单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机网络原理,第,2,章计算机网络体系结构,2.1,网络的分层体系结构,2.2 OSI/RM,开放系统互连参考模型,2.3 TCP/IP,参考模型,2.4 OSI/RM,与,TCP/IP,参考模型的比较,2.1,网络的分层体系结构,2.1.1,协议的要素,网络协议（,Protocol,）,是一种特殊的软件。它指通信双方,所遵循的一组规则、标准或约定。协议总是指某一层协议，准,确地说，它是对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定,的集合。一个具体协议包括语法、语义和时序三方面内容。,（,1,）,语法（,Syntax,）,：将若干个协议元素和数据组合在,一起用来表达一个完整的内容所应遵循的格式，也就是对信息的数据结构做一种规定。例如用户数据与控制信息的结构与格式、编码及信号电平等。,（,2,）,语义（,Semantics,）,：是对协议元素的含义进行解,释，不同类型的协议元素所规定的语义是不同的。例如需要发出何种控制信息、完成何种动作及得到的响应等。,规定通信双方“讲什么”,规定通信双方“如何讲”,（,3,）,时序（,Timing),：对事件实现顺序的详细说明。例,如在双方进行通信时，发送点发出一个数据报文，如果目标点,正确收到，则回答源点接收正确；若接收到错误的信息，则要,求源点重发一次。,规定双方的“应答关系”,3.1.2,分层体系结构,在图,2.1,所示的一般分层结构中，,n,层是,n-1,层的,用户,，又,是,n+1,层的,服务提供者,。,n+1,层虽然只直接使用了,n,层提供的服,务，实际上它通过,n,层还间接地使用了,n-1,层以及以下所有各层,的服务。,层次结构模型与各层协议的集合统称为网络体系结构,（,Architecture,）,。不同的网络体系结构中分层的数量、各层,的名称、内容和功能不同。层次结构一般以图,2.2,所示的垂直,分层模型来表示。,世界上第一个网络体系结构是,1974,年由,IBM,公司提出的,“系统网络体系结构,SNA”,。,图,2.1,层次模型 图,2.2,计算机网络的层次模型,2.2 OSI/RM,开放系统互连参考模型,2.2.1 OSI/RM,简介,OSI1983,年得到国际标准化组织（,ISO,）和,CCITT,的批准，以,ISO7498,和,X.200,文件公布。,所谓“开放”是指：只要遵循,OSI,标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这一的,其他任何系统进行通信。,OSI,包括了体系结构、服务定义和协议规范三级,抽象,。,2.2 OSI/RM,开放系统互连参考模型,2.2.2 OSI/RM,的结构,OSI,的体系结构定义了一个,七层模型,，用以进行,进程间的通信，并作为一个框架来协调各层标准的制定；,OSI,的服务定义描述了各层所提供的服务，以及层与层之间的抽象接口和交制定互用的服务原语；,OSI,各层的协议规范（称对等层协议），精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。,分层结构的,优点,：,（,1,）各层之间是独立的，只需通过层间接口,（界面）提供服务。,（,2,）灵活性好，当某层发生变化时，只要接口,关系保持不变，不影响其他层；层内内容可以修改，,甚至根据需要可取消某层。,（,3,）结构上可分割开，各层都可以采用最合适,的技术来实现。,（,4,）易于实现和维护。,（,5,）能促进标准化工作。,图,2.3 OSI,参考模型,数据,段头,数据,段头,数据,网络头,帧头,段头,数据,网络头,帧尾,数据,段,数据包,帧,比特,电脉冲,011101000011000010100101111010110,数据多层封装,封装,拆封,2.2.2,面向连接的服务无连接服务,（,1,）,服务,：服务是在,OSI/RM,内部相邻层之间，由下一,层向上一层提供的功能的总称。