層功能保證數(shù)據(jù)以正確的形式進行互換并有序地處理數(shù)據(jù)。分層結構的基本思想是把整套協(xié)議體系分成一些小塊（層），2.1.2協(xié)議分層如同結構化程序設計中的子程序模塊。下一層對其上一層提供服務，每一層本身的功能與下層提供的服務疊加到一起，從而使最高層能為用戶提供一組完整的服務，以便實現(xiàn)通信或分布應用。分層的基本原則是定義每一層向上一層提供的服務，以保證每層的功能相互獨立，但不規(guī)定如何完成這些服務，這樣就允許每一層能改變其實現(xiàn)所規(guī)定的服務的方法，但要求提供的服務不變，而且不影響其他層次。圖2-1所示的例子用來說明層次結構的網(wǎng)絡通信原理。這里，甲乙公司都可以看作是網(wǎng)絡結點，而經(jīng)理、助手和秘書是一個個的通信實體。處于不同結點的相同層次的實體叫做對等實體。而協(xié)議實際上是對等實體之間的通信規(guī)則的約定。圖2-1協(xié)議層次實例計算機網(wǎng)絡中的協(xié)議采用層次結構，有以下好處：（1）各層之間相互獨立。高層并不需要知道低層是如何實現(xiàn)的，而僅需要知道該層通過層間接口所提供的服務。（2）靈活性好。當任何一層發(fā)生變化時，只要接口保持不變，則這層以上或以下各層均不受影響。當某層提供的服務不再需要時，甚至可將這層取消。（3）各層都可以采用最合適的技術來實現(xiàn)，各層實現(xiàn)技術的改變不影響其他層。（4）易于實現(xiàn)和維護。因為整個的系統(tǒng)已被分解為若干個易于處理的部分，這種結構使得一個龐大而又復雜系統(tǒng)的實現(xiàn)和維護變得容易控制。（5）有利于促進標準化。這主要是因為每層的功能與所提供的服務已有精確的說明。圖2-2層次、協(xié)議、接口與服務等概念2.1.3其他相關概念1.系統(tǒng)和實體（SystemandEntity）系統(tǒng)是網(wǎng)絡中有自治能力的計算機或交換設備，從拓撲學的角度，往往也把它叫做網(wǎng)絡結點或簡稱結點。實體是指每個層次中能夠發(fā)送和接收信息的任何東西。實體包括軟件實體（如進程）和硬件實體（如智能I/O芯片）。位于不同系統(tǒng)的同一層次的實體叫做對等實體。協(xié)議就是計算機網(wǎng)絡中對等實體之間有關通信規(guī)則約定的集合。2.協(xié)議棧（ProtocolStack）協(xié)議是關于同一層次的對等實體之間的概念，而協(xié)議棧是指特定系統(tǒng)中所有層次的協(xié)議的列表。3.網(wǎng)絡體系結構（NetworkArchitecture）網(wǎng)絡體系結構是指層次結構與協(xié)議的集合。前面已經(jīng)介紹了協(xié)議和層次的概念，網(wǎng)絡體系結構就是把它們組織在一起的有機的整體。由于有了網(wǎng)絡體系結構的規(guī)范，網(wǎng)絡開發(fā)人員就可以根據(jù)協(xié)議設計每一層的軟件程序或是硬件設備。需要指出的是，網(wǎng)絡體系結構并不包括實現(xiàn)細節(jié)和接口規(guī)范。4.接口和服務（InterfaceandService）接口是相鄰兩層之間的邊界，底層通過接口為上層提供服務。服務的使用者和提供者通過服務訪問點直接聯(lián)系。所謂服務訪問點SAP（ServiceAccessPoint)是指相鄰兩層實體之間通過接口調(diào)用服務或提供服務的聯(lián)系點。5.面向連接的服務和無連接的服務服務分為面向連接的服務和無連接的服務。面向連接的服務就像打電話，有一個明顯的撥通電話、講話、再掛斷電話的過程，面向連接服務的提供者也要做建立連接、維護連接和拆除連接的工作，這種服務的最大好處就是可靠性高，而且保證數(shù)據(jù)順序傳輸；無連接的服務就像發(fā)電報，電報發(fā)出后你并不能馬上確認對方已經(jīng)收到，無連接的服務不需要維持連接的額外開銷，但是可靠性較低，也不保證數(shù)據(jù)的傳輸順序。6.服務原語服務通常是由一系列的服務原語來描述的。所謂原語，就是不可再細分的意思。在接口的服務訪問點上，服務使用者看到的只是幾個簡單的原語，關于原語是如何實現(xiàn)的，完全是服務提供者自己層次內(nèi)部的事情，在接口上完全不必考慮。常用原語的例子如下?！鹫埱螅≧equest）：表示某實體希望開始調(diào)用服務做事?！鹬甘荆↖ndication）：表示某實體被通知有事件發(fā)生?！痦憫≧esponse）：表示某實體對事件做出響應?！鸫_認（Confirm）：表示對發(fā)回響應的確認。