1、網絡體系結構與網絡協議掌握：協議、層次、接口與網絡體系結構的基本概念。掌握：網絡體系結構的層次化研究方法。掌握：OSI參考模型及各層的基本服務功能。掌握：TCP/IP參考模型的層次劃分、各層的基本服務功能與主要協議。了解：OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較。了解：網絡協議標準組織，RFC文檔、Internet草案與Internet協議標準的制定過程。本章學習要求2022/7/1722.1 網絡體系結構的基本概念一、網絡分層結構計算機網絡系統是一個十分復雜的系統。將一個復雜系統分解為若干個容易處理的子系統，然后“分而治之” 。為了簡化網絡的設計，常將網絡按功能劃分成一系列的層次，讓每一層

2、完成一個特定的功能。完成某一層功能的硬件和軟件集合稱為實體。2022/7/173社會上存在的郵政系統2022/7/174網絡分層結構2022/7/175分層原則不同的系統分成相同的層次；不同系統的對等層次之間存在著“虛擬”通信；對不同系統的對等層之間的通信有明確的通信規定(協議)；高層使用低層提供的服務時，并不需要知道低層服務的具體實現方法。 2022/7/176二、網絡協議的概念網絡協議是指為網絡同層實體之間數據交換而制定的規則、約定與標準，亦稱同層協議或通信協議；網絡協議的三要素：語義、語法與時序；語義：用于解釋比特流的每一部分的意義； 語法：語法是用戶數據與控制信息的結構與格式，以及數據

3、出現的順序的意義；時序：事件實現順序的詳細說明。2022/7/177協議棧將網絡功能分解為許多層后，在每一個功能層次中，通信雙方需共同遵守的約定和規定，這些約定和規定的集合稱為同層協議（即通信協議，簡稱為協議）。網絡各層協議按層次順序排列而成的協議序列稱為網絡協議棧。2022/7/178三、接口（interface）接口是同一系統內相鄰層之間交換信息的連接點;同一個系統的相鄰層之間存在著明確規定的接口，低層向高層通過接口提供服務;只要接口條件不變、低層功能不變，低層功能的具體實現方法與技術的變化不會影響整個系統的工作（只要接口不變，各層是相互獨立的）。2022/7/179接口示意圖2022/7

4、/1710四、服務 相鄰層的上層都是通過下層完成本層的功能，其中下層稱為服務提供者，上層稱為服務使用者，服務的提供和使用都是通過相鄰層的接口進行。如第N-1層為第N層提供服務，稱第N-1層是第N層的服務提供者，第N層稱為服務使用者。2022/7/1711服務示意圖2022/7/1712服務原語相鄰層間的數據交換都是通過規定的服務原語來進行，服務原語一般有四類：請求（Request）、指示（Indication）、響應（Response）和確認（Confirm）。具體過程如下圖所示：2022/7/1713服務訪問點SAP（Service Access Point）2022/7/1714五、網絡體

5、系結構（network architecture）一個功能完備的計算機網絡的復雜的協議是按層次結構來組織的；網絡層次結構模型與各層協議的集合稱為網絡體系結構；體系結構是個抽象的概念，其具體實現是通過特定的硬件和軟件來完成的。2022/7/1715層次結構研究方法的優點各層之間相互獨立;靈活性好;各層都可以采用最合適的技術來實現;易于實現和維護;有利于促進標準化。 2022/7/17162.2 OSI參考模型2.2.1 OSI參考模型的基本概念在制定計算機網絡標準方面，起著很大作用的兩大國際組織是： 國際電報與電話咨詢委員會 （Consultative Committee on Internat

6、ionalTelegraph and Telephone，CCITT ）； 國際標準化組織 （International Standards Organization ，ISO）。CCITT與ISO的工作領域是不同的： CCITT 主要是考慮通信標準的制定； ISO主要是考慮信息處理與網絡體系結構。2022/7/1717OSI參考模型是國際標準化組織為解決異種機互連而制訂的開放式計算機網絡層次結構模型。在OSI中的“開放”是指只要遵循OSI標準，一個系統就可以與位于世界上任何地方、遵循同一標準的其他任何系統進行通信；OSI參考模型只是描述了一些概念，用來協調進程間通信標準的制定；在OSI的范圍

