《计算机网络(第5版)课件》1补充.ppt

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1、1,计算机网络体系结构和网络协议,第一节 网络体系结构和协议的基本概念第二节 ISO/OSI介绍第三节 TCP/IP介绍第四节 ISO/OSI与TCP/IP比较本章重点：ISO/OSI和TCP/IP协议的基本内容难点：网络体系结构的概念参考资料：1.谢书:P19-312.Tanenbaum书:P22-P41,2,计算机网络:按照网络协议，利用通信技术，以共享资源为主要目的，将地理上分散且独立的计算机互相连接而成的集合体。网络协议：由权威组织颁布的，入网时必须共同遵守的规则与规范。网络协议的必要性：,第一节 网络体系结构和协议的基本概念,3,第一节 网络体系结构和协议的基本概念,网络的复杂性,4

2、,第一节 网络体系结构和协议的基本概念,网络协议的来源及产生过程网络与INTERNET有关协议标准组织和管理机构:1.国际电信联盟(ITU)-2.国际标准化组织(ISO)-3.电子工业协会(EIA)-4.电气与电子工程师协会(IEEE)-5.INTERNET协会(ISOC,IETF,IAB)-6.INTERNET网络信息中心-7.INTERNET地址分配授权机构-8.WWW联盟,5,关于INTERNET的标准化工作,因特网协会 ISOC,因特网研究指导小组IRSG,因特网研究部 IRTF,因特网工程部 IETF,因特网工程指导小组IESG,RG,WG,RG,领域,领域,因特网体系结构研究委员会

3、 IAB,WG,WG,WG,第一节 网络体系结构和协议的基本概念,6,正式标准产生过程:)草案-建议标准-草案标准-正式标准,因特网草案(Internet Draft)在这个阶段还不是 RFC 文档。建议标准(Proposed Standard)从这个阶段开始就成为 RFC 文档。草案标准(Draft Standard)因特网标准(Internet Standard),第一节 网络体系结构和协议的基本概念,7,各种RFC之间的关系,因特网草案,建议标准,草案标准,因特网标准,历史的 RFC,实验的 RFC,提供信息的 RFC,6 种 RFC,第一节 网络体系结构和协议的基本概念,8,第一节 网

4、络体系结构和协议的基本概念,网络协议的内容：语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种响应语法：数据与控制信息的结构或格式时序：事件实现顺序的详细说明RFC793,9,第一节 网络体系结构和协议的基本概念,计算机网络协议现状：TCP/IPHTTPFTPTELNETSMTPSNMP,10,计算机网络的体系结构和协议,第一节 网络体系结构和协议的基本概念,11,第二章 计算机网络体系结构和网络协议,第一节 网络体系结构和协议的基本概念,网络体系结构网络层次结构模型与各层协议的集合,12,第二节 ISO/OSI介绍,OSI/RM-开放系统互连基本参考模式是为网络互联而制定的一系列计算机网络互

5、连的标准。(1)能够支持异种计算机之间的互连和通信；(2)能够支持多种通信媒体；(3)能够支持多种业务处理；(4)能够支持高级的人机接口；(5)能够具有可扩充能力。OSI基本参考模型共分七个层：(1)物理层（PH）(2)数据链路层（DL）(3)网络层（N）(4)运输层（T）(5)会话层（S）(6)表示层（P）(7)应用层（A）,13,第二节 ISO/OSI介绍,14,第二节 ISO/OSI介绍,“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。分层处理的优点:经济减少复杂性,15,分层处理的必要性-计算机通信的例子,第二节 ISO/OSI介绍,1

6、6,10101,101010,传输媒介,网卡,网 络 信 息 传 输 过 程 示 意 图,第二节 ISO/OSI介绍,17,计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件。第一类工作与传送文件直接有关。确信对方已做好接收和存储文件的准备。双方协调好一致的文件格式。两个计算机将文件传送模块作为最高的一层。剩下的工作由下面的模块负责。,第二节 ISO/OSI介绍,18,两个计算机交换文件,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的,把文件交给下层模块进行发送,把收到的文件交给上层模块,第二节 ISO/OSI介绍,19,再设

7、计一个通信服务模块,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方,把文件交给下层模块进行发送,把收到的文件交给上层模块,通信服务模块,通信服务模块,第二节 ISO/OSI介绍,20,再设计一个网络接入模块,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,通信服务模块,通信服务模块,网络接入模块,网络接入模块,通信网络,网络接口,网络接口,网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。,第二节 ISO/OSI介绍,21,计算机网络分层的优点：,各层之间是独立的;灵活性好;结构上可分割开;易于实现