網(wǎng)絡參考模型是為了規(guī)范和設計網(wǎng)絡體系結構提出的抽象模型，具有代表性的參考模型有兩個：OSI參考模型與TCP/IP參考模型。2.2OSI參考模型迄今為止，計算機網(wǎng)絡協(xié)議經(jīng)過了20世紀70年代的各公司為主的計算機網(wǎng)絡體系結構并存，80年代ISO提出的OSI參考模型，以及90年代的以Internet體系結構為主潮流的幾個發(fā)展階段。按照各公司提出的不同網(wǎng)絡體系結構生產(chǎn)的網(wǎng)絡設備之間無法相互通信和互換使用。為了在更大范圍內(nèi)共享資源和通信，人們迫切需要一個共同的可以參照的標準。在這種情況下，ISO提出了OSI參考模型，它最大的特點是開放性，定義了網(wǎng)絡互聯(lián)的基本參考模型。不同廠家的網(wǎng)絡產(chǎn)品，只要遵照這個參考模型，就可以實現(xiàn)互聯(lián)、互操作和可移植。2.2.1OSI參考模型概述OSI參考模型定義了開放系統(tǒng)的層次結構和各層所提供的服務。OSI參考模型清晰地分開了服務、接口和協(xié)議這三個容易混淆的概念：服務描述了每一層的功能，接口定義了某層提供的服務如何被高層訪問，而協(xié)議是每一層功能的實現(xiàn)方法。通過區(qū)分這些抽象概念，OSI參考模型將功能定義與實現(xiàn)細節(jié)分開了，概括性高，使它具有普遍的適應能力。OSI參考模型本身并不是網(wǎng)絡體系結構。按照定義，網(wǎng)絡體系結構是網(wǎng)絡層次結構和相關協(xié)議的集合，通過下面對OSI參考模型各層的介紹，不難發(fā)現(xiàn)，它并沒有精確定義各層的協(xié)議，沒有討論編程語言、操作系統(tǒng)、應用程序和用戶界面，只是描述了每一層的功能。但這并不妨礙ISO組織制定各層的標準，只不過這些標準不屬于OSI參考模型本身。OSI參考模型是具有七個層次的框架，如圖2-3所示，自底向上的七個層次分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。該模型有下面幾個特點：○每個層次的對應實體之間都通過各自的協(xié)議通信;○各個計算機系統(tǒng)都有相同的層次結構;○不同系統(tǒng)的相應層次有相同的功能;○同一系統(tǒng)的各層次之間通過接口聯(lián)系;○相鄰的兩層之間，下層為上層提供服務，同時上層使用下層提供的服務。圖2-3OSI參考模型示意圖圖中的點線框部分是通信子網(wǎng)，它和網(wǎng)絡硬件的關系密切，而且通信手段是一個傳一個的連接方式；而從傳輸層開始向上，不再設計通信子網(wǎng)的細節(jié)，只考慮最終通信者之間的端到端的通信問題。物理層（PhysicalLayer）是OSI的最低層，是整個開放系統(tǒng)的基礎。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、維持和釋放數(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，是OSI參考模型的最底層，起著數(shù)據(jù)鏈路層到物理傳輸介質(zhì)之間的邏輯接口的作用。物理層向數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務包括“物理連接服務”、“物理服務數(shù)據(jù)單元服務”和“順序化服務”等。2.2.2物理層物理層協(xié)議被設計來控制傳輸媒介，規(guī)定傳輸媒介本身及與其相連接接口的機械、電氣、功能和過程特性，以提供傳輸媒介對計算機系統(tǒng)的獨立性。傳輸媒介可以是雙絞線、同軸電纜、光纖、通信衛(wèi)星和微波等，它們并不包括在OSI的七層之內(nèi)，其位置處在物理層的下面。這些接口和傳輸媒介必須保證發(fā)送和接收信號的一致性。機械特性指網(wǎng)絡接口形狀等。電氣特性包括信號電壓、持續(xù)時間等。功能特性描述物理設備的功能。過程特性指事件發(fā)生的合法順序數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）的主要功能是在物理層提供的比特服務基礎上，在相鄰結點之間提供簡單的通信鏈路，傳輸以幀為單位的數(shù)據(jù)，同時它還負責數(shù)據(jù)鏈路的流量控制、差錯控制。在物理媒體上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)難免受到各種不可靠因素的影響而產(chǎn)生差錯，數(shù)據(jù)鏈路層的功能是加強物理層原始比特流的傳輸功能，建立、維持和釋放網(wǎng)絡實體之間的數(shù)據(jù)鏈路連接，使之對網(wǎng)絡層呈現(xiàn)為一條無差錯通路。