计算机网络技术基础教程第二讲.ppt

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1、1,第 2讲,计算机网络体系结构,2,主要内容,计算机网络体系结构与协议OSI参考模型TCP/IP参考模型Novell NetWare参考模型局域网协议举例,3,学习要求,理解计算机网络协议的概念 理解计算机网络体系结构的概念 掌握OSI参考模型及各层功能 掌握TCP/IP参考模型及各层功能 了解TCP/IP参考模型各层的协义 了解Novell NetWare参考模型 了解其它一些常用的局域网协议,4,2.1计算机网络协议,在计算机网络系统中，为了保证通信双方能正确地进行数据通信，针对通信过程的各种情况，制定了一整套约定网络系统的通信协议协议的定义协议的组成,5,协议是指通信双方必须遵循的有关

2、通信规则约定的集合。其作用是控制并指导通信双方的对话过程，发现对话过程中出现的差错并确定处理策略。协议实际上定义了通信双方“如何进行通信”的问题，相当于一种通信双方都能理解的语言。,1.协议的定义,6,2.协议的组成,网络协议的要素：语法（如何讲）数据和控制信息的格式及编码语义（讲什么）通信过程的说明，它规定了需要发出何种控制信息、完成何种控制动作以及作出何种响应来完成通信过程。时序（讲话的顺序）定义通信过程中先做什么，后做什么，以及速度匹配等。,7,打电话（甲给乙打电话）,拨号（甲拨乙的电话号码）振铃（乙的电话就会响）接听（乙选择接听电话）.电话号码的格式就是语法，电话号码格式：长途区号+市

3、话号码）这一系列的动作：拨号、振铃和接听，就是语义的例子。动作的先后顺序就是时序。,8,2.2 计算机网络体系结构,网络体系结构的概念网络层次体系结构要解决的问题网络层次体系结构中的几个概念,9,1.网络体系结构的概念,两台计算机之间要进行通信，中间可能要通过许多通信设备，整个过程可能是相当复杂的，所以要设计一个单一的通信协议实现通信功能会非常的复杂。为了降低协议设计的复杂性，通常采用层次结构的方法，即将整个通信功能划分成若干层，每一层都都解决一个小的单一的问题，可完成一定的功能，每一层都有每一层的通信协议，这就构成了网络层次体系结构。,就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样。,10,我

4、们把计算机网络的层次划分及各层协议的集合称为计算机网络体系结构，简称网络体系结构。,11,举例,图2-1 邮政系统分层模型,12,邮政系统实际上是就是一种分层结构，整个系统可分为三层：用户子系统、邮局子系统、运输子系统。信件在邮政系统中的传输过程?寄信用户寄信地邮局寄信地运输部门 收信人地运输部门收信人地邮局收信人用户的过程（顺序相反）。用户与邮局的关系？邮局与用户的关系（垂直）？同一层两端关系（水平）？,13,每一层都可完成一定的功能，上一层的功能的实现要调用下一层提供的服务。上一层只需要知道下一层提供什么服务，并知道如何调用即可，而不必知道下一层的服务是如何实现的。相邻层之间（不同机构间）

5、的约定（接口，上一层如何访问下一层的服务）：用户与邮政局之间的约定（邮局为用户提供寄信服务）、邮政局与运输部门之间的约定（运输部门为邮局提供运输服务）。,14,每一层通信两端-同等机构间有个约定(协议，为了能够相互理解）：用户之间的约定、邮政局之间的约定和运输部门之间的约定。,15,2.网络层次体系结构要解决的问题1.网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能）2.各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口）3.通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）,层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服务与层间接口，协议。,16,17,3、网络层次体系结构中的几个概念,实体

