第3章計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1分析.ppt

1、2020/8/5,1,第3章 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型 3.3 OSI各層概述 3.4 TCP/IP體系結(jié)構(gòu),2020/8/5,2,第3章 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),本章學習要求： 掌握：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)涉及的基本概念 掌握：層次化體系結(jié)構(gòu)OSI/RM、TCP/IP 掌握： OSI/RM主要層的功能 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層：流量控制協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)層：路由算法 傳輸層：端口 應(yīng)用層：主要協(xié)議,2020/8/5,3,3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),3.1.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義和發(fā)展 網(wǎng)絡(luò)體系：為了完成計算機間的通信合作，把每個計算機互聯(lián)的功能劃分成定義明確的層次，規(guī)定了同層次間通

2、信的協(xié)議及相鄰層之間的接口及服務(wù)。 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)體系中同層進程間通信的協(xié)議和相鄰層接口及服務(wù)的統(tǒng)稱。 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展：,ARPA SNA OSI/RM,2020/8/5,4,3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),3.1.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層原理 層次結(jié)構(gòu)方法要解決的問題： 1.網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有哪些層次？每一層的功能是什么？ （分層與功能） 2.各層之間的關(guān)系是怎樣的？它們?nèi)绾芜M行交互？ （服務(wù)與接口） 3.通信雙方的數(shù)據(jù)傳輸要遵循哪些規(guī)則？ （協(xié)議）,層次結(jié)構(gòu)方法包括三個內(nèi)容：分層及每層功能、服務(wù)與層間接口、協(xié)議。,2020/8/5,5,3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),層次、服務(wù)和接口、協(xié)議的范例,計算機網(wǎng)絡(luò)分層

3、體系結(jié)構(gòu)示意圖,2020/8/5,7,OSI/RM分層結(jié)構(gòu)的一些基本概念 層： 系統(tǒng)的邏輯劃分，代表功能上相對獨立的一個子系統(tǒng) （N）層表示OSI層次結(jié)構(gòu)中的任一層， （N1）層表示指定層次的上鄰層（層用戶：本次服務(wù)使用者） （N1）層表示指定層次的下鄰層（服務(wù)提供者） 對等層： 不同系統(tǒng)的相同層次,3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),2020/8/5,8,3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),實體： 某一層中具有數(shù)據(jù)收發(fā)能力的活動單元，一般指該層的軟件進程和實現(xiàn)該層協(xié)議的硬件單元（比如IE進程或者網(wǎng)卡上具有某種功能的模塊） 對等實體： 位于不同系統(tǒng)的相同層次中的兩個實體（Peer Entity） 協(xié)議作用在對等實體之間,

4、2020/8/5,9,3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),通信協(xié)議： 為了保證數(shù)據(jù)通信雙方能夠正確而自動地進行通信，制定的一套交換雙方必須遵守的規(guī)則、約定與標準。 接口： 相鄰兩層之間交互的界面，定義相鄰兩層之間的操作及下層對上層的服務(wù)。 服務(wù)： 某一層及其以下各層的一種能力，通過接口提供給其相鄰的上層。,2020/8/5,10,3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),計算機網(wǎng)絡(luò)通信方式對等通信 對等通信的實質(zhì)（peer to peer）對等層實體之間虛擬通信 禁止不同主機的對等層之間的直接通信。 每一層必須依靠下鄰層提供的服務(wù)來與另一臺主機的對應(yīng)層通信。 下層向上層提供服務(wù)Service provider 上層使用下層提供

5、的服務(wù)Service user 實際通信在最底層完成,2020/8/5,11,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,3.2.1 開放系統(tǒng) 開放： 所遵循的標準是開放的（任何人都可以參照）； 遵循標準開發(fā)的計算機系統(tǒng)是開放的（可以和任意地方的任意計算機系統(tǒng)進行通信，只要該計算機系統(tǒng)也遵循相同的標準）。 開放系統(tǒng)： 遵守互聯(lián)標準協(xié)議的實系統(tǒng)（實系統(tǒng)：傳送和處理信息的自治整體）。,2020/8/5,12,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM分層的基本思路： 1）抽象系統(tǒng) 抽象實系統(tǒng)中涉及互聯(lián)的公共特性構(gòu)成模型系統(tǒng)，然后通過對模型系統(tǒng)的研究就可以避免涉及具體機型和技術(shù)實現(xiàn)上的細節(jié)，也