8、和维护;能促进标准化工作;,第二节 ISO/OSI介绍,22,分层的原则：层数多少要适当,若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。确定界限：相对独立，接口简单,第二节 ISO/OSI介绍,23,ISO/OSI（)：七层协议,第二节 ISO/OSI介绍,24,ISO OSI 7 Layer Reference Model:End-to-end vs.Chained Communications,第二节 ISO/OSI介绍,25,第二节 ISO/OSI介绍,Host A,Host B,APDU,PPDU,SPDU,Segment,Pac

9、ket,Frame,Bit,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,26,ISO/OSI的实现过程,27,各层定义,28,OSI参考模型具有七个层次框架，自底向上:物理层(physical layer)数据链路层(data link layer)网络层(network layer)传输层(transport layer)会话层(session layer)表示层(presentation layer)应用层(application layer)该模型有下面几个特点：每个层次的对应实体之间都通过各自的协议通信 各个计

10、算机系统都有相同的层次结构 不同系统的相应层次有相同的功能 同一系统的各层次之间通过接口联系 相邻的两层之间，下层为上层提供服务，同时上层使用下层提供的服务,29,1、物理层 物理层的主要功能是实现通信结点之间的物理连接，在物理传输介质上传输非结构化的“0”和“1”二进制比特流。物理层并不是指物理传输介质，它是介于数据链路层和物理传输介质之间的一层，是OSI参考模型的最底层，起着数据链路层到物理传输介质之间的逻辑接口的作用。物理层向数据链路层提供的服务包括：物理连接服务 指向数据链路层提供物理连接，数据链路层通过接口将数据传送给物理层，物理层就通过传输介质一位一位地送到对等的数据链路层实体；至

11、于数据是如何传送的，数据链路层并不关心。物理服务数据单元服务 是在物理介质上传输非结构化的比特流，所谓非结构化的比特流，指顺序地传输“0”、“1”信号，而不必考虑这些“0”、“1”信号表示什么意义。顺序化服务 是指“0”、“1”信号一定要按照原顺序传送给对方，而不必考虑这些“0”、“1”信号表示什么意义。,30,所以总结物理层的主要任务就是为上一层提供一个物理连接，以便透明的传送比特流，在物理层上传送数据的单位是比特。“透明”是一个很重要的术语。它表示：某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。,31,2、数据链路层数据链路层负责在两个相邻的结点间的线路上，无差错的传送以帧为单位的数据。每一

12、帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。并负责数据链路的建立、维持和释放。数据链路层把一条可能出错的实际链路，转变为让网络层向下看起来好象是一条不出错的链路。,32,3、网络层在网络层，数据传送的单位是分组或包。网络层的任务就是要选择合适的路由，使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。对于一个通信子网来说，最多只有到网络层为止的最低3层。4、运输层在运输层，信息的传送单位是报文。它的主要任务是根据通信子网的特性最佳地利用网络，并以可靠和经济的方式为两个端系统的会话层之间，建立一条运输连接，以透明的传送报文。,33,5、会话层会话层不参与具体的数

13、据传输，但它对联对数据传输进行管理。会话层在两个互相通信的应用进行之间，建立、组织和协调其交互。6、表示层表示层主要解决用户信息的语法表示问题。表示层将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法交换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。7、应用层主要负责用户信息的语义表示，并在两个通信进程者之间进行语义匹配。,34,各层的主要功能可以归纳如下：应用层与用户应用进程的接口，相当于：做什么？表示层数据格式的转换，相当于：对方看起来像什么？会话层会话的管理与数据传输的同步，相当于：轮到谁讲话和从何下讲起。运输层从端到端经网络透明地传送报文，相当于：对方在何处？网络层分组传送和路由选择，相当于：走哪条路可

14、到达该处？数据链路层在链路上无差错的传送帧，相当于：每一步应该怎样走？物理层将比特流送到物理媒体上传送，相当于：对上层的每一步怎样利用物理媒体？,35,传输层协议,36,3、系统、子系统、N层与实体 系统：网络中有自治能力的计算机或交换设备，从拓扑学的角度，我们往往也把它叫做网络结点或简称结点。图中每一个垂直列表示一个开放系统。子系统：对每一个开放系统均可以有N个划分，每一划分称为一个子系统。显然，每一个子系统与其上、下子系统进行交互作用，它们是通过子系统间的边界进行的。N层：指N个划分中，除去顶层和底层的任一层，通常称N层；与N层相连的上、下层次称为（N+1）层、（N-1）层。这种概念也适应