6、：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。对等层：两个不同系统的同名层次。对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。每一层协议就是这一层对等实体之间互相通信的规则。,18,组成计算机网络体系结构的各层功能相对独立，又相互联系。同一系统间各相邻层的关系（垂直方向）：下层为上层提供服务，上层利用下层提供的服务完成自已的功能。服务描述了每一层的功能。接口定义了某层提供的服务如何被高层访问，即同一计算机的不同功能层之间的通信规则。网络中同等层之间的通信规则（水平方向）就是该层使用的协议，如有关第N层的通信规则的集合，就是第N层的协议。协议是每一层功能的实现方法。,19,每一层对于相邻的上一层是透明

7、的，即上一层只知道该层提供那些服务，并调用它，而并不知道该层功能具体如何实现。,20,对等层通信,网络体系结构不同主机的对等层之间并不直接通信。实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一台主机的对应层通信。上层使用下层提供的服务Service user下层向上层提供服务Service provider以两个人使用信件进行信息交流为例(见下页图),21,信件内容,邮件地址,货物地址,发信人,邮政局,运输系统,信件内容,邮件地址,货物地址,收信人,对信件内容的共识,对信件如何传递的共识,对货物如何运输的共识,P3,P2,P1,公路，铁路，航空,对等层通信示例：中德教师之间的对话,问题：1、收信

8、人与发信人之间、邮政局之间，他们是在直接通信吗？2、邮政局、运输系统各向谁提供什么样的服务？3、邮政局、收发信人各使用谁提供的什么服务？,邮政局,22,P3,P2,P1,对等层通信的实质：对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务 实际通信在最底层完成右图给出了对等层通信更一般的抽象。,2,1,3,2,1,物理通信线路,3,N+1,N,N-1,N+1,N,N-1,Pn-1,Pn,Pn+1,系统A,系统B,报文,报文,23,数据封装,一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程称为封装。封装就是在数据前面加上特定的协议头部。发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发

9、送，还要写明用航空或挂号。,数 据,24,网络体系结构中每一层都要依靠下一层提供的服务。为了提供服务，下层把上层的PDU作为本层的数据封装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。这样，数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层“信封”。但是，某一层只能识别由对等层封装的“信封”，而对于被封装在“信封”内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。,25,数据,数据段数据包帧比特电脉冲,01110100001100001010010111101

10、0110,数据多层封装,26,服务原语,相邻的两层，下层为上层提供服务，上层利用下层提供的服务完成自已的功能。上层可看成是下层的用户，下层是上层的服务提供者。层间的服务在形式上是由一种原语（或操作）来描述的。在同一系统中，N+1层实体向N层实体请求服务时，服务用户（服务请求者）和服务提供者之间要进行信息交互，交互的信息即为服务原语。这些原语供用户实体访问该服务或向用户实体报某事件的发生。,27,服务原语分为以下四种类型：,请求（Request）：服务用户向服务提供者请求一定的服务。如建立连接、发送数据、释放连接、报告状态。源（N+1)层源（N）层 指示（Indication）：服务提供者向服务

11、用户提示某种状态。如连接指示、输入数据、释放连接。目的（N）层目的（N+1)层 响应（Response）：服务用户响应先前的指示原语。如接受连接或释放连接。目的（N+1)实体目的（N）实体 确认（Confirm）服务用户收到服务提供者关于它的请求的答复。源（N）实体源（N+1）实体,28,服务形式,从通信角度看，各层所提供的服务有两种形式：面向连接的服务和无连接的服务。,29,面向连接的服务,所谓“连接”，是指在同等层的两个同等实体间所建立的逻辑通路。利用建立的连接进行传输的方式即是面向连接的服务。虚电路(对应于电话交换中的电路交换）：建立连接、传输数据（连接标识）、释放连接。适用于数据量大、

12、实时性要求高的传输应用场合。,30,无连接的服务,无连接的服务，无须在两个对等实体间事先建立连接，计算机可以随时向网络发送数据。类似于邮政系统的通信过程。传输的每个分组中必须包含目的地址；会出现分组的丢失、重复和失序。适用于短报文的传输。,31,2.3 OSI参考模型,70年代出现了许多网络体系结构，如果IBM的SNA，DEC的DNA，Univac的DDA等。为了打破不同计算机厂商不同的网络体系结构的封闭性，真正解决网络间的互连互通问题，国际标准化组织ISO于70年代末提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连参考模型（OSI/RM）。各生产厂商可根据OSI