所谓,N,层服务是由第,N,层以及,N,层以下所有协议层、通过,N,层与,N,1,层的接口、向,N,1,层,提供的功能的总称。,OSI,模型定义的服务分面向连接的服务和无连接服务：,面向连接的服务：连接是指两个对等实体为进行数据,通信而进行的一种结合。面向连接的服务就是在数据交换之,前必须先建立连接，保留下层的有关资源，数据交换结束后，,则应终止这个连接，释放所保留的资源。即数据传送的过程包,括建立连接、传送数据、连接拆除三个阶段。,无连接服务：两个实体之间不建立连接就可以通信，在,数据传输时动态地分配下层资源，不需要事先进行预保留。,（,2,）,协议,：协议是可形象地描述为“,水平的,”，即,协议,-,对对等层实体间交换数据的格式、意义和交换规则的描述。,而服务是“,垂直的,”，,OSI,服务功能必须通过协议提供。但如要更换下层协议，只要保持服务原语不变，服务应用层就不需做任何变化，而且也意识不同下层的这些变化。,协议的基本元素称为协议数据单元。它是对等层实体间交换的逻辑数据单位。,OSI,模型各层的逻辑数据单元单位（或名称）如图,2.3,所示。,3,、服务原语,服务原语是当（,N,1,）层向,N,层请求服务时，服务用户与服务提供者之间进行交互时所要交换的一些必要信息，用于表明需要本地的或远端的对等实体做哪些事情,。,协 议,交换原语,交换原语,服 务 用 户,提 供 服 务,服 务 提 供 者,第,n,层,第,n+1,层,服 务 用 户,SAP,SAP,在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够,向上一层提供服务,。要实现本层协议，还需要使用,下层,所提供的服务。,四种服务原语：,（,1,）,Request,（请求）。用户利用它要求服务提供者提供某些服务，如建立连接或发送数据等。,（,2,）,Indication,（指示）。服务提供者执行一个请求以后，用指示原语通知接收方的用户实体，告知有人想要与之建立连接或发送数据等。,（,3,）,Response,（响应）。收到指示原语后，利用响应原语向对方作出反应，例如同意或不同意建立连接等。,（,4,）,Confirm,（确认）。请求对方可以通过接收确认原语来获悉对方是否同意接受请求。,2.3,TCP/IP,参考模型,2.3.2 TCP/IP,的体系结构,1,、,TCP/IP,的体系结构,TCP/IP,是一组协议的代名词，它还包括许多别的协议，,组成了,TCP/IP,协议簇。一般来说，,TCP,提供传输层服务，而,IP,提供网络层服务。,图,3.6 TCP/IP,与相应,OSI/RM,层次对比,需指出：,（,1,）,TCP/IP,是在,OSI,模型之前按照自己的模型发展形成,的，它与,OSI,模型的对应关系不很严格。,（,2,）,TCP/IP,没有与,OSI,模型的物理层和数据链路层相对,应的内容，没有限定网络拓扑结构，可建立在各种通用网基础,上。,（,3,）,TCP/IP,实际包括两个最主要的协议，即,TCP,协议和,IP,协议，它们可联合使用，也可与其他协议配合使用。,TCP/IP,模型,TCP/IP,起源于美国国防部高级研究规划署,(DARPA),的一项研究计划,实现若干台主机的相互通信。,现在,TCP/IP,已成为,Internet,上通信的标准。,TCP/IP,模型包括,4,个概念层次：,应用层（,application,）,传输层（,transport,）,互连层（网际层）（,internet,）,网络接口（,network interface,）,应用层,表示层,会话层,传输层,物理层,数据链路层,网络层,应用层,传输层,网络接口,网际层,TCP/IP,概念层次,Ethernet,802.3,802.5,FDDI,等等,TCP/IP,支持,所有的、标准的物理和数据链路协议,TCP/IP,与,OSI,参考模型的对应关系,TCP/IP,与应用层,应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、,Web,浏览等应用,。