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

Senn,InformationTechnology,3rdEdition?2004PearsonPrenticeHall計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介問(wèn)題的提出為了減少計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度，按照結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將其功能劃分為若干個(gè)層次；較高層次建立在較低層次的基礎(chǔ)上，并為其更高層次提供必要的服務(wù)功能；網(wǎng)絡(luò)中的每一層都起到隔離作用，使得低層功能具體實(shí)現(xiàn)方法的變更不會(huì)影響到高一層所執(zhí)行的功能。網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)將一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)分解為若干個(gè)容易處理的子系統(tǒng)，然后“分而治之”以寄信為例，通過(guò)下圖說(shuō)明計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)上的各種計(jì)算機(jī)和設(shè)備之間相互通信、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)交換的整套規(guī)則。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組成：語(yǔ)法、語(yǔ)義、時(shí)序協(xié)議的語(yǔ)法（如何講）問(wèn)題是用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式。（如何通信？）協(xié)議的語(yǔ)義（講什么）問(wèn)題。是需要發(fā)出何種控制信息，以及要完成的動(dòng)作與應(yīng)做出的響應(yīng)。（通信什么？）協(xié)議的時(shí)序（講話次序）問(wèn)題是事件實(shí)現(xiàn)的速度匹配和排序等。（何時(shí)通信？）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)一個(gè)功能完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用了層次性結(jié)構(gòu)；每層都會(huì)包含一個(gè)或多個(gè)協(xié)議。為此，我們將網(wǎng)絡(luò)層次性結(jié)構(gòu)模型與各層次協(xié)議的集合定義為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)一個(gè)功能完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用了層次性結(jié)構(gòu)；每層都會(huì)包含一個(gè)或多個(gè)協(xié)議。為此，我們將網(wǎng)絡(luò)層次性結(jié)構(gòu)模型與各層次協(xié)議的集合定義為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。Senn,InformationTechnology,3rdEdition?2004PearsonPrenticeHall計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)世界上第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由IBM公司提出（74年，SNA-系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

），以后其他公司也相繼提出自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如：Digital公司的DNA-數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，美國(guó)國(guó)防部的TCP/IP等，多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)并存，其結(jié)果是若采用IBM的結(jié)構(gòu)，只能選用IBM的產(chǎn)品，只能與同種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。為了促進(jìn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO于1977年成立了一個(gè)委員會(huì)，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提出了不基于具體機(jī)型、操作系統(tǒng)或公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，稱為開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI參考，opensysteminterconnection）OSI參考模型的基本知識(shí)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）頒布的開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型（OSI/RM——OpenSystemInterconnection），即七層網(wǎng)絡(luò)通信模型?！伴_(kāi)放”：表示任何兩個(gè)遵守OSI標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)可以互連OSI/RM體系結(jié)構(gòu)七層模型從上到下依次為應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。OSI模型OSI/RM體系結(jié)構(gòu)七層模型OSI模型OSI參考模型中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程網(wǎng)絡(luò)中各結(jié)點(diǎn)都有相同的層次不同結(jié)點(diǎn)相同層次具有相同的功能同一結(jié)點(diǎn)相鄰層間通過(guò)接口通信不同結(jié)點(diǎn)的同等層間通過(guò)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)等層間的通信除了最低層的物理層是通過(guò)傳輸介質(zhì)進(jìn)行物理數(shù)據(jù)傳輸外，其他對(duì)等層之間的通信均為邏輯通信。每一層可以使用下層提供的服務(wù)，并向上層提供服務(wù)每一層將上層傳遞過(guò)來(lái)的通信數(shù)據(jù)加上若干控制位后再傳遞給下一層，最終由物理層傳遞到對(duì)方物理層，再逐級(jí)上傳，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)等層之間的邏輯通信。OSI模型OSI模型具體7層數(shù)據(jù)格式功能與連接方式典型設(shè)備應(yīng)用層Application

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與使用者應(yīng)用程序間的一個(gè)接口

表示層Presentation

數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)壓縮

會(huì)話層Session

建立、管理和終止會(huì)話

傳輸層Transport數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)段Segment）用一個(gè)尋址機(jī)制來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)特定的應(yīng)用程序(端口號(hào))