7、內，只有各種的協議是可以被實現的，而各種產品只有和OSI的協議相一致時才能互連；OSI參考模型只是一個概念性的框架。OSI參考模型2022/7/17182.2.2 OSI參考模型的結構ISO劃分七層結構的基本原則網中各結點都具有相同的層次；不同結點的同等層具有相同的功能；同一結點內相鄰層之間通過接口通信；每一層可以使用下層提供的服務，并向其上層提供服務；不同結點的同等層通過協議來實現對等層之間的通信。2022/7/1719OSI參考模型的結構 2022/7/17202.2.3 OSI環境中的數據傳輸過程1. OSI環境（OSI environment）2022/7/17212. OSI環境中的

8、數據傳輸過程 2022/7/17222.2.4 面向連接服務與無連接服務服務可以分為通信子網對網絡中數據傳輸所提供的服務,與全網絡系統為用戶提供的服務；通信子網的服務是指通信子網對主機間數據傳輸的效率和可靠性所提供的保證機制；通信服務可以分為兩大類：面向連接服務（connect-oriented service）；無連接服務（connectless service）。2022/7/1723 理解網絡服務需要注意的問題面向連接服務與無連接服務對實現服務的傳輸可靠性與協議復雜性有很大的影響；根據主機間數據傳輸的可靠性和效率要求的不同，設計者可以選擇面向連接服務與無連接服務的類型；在網絡數據傳輸的各

9、層，如物理層、數據鏈路層、網絡層與傳輸層都會涉及面向連接服務與無連接服務的問題。2022/7/1724面向連接服務2022/7/1725面向連接服務的特點面向連接服務的數據傳輸過程必須經過連接建立、連接維護與釋放連接的三個過程；面向連接服務在數據傳輸過程中，各分組可以不攜帶目的結點的地址；面向連接服務的傳輸連接類似一個通信管道，發送者在一端放入數據，接收者從另一端取出數據；面向連接數據傳輸的收發數據順序不變，傳輸可靠性好，但是協議復雜，通信效率不高。2022/7/1726無連接服務2022/7/1727無連接服務的特點無連接服務的每個分組都攜帶完整的目的結點地址，各分組在系統中是獨立傳送的；無

10、連接服務中的數據傳輸過程不需要經過連接建立、連接維護與釋放連接的三個過程；數據分組傳輸過程中，目的結點接收到的數據分組可能出現亂序、重復與丟失的現象；無連接服務的可靠性不好，但是協議相對簡單，通信效率較高。2022/7/1728發送數據監控信道監控信道應答發收收發確認和重傳機制 2022/7/1729確認和重傳機制的特點 網絡數據傳輸的可靠性一般通過確認和重傳機制保證；確認是指數據分組的接收結點在正確地接收到每個分組后，要求向發送結點發回接收分組的確認信息；在規定的時間內，如果發送結點沒有接收到接收結點的確認信息，就認為該數據分組發送失敗，發送結點重新發送該數據分組；確認和重傳機制可以提高數據

11、傳輸的可靠性，但是它需要制定較為復雜的確認和重傳協議，并且需要增加網絡額外的通信負荷，占用網絡帶寬。2022/7/1730從使用服務原語的角度考慮，可將服務分為需要證實的服務和不需要證實的服務兩大類，前者每次服務要使用全部四種服務原語，而后者只使用兩種服務原語。服務類型與服務質量2022/7/1731通信協議四種類型面向連接與確認服務；面向連接與不確認服務；無連接與確認服務；無連接與不確認服務。 設計者可以根據不同的通信要求，決定選擇不同的服務類型。 2022/7/17322.3 TCP/IP參考模型在TCP/IP協議研究時，并沒有提出參考模型；1974年Kahn定義了最早的TCP/IP參考模

12、型；20世紀80年代Leiner、 Clark等人對TCP/IP參考模型進一步的研究；TCP/IP協議一共出現了6個版本，后3個版本是版本4、版本5與版本6；目前我們使用的是版本4，它的網絡層IP協議一般記作IPv4 ；版本6的網絡層IP協議一般記作IPv6（或IPng, IP next generation）；IPv6被稱為下一代的IP協議。2.3.1 TCP/IP參考模型的發展2022/7/1733TCP/IP協議的特點 開放的協議標準;獨立于特定的計算機硬件與操作系統，可以運行在局域網、廣域網，更適用于互連網中； 統一的網絡地址分配方案，使得整個TCP/IP設備在網中都具有惟一的地址；標