15、于协议、服务、功能等。对等层：在所有的开放系统中，位于同一水平（同层）上的子系统，构成了对等层。对等层中的实体间能够发送和接收信息。实体：开放系统中，能够发送和接收信息的软件（如进程）和硬件（如智能I/O芯片），称为实体。每层由多个实体组成。实体是系统中的活动元素。一个子系统可以包含一个或多个实体。位于不同系统中的同一层次的实体叫做对等实体。协议就是计算机网络中对等实体之间有关通信规则约定的集合。,37,控制两个对等（N）实体进行通信的规则的集合称为（N）协议。两个（N）实体间的通信（在（N）协议的控制下），使（N）层能够向上一层提供服务。这种服务就称为（N）服务。协议和服务的区别：首先，（N

16、）协议的实现保证了（N）服务得以向上一层提供，但（N）服务用户只能看见（N）服务而无法看见（N）协议。（N）协议对（N）服务用户是透明的。其次，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间的通信的规则，但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的，上层通过与下层的服务原语的交换来使用下层所提供的服务。,38,OSI的层间通信,39,OSI的数据类型,数据单元（DU）：OSI环境中交换的数据。服务数据单元（SDU）：相邻层间交换的数据单元，SDU为服务原语的表现形式。接口数据单元（IDU）：相邻层界面上体现的数据单元，IDUSDU 接口控制信息。协议数据单元（PDU）：对等层间交换的

17、数据单元，PDU的内容和格式由协议精确地定义。（N）PDU作为（N1）SDU的一部分，传递给下层，直至对等层实体。,40,OSI环境下数据单元之间的关系,41,OSI环境下数据单元之间的关系,42,OSI/RM的说明,43,7、服务原语 服务并不抽象，它由一系列的服务原语来描述。所谓原语，就是不可再细分的意思。在接口的服务访问点上，服务使用者看到的只是几个简单的原语。关于原语是如何实现的，完全是服务提供者自己层次内部的事情，在接口上完全不必考虑。常用原语有：请求（Request）：表示某实体希望开始调用服务做事；指示（Indication）：表示某实体被通知有事件发生；响应（Response）

18、：表示某实体对事件做出响应；确认（Confirm）：表示对发回响应的确认。以打电话为例说明服务原语：甲和乙位于高层，是服务的使用者；电话机位于低层，是服务的提供者，为打电话的人提供上述四个服务原语。首先，甲在自己的电话机上拨乙的电话号码，发出“请求”；乙的电话机响铃，“指示”给乙有电话打进来；乙拿起电话，作为“响应”；甲的电话由振铃音变为通话音，甲就收到了可以通话的“确认”。,44,对等实体间的数据交换方式,面向连接的服务 面向连接的服务就象打电话，有一个明显的拨通电话、讲话、再挂断电话的过程，面向连接服务的提供者也要作建立连接、维护连接和拆除连接的工作，这种服务的最大好处就是可靠性高，而且保

19、证数据顺序传输。无连接的服务 无连接的服务就像发电报，电报发出后你并不能马上确认对方已经收到，无连接的服务不需要维持连接的额外开销，但是可靠性较低，也不保证数据的传输顺序。,45,无连接的服务一个特征就是它不需要通信的两个实体同时是活跃的。优点：灵活方便和比较迅速。缺点：不能防止报文的丢失、重复或失序。且每个报文都需要提供完整的目的站地址。,46,TCP/IP：互联网采用的四层协议应用层、运输层、网际层和网络接口层;网络接口层没有具体内容;,第三节 TCP/IP介绍,47,TCP/IP基本构成,第三节 TCP/IP介绍,48,第三节 TCP/IP介绍,49,TCP/IP协议中数据传输包装过程,

20、第三节 TCP/IP介绍,50,TCP/IP协议的硬软件实现-在PC机中的体现,INTERNET应用程序TCPIP(集成OS)MODEM驱动程序,INTERNET应用程序TCPIP(集成OS)网卡驱动程序,MODEM,网卡,.cn,.com,.edu,.ac,.net,第三节 TCP/IP介绍,51,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用进程数据先传送到应用层,加上应用层首部，成为应用层 PDU,第三节 TCP/IP介绍,52,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1

21、,AP2,AP1,计算机 2,应用层 PDU 再传送到运输层,加上运输层首部，成为运输层报文,第三节 TCP/IP介绍,53,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,运输层报文再传送到网络层,加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）,第三节 TCP/IP介绍,54,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,IP 数据报再传送到数据链路层,加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧,第三节 TCP/IP介绍,55,计算机 1 向计算机 2 发送数据