網(wǎng)絡(luò)層Network分割和重新組合數(shù)據(jù)包Packet基于網(wǎng)絡(luò)層地址（IP地址）進(jìn)行不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間的路徑選擇路由器數(shù)據(jù)鏈路層DataLink將比特信息封裝成數(shù)據(jù)幀F(xiàn)rame在物理層上建立、撤銷、標(biāo)識(shí)邏輯鏈接和鏈路復(fù)用以及差錯(cuò)校驗(yàn)等功能。通過(guò)使用接收系統(tǒng)的硬件地址或物理地址來(lái)尋址網(wǎng)橋、交換機(jī)物理層Physical傳輸比特（bit）流建立、維護(hù)和取消物理連接網(wǎng)卡、中繼器和集線器OSI模型各層的功能簡(jiǎn)介能(1)物理層(PhysicalLayer)物理層的作用是通過(guò)傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收二進(jìn)制比特流，實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸。物理層接口協(xié)議實(shí)際上是DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）和DCE（數(shù)據(jù)通信設(shè)備）或其它通信設(shè)備之間的一組約定，主要解決網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)與物理信道如何連接的問(wèn)題。物理層協(xié)議規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)接口的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性O(shè)SI模型物理層的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備(1)中繼器:對(duì)衰減的信號(hào)進(jìn)行再生和放大。(2)集線器（HUB）：信號(hào)再生與放大，也稱為“多端口中繼器”O(jiān)SI模型各層的功能簡(jiǎn)介能(2)數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)該層的主要作用是通過(guò)校驗(yàn)、確認(rèn)和反饋重發(fā)等手段，將不可靠的物理鏈路轉(zhuǎn)換成對(duì)網(wǎng)絡(luò)層來(lái)說(shuō)無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU)稱為數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀中包含物理地址（又稱MAC地址）、控制碼、數(shù)據(jù)及校驗(yàn)碼等信息。功能：（1）數(shù)據(jù)鏈路管理；（2）幀同步；（3）差錯(cuò)控制；（4）流量控制