數(shù)據(jù)鏈路層的基本任務就是數(shù)據(jù)鏈路的激活、保持和去活，以及對數(shù)據(jù)的檢錯與糾錯。2.2.3數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層中對應的傳輸單元是幀，將數(shù)據(jù)封裝在不同的幀中發(fā)送，并處理接收端送回的確認幀。協(xié)議不同，幀的長短和分界也有差別，但無論如何必須對幀進行定界。因此，該層通過在幀的開頭和結尾附加上特殊的二進制編碼來產(chǎn)生和識別幀界。相鄰結點之間的數(shù)據(jù)交換應保證幀同步和各幀的順序傳送，對損壞、丟失和重復的幀應能進行處理，這種處理過程對網(wǎng)絡層是透明的。差錯檢測可以采用奇偶校驗碼和循環(huán)冗余碼來檢測信道上數(shù)據(jù)的誤碼，而幀丟失或重復則用序號檢測。發(fā)生錯誤后的修復?？糠答佒匕l(fā)機制來完成。另外，數(shù)據(jù)鏈路層必須保證相鄰結點之間發(fā)送和接收速度的匹配，因此，該層協(xié)議還完成流量控制工作。數(shù)據(jù)鏈路層將本質(zhì)上不可靠的傳輸媒介變成可靠的傳輸通路提供給網(wǎng)絡層。在IEEE802.3標準中，數(shù)據(jù)鏈路層分成了兩個子層，一個是邏輯鏈路控制（LogicalLinkControl,LLC），另一個是介質(zhì)接入控制（MediumAccessControl,MAC）。獨立的數(shù)據(jù)鏈路層產(chǎn)品中最常見的是網(wǎng)卡，網(wǎng)橋也是鏈路層上的網(wǎng)絡互聯(lián)產(chǎn)品。Modem的某些功能有些人認為屬于鏈路層，對此還有爭議。網(wǎng)絡層（NetworkLayer）完成對通信子網(wǎng)的運行控制。它通過網(wǎng)絡連接交換傳輸層實體發(fā)出的數(shù)據(jù)，使得高層的設計考慮不依賴于數(shù)據(jù)傳送技術和中繼或路由，同時也使數(shù)據(jù)傳送和高層隔離。網(wǎng)絡層提供交換和路由功能，以激活、保持和終止網(wǎng)絡層連接。為了在一條數(shù)據(jù)鏈路上復用多條網(wǎng)絡連接，大多采取異步復用技術，包括邏輯信道和虛電路。網(wǎng)絡層把高層發(fā)來的數(shù)據(jù)組織成分組在通信子網(wǎng)的結點之間交換傳送，交換過程中要解決的關鍵問題是選擇路徑。路徑既可以是固定不變的（通過靜態(tài)路由表實現(xiàn)），也可以是根據(jù)網(wǎng)絡的負載情況動態(tài)變化的。在廣播式網(wǎng)絡中，例如以太網(wǎng)，2.2.4網(wǎng)絡層由于不存在路由選擇問題，因此其網(wǎng)絡層功能較弱。在選擇路由時要考慮解決的問題是流量控制，防止網(wǎng)絡中出現(xiàn)局部的擁擠或全面的阻塞。此外，網(wǎng)絡層還應有統(tǒng)計功能，以便根據(jù)通信過程中交換的分組數(shù)（或字符數(shù)、比特數(shù)等）收費。網(wǎng)絡層具備服務選擇功能，該層協(xié)議分別向高層提供面向連接方式和無連接方式網(wǎng)絡服務。當傳送的分組需要跨越一個網(wǎng)絡的邊界時，網(wǎng)絡層應該對不同網(wǎng)絡中分組的長度、尋址方式以及通信協(xié)議進行轉(zhuǎn)換，使得異種網(wǎng)絡能夠互聯(lián)。在具有開放特性的網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)終端設備，都要配置網(wǎng)絡層的功能。網(wǎng)絡層的設備主要有路由器和網(wǎng)關。傳輸層（TransportLayer）的任務是向用戶提供可靠的、透明的端到端的數(shù)據(jù)傳輸，以及差錯控制和流量控制機制。由于它的存在，網(wǎng)絡硬件技術的任何變化對高層都是不可見的，也就是說會話層、表示層、應用層的設計不必考慮底層硬件細節(jié)，因此傳輸層的作用十分重要。傳輸層是OSI協(xié)議體系結構中很關鍵的一層，也是第一個事實上的端到端層次。因為它是源端到目的端對數(shù)據(jù)傳送進行控制從低到高的最后一層，并把實際使用的通信子網(wǎng)與高層應用分開，提供源端和目的端之間的可靠無誤且經(jīng)濟有效的數(shù)據(jù)傳輸。2.2.5傳輸層傳輸層提供端到端的控制以及應用程序所要求的服務質(zhì)量(QoS)的信息互換。