第2章網絡體系結構與網絡協議1計算機科學與技術學院本章主要內容：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2計算機科學與技術學院2.1

網絡體系結構的基本概念.2網絡協議的概念網絡體系結構的研究方法3計算機科學與技術學院2.1.1

網絡協議的概念

網絡協議是為網絡數據交換而制定的規則、約

定與標準；

網絡協議的三要素：語法、語義與時序；

語法：數據與控制信息的結構或格式語義：即需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應

時序：事件實現順序的詳細說明4計算機科學與技術學院現實社會存在的郵政系統計算機科學與技術學院52.1.2

網絡體系結構的研究方法6計算機科學與技術學院層次是人們對復雜問題處理的基本方法；將總體要實現的很多功能分配在不同層次中，對每個層次要完成的服務及服務要求都有明確規定；不同的系統分成相同的層次，不同系統的最低層之間存在著“物理”通信；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；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。層次（layer）7計算機科學與技術學院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。接口（interface）接口是同一結點內相鄰層之間交換信息的連接點;同一個結點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。8計算機科學與技術學院相鄰兩層之間的關系n層n-1層n層n-1層層間接口

對等實體

n+1層協議單位PDU(協議數據單元)

n層協議單位PDU(協議數據單元)

n-1層協議單位PDU(協議數據單元)SAP(服務訪問點)9計算機科學與技術學院各層要完成的功能差錯控制：使得和網絡對等端的相應層次的通信更加可靠流量控制：使得發送端的發送速率不要太快，要使接收端來得及接收分段和重組：發送端將要發送的數據塊劃分為更小的單位，在接收端將其還原復用和分用：發送端幾個高層會話復用一條低層的連接，在接收端再進行分用連接建立和釋放：交換數據前先建立一條連接，數據傳送結束后釋放連接10計算機科學與技術學院分層的缺點：同一功能會在不同的層次中重復出現2.2

OSI參考模型11計算機科學與技術學院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。OSI參考模型的結構

計算機科學與技術學院12OSI參考模型各層的功能物理層的主要功能：物理層的數據傳輸單元是比特；

利用傳輸介質為通信的網絡結點之間建立、管理和釋放物理連接；實現比特流的傳輸，為數據鏈路層提供數據傳輸服務；物理層的設備主要有T型連接器；收發器；雙絞線連接器RJ--45；RS232接口；網絡接口單元；

調制解調器；中繼器；集線器等13計算機科學與技術學院數據鏈路層的主要功能：數據鏈路層的數據傳輸單元是幀；在物理層提供的服務基礎上，數據鏈路層在通信的實體間建立數據鏈路連接；采用差錯控制與流量控制方法，使有差錯的物理線路變成無差錯的數據鏈路。14計算機科學與技術學院網絡層的主要功能：通過路由選擇算法為分組通過通信子網選擇最適當的路徑；為數據在結點之間傳輸創建邏輯鏈路；實現網絡互連等功能。15計算機科學與技術學院傳輸層的主要功能：向用戶提供端到端（end-to-end）服務；處理數據包錯誤、數據包次序，以及其他一些關鍵傳輸問題；傳輸層向高層屏蔽了下層數據通信的細節，是計算機通信體系結構中關鍵的一層。16計算機科學與技術學院會話層的主要功能：負責維護兩個結點之間的傳輸鏈接，以便確保點到點傳輸不中斷；數據交換的定界和同步。17計算機科學與技術學院表示層的主要功能：用于處理在兩個通信系統中交換信息的表示方式；數據格式變換；數據加密與解密；數據壓縮與恢復。應用層的主要功能:網絡應用程序及其應用層協議存留的地方。2.3

TCP/IP參考模型2.3.1TCP/IP參考模型的發展在TCP/IP協議研究初期，并沒有提出參考模型；1974年Kahn定義了最早的TCP/IP參考模型；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

nextgeneration）。18計算機科學與技術學院TCP/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；獨立于特定的網絡硬件，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設備在網中都具有唯一的地址；標準化的高層協議，可以提供多種可靠的用戶服務。19計算機科學與技術學院2.3.2

TCP/IP參考模型各層的功能應用層（application

layer）傳輸層（transport

layer）互聯層（internet

layer）主機-網絡層（host-to-network

layer）或網絡接口層20計算機科學與技術學院TCP/IP參考模型與OSI參考模型的對應關系

計算機科學與技術學院21主機-網絡層(網絡接口層)參考模型的最低層，負責通過網絡發送和接收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；充分體現出TCP/IP協議的兼容性與適應性，它也為TCP/IP的成功奠定了基礎。22計算機科學與技術學院互聯層（互聯網絡層）處理互聯的路由選擇、流控與擁塞問題；處理接收的數據報；（目的地址是否為本結點IP地址）處理來自傳輸層的分組發送請求；網絡層協議是IP協議。IP協議是無連接的、提供“盡力而為”的服務。（協議數據單元PDU為IP分組）23計算機科學與技術學院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。24計算機科學與技術學院應用層應用層協議主要有：遠程登錄協議

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

HTTP25計算機科學與技術學院因特網的五層協議的體系結構應用層(application

layer)傳輸層(transport

layer)網絡層(network

layer)數據鏈路層(data

link

layer)物理層(physical

layer)54321應用層

傳輸層網絡層數據鏈路層物理層26計算機科學與技術學院主機1向主機2發送數據27計算機科學與技術學院主機1

向主機2

發送數據28計算機科學與技術學院主機1

向主機2

發送數據29計算機科學與技術學院主機1

向主機2

發送數據30計算機科學與技術學院主機1

向主機2

發送數據31計算機科學與技術學院主機1

向主機2

發送數據32計算機科學與技術學院TCP/IP體系結構的運行路由器在轉發分組時最高只用到網絡層

而沒有使用傳輸層和應用層。33計算機科學與技術學院沙漏計時器形狀的TCP/IP協議族34計算機科學與技術學院

IPoverEverythingIP可應用到各式各樣的網絡上35計算機科學與技術學院2.4

OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較2.4.1

對OSI參考模型的評價層次數量不是最佳選擇，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；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；參考模型的設計更多是被通信的思想所支配，不適合于計算機與軟件的工作方式；嚴格按照層次模型編程的軟件效率很低。36計算機科學與技術學院2.4.2

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，參考模型不適合于其它非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。37計算機科學與技術學院小結網絡體系結構與網絡協議是網絡技術中兩個最基本的概念；網絡