6、可以避免技術(shù)進步對互聯(lián)標準的影響。 2）模塊化（分層原理） 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的組織和功能將網(wǎng)絡(luò)劃分成定義明確的層次，然后定義層間接口以及每層提供的功能和服務(wù)，最后定義每層必須遵守的規(guī)則，即協(xié)議。,2020/8/5,13,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,3.2.3 OSI/RM七層模型,處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,應(yīng)用層Application,表示層Presentation,會話層session,傳輸層transport,物理層Physical,數(shù)據(jù)鏈路層Data Link,網(wǎng)絡(luò)層Network,7 6 5 4 3 2 1,二進制傳輸,介質(zhì)訪問/接入,尋址和最短路徑,端到端的連接,主機間會話通信,數(shù)據(jù)表示,2020/8

7、/5,16,3.2.4 通信協(xié)議： 在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，為了保證數(shù)據(jù)通信雙方能夠正確而自動地進行通信，制定的一套交換雙方必須遵守的規(guī)則、約定與標準。 特點： 通信協(xié)議具有層次性 通信協(xié)議具有可靠性 通信協(xié)議具有有效性,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,2020/8/5,17,3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)協(xié)議要包含三個要素： 語義：構(gòu)成協(xié)議的協(xié)議元素含義的解釋，也即“講什么”，例如協(xié)議元素SOH的語義表示所傳輸報文的報頭開始。 語法：規(guī)定將若干個協(xié)議元素和數(shù)據(jù)組合在一起來表達一個更完整的內(nèi)容時所應(yīng)遵循的格式，也即“怎么講”，例如在傳輸數(shù)據(jù)報文時，可用適當?shù)膮f(xié)議元素和數(shù)據(jù)表達傳輸格式 時序：通信中各事件發(fā)生的

8、因果關(guān)系。,SOH,HEAD,STX,TEXT,ETX,BCC,3.2.5 服務(wù) 定義：本層向上鄰層提供的功能集合。 OSI增值服務(wù)的原則：本層的服務(wù)應(yīng)是本層功能與下鄰層服務(wù)的之和，即（N）服務(wù)（N）功能（N1）服務(wù)層 服務(wù)訪問點SAP（Service Access Point）：上層實體可以訪問下層實體提供的服務(wù)的地方（位于接口上）。 每一個SAP都有一個唯一地址（標識），且每個層間接口可以有多個SAP。 在同樣的意義上，我們可以把在郵政系統(tǒng)中郵局服務(wù)業(yè)務(wù)為發(fā)信人提供服務(wù)的地方某一郵箱的地址看作SAP，也可把收信人的街名和信箱看作郵局服務(wù)業(yè)務(wù)為收信人提供服務(wù)的SAP地址。發(fā)一封信，這兩個SA

9、P地址都是不可缺少。,2020/8/5,19,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,服務(wù)分類： 1.面向連接服務(wù)（Connection-Oriented Service） 每一次完整的數(shù)據(jù)傳輸都必須具有建立連接、數(shù)據(jù)傳輸和終止連接三個過程。 電話系統(tǒng)服務(wù)模式的抽象。 2.無連接服務(wù)（Connectionless Service） 每個傳送單元（報文、數(shù)據(jù)報）帶有完整的目的地址，每個傳送單元在系統(tǒng)中是獨立傳送的。 郵政系統(tǒng)服務(wù)模式的抽象。,Connection Oriented Service,Connectionless Service,參考模式,電話系統(tǒng),郵政系統(tǒng),特點,傳輸前需要建立連接；靜態(tài)分配

10、資源,動態(tài)分配資源,可靠性,提供可靠的報文流服務(wù),不能防止報文的丟失、損 壞、重復(fù)和亂序,對目的地址 的要求,僅在連接階段需要完整的 目的地址,需要為每一個傳送單元提供完整的目的地址,適用場合,在一段時間內(nèi)向同一目的地 發(fā)送大量信息; 實時性要求 FTP、TELNET,少量零星信息 HTTP,服務(wù)原語：提供層服務(wù)的具有原子特征的語句（提供層服務(wù)的方法） 原語：語句的執(zhí)行具有原子特征（完整性），不容許中斷； 功能： （1）本層利用服務(wù)原語來通知下鄰層要做什么； （2）下鄰層利用服務(wù)原語來通知本層已做了什么。 服務(wù)原語是層服務(wù)被引用的工具 服務(wù)原語定義了相鄰層之間的接口。 結(jié)構(gòu)：由原語名(CONN

11、ECT、SEND、LISTEN、RECEIVE等)和原語參數(shù)兩部分組成（類似編程時的程序名和形式參數(shù)）。 分類：,2020/8/5,22,服務(wù)原語舉例：建立連接服務(wù)由CONNECT原語提供 當一個實體發(fā)出連接請求（CONNECT. request）之后，一個協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU就被發(fā)送出去。 接收方會收到一個連接指示（CONNECT. indication），被告知某處的一個實體希望和它建立連接。 收到連接指示的實體使用連接響應(yīng)（CONNECT. response）原語表示它是否愿意建立連接。 但無論是哪一種情況，請求建立連接的一方都能夠通過連接證實（CONNECT. confirm）原語獲知接