OSI模型數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備(1)網(wǎng)卡：又稱網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC，NetworkInterfaceCard），是主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的接口部件。功能：控制數(shù)據(jù)傳送；具備串-并轉(zhuǎn)換功能；緩存功能網(wǎng)卡的MAC地址（12位十六進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)地址（48位），通過(guò)命令I(lǐng)pconfig/all可得到(2)網(wǎng)橋（Bridge）什么是沖突域：能夠發(fā)生沖突的網(wǎng)絡(luò)就稱為沖突域。使用網(wǎng)橋增加了小的沖突域，而降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的沖突域。功能：過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)；學(xué)習(xí)功能OSI模型數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備(1)網(wǎng)卡：又稱網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC，NetworkInterfaceCard），是主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的接口部件。功能：控制數(shù)據(jù)傳送；具備串-并轉(zhuǎn)換功能；緩存功能網(wǎng)卡的MAC地址（12位十六進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)地址（48位），通過(guò)命令I(lǐng)pconfig/all可得到(2)網(wǎng)橋（Bridge）什么是沖突域：能夠發(fā)生沖突的網(wǎng)絡(luò)就稱為沖突域。使用網(wǎng)橋增加了小的沖突域，而降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的沖突域。功能：過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)；學(xué)習(xí)功能OSI模型數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備(3)交換機(jī)交換機(jī)也叫交換式集線器，是一個(gè)由許多高速端口組成的設(shè)備。交換機(jī)與HUB區(qū)別在于：交換機(jī)基于MAC地址向特定端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，而HUB是向所有端口廣播發(fā)送數(shù)據(jù)幀；前者是獨(dú)享帶寬，后者是共享帶寬。例如，有一臺(tái)100Mbps的HUB，連接了N臺(tái)主機(jī)，則N臺(tái)主機(jī)共享100Mbps帶寬，每臺(tái)主機(jī)所分配到的帶寬只有100Mbps/N；而對(duì)于一臺(tái)100Mbps的交換機(jī)，每個(gè)端口的帶寬均為100Mbps，即每臺(tái)連接的主機(jī)均可獲得100Mbps帶寬。OSI模型各層的功能簡(jiǎn)介能(3)網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)該層的主要作用是解決如何使數(shù)據(jù)包通過(guò)各結(jié)點(diǎn)傳送的問(wèn)題，即通過(guò)路徑選擇算法（路由）將數(shù)據(jù)包送到目的地網(wǎng)絡(luò)層是為傳輸層提供服務(wù)的，傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為數(shù)據(jù)包或分組。功能：為傳輸層提供服務(wù)組包和拆包路由選擇流量控制OSI模型網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備(1)路由器（Router）：根據(jù)數(shù)據(jù)包中的邏輯地址（網(wǎng)絡(luò)地址）而不是MAC地址來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。OSI模型網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備(2)第三層交換機(jī)：隨著技術(shù)的發(fā)展，有些交換機(jī)也具備了路由的功能。這些具有路由功能的交換機(jī)要在網(wǎng)絡(luò)層對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行操作，因此被稱為第三層交換機(jī)。OSI模型各層的功能簡(jiǎn)介能(4)傳輸層(TransportLayer)傳輸層是OSI參考模型的中間層，負(fù)責(zé)端-端的通信，即把信息從網(wǎng)絡(luò)的一端傳輸?shù)搅硪欢恕鬏攲訑?shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菆?bào)文。功能：分割與重組數(shù)據(jù)；按端口號(hào)尋址；連接管理；差錯(cuò)控制和流量控制OSI模型各層的功能簡(jiǎn)介能(4)傳輸層(TransportLayer)傳輸層是OSI參考模型的中間層，負(fù)責(zé)端-端的通信，即把信息從網(wǎng)絡(luò)的一端傳輸?shù)搅硪欢?。傳輸層?shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菆?bào)文。功能：分割與重組數(shù)據(jù)；按端口號(hào)尋址；連接管理；差錯(cuò)控制和流量控制OSI模型各層的功能簡(jiǎn)介能(5)會(huì)話層(SessionLayer)會(huì)話層主要功能是管理和協(xié)調(diào)不同主機(jī)上各種進(jìn)程之間的通信（對(duì)話），即負(fù)責(zé)建立、管理和終止應(yīng)用程序之間的會(huì)話。會(huì)話層得名的原因是它很類似于兩個(gè)實(shí)體間的會(huì)話概念。例如，一個(gè)交互的用戶會(huì)話以登錄到計(jì)算機(jī)開(kāi)始，以注銷結(jié)束。(6)表示層(PresentationLayer)表示層處理流經(jīng)結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)編碼的表示方式問(wèn)題，以保證一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用層發(fā)出的信息可被另一系統(tǒng)的應(yīng)用層讀出。如果必要，該層可提供一種標(biāo)準(zhǔn)表示形式，用于將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的多種數(shù)據(jù)表示格式轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)通信中采用的標(biāo)準(zhǔn)表示形式。數(shù)據(jù)壓縮和加密也是表示層可提供的轉(zhuǎn)換功能之一。(7)應(yīng)用層(ApplicationLayer)應(yīng)用層是OSI參考模型的最高層，是用戶與網(wǎng)絡(luò)的接口。該層通過(guò)應(yīng)用程序來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)用戶的應(yīng)用需求，如文件傳輸、收發(fā)電子郵件等。