13、参考模型的标准设计自己的产品。,32,图2-4 OSI参考模型示意图,33,1.物理层,物理层（Physical Layer）是整个OSI参考模型的最低层，它的主要功能是提供网络的物理连接，利用物理传输媒体完成相邻节点之间原始比特流的传输。物理层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和规程特性。传送信息的基本单位：比特，也称为位。典型协议：RS-232系列、RS-449、V.24和X.21等。,34,35,2.数据链路层,数据链路层（Data Link Layer）是OSI参考模型的第2层，它的主要功能是实现无差错的传输服务，包括建立、维持和拆除数据链路；将信息按一定格式组装成帧；差错控制

14、功能和简单的流量控制功能。传送信息的基本单位：帧。典型协议：一类是面向字符的传输控制协议，如二进制同步通信协议规程（BSC）；另一类是面向比特的传输控制协议，如高级数据链路控制规程（HDLC）。,流量控制：发送端的数据发送速度大于接受端的数据接收速度时，就需要放慢发送端的发送速度。,36,数据链路层的物理地址（网卡地址）寻址,节点1的物理地址为A，若节点1要给节点4发送数据，那么在数据帧的头部要包含节点1和节点4的物理地址，在帧的尾部还有差错控制信息（DT）。,37,3.网络层,网络层（Network Layer）是OSI参考模型的第3层，它解决的是网络与网络之间，即网际的通信问题。网络层的主

15、要功能是提供路由选择，及地址转换、流量控制和拥塞控制等功能。传送信息的基本单位：分组（或称为包）。典型协议：IP协议、X.25分组级协议等。,拥塞控制:分组所经过的路径出现了拥塞，导致数据包丢失，如何解决。,38,4.传输层,传输层（Transport Layer）是OSI参考模型的第4层，它的主要功能是完成网络中不同主机上的用户进程之间可靠的数据传输。传输层连接是真正端到端的。此外，传输层还要提供差错处理、流量控制、多路复用、分流等功能。传送信息的基本单位：报文。典型协议：TCP协议、UDP协议和ISO 8072/8073等。,39,5.会话层,会话层（Session Layer）又称为会晤

16、层，是OSI参考模型的第5层，其功能是提供一种有效的方法，以组织并协商不同计算机上的两个应用程序之间的会话，并管理它们之间的数据交换。用户或进程间的一次连接称为一次会话。传送信息的基本单位：报文，但与传输层的报文有本质的区别。典型协议：ISO 8326/8327。,40,6.表示层,表示层（Presentation Layer）是OSI参考模型的第6层，它主要解决用户信息的语法表示问题，包括数据的编码和解码，加密和解密、压缩和恢复以及协议转换等。传送信息的基本单位：也是报文。典型协议：ISO 8822/8823/8824/8825。,41,7.应用层,应用层（Application Layer

17、）是OSI参考模型的最高层，它是直接面向用户以满足用户不同需求的，是利用网络资源，惟一向应用程序直接提供服务的层。传送信息的基本单位：用户数据报文。典型协议：FTP、HTTP、用于文件传送、存取和管理的ISO 8571/8572/8573/8574、用于作业传送和操纵的ISO 8831/8832、用于虚终端的ISO 9040/9041等。,42,43,每一层的对等实体之间的传输单元（对等实体识别相同的数据单元）如下图所示,44,注意,数据从发送方的最高层一层一层地往下送至最低层，再通过物理信道将数据传送到对方的最下层。在接收方顺序则相反。如下图所示。,45,协议数据单元流动方向,46,发送方逐

