1、第二章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造 本章主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造的根本概念 開放系統(tǒng)互連參考模型 TCP/IP體系構(gòu)造計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)協(xié)議 2.1 網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造的根本概念 1 網(wǎng)絡(luò)的層次構(gòu)造 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。為了降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的難度，把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)展構(gòu)造化和模塊化的設(shè)計(jì)，將整體功能分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子功能層次，各個(gè)功能層次間進(jìn)展有機(jī)的銜接，下層為其上一層提供必要的功能效力。這種層次構(gòu)造的設(shè)計(jì)稱為網(wǎng)絡(luò)層次構(gòu)造模型。網(wǎng)絡(luò)層次構(gòu)造模型的益處是：各層之間相互獨(dú)立，各層實(shí)現(xiàn)技術(shù)的改動(dòng)不影響其他層，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)，有利于促進(jìn)規(guī)范化，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供了很大方便。 2.1 網(wǎng)絡(luò)體系

2、構(gòu)造的根本概念2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)實(shí)體要實(shí)現(xiàn)通訊，它們必需具有一樣的言語，交流什么、怎樣交流及何時(shí)交流等，必需遵守有關(guān)實(shí)體間某些相互都能接受的一些規(guī)那么，這些規(guī)那么的集合稱為協(xié)議。為進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)那么、規(guī)范或商定即為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議普通由語法、語義和時(shí)序三要素組成。 2.1 網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造的根本概念3 網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次及各層協(xié)議的集合，即是網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造Architecture。詳細(xì)地說，網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造是關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)設(shè)置哪幾層，每個(gè)層次又應(yīng)提供哪些功能的準(zhǔn)確定義。 2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型 1 開放系統(tǒng)互連參考模型的構(gòu)成 為了使不同體系構(gòu)造的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都

3、能互連，國際規(guī)范化組織ISO于1977年提出了一個(gè)試圖使各種計(jì)算機(jī)在世界范圍內(nèi)互連成網(wǎng)的規(guī)范框架，即著名的開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM，Open System Interconnection/Reference Model，簡稱為OSI。“開放是指：只需遵照OSI規(guī)范，一個(gè)系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵照這同一規(guī)范的其他任何系統(tǒng)進(jìn)展通訊。2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型2 OSI參考模型層次劃分的原那么網(wǎng)絡(luò)中一切節(jié)點(diǎn)都劃分為一樣的層次構(gòu)造，每個(gè)一樣的層次都有一樣的功能 同一節(jié)點(diǎn)內(nèi)各相鄰層次之間經(jīng)過接口協(xié)議進(jìn)展通訊 每一層運(yùn)用下一層提供的效力，并向它的上層提供效力 不同節(jié)點(diǎn)的同等層按照協(xié)

4、議實(shí)現(xiàn)同等層之間的通訊 2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型3 OSI參考模型的七層構(gòu)造 2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型4 OSI參考模型的信息流動(dòng) 2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 物理層Physical Layer 物理層是OSI參考模型的最低層，它建立在傳輸介質(zhì)上，利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理銜接。 物理層的主要功能是在物理介質(zhì)上傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)比特流；提供為建立、維護(hù)和撤除物理銜接所需的機(jī)械、電氣和規(guī)程方面的特性。 2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 數(shù)據(jù)鏈路層Data Link Layer 在物理層傳送的比特流的根底上，數(shù)據(jù)鏈路層擔(dān)任建立相鄰節(jié)點(diǎn)

5、之間的數(shù)據(jù)鏈路，提供節(jié)點(diǎn)之間的可靠的數(shù)據(jù)傳輸。這一層將接納到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流封裝成幀包含目的地址、源地址、數(shù)據(jù)段以及其他控制信息，然后按順序傳輸幀，并擔(dān)任處置接納端發(fā)回確實(shí)認(rèn)幀的信息。 另外，數(shù)據(jù)鏈路層還具有流量控制和檢錯(cuò)功能 。 2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 網(wǎng)絡(luò)層Network Layer 數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)層被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)分組，然后經(jīng)過途徑選擇、流量、過失、順序、進(jìn)/出路由等控制，將數(shù)據(jù)從物理銜接的一端傳送到另一端，并擔(dān)任點(diǎn)到點(diǎn)之間通訊聯(lián)絡(luò)的建立、維護(hù)和終了。它經(jīng)過執(zhí)行路由算法，為分組經(jīng)過通訊子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)耐緩剑€要執(zhí)行擁塞控制與網(wǎng)絡(luò)互連等功能，是OSI參考模型中最復(fù)雜的