當網(wǎng)絡層服務質(zhì)量不能滿足要求時，它將服務加以提高，以滿足高層的要求；當網(wǎng)絡層服務質(zhì)量較好時，它只承擔很少的任務。世界上各種通信子網(wǎng)在性能上存在著很大差異。對于高層（會話層）來說，卻要求有一性能恒定的界面。傳輸層就承擔了這一功能，它在低層服務的基礎上提供一種通用的傳輸服務，會話實體利用這種透明的數(shù)據(jù)傳輸服務而不必考慮低層通信網(wǎng)絡的工作細節(jié)。傳輸層還可進行復用，即在一個網(wǎng)絡連接上創(chuàng)建多個邏輯連接。采用分流/合流、復用/解復用技術優(yōu)化網(wǎng)絡的傳輸性能。當會話實體要求建立一條傳輸連接時，傳輸層就為其建一個對應的網(wǎng)絡連接。如果要求較高的吞吐量，傳輸層可能為其建立多個網(wǎng)絡連接（分流）。如果要求的傳輸速率不很高，單獨創(chuàng)建和維持一個網(wǎng)絡連接不合算，則傳輸層就可考慮把幾個傳輸連接多路復用到一個網(wǎng)絡連接上。這樣的多路復用和分流對傳輸層以上是透明的。傳輸層的服務可能是提供一條無差錯按順序的端到端連接，也可能是提供不保證順序的獨立報文傳輸，或多目標廣播與組播。這些服務可由會話實體根據(jù)具體情況選用。傳輸連接在其兩端進行流量控制，以免高速主機發(fā)送的信息流淹沒低速主機。傳輸協(xié)議是真正的源端到目的端的協(xié)議，傳輸層以下的功能層協(xié)議都是通信子網(wǎng)中的協(xié)議。會話層（SessionLayer）提供兩個互相通信的應用進程之間的會話機制，即建立、組織和協(xié)調(diào)雙方的交互（Interaction），并使會話獲得同步。會話層、表示層、應用層構成開放系統(tǒng)的高三層，對應用進程提供分布處理、會話管理、信息表示、修復最后的差錯等。會話層擔負應用進程的服務要求，彌補傳輸層不能完成的剩余部分工作。該層的主要功能是對話管理、數(shù)據(jù)流同步和重新同步。會話層服務之一是管理對話，除單程（只有一方）對話以外，還可以允許雙程同時對話或雙程交替對話。若屬于后者，會話層將記錄此時該輪到哪一方了。2.2.6會話層另一類會話服務是控制兩個表示層實體間的數(shù)據(jù)交換過程，例如分界、同步等。會話層提供一種同步點（也稱作校驗點）機制，可使通信會話在通信失效時從同步點繼續(xù)恢復通信。此外，會話層還提供了隔離功能，即會話用戶可以要求在數(shù)據(jù)積累到一定數(shù)量之前，不把數(shù)據(jù)傳送到目的地，在某一點以前或一個合法的進程之后所到達的數(shù)據(jù)都是無意義的。表示層（PresentationLayer）的作用之一是為異種主機通信提供一種公共語言，以便能進行互操作。這種類型的服務之所以需要，是因為不同的計算機系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)表示法不同。在這種情況下，便需要表示層來完成這種轉(zhuǎn)換。對于用戶數(shù)據(jù)來說，可以從兩個側面來分析，一個是數(shù)據(jù)含義,稱為語義;另一個是數(shù)據(jù)的表示形式，稱做語法。表示層中定義了一種抽象語法（ASN.1）及其編碼規(guī)則，包括三類15種功能單位，其中表示上下文（PresentationContext）管理功能單位就是允許用戶選擇語法和轉(zhuǎn)換，用來溝通用戶間的數(shù)據(jù)編碼規(guī)則，以便雙方有一致的數(shù)據(jù)形式，能夠互認。2.2.7表示層表示層協(xié)議的主要功能有：①為用戶提供執(zhí)行會話層服務的手段,②提供描述數(shù)據(jù)結構的方法,③管理當前所需的數(shù)據(jù)結構集,④完成數(shù)據(jù)的內(nèi)部格式與外部格式間的轉(zhuǎn)換。另外，為了提高通信效率（壓縮/解壓）、增強安全性（加密/解密）等數(shù)據(jù)語法轉(zhuǎn)換也是表示層的工作。應用層（ApplicationLayer）是開放系統(tǒng)體系結構的最高層，這一層的協(xié)議直接為應用進程提供服務。應用層管理開放系統(tǒng)的互聯(lián)，包括系統(tǒng)的啟動、維持和終止，并保持應用進程間建立連接所需的數(shù)據(jù)記錄，其他層都是為支持這一層的功能而存在的。一個應用是由一些合作的應用進程組成的，這些應用進程根據(jù)應用層協(xié)議相互通信。應用進程是數(shù)據(jù)交換的最終的源和宿，在OSI參考模型中不作為應用層的實體。