高層網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備：網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的硬件設(shè)備中繼器repeater對(duì)輸入的失真信號(hào)整形放大，重新產(chǎn)生完整的信號(hào)在繼續(xù)傳送工作于物理層網(wǎng)橋bridge連接多個(gè)網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)接收/存儲(chǔ)/過(guò)濾/轉(zhuǎn)發(fā)路由器router選擇最佳的轉(zhuǎn)發(fā)路徑工作于網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)關(guān)gateway網(wǎng)間協(xié)議變換器，實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)Senn,InformationTechnology,3rdEdition?2004PearsonPrenticeHallBACKTCP/IP參考模型簡(jiǎn)介TCP/IP的名稱中文名稱是“傳輸控制協(xié)議／互連網(wǎng)絡(luò)協(xié)議”。TCP/IP模型是一個(gè)協(xié)議集。制定者ARPA的英文全稱是“AdvancedResearchProjectsAgency”，其中文名稱是“美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局”。Internet網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)以TCP/IP為核心?；赥CP/IP的參考模型將協(xié)議分成四個(gè)層次，它們分別是：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際互連層、傳輸層、和應(yīng)用層。應(yīng)用層TelnetFTPSMTPHTTPDNSSNMPTFTP傳輸層TCPUDPIP網(wǎng)際層ARPRARP網(wǎng)絡(luò)接口層EthernetTokenRingX.25其他協(xié)議TCP/IP四層參考模型應(yīng)用層TelnetFTPSMTPHTTPDNSSNMPTFTP傳輸層TCPUDPIP網(wǎng)際層ARPRARP網(wǎng)絡(luò)接口層EthernetTokenRingX.25其他協(xié)議TCP/IP四層參考模型OSI與TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)比較網(wǎng)絡(luò)接口層：TCP/IP的最低層；網(wǎng)絡(luò)接口層與OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層相對(duì)應(yīng)，它不是TCP/IP協(xié)議的一部分，但它是TCP/IP賴以存在的與各種通信網(wǎng)之間的接口，所以，TCP/IP對(duì)網(wǎng)絡(luò)接口層并沒(méi)有給出具體的規(guī)定。該層可以直接兼容常用的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)協(xié)議。TCP/IP參考模型簡(jiǎn)介網(wǎng)際層：又被稱為互聯(lián)層、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層或網(wǎng)間網(wǎng)絡(luò)層。主要負(fù)責(zé)相鄰結(jié)點(diǎn)之間，數(shù)據(jù)分組的邏輯（IP）地址尋址與路由。IP（InternetProtocol，網(wǎng)際協(xié)議）：為IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行尋址和路由。ICMP（InternetControlMessageProtocol，網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議）：用于處理路由、協(xié)助IP層實(shí)現(xiàn)報(bào)文傳送的控制機(jī)制，并為IP協(xié)議提供差錯(cuò)報(bào)告③ ARP（AddressResolutionProtocol，地址解析協(xié)議）：用于完成主機(jī)的IP（Internet）地址向物理地址的轉(zhuǎn)換。RARP（ReverseAddressResolutionProtocol，逆向地址解析協(xié)議）：用來(lái)完成主機(jī)的物理地址到IP地址的轉(zhuǎn)換或映射功能。TCP/IP參考模型簡(jiǎn)介傳輸層：又稱運(yùn)輸層。提供端到端的可靠或不可靠的通信服務(wù)。端到端的通信服務(wù)通常是指網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)間應(yīng)用程序之間的連接服務(wù)。①TCP（TransmissionControlProtocol）傳輸控制協(xié)議：是一種面向連接的、高可靠性的、提供流量與擁塞控制的傳輸層協(xié)議。②UDP（UserDatagramProtocol）用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議：是一種面向無(wú)連接的、不可靠的、沒(méi)有流量控制的傳輸層層協(xié)議。TCP/IP參考模型簡(jiǎn)介傳輸層兩個(gè)主要協(xié)議TCP（傳輸控制協(xié)議）UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)面向連接的協(xié)議。連接是兩個(gè)對(duì)等實(shí)體為進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而進(jìn)行的一種結(jié)合。面向連接服務(wù)是在數(shù)據(jù)交換之前，必須先建立連接。當(dāng)數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，則應(yīng)終止這個(gè)連接。面向連接服務(wù)具有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放個(gè)階段。在傳送數(shù)據(jù)時(shí)是按序傳送的。傳輸層上與TCP并行的一個(gè)獨(dú)立協(xié)議（無(wú)連接的服務(wù)）。UDP建立在IP協(xié)議上，它除了增加多端口外，幾乎沒(méi)有增加其他新的功能。因此，UDP也是一個(gè)不可靠的無(wú)連接協(xié)議。2.4TCP/IP參考模型TCP/IP參考模型簡(jiǎn)介傳輸層兩個(gè)主要協(xié)議TCP（傳輸控制協(xié)議）UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)面向連接的協(xié)議。連接是兩個(gè)對(duì)等實(shí)體為進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而進(jìn)行的一種結(jié)合。面向連接服務(wù)是在數(shù)據(jù)交換之前，必須先建立連接。當(dāng)數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，則應(yīng)終止這個(gè)連接。面向連接服務(wù)具有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放個(gè)階段。在傳送數(shù)據(jù)時(shí)是按序傳送的。傳輸層上與TCP并行的一個(gè)獨(dú)立協(xié)議（無(wú)連接的服務(wù)）。UDP建立在IP協(xié)議上，它除了增加多端口外，幾乎沒(méi)有增加其他新的功能。因此，UDP也是一個(gè)不可靠的無(wú)連接協(xié)議。2.4TCP/IP參考模型TCP/IP參考模型簡(jiǎn)介TCP或UDP端口號(hào)（port）定義：不同的進(jìn)程用進(jìn)程號(hào)或進(jìn)程標(biāo)識(shí)惟一地標(biāo)識(shí)出來(lái)。進(jìn)程標(biāo)識(shí)符就是“端口號(hào)”，又被稱為“進(jìn)程地址”。端口號(hào)的表示：端口號(hào)的長(zhǎng)度定義為16位二進(jìn)制，其值可以是0~65535之間的任意十進(jìn)制整數(shù)。全局端口號(hào)：又稱“默認(rèn)端口號(hào)”或“公認(rèn)端口號(hào)”，每個(gè)客戶進(jìn)程都知道相應(yīng)服務(wù)器的全局端口號(hào)。默認(rèn)端口號(hào)的值定義在0~1023范圍內(nèi)。端口號(hào)與傳輸層協(xié)議的關(guān)聯(lián)：TCP和UDP有各自獨(dú)立的端口號(hào)，如下表所示。TCP/IP參考模型簡(jiǎn)介TCP端口號(hào)與服務(wù)進(jìn)程端口