6、一層。 2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 傳輸層Transport Layer 傳輸層是面向運(yùn)用的高層和與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的低層協(xié)議之間的接口，其下三層與數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)，其上三層與運(yùn)用有關(guān)。傳輸層提供在不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸效力，在網(wǎng)內(nèi)兩實(shí)體間建立端到端通訊信道，提供兩端點(diǎn)之間的可靠、透明數(shù)據(jù)傳輸；執(zhí)行端到端過失檢測和恢復(fù)，順序控制和流量控制功能，并管理多路復(fù)用。 2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 會(huì)話層Session Layer 會(huì)話層擔(dān)任控制每一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)終究什么時(shí)間可以傳送與接納數(shù)據(jù)，為不同用戶提供建立會(huì)話關(guān)系，并對(duì)會(huì)話進(jìn)展有效管理。例如，當(dāng)許多用戶同時(shí)收發(fā)信

7、息時(shí)，該層主要控制、決議何時(shí)發(fā)送或接納信息，才不會(huì)有“碰撞發(fā)生。 2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 表示層Presentation Layer 表示層是為了在不同系統(tǒng)之間的不同信息表示可以相互了解對(duì)方數(shù)據(jù)的含義以便進(jìn)展通訊而設(shè)置的，它擔(dān)任將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為發(fā)送方和接納方都能識(shí)別的格式。 另外，表示層還擔(dān)任諸如數(shù)據(jù)緊縮和恢復(fù)、加密和解密等效力。 2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 運(yùn)用層Application Layer 運(yùn)用層是OSI參考模型的最高層，它與用戶直接聯(lián)絡(luò)，擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用程序與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)。監(jiān)視并且管理相互銜接起來的運(yùn)用系統(tǒng)以及所運(yùn)用的

8、運(yùn)用資源。例如為用戶提供各種效力，包括文件傳輸、遠(yuǎn)程登錄、電子郵件及網(wǎng)絡(luò)管理等。6 6、實(shí)例：、實(shí)例： 七層實(shí)例運(yùn)用層比如HTTP協(xié)議 ftp、DNS等表示層比如一些文件格式mp3 avi會(huì)話層應(yīng)該是窗口程序傳輸層TCP網(wǎng)絡(luò)層IP數(shù)據(jù)鏈路層802.3以太網(wǎng)規(guī)范物理層網(wǎng)卡 rj45插頭等等2.3 TCP/IP體系構(gòu)造 qOSI參考模型試圖到達(dá)一種理想境界，即全世界的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都遵照這一致的規(guī)范，一切的計(jì)算機(jī)都能方便的互連和交換數(shù)據(jù)，然而由于OSI規(guī)范制定周期長、協(xié)議實(shí)現(xiàn)過分復(fù)雜及OSI的層次劃分不太合理等緣由。當(dāng)?shù)搅?0世紀(jì)90年代初期，雖然整套的OSI規(guī)范都已制定出來，但當(dāng)時(shí)的Internet

9、在全世界的范圍構(gòu)成規(guī)模，因此網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造得到廣泛運(yùn)用的并不是國際規(guī)范的OSI，而是運(yùn)用在Internet上的非國際規(guī)范的TCP/IP體系構(gòu)造。 2.3 TCP/IP體系構(gòu)造 1 TCP/IP與OSI體系構(gòu)造的對(duì)照關(guān)系2.3 TCP/IP體系構(gòu)造2 TCP/IP參考模型各層功能主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層 (網(wǎng)絡(luò)訪問層 主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)接口層是TCP/IP模型的最低層。它擔(dān)任網(wǎng)際層與硬件設(shè)備間的聯(lián)絡(luò)，指出主機(jī)必需運(yùn)用某種協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)相連。網(wǎng)際層 它是整個(gè)體系構(gòu)造的關(guān)鍵部分，網(wǎng)際層的功能就是把IP分組發(fā)送到它應(yīng)該去的地方，分組路由和防止擁塞是網(wǎng)際層主要處理的問題。 網(wǎng)際層運(yùn)用的主要協(xié)議是IP協(xié)議。 2.3 TCP/

10、IP體系構(gòu)造2 TCP/IP參考模型各層功能傳輸層 主機(jī)主機(jī)層 傳輸層處理的是“端到端的通訊問題。它的功能是使源端和目的端主機(jī)上的對(duì)等實(shí)體可以進(jìn)展會(huì)話，和OSI的傳輸層一樣，傳輸層定義了兩個(gè)端到端的協(xié)議。第一個(gè)是傳輸控制協(xié)議TCP，它是一個(gè)面向銜接的協(xié)議，允許從一臺(tái)機(jī)器發(fā)出的字節(jié)流無過失地發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其他機(jī)器。第二個(gè)協(xié)議是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP，它是一個(gè)不可靠的、無銜接協(xié)議。 2.3 TCP/IP體系構(gòu)造2 TCP/IP參考模型各層功能運(yùn)用層 運(yùn)用層提供一組常用的運(yùn)用程序給用戶，運(yùn)用程序和傳輸層協(xié)議相配合，完成發(fā)送或接納數(shù)據(jù)。每個(gè)運(yùn)用程序都有本人的數(shù)據(jù)格式，它可以是一系列報(bào)文或字節(jié)流，但不論采