12、收方的態(tài)度。,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,2020/8/5,23,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,有確認服務(wù)的服務(wù)原語：發(fā)出的請求原語要求得到確認 XXXX.REQ XXXX.IND XXXX.RSP XXXX.CNF,2020/8/5,24,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,無確認服務(wù)的服務(wù)原語：發(fā)出的請求原語無需對方予以確認 XXXX.REQ XXXX.IND,2020/8/5,25,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,3.2.6 數(shù)據(jù)單元（在網(wǎng)絡(luò)中信息傳送的單位/數(shù)據(jù)塊） 協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU：對等層協(xié)議之間交換的數(shù)據(jù)單元的統(tǒng)稱。 PDU的內(nèi)容和格式由協(xié)議精確地定義： PCI：為實現(xiàn)協(xié)議而在傳送的數(shù)

13、據(jù)的首部或尾部加上的控制信息，如地址、序號信息、差錯控制信息等； 用戶數(shù)據(jù)：本層實體提供服務(wù)而為上層傳送的信息。 （N）PDU傳遞給下層，作為（N1）用戶數(shù)據(jù)的一部分，直至對等層實體。 例如：將信裝入信封，寫上收發(fā)地址并貼郵票,協(xié)議控制信息PCI,用戶數(shù)據(jù),2020/8/5,26,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,傳輸層及以下各層的PDU另外還有各自特定的名稱： 傳輸層報文或數(shù)據(jù)段（Segment） 網(wǎng)絡(luò)層分組或數(shù)據(jù)報（Packet） 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀（Frame） 物理層比特（Bit）,2020/8/5,27,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU： 上層用戶要求本層服務(wù)提供者傳遞的邏

14、輯數(shù)據(jù)單元，即相鄰層間交換的數(shù)據(jù)單元，是服務(wù)原語的表現(xiàn)形式。 例如：一個郵筒中的全部信就形成一個SDU 制定協(xié)議時，可以使上層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU格式直接等同于本層SDU的結(jié)構(gòu)。但是，由于協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU對長度往往會有所限制，要適應(yīng)本層提供的服務(wù)，所以上層的PDU可能會按照本層SDU要求進行分段或合并，然后由上層向下傳送。,2020/8/5,28,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,接口數(shù)據(jù)單元IDU：經(jīng)過相鄰層間接口的信息單元 ICI：在通過層間接口時，需要加一些控制信息，如通過多少字節(jié)、要求的服務(wù)質(zhì)量等。它只對SDU通過接口時有作用，進入下層后丟棄 接口數(shù)據(jù)：通過接口傳送的信息內(nèi)容，即SDU

15、例如：郵遞員定時從郵筒中取出所有信，檢查郵票蓋郵戳,接口控制信息ICI,接口數(shù)據(jù)（SDU）,2020/8/5,29,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,第N+1層,第N層,接口,ICI,數(shù)據(jù)單元間關(guān)系,2020/8/5,30,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,發(fā)送郵件的例子：信裝入寫有源地址和目的地址的信封中發(fā)送，還要寫明用航空或掛號。,數(shù)據(jù)封裝： 一臺計算機要發(fā)送數(shù)據(jù)到另外一臺計算機，必須首先在數(shù)據(jù)前面加上特定的協(xié)議頭部，這個過程稱為封裝。,2020/8/5,31,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,2020/8/5,32,3.2 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,實際例子：TCP/IP協(xié)議的封裝,2020/8/5,3

16、3,3.3 OSI各層概述,3.3.1物理層(Physical) 系統(tǒng)和通信介質(zhì)的接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層實體間物理連接，在物理媒體上透明地傳送位流。 1.數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE、數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備DCE DTE希望通過網(wǎng)絡(luò)互連的設(shè)備（入網(wǎng)設(shè)備），用于處理用戶數(shù)據(jù)的設(shè)備，即通信系統(tǒng)中的信源和信宿，比如計算機。 DCE界于DTE和網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)之間的設(shè)備，用于把DTE發(fā)出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成適合于在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男问?，反之亦然。如MODEM。,2020/8/5,34,3.3 OSI各層概述,2.物理層的目的：提供與通信介質(zhì)的連接，描述連接的特性，以建立、維護和釋放物理連接；向上層提供位信息的正確傳送。 機械特