應用層的作用是在實現(xiàn)多個系統(tǒng)應用進程相互通信的同時，完成一系列業(yè)務處理所需的服務。這些服務按其向應用程序提供的特性分成組，稱為服務元素。2.2.8應用層有些服務元素可由多種應用程序共同使用，稱為公用服務元素（CASE），有些則為特定的一種應用程序使用，稱為專用服務元素（SASE）。CASE提供最基本的服務，它成為應用層中任何用戶和任何服務元素的服務提供者，主要為應用進程通信、分布系統(tǒng)實現(xiàn)提供基本的控制機制。SASE則要滿足一些特定服務，如文件傳送、訪問管理、銀行事務、訂單輸入、電子郵件等。這些服務的提供將涉及到虛擬終端、文件傳送及訪問管理、遠程數(shù)據(jù)庫訪問、圖形系統(tǒng)、目錄管理等協(xié)議?？偠灾?，OSI參考模型的低三層屬于通信子網(wǎng)，涉及為用戶間提供透明連接，操作主要以每條鏈路（hop-by-hop）為基礎，在結點間的各條數(shù)據(jù)鏈路上進行通信。由網(wǎng)絡層來控制各條鏈路上的通信，但要依賴于其他結點的協(xié)調(diào)操作。高三層屬于資源子網(wǎng)，主要涉及保證信息以正確可理解的形式傳送。傳輸層是高三層和低三層之間的接口，它是第一個端到端的層次，保證透明的端到端連接，滿足用戶的服務質(zhì)量（QoS）要求，并向高三層提供合適的信息形式。國際標準化組織除了定義OSI參考模型之外，還開發(fā)了或正在開發(fā)著實現(xiàn)七個功能層次的各種協(xié)議和服務標準，這些協(xié)議和服務統(tǒng)稱為“OSI協(xié)議”。OSI協(xié)議是一些已有的協(xié)議和ISO自己開發(fā)的協(xié)議的混合體。許多OSI協(xié)議還停留在討論和開發(fā)階段。雖然OSI協(xié)議還沒有完全實現(xiàn)，但是OSI參考模型已得到了廣泛的支持。和其他的協(xié)議一樣，OSI協(xié)議是實現(xiàn)某些功能的過程的描述和說明，每一個OSI協(xié)議都詳細地規(guī)定了特定層次的功能特性。圖2-4OSI參考模型中的數(shù)據(jù)傳輸2.2.9OSI參考模型中的數(shù)據(jù)傳輸在發(fā)送結點自上而下逐層增加頭（尾）信息，而在目的結點又自下而上逐層去掉頭（尾）信息的過程叫做封裝（Encapsulation），封裝是在網(wǎng)絡中很常用的手段。協(xié)議數(shù)據(jù)單元主要用于描述同一層次中的對等實體之間的虛連接，如圖2-4中的橫向帶箭頭虛線所示?？v向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)用接口數(shù)據(jù)單元（IDU）表示。接口數(shù)據(jù)單元指相鄰層次之間通過接口傳遞的數(shù)據(jù)。它分為兩部分，即接口控制信息和服務數(shù)據(jù)單元。其中，接口控制信息只在接口局部有效，不會隨數(shù)據(jù)一起傳遞下去；而服務數(shù)據(jù)單元是真正提供服務的有效數(shù)據(jù)，它的內(nèi)容基本上與協(xié)議數(shù)據(jù)單元一致。用簡單的公式表示就是：接口數(shù)據(jù)單元=控制信息+服務數(shù)據(jù)單元將控制信息、服務數(shù)據(jù)單元與C語言里面的局部變量和全程變量作一類比。接口數(shù)據(jù)單元的控制信息就好比局部變量，只在特定的某兩層接口有效，如二、三層接口的控制信息與三、四層接口的控制信息完全不同；服務數(shù)據(jù)單元就好比全程變量，從應用層到物理層一直傳遞下去，而且每層都要加一些自己的內(nèi)容進去。服務數(shù)據(jù)單元是用于層與層接口的概念，而協(xié)議數(shù)據(jù)單元用于描述同一層次對等實體之間交換的數(shù)據(jù)，是一個邏輯上的概念。實際上，第n層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元要作為n層與n-1層接口的服務數(shù)據(jù)單元傳遞給n-1層。TCP/IP最早起源于1969年美國國防部（DepartmentofDefense,DoD）贊助研究的網(wǎng)絡ARPANET——世界上第一個采用分組交換技術的計算機通信網(wǎng)。逐漸地，ARPANET通過租用電話線連接了數(shù)百所大學和政府部門，它也是現(xiàn)今Internet的前身。1982年開發(fā)了一簇新的協(xié)議，其中最主要的就是TCP和IP，IP協(xié)議用來給各種不同的通信子網(wǎng)或局域網(wǎng)提供一個統(tǒng)一的互聯(lián)平臺，TCP協(xié)議則用來為應用程序提供端到端的通信和控制功能。