11、用哪種格式，都要將數(shù)據(jù)傳送給傳輸層以便交換。 運(yùn)用層包含一切的高層協(xié)議，如文件傳輸協(xié)議FTP、電子郵件協(xié)議SMTP、超文本傳輸協(xié)議HTTP等 。 2.3 TCP/IP體系構(gòu)造o3、IP地址o 在以TCP/IP為通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上，每臺(tái)主機(jī)都有獨(dú)一的IP地址，IP地址用來獨(dú)一標(biāo)示一臺(tái)主機(jī)，也隱含著網(wǎng)絡(luò)間的途徑信息。IP地址共占用32個(gè)位，普通是以4個(gè)十進(jìn)制數(shù)來表示，每個(gè)數(shù)字稱為一個(gè)字節(jié)，字節(jié)與字節(jié)之間用點(diǎn)隔開，例如：，由于在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上是利用IP地址來標(biāo)示每一臺(tái)主機(jī)，每一臺(tái)主機(jī)都必需擁有獨(dú)一的IP地址。類 網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)W取值支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)支持主機(jī)數(shù)AWX.Y.Z1-

12、12612616,777,214BW.XY.Z128-1911638465,534CW.X.YZ192-2232,097,152254D224-239E240-254A 55B 55C 55D 55E 520 網(wǎng)絡(luò)地址 主機(jī)地址10 網(wǎng)絡(luò)地址 主機(jī)地址110 網(wǎng)絡(luò)地址 主機(jī)地址1110 組播地址11110 保留2.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)協(xié)議 o從總體上看，局域網(wǎng)協(xié)議較為簡單，普通僅有二層

13、或三層。物理層與OSI定義的類似，國際規(guī)范化組織曾經(jīng)對(duì)物理介質(zhì)、附屬設(shè)備和層間接口做了定義闡明。由于局域網(wǎng)多采用廣播通訊技術(shù)，需求很好地處理信道爭用問題，故數(shù)據(jù)鏈路層的一些細(xì)節(jié)問題與OSI定義的不同。OSI的網(wǎng)絡(luò)層主要處理途徑選擇問題，而局域網(wǎng)沒有路由問題，一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息其他節(jié)點(diǎn)都可以收到，所以局域網(wǎng)普通不設(shè)該層，OSI網(wǎng)絡(luò)層的其他功能合并到數(shù)據(jù)鏈路層。對(duì)于第四到第七層，局域網(wǎng)系統(tǒng)沒有明確的定義，故高層仍用OSI的協(xié)議規(guī)范，多把其他高層作為一層來處置。2.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)協(xié)議1 IEEE802規(guī)范簡介 在ISO/OSI參考模型中，其低三層協(xié)議是依賴詳細(xì)網(wǎng)絡(luò)的，計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)是一種詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)，

14、共享信道是它的特性。遵照ISO/OSI參考模型的原那么，IEEE802系列規(guī)范協(xié)議主要處理局域網(wǎng)低三層的功能，其對(duì)應(yīng)的LAN/RM如以下圖所示。 網(wǎng)際層LLC子層MAC子層物理層2.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)協(xié)議1 IEEE802規(guī)范簡介 在ISO/OSI參考模型中，數(shù)據(jù)鏈路層的功能簡單，它只擔(dān)任把數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)可靠地傳輸?shù)较噜彽墓?jié)點(diǎn)。但在局域網(wǎng)中，多個(gè)站點(diǎn)共享傳輸介質(zhì)，在節(jié)點(diǎn)間傳輸數(shù)據(jù)之前必需首先處理由哪個(gè)設(shè)備運(yùn)用傳輸介質(zhì)，因此數(shù)據(jù)鏈路層要有介質(zhì)訪問控制功能。由于介質(zhì)的多樣性，所以必需提供多種介質(zhì)訪問控制方法。為此IEEE802規(guī)范把數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個(gè)子層：邏輯鏈路控制LLC子層和介質(zhì)訪問控制MAC子層。LLC子層擔(dān)任向網(wǎng)際層提供效力，它提供的主要功能是尋址、過失控制和流量控制