22、,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层帧再传送到物理层,最下面的物理层把比特流传送到物理媒体,第三节 TCP/IP介绍,56,计算机 1 向计算机 2 发送数据,应用层(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,计算机 1,AP2,AP1,电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层,计算机 2,第三节 TCP/IP介绍,57,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,物理层接收到比特流，上交给数

23、据链路层,第三节 TCP/IP介绍,58,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层,第三节 TCP/IP介绍,59,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层,第三节 TCP/IP介绍,60,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层,第三节

24、 TCP/IP介绍,61,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程,第三节 TCP/IP介绍,62,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,我收到了 AP1 发来的应用程序数据！,第三节 TCP/IP介绍,63,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应 用 程 序 数 据,比 特 流,注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次,

25、应 用 程 序 数 据,第三节 TCP/IP介绍,64,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,比 特 流,计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层,第三节 TCP/IP介绍,65,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层,H2,T2,第三节 TCP/IP介绍,66,H3,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2

26、,网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层,第三节 TCP/IP介绍,67,H4,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层,第三节 TCP/IP介绍,68,应 用 程 序 数 据,H5,应 用 程 序 数 据,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程,第三节 TCP/IP介绍,69,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1

27、,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,我收到了 AP1 发来的应用程序数据！,第三节 TCP/IP介绍,70,通讯线路,普京,俄译法翻译,秘书,希拉克,法译俄翻译,秘书,分层协议：,电报员,电报员,71,特点:每一层只关心对端的对等层;每层将自身的内容包装后交给本端下(上)一层;同端相邻两之间必有接口;,第三节 TCP/IP介绍,72,网络分层中的概念:实体、协议、服务和服务访问点实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。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

28、要使用下层所提供的服务。,第三节 TCP/IP介绍,73,本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP(Service Access Point)。,第三节 TCP/IP介绍,74,服 务 用 户,第 n 层,第 n+1 层,服 务 用 户,第三节 TCP/IP介绍,75,协议必须考虑普遍的情况，将各种不利的条件事先都估计到。实际工程中，难免有极个别的不利情况在设计协议时并没有预计到。

29、在出现这种情况时，协议就会失败。因此实际上协议往往只能应付绝大多数的不利情况。,第三节 TCP/IP介绍,76,TCP/IP 四层协议的实现方法,应用层运输层网际层网络接口层,主机A,主机B,路由器,网络 2,网络 1,应用层运输层网际层网络接口层,网际层网络接口层,4321,第三节 TCP/IP介绍,77,沙漏计时器形状的TCP/IP协议族,HTTP,SMTP,DNS,RTP,TCP,UDP,IP,网际层,网络接口层,运输层,应用层,网络接口 1,网络接口 2,网络接口 3,Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务,IP over Everything IP

30、 可应用到各式各样的网络上,第三节 TCP/IP介绍,78,OSI 与 TCP/IP体系结构的比较,应用层,运输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7654321,OSI 的体系结构,应用层,网络接口层,网际层 IP,(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP 等),运输层(TCP 或 UDP),TCP/IP 的体系结构,第四节 ISO/OSI VS TCP/IP,79,第四节 ISO/OSI VS TCP/IP,相同之处：层次结构；传输层类似；二者都有缺陷；不同之处：层次划分不同；每层所定义的功能和实现方法不同；,80,只要遵循标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也

31、遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。OSI 失败原因分析时机、技术、实现、策略OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力；OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；OSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场；OSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。TCP/IP 成为工业标准，常被称为事实上的(de facto)国际标准。,第四节 ISO/OSI VS TCP/IP,81,目前业界实际情况：五层协议的体系结构,应用层(application layer)运输层(transport layer)网络层(network la

32、yer)数据链路层(data link layer)物理层(physical layer),数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,第四节 ISO/OSI VS TCP/IP,82,1、本章重点：ISO/OSI和TCP/IP协议的基本内容2、本章难点：网络体系结构的概念3、思考题：（1）说明ISO/OSI和TCP/IP协议的基本内容（2）简述网络体系结构的概念4、阅读文献：RFC793，RFC7915、研究讨论：网络传播中，对信息爆炸的思考问题的由来：传统社会的信息环境与INTERNET的信息环境研究的基础：波普尔的三个世界理论研究的目的：在迷乱的信息世界找到自我6、实验(每组写一份实验报告,组长执笔):实验一：剖析一台PC机或其它可入网电子设备，观察内部结构，说明与网络有关部分的接口。实验二：使用一台PC机执行IE、QQ、命令行FTP，说明上网过程中所涉及的软件和硬件，各自的作用、安装与配置方法，在TCP/IP体系结构中所处的位置。,83,THE END,