這個體系結構被稱為TCP/IP協(xié)議模型。2.3TCP/IP參考模型網(wǎng)絡必須實現(xiàn)的另一個主要目標是網(wǎng)絡不受子網(wǎng)硬件損壞的影響，已經(jīng)建立的會話不會被取消。而且，整個體系結構必須相當靈活，因為人們已經(jīng)看到了各種各樣從文件傳輸?shù)綄崟r聲音、圖像傳輸?shù)囊?。ARPANET發(fā)展成為Internet網(wǎng)絡后，不斷完善TCP/IP協(xié)議模型，使得TCP/IP成為Internet網(wǎng)絡體系結構的核心。迄今為止，幾乎所有工作站和運行UNIX的計算機都采用TCP/IP，并將TCP/IP融于UNIX操作系統(tǒng)結構之中，成為其中一部分。在微機及大型機上也支持相應的TCP/IP協(xié)議及網(wǎng)關軟件，從而使眾多異種主機互聯(lián)成為可能。TCP/IP也就成為最成功的網(wǎng)絡體系結構和協(xié)議規(guī)程。從字面上看，TCP/IP包括兩個協(xié)議：傳輸控制協(xié)議(TransmissionControlProtocol,TCP)和網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議(InternetProtocol,IP)，兩者都是非基于任何特定硬件平臺的網(wǎng)絡協(xié)議，既可用于局域網(wǎng)(LAN)，又可用于廣域網(wǎng)(WAN)。但TCP/IP實際上是一簇協(xié)議，它包括上百個具有不同功能且互為關聯(lián)的協(xié)議，而TCP和IP是保證數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)膬蓚€基本的重要協(xié)議。TCP/IP協(xié)議模型從更實用的角度出發(fā)，形成了具有高效率的四層體系結構，即主機-網(wǎng)絡層（也稱網(wǎng)絡接口層）、網(wǎng)絡互聯(lián)層（IP層）、傳輸層（TCP層）和應用層。網(wǎng)絡互聯(lián)層和OSI的網(wǎng)絡層在功能上非常相似，圖2-5表示了TCP/IP模型和OSI參考模型的對應關系。圖2-5TCP/IP模型與OSI參考模型對照圖如圖2-6所示，TCP/IP模型包含了一簇網(wǎng)絡協(xié)議，TCP和IP是其中最重要的兩個協(xié)議。它們雖然都不是OSI的標準協(xié)議，但已經(jīng)被公認為事實上的標準，它也是今天使用的因特網(wǎng)的標準協(xié)議。圖2-6TCP/IP模型中的協(xié)議與網(wǎng)絡1.主機-網(wǎng)絡層TCP/IP模型中的主機-網(wǎng)絡層與OSI參考模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及網(wǎng)絡層的一部分相對應。該層中所使用的協(xié)議大多是各通信子網(wǎng)固有的協(xié)議，例如以太網(wǎng)802.3協(xié)議、令牌環(huán)網(wǎng)802.5協(xié)議或分組交換網(wǎng)X.25協(xié)議等。主機-網(wǎng)絡層的作用是傳輸經(jīng)網(wǎng)絡互聯(lián)層處理過的信息，并提供一個主機與實際網(wǎng)絡的接口，而具體的接口關系則可以由實際網(wǎng)絡的類型所決定。2.網(wǎng)絡互聯(lián)層（IP層）網(wǎng)絡互聯(lián)層是TCP/IP模型的關鍵部分。它的功能是使主機可以把分組發(fā)往任何網(wǎng)絡，并使各分組獨立地傳向目的地（中途可能經(jīng)由不同的網(wǎng)絡），這稱為數(shù)據(jù)報（Datagram）方式的信息傳送。這些分組到達的順序和發(fā)送的順序可能不同，因此當需要按順序發(fā)送和接收時，高層必須對分組排序。分組路由和擁塞控制是IP層的主要設計問題，所以其功能與OSI網(wǎng)絡層功能很近似。網(wǎng)絡互聯(lián)層所使用的協(xié)議是IP協(xié)議。它把傳輸層送來的消息組裝成IP數(shù)據(jù)報文，并把IP數(shù)據(jù)報文傳遞給主機-網(wǎng)絡層。IP協(xié)議提供統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)報格式，以消除各通信子網(wǎng)的差異，從而為信息發(fā)送方和接收方提供透明的傳輸通道。