18、层封装。发送方至上而下，每一层为了实现本层的功能都要附加相应的控制信息，再把这种协议数据交给它的下一层，称为数据封装。接收方逐层拆封。接收方在自下而上，每一层都要卸下在发送方对等层所加上的那些控制信息，称为数据拆封。如下图所示。,47,48,TCP/IP的体系结构,OSI参考模型研究的初衷是希望为网络体系结构与协议的发展提供一种国际标准但由于Internet在全世界的飞速发展，使得TCP/IP协议得到了广泛的应用，虽然TCP/IP不是ISO标准，但广泛的使用也使TCP/IP成为一种“事实上的标准”，并形成了TCP/IP参考模型。,49,TCP/IP协议的特点,开放的协议标准，可以免费使用，并且

19、独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,50,TCP/IP的层次结构,TCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网络互联层、传输层和应用层。TCP/IP的层次结构与OSI层次结构的对照关系如下图所示：,图2-6 TCP/IP模型与OSI参考模型对照图,51,TCP/IP分层结构（一）,网络接口层网络接口层，也被称为网络访问层，包括了能使用TCP/IP与物理网络进行通信的协议，它对应OSI的物理层和数据链路层。TCP

20、/IP标准并没有定义具体的网络接口协议。网络互联层网络互联层，也称为网际层，是在TCP/IP标准中正式定义的第一层。网络互联层所执行的主要功能是进行数据包的路径选择。IP协议。,52,TCP/IP分层结构（二）,传输层传输层也被称为主机至主机层，与OSI的传输层类似，主要负责主机到主机之间的端对端通信。TCP协议和UDP协议。应用层应用程序接口是最高层，它与OSI模型中的高三层的任务相同，用于提供网络服务，如文件传输、WWW浏览等。,53,TCP/IP协议集,图2-7 TCP/IP模型中的协议与网络,54,IP协议,IP协议协议的任务是对数据包进行相应的寻址和路由，并从一个网络转发到另一个网络

21、。IP协议在每个发送的数据包前加入一个控制信息，其中包含了源主机的IP地址、目的主机的IP地址和其他一些信息。IP协议的另一项工作是分割和重编在传输层被分割的数据包。由于数据包要从一个网络到另一个网络，当两个网络所支持传输的数据包的大小不相同时，IP协议就要在发送端将数据包分割，然后在分割的每一段前再加入控制信息进行传输。当接收端接收到数据包后，IP协议将所有的片段重新组合形成原始的数据。,55,-IP是一个无连接的协议。无连接是指主机之间不建立用于可靠通信的端到端的连接，源主机只是简单地将IP数据包发送出去，而数据包可能会丢失、重复、延迟时间大或者IP包的次序会混乱。因此，要实现数据包的可靠

22、传输，就必须依靠高层的协议或应用程序，如传输层的TCP协议。,56,网络互联层的协议ICMP,网际控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)网际控制报文协议ICMP为IP协议提供差错报告。由于IP是无连接的，且不进行差错检验，当网络上发生错误时它不能检测错误。向发送IP数据包的主机汇报错误就是ICMP的责任。例如，如果某台设备不能将一个IP数据包转发到另一个网络，它就向发送数据包的源主机发送一个消息，并通过ICMP解释这个错误。ICMP能够报告的一些普通错误类型有：目标无法到达、阻塞、回波请求和回波应答等。,57,网联互联层的协议ARP和RARP

23、,地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)和反向地址解析协议RARP计算机网络中各主机之间要进行通信时，必须要知道彼此的物理地址。ARP协议：主机IP地址主机物理地址RARP协议：主机物理地址主机IP地址,58,传输层协议TCP,传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)TCP协议是传输层一种面向连接的通信协议，提供可靠的数据传送。对于大量数据的传输，通常都要求有可靠的传送。TCP协议将源主机应用层的数据分成多个分段，然后将每个分段传送到网际层，网际层将数据封装为IP数据包，并发送到目的主机。目的主机的网际层将IP数据包