,应用层,传输层,网络接口,网际层,文件传输,FTP,、,TFTP,、,NFS,电子邮件,SMTP,、,POP3,WWW,应用,HTTP,远程登录,Telnet,、,rlogin,网络管理,SNMP,名字管理,DNS,TCP/IP,与传输层,传输层的两项主要功能：,流量控制：通过滑动窗口实现；,可靠传输：由序号和确认来实现。,传输层提供了,TCP,和,UDP,两种传输协议：,TCP,是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的段。,UDP,是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是,“,不可靠,”,的。,应用层,传输层,网络接口,网际层,面向连接的,TCP,无连接的,UDP,传输层提供了两种传输协议,应用层,传输层,网络接口,网际层,IP,ICMP,ARP,RARP,TCP/IP,网际层的四个主要协议,TCP,UDP,6,17,IP,传输层,网际层,IP,数据报的协议域确定目的端的上层协议,2,、,TCP/IP,各层主要功能,（,1,）网络接口层：详细指定如何通过网络实际发送数据,包括直接与网络传输介质（如同轴电缆、光纤或双绞,铜线）接,触的硬件设备如何将比特流转换成电信号。,网络接口层使用的协议包括以太网、令牌环、,ATM,、,FDDI,、,X.25,、帧中继等。,（,2,）,Internet,层：将数据装入,IP,数据报，包括用于在主机,间以及经过网络转发数据报时所用的源和目标的地址信息。实,现,IP,数据报的路由。,Internet,层包括,4,个协议，即网际协议、网际控制报文协,议、地址解析协议和逆向地址解析协议。,（,3,）传输层：提供主机之间的通讯会话管理。定义了传,输数据时的服务级别和连接状态。包括传输控制协议、用户数,据报协议。,（,4,）应用层：定义了,TCP/IP,应用协议以及主机程序与要,使用网络的传输层服务之间的接口。包括超文本传输协议、远,程登录、文件传输协议、简单网络管理协议、域名服务器、简,单邮件传输协议等。,3,、主要协议简介,（,1,）,IP,协议,IP,协议在,RFC 791,1,中定义。,IP,是无连接的、不可靠的数,据报协议，主要负责主机之间的寻址和路由数据包。,无连接意味着交换数据之前没有建立会话。不可靠意味着,传送没有保障。,IP,总是尽力传递数据包。,IP,数据包可能丢失、,不按顺序传递、重复或延迟。,IP,数据包，也称作,IP,数据报，由,IP,报头和,IP,有效负载组,成。,IP,报头包含以下字段用于寻址和路由：,源,IP,地址：,IP,数据报最初的源,IP,地址。,目标,IP,地址：,IP,数据报最终目标的,IP,地址。,生存时间,TTL,：指定数据报被路由器丢弃之前允许通过,的网段数量。,TTL,是由发送主机设置的，以防止数据包不断在,IP,网络上永不终止地循环。转发,IP,数据包时，要求路由器至少,将,TTL,减小,1,。,（,2,）网际控制报文协议,通过,ICMP,，使用,IP,通信的主机和路由器可以报告错误并,交换受限控制和状态信息。,（,3,）地址解析协议和逆向地址解析协议,IP,地址实际上是在网际范围内标识主机的一种逻辑地址，,传输报文时还必须知道目的主机的物理地址，,ARP,协议的功能,是由一个主机的,IP,地址获得其物理地址。,RARP,协议的任务与,ARP,相反，用于将本地的物理地址解析为网络中的协议地址,（当前大多是,IP,地址）。,（,4,）传输控制协议,功能：,确保,IP,数据报的成功传递。,对程序发送的大块数据进行分段和重组。,确保正确排序以及按顺序传递分段的数据。,通过计算校验和，进行传输数据的完整性检查。,根据数据是否接收成功发送肯定消息。通过使用选择性,确认，也对没有收到的数据发送否定确认。,为必须使用可靠的、基于会话的数据传输程序，如客户,端,/,服务器数据库和电子邮