IP協(xié)議可以使用廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)技術，以及高速網(wǎng)和低速網(wǎng)、無線網(wǎng)和有線網(wǎng)、光纖網(wǎng)等幾乎所有類型的計算機通信技術。網(wǎng)絡互聯(lián)層的主要任務是為IP數(shù)據(jù)報分配一個全網(wǎng)惟一的傳送地址（稱為IP地址），實現(xiàn)IP地址的識別與管理；發(fā)送或接收時，使IP數(shù)據(jù)報的長度與通信子網(wǎng)所允許的數(shù)據(jù)報長度相匹配。3.傳輸層傳輸層為應用程序提供端到端通信功能，和OSI參考模型中的傳輸層相似。該層協(xié)議處理網(wǎng)絡互聯(lián)層沒有處理的通信問題，保證通信連接的可靠性，能夠自動適應網(wǎng)絡的各種變化。傳輸層主要有兩個協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）。TCP協(xié)議是面向連接的，以建立高可靠性的消息傳輸連接為目的，它負責把輸入的用戶數(shù)據(jù)（字節(jié)流）按一定的格式和長度組成多個數(shù)據(jù)報進行發(fā)送，并在接收到數(shù)據(jù)報之后按分解順序重新組裝和恢復用戶數(shù)據(jù)。TCP協(xié)議與任何特定網(wǎng)絡的特征相獨立，對分組沒有太多的限制，但一般TCP的實現(xiàn)均以網(wǎng)絡中可承載的適當大小作為數(shù)據(jù)單元（稱為TCP段）的長度，最大長度為65kB，很大的分組將在IP層進行分割后傳送。為了完成可靠的數(shù)據(jù)傳輸任務，TCP協(xié)議具有數(shù)據(jù)報的順序控制、差錯檢測、校驗以及重發(fā)控制等功能。TCP還要處理流量控制，以避免快速的發(fā)送方“淹沒”低速的接收方而使接收方無法處理。UDP是不可靠的、無連接的協(xié)議，主要用于不需要TCP的排序和流量控制,而是自己完成這些功能的應用程序。它被廣泛地應用于端主機和網(wǎng)關以及Internet網(wǎng)絡管理中心等的消息通信，以達到控制管理網(wǎng)絡運行的目的，或者應用于快速遞送比準確遞送更重要的應用程序，例如傳輸語音或視頻圖像。4.應用層位于傳輸層之上的應用層包含所有的高層協(xié)議，為用戶提供所需要的各種服務。這里值得指出，TCP/IP模型中的應用層與OSI參考模型中的應用層有較大的差別，它不僅包括了會話層及上面三層的所有功能，而且還包括了應用進程本身。因此，TCP/IP模型的簡潔性和實用性就體現(xiàn)在它不僅把網(wǎng)絡層以下的部分留給了實際網(wǎng)絡，而且將高層部分和應用進程結合在一起，形成了統(tǒng)一的應用層。到目前為止，互聯(lián)網(wǎng)絡上的應用層協(xié)議有下面幾種：○電子郵件協(xié)議（SMTP），負責互聯(lián)網(wǎng)中電子郵件的傳遞。○超文本傳輸協(xié)議（HTTP），提供WWW服務?！鹁W(wǎng)絡終端協(xié)議（TELNET），實現(xiàn)遠程登錄功能。○文件傳輸協(xié)議（FTP），用于交互式文件傳輸?！鹁W(wǎng)絡新聞傳輸協(xié)議（NNTP），為用戶提供新聞訂閱功能。○域名系統(tǒng)（DNS），負責機器名字到IP地址的轉(zhuǎn)換?！鸷唵尉W(wǎng)絡管理協(xié)議（SNMP），負責網(wǎng)絡管理?！鹇酚尚畔f(xié)議（RIP/OSPF），負責路由信息的交換。另外，還有許多協(xié)議是最終用戶不需直接了解但又必不可少的，如DNS、SNMP、RIP/OSPF等。隨著計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，還不斷有新協(xié)議加入。1.OSI參考模型與TCP/IP參考模型的對照關系如圖2-5所示，OSI參考模型與TCP/IP參考模型都采用了層次結構，但OSI采用的是七層模型，而TCP/IP是四層結構（實際上是三層結構）。TCP/IP參考模型的網(wǎng)絡接口層實際上并沒有真正的定義，只是一些概念性的描述。而OSI參考模型不僅分了兩層，而且每一層的功能都很詳盡，甚至在數(shù)據(jù)鏈路層又分出一個介質(zhì)訪問子層，專門解決局域網(wǎng)的共享介質(zhì)問題。TCP/IP的互聯(lián)層相當于OSI參考模型網(wǎng)絡層中的無連接網(wǎng)絡服務。2.4OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較OSI參考模型與TCP/IP參考模型的傳輸層功能基本類似，都是負責為用戶提供真正的端到端的通信服務，也對高層屏蔽了底層網(wǎng)絡的實現(xiàn)細節(jié)。