24、中的分段传送给传输层，再由传输层对这些分段进行重组，还原成原始数据，传送给应用层。TCP协议还要完成流量控制和差错检验的任务，以保证可靠的数据传输。,59,传输层协议UDP,用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)UDP协议是一种面向无连接的协议，因此，它不能提供可靠的数据传输，而且UDP不进行差错检验，必须由应用层的应用程序实现可靠性机制和差错控制，以保证端到端数据传输的正确性。虽然UDP与TCP相比，显得非常不可靠，但在一些特定的环境下还是非常有优势的。例如，要发送的信息较短，不值得在主机之间建立一次连接。另外，面向连接的通信通常只能在两个主机之间进行，若要实现

25、多个主机之间的一对多或多对多的数据传输，即广播或多播，就需要使用UDP协议。,60,应用层协议（一）,远程终端协议TELNET本地主机作为仿真终端，登录到远程主机上运行应用程序；文件传输协议FTP实现主机之间的文件传送；简单邮件传输协议SMTP实现主机之间电子邮件的传送；域名服务DNS用于实现主机名与IP地址之间的映射；动态主机配置协议DHCP实现对主机的地址分配和配置工作。,61,应用层协议（二）,超文本传输协议HTTP用于Internet中的客户机与WWW服务器之间的数据传输；网络文件系统NFS实现主机之间的文件系统的共享；引导协议BOOTP用于无盘主机或工作站的启动简单网络管理协议SNM

26、P实现网络的管理；,62,OSI与TCP/IP参考模型的比较,OSI和TCP/IP的共同点采用了协议分层方法，将庞大且复杂的问题划分为若干个较容易处理的范围较小的问题；各协议层次的功能大体上相似，都存在网络层、传输层和应用层。两者都可以解决异构网的互连，实现世界上不同厂家生产的计算机之间的通信；都是计算机通信的国际性标准，虽然OSI是国际通用的，但TCP/IP是当前工业界使用最多的；都能够提供面向连接和无连接两种通信服务机制；,63,OSI和TCP/IP的差异,OSI模型有7层；TCP/IP模型则仅有4层OSI模型区分了服务，接口和协议的概念；TCP/IP模型没有明确的区分OSI区分了物理层与

27、数据链路层；TCP/IP甚至没有分别提及这两层。OSI模型出现在协议发明之前，因此模型与协议间存在不符合要求的服务规范。但是由于它不偏向任何一种协议，通用性更好；TCP/IP模型则相反，先出现协议，模型与协议匹配良好但不适用于其他协议栈,64,OSI和TCP/IP的差异,OSI模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，传输层仅支持面向连接的通信；TCP/IP模型在网络层仅支持无连接的服务，在传输层支持两种类型的服务,65,2.4 Novell NetWare参考模型,IPX/SPX是Novell NetWare体系结构中最重要的协议，它与OSI的层次对比如下图所示。,66,2.5 局域网协议,除

28、TCP/IP协议之外，目前局域网中常用的通信的协议有NetBEUI协议、IPX/SPX及其兼容协议。Microsoft公司的网络产品有四种协议簇，试图满足不同的网络规模和需求：NetBEUI是为小型的、单个服务器的网络准备的。NWLink适合于中型规模网络或需要访问Novell NetWare文件服务器的网络。AppleTalk主要用于实现与Macintosh计算机的互操作。TCP/IP是一个复杂的协议簇，适用于像Internet那样的跨全球的复杂网络。Microsoft公司正致力于将TCP/IP变成一个适合各种网络的协议簇。,67,协议栈：计算机网络体系结构的各层及协议的集合。协议与邦定：邦定过程是在协议栈和网卡驱动程序间之间建立关联。,68,思考题,1、试描述协议、功能、服务、接口的关系？2、试描述无连接服务与有连接服务的区别及各 自的优缺点？3、试述流量控制与拥塞控制的区别和联系？4、解释封装的概念。5、叙述计算机网络采用层次结构的的好处。6、资源子网与通迅子网的边界在那儿？为什么？,