13、準化的高層協議，可以提供多種可靠的用戶服務。2022/7/17342.3.2 TCP/IP參考模型各層的功能 應用層（application layer）傳輸層（transport layer）互連層（internet layer）主機-網絡層（host-to-network layer）2022/7/1735TCP/IP 參考模型與 OSI 參考模型的對應關系 2022/7/1736主機-網絡層負責發送和接收IP數據報;允許主機連入網絡時使用多種現成的與流行的協議，如局域網的Ethernet、令牌網、分組交換網的X.25、幀中繼、ATM協議等;2022/7/1737互連層相當OSI參考模型網

14、絡；處理互連的路由選擇、流量控機與擁塞控制問題；IP協議是無連接服務。 2022/7/1738傳輸層主要功能是在互連網中源主機與目的主機的對等實體間建立用于會話的端-端連接；傳輸控制協議TCP是一種可靠的面向連接協議；用戶數據報協議UDP是一種不可靠的無連接協議。 2022/7/1739應用層網絡終端協議Telnet；文件傳輸協議FTP；簡單郵件傳輸協議SMTP；域名系統DNS；簡單網絡管理協議SNMP；超文本傳輸協議HTTP。2022/7/17402.4 OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較層次數量與內容選擇不是很好，會話層很少用到，表示層幾乎是空的，數據鏈路層與網絡層有很多的子層插入

15、；尋址、流控與差錯控制在每一層里都重復出現，降低系統效率；數據安全性、加密與網絡管理在參考模型的設計初期被忽略了；2022/7/17412.4.2 對TCP/IP參考模型評價在服務、接口與協議的區別上不很清楚，一個好的軟件工程應該將功能與實現方法區分開，參考模型不適合于其他非TCP/IP協議族；TCP/IP參考模型的主機-網絡層本身并不是實際的一層；物理層與數據鏈路層的劃分是必要和合理的，而TCP/IP參考模型卻沒有做到這點。 2022/7/17422.5 網絡與Internet協議標準組織及管理機構 網絡協議標準組織RFC(請求注解)文檔Internet草案Internet協議標準Inter

16、net管理機構2022/7/17432.5.1 網絡協議標準組織 國際電話電報咨詢委員會CCITT國際電信聯盟ITU國際標準化組織ISO 電子工業協會EIA電氣與電子工程師協會IEEEATM論壇 2022/7/17442.5.2 RFC文檔 請求注解RFC(Request For Comments)文檔從1969年ARPANET出現時就開始存在；它們是用于Internet開發團體的最初的技術文檔系列；任何人都可以提交RFC文檔，但它并不是一定會成為標準，事實上很多RFC 文檔都沒有實現；RFC文檔草案對于從事Internet技術研究與開發的技術人員是獲得技術發展狀況與動態的重要信息來源；讀者可

17、以很方便地從相關主機使用FTP、Web和其他的檢索方式獲取這些文檔。 2022/7/1745讀RFC文檔時，需要注意的問題一是需要確定它是否是最新的文檔，二是需要注意RFC文檔的類別；所有RFC文檔都要經歷評論和反饋過程，并且在這一段時間內它們會被劃分為不同的類別；RFC文檔一旦被提交，IFTF和IAB組織將審查RFC文檔，通過后可以成為一項標準；RFC文檔按照它發展與成熟的過程可以分為標準、草案標準、提案標準、實驗性的、信息性或歷史性的；RFC文檔又可以分為被要求、被推薦、被選擇、受限制使用或不被推薦。2022/7/17462.5.3 Internet管理機構 美國國家科學基金會NSF Internet協會ISOCInternet體系結構委員會IABInternet工程任務組IETFInternet工程指導委員會IESGInternet研究任務組IRTFInternet網絡信息中心InterNICInternet地址分配授權機構IANAWWW聯盟 2022/7/17472.6 一種建議的參考模型 2