所不同的是TCP/IP參考模型的傳輸層是建立在互聯(lián)層基礎之上的，而互聯(lián)層只提供無連接的服務，所以面向連接的功能完全在TCP協(xié)議中實現(xiàn)，當然TCP/IP的傳輸層還提供無連接的服務，如UDP（UserDatagramProtocol）；而OSI參考模型的傳輸層是建立在網(wǎng)絡層基礎之上的，網(wǎng)絡層既提供面向連接的服務，又提供無連接服務，但傳輸層只提供面向連接的服務。在TCP/IP參考模型中沒有會話層和表示層。事實證明，這兩層的功能確實很少用到。2.OSI參考模型與TCP/IP參考模型的優(yōu)缺點比較OSI參考模型的抽象能力高，適合于描述各種網(wǎng)絡，由于定義模型的時候?qū)δ承┣闆r預計不足，造成了協(xié)議和模型脫節(jié)的情況；TCP/IP參考模型，當然這個模型與TCP/IP的各個協(xié)議吻合得很好，但不適合用于描述其他非TCP/IP網(wǎng)絡。OSI參考模型的概念劃分清晰，它詳細地定義了服務、接口和協(xié)議的關系，優(yōu)點是概念清晰，普遍適應性好；缺點是過于繁雜，實現(xiàn)起來很困難，效率低。TCP/IP在服務、接口和協(xié)議的區(qū)別上不清楚，功能描述和實現(xiàn)細節(jié)混在一起，因此TCP/IP參考模型對采取新技術設計網(wǎng)絡的指導意義不大，這也就使它作為模型的意義遜色很多。TCP/IP的網(wǎng)絡接口層并不是真正的一層，在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的劃分上基本是空白，而這兩個層次的劃分是十分必要的；OSI的缺點是層次過多，事實證明會話層和表示層的劃分意義不大，反而增加了復雜性?？傊琌SI參考模型雖然一直被人們所看好，但由于沒有把握好實際，技術不成熟，實現(xiàn)起來很困難，因而遲遲沒有一個成熟的產(chǎn)品推出，大大影響了它的發(fā)展。TCP/IP雖然有許多不盡人意的地方，但近30年的實踐證明它還是比較成功的，特別是近年來因特網(wǎng)的飛速發(fā)展，也使它獲得了巨大的支持。微軟公司的網(wǎng)絡產(chǎn)品（如Windows98/2000/XP）有四種協(xié)議簇，試圖滿足不同的網(wǎng)絡規(guī)模和需求。各種協(xié)議簇都有各自的優(yōu)點和不足。通常，NetBEUI是為小型的、單個服務器的網(wǎng)絡準備的；NWLink適合于中型規(guī)模網(wǎng)絡或需要訪問NovellNetWare文件服務器的網(wǎng)絡；AppleTalk主要用于實現(xiàn)與Macintosh計算機的互操作；TCP/IP是一個復雜的協(xié)議簇，適用于像Internet那樣跨全球的復雜網(wǎng)絡。微軟公司正致力于將TCP/IP變成一個適合各種網(wǎng)絡的協(xié)議簇。2.5微軟公司使用的網(wǎng)絡協(xié)議1.NetBEUINetBEUI是NetBIOSExtendedUserInterface的縮寫，而NetBIOS是NetworkBasicInput/OutputSystem的縮寫。NetBEUI實現(xiàn)了NetBIOS幀傳輸協(xié)議（NetBIOSFrameTransportProtocol）。該協(xié)議是IBM在20世紀80年代中期開發(fā)的，用來支持OS/2和LANManager的局域網(wǎng)工作組。NetBEUI的傳輸不能跨越網(wǎng)絡，因此限制在只有少量客戶機和服務器的局域網(wǎng)環(huán)境中使用。NetBEUI有如下優(yōu)點：○由于負載很輕，因而在小型網(wǎng)絡上傳輸速度很快；○易于建立和實現(xiàn)；○在很大程度上可以實現(xiàn)自我調(diào)節(jié)。NetBEUI的主要缺點是：○NetBEUI無法在網(wǎng)絡之間選擇路由，因此不適合于大型網(wǎng)絡；○缺少管理或維護工具，遇到錯誤時會很無助；○NetBEUI很少提供跨平臺的支持。微軟公司正試圖用TCP/IP取代NetBEUI。2.NWLinkNWLink是微軟公司對NovellNetWare使用IPX/SPX協(xié)議棧的實現(xiàn)。使用NWLink主要用于Windows2000的客戶機和服務器與NovellNetWare的服務器和客戶機進行交互。NWLink的主要優(yōu)點有：○易于建立和管理；○具有路由選擇能力；○容