17、性：規(guī)定了DTE/DCE接口連接器的尺寸、形狀、規(guī)格，例如25引腳或9引腳的D形連接器、8引腳的RJ-45連接器等。 電氣特性：規(guī)定了各種信號的電平，脈沖寬度，頻率，允許的數(shù)據(jù)傳送速率，最大傳送距離等。 功能特性：規(guī)定了接口引腳的功能作用。 規(guī)程特性：規(guī)定了接口電路信號發(fā)生的時序，應(yīng)答關(guān)系，操作過程，如怎樣建立和拆除物理層連接，全雙工還是半雙工等。,2020/8/5,35,3.3 OSI各層概述,3.物理層提供的服務(wù) 1）提供物理連接： 數(shù)據(jù)電路：通信路徑 數(shù)據(jù)電路的路徑構(gòu)成 a. 物理介質(zhì) b. 用于傳輸位流所需的具體設(shè)施 c. 物理層中的中繼設(shè)備以及相關(guān)的電路 “設(shè)備媒體設(shè)備”之間的連接。

18、,2020/8/5,36,物理連接分類： a. 點到點連接：兩個數(shù)據(jù)鏈路實體的一對一連接。 b. 多點連接：一個數(shù)據(jù)鏈路實體與多個數(shù)據(jù)鏈路實體連接,3.3 OSI各層概述,2020/8/5,37,2）物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元： 串行傳輸方式物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元：僅含1位 并行傳輸方式物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元：由若干位組成 3）順序化 保證接收物理實體所收到的位順序與發(fā)送物理實體所發(fā)送的位順序相同 4）數(shù)據(jù)電路標識 提供能標識兩相鄰系統(tǒng)間數(shù)據(jù)電路的唯一標識符,3.3 OSI各層概述,2020/8/5,38,5）故障情況報告 當物理層內(nèi)出現(xiàn)差錯時，應(yīng)向數(shù)據(jù)鏈路層實體報告物理層中所檢測到的故障和差錯 6）服務(wù)質(zhì)量指標

19、誤碼率、數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸延時,3.3 OSI各層概述,2020/8/5,39,3.3 OSI各層概述,3.3.2 數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link) 在不可靠的物理線路上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，使之對網(wǎng)絡(luò)層呈現(xiàn)為一條無錯的傳輸線路。 1.數(shù)據(jù)鏈路層的目的 在相鄰網(wǎng)絡(luò)實體間建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路連接 傳輸數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元幀。,2020/8/5,40,3.3 OSI各層概述,2.數(shù)據(jù)鏈路層的功能和服務(wù) 1）數(shù)據(jù)鏈路連接的建立和拆除 無應(yīng)答、無連接服務(wù) 源主機發(fā)送前不必建立數(shù)據(jù)鏈路連接，而傳輸時接收方也不應(yīng) 答，出錯和數(shù)據(jù)丟失時也不作處理 允許源主機的數(shù)據(jù)鏈路層可以在任何時候，發(fā)送任意長的信息 接收主

20、機的數(shù)據(jù)鏈路層將收到的信息送入自己的網(wǎng)絡(luò)層 適用于： 誤碼率很低的線路，錯誤恢復(fù)留給高層； 實時業(yè)務(wù)（如語音）、大部分局域網(wǎng),2020/8/5,41,3.3 OSI各層概述,有應(yīng)答、無連接服務(wù) 這種服務(wù)仍然不需要建立連接，但是對一個發(fā)出去的幀要進行單獨確認； 用這種方式，發(fā)送方就可以知道某一幀是否已安全到達目的地。如果在指定的時間一幀未能到達目的地，則可以重傳誤幀，或進入等待狀態(tài)； 適用于： 節(jié)點的物理鏈路較多或通信量較小的網(wǎng)絡(luò)，如無線網(wǎng),2020/8/5,42,3.3 OSI各層概述,應(yīng)答分類： 正向應(yīng)答 只對正確的信息進行確認應(yīng)答 在網(wǎng)絡(luò)中最常使用的方式 負向應(yīng)答 只對錯誤的信息進行否定應(yīng)

21、答 雙向應(yīng)答 既對正確的信息進行確認應(yīng)答，也對錯誤的信息進行 否定應(yīng)答 常用于對重要的控制幀的傳送,2020/8/5,43,3.3 OSI各層概述,面向連接服務(wù) 這是數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)質(zhì)量很好的服務(wù)。 這種服務(wù)方式的數(shù)據(jù)傳輸分為三個階段： 建立數(shù)據(jù)鏈路：讓通信雙方的數(shù)據(jù)鏈路層都同意進行傳輸并做好傳輸?shù)臏蕚?傳輸數(shù)據(jù)幀：將網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)封裝成幀后傳送到接收方 拆除數(shù)據(jù)鏈路：傳輸結(jié)束后便拆除該數(shù)據(jù)鏈路 數(shù)據(jù)鏈路層的面向連接的服務(wù)為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議實體之間的交互提供了可靠的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。,2020/8/5,44,3.3 OSI各層概述,2）構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)單元（PDU） 在數(shù)據(jù)鏈路層SDU的外面加上數(shù)據(jù)鏈路層控制信息，形成數(shù)據(jù)鏈路層