TCP/IP協議第二講

OSI模型和TCP/IP協議族本講內容分層模型OSI參考模型TCP/IP參考模型編址網絡體系結構網絡體系結構層和協議的集合稱為網絡的體系結構。網絡的基本模型網絡功能及其之間關系的系統模型系統各層的描述機制相關的協議建立網絡體系結構的目的抽象的討論和研究網絡技術網絡的實現技術和網絡的功能能夠相互獨立、各自發展。網絡模型層次型以ISO-OSI為代表用嚴格的層次關系來表述網絡功能的劃分及其之間的關系所包含的各個協議具有很明確的層次依賴關系。功能型以TCP/IP為代表以網絡服務所需的各項功能為主線來劃分功能間的關系無嚴格的層次界限，所包含的各協議具有明確的功能依賴關系。網絡分層為什么要進行分層？為了減少協議設計的復雜性，網絡按層（layer）的方式來組織。優點----分而治之把復雜的問題分解成幾個子問題簡化相關的網絡操作層與層之間提供標準接口缺點嚴格按照分層思想設計的軟件效率低下協議協議的組成：語法（syntax)：數據與控制信息的格式、數據編碼等語義（semantics)：控制信息的內容，需要做出的動作及響應時序關系（timing)：有關事件順序的說明、速度匹配協議的概念舉例甲要打電話給乙，首先甲撥通乙的電話號碼，對方電話振鈴，乙拿起電話，然后甲乙開始通話，通話完畢后，雙方掛斷電話。

在這個過程中，甲乙雙方都遵守了打電話的協議。協議的復雜性層次結構的通信實例（1）實例分析甲乙公司都可以看作是網絡結點經理、助手和秘書是一個個的通信實體處于不同結點的相同層次的實體叫做對等實體協議實際上是對等實體之間的通信規則的約定

比如兩個公司的秘書之間就有收發傳真、和普通信函的協議，高級助理之間都遵照標準公函的協議，經理之間當然也有協議。各層向它上層提供服務分層的三大原則完備、高效的原則增值服務的原則（N）層的服務基于（N-1）層的服務，又多于（N-1）層的服務。各層之間存在單向的功能依賴關系，保證不會出現循環調用的現象。同等層通信的原則信息交換只能依賴于同等層的協議對等層之間的通信是實體之間的通信實體之間的通信又是其實例之間的通信虛通信－不同主機的對等層之間不能直接通信，實際通信是在最底層完成的。層的特性對于第N層協議來說，它有如下特性：不知道上、下層的內部結構；獨立完成某種功能；為上層提供服務；使用下層提供的服務。PDU和SDU協議數據單元PDU（ProtocolDataUnit）第N層實體通過網絡傳送給它的對等實體的信息單元；PDU由上層的服務數據單元SDU或其分段和協議控制信息PCI（ProtocolControlInformation)組成；傳輸層及以下各層的PDU另外還有各自特定的名稱：傳輸層——數據段（數據報）（Segment）網絡層——分組（數據包）（Packet）數據鏈路層——數據幀（Frame）物理層——比特（Bit）SDU和PDU的關系全局與局部的關系包含與被包含的關系數據封裝層次結構的通信實例（2）對等進程/對等實體（PeerEntity）對等進程/對等實體（PeerEntity）對等層PeerLayer對等層PeerLayer接口Interface對等層協議Peer-to-PeerProtocol對等層協議Peer-to-PeerProtocol層次結構的通信類比信件郵局分揀郵包郵政網絡郵政運輸交通運輸信件郵局分揀郵包郵政網絡郵政運輸信件格式寄信方式分揀郵包規則郵路選擇運輸方式同層間需要約定規則——協議2.2OSI參考模型ISO標準ISO：國際標準化組織，專門就一些國際標準達成世界范圍的一致。OSI：OpenSystemInterconnection，開放系統互連RM：ReferenceModel，參考模型目的使兩個不同的系統能夠通信，而不需要改變底層的硬件或軟件邏輯ISO是一個組織，OSI是一個模型OSI不是協議，是網絡體系結構的概念模型OSI分層原則根據不同層次進行抽象分層每一層應當定義明確的功能每層功能的選擇應有利于制訂協議的國際標準各層邊界的選擇應盡量減少跨過接口的通信量層數應足夠多，以避免不同功能混雜在同一層，但層數又不能太多，否則體系結構過于臃腫。OSI分層結構OSI參考模型（1984年提出）應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層用戶支持層網絡支持層7654321OSI各層功能向用戶提供接口和服務ApplicationPresentationSessionTransportNetworkDataLinkPhysical信息轉換，包括信息壓縮、加密、與標準格式的轉換建立、管理、中止會話提供進程間通信機制，保證數據可靠傳輸路由選擇、流量控制、網絡互連幀定位、檢錯、糾錯、流量控制、介質訪問控制物理介質、機械、電氣接口2.3TCP/IP參考模型應用層傳輸層互連層網絡接口層4321應用層表示層會化層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層7654321ISO－OSI參考模型TCP/IP參考模型網絡接口層網絡接口層（主機—網絡層）－Host-to-networkLayer在TCP/IP參考模型中并沒有詳細定義這一層的功能通信主機必須采用某種協議連接到網絡上，并且能夠傳輸網絡數據分組。沒有規定具體使用那種協議。根據主機與網絡拓撲結構的不同，局域網基本上采用了802系列的協議，如802.3以太網協議、802.5令牌環網協議；廣域網較常采用的協議有幀中繼、X.25等。網絡層互連層（InternetLayer）的主要功能是負責在互連網上傳輸數據分組。與OSI參考模型的網絡層相對應。互連層是TCP/IP參考模型中最重要的一層，它是通信的樞紐從底層來的數據包要由它來選擇繼續傳給其他網絡結點或是直接交給傳輸層

對從傳輸層來的數據包，要負責按照數據分組的格式填充報頭，選擇發送路徑，并交由相應的線路發送出去。在互連層，定義了互連協議（IP）它的主要功能是路由及網絡選擇。本層還定義了地址解析協議ARP和反向地址解析協議RARP以及ICMP協議。傳輸層傳輸層（TransportLayer）的主要功能是負責端到端的對等實體之間進行通信。TCP/IP的傳輸層定義了兩個協議：傳輸控制協議（TransportControlProtocol）TCP，參見RFC793；用戶數據報協議（UserDatagramProtocol）UDP，參見RFC768。

TCP協議是可靠的、面向連接的協議它用于包交換的計算機通信網絡、互連系統以及類似的網絡上，保證通信主機之間有可靠的字節流傳輸。UDP是一種不可靠的、無連接協議。它最大的優點是協議簡單，額外開銷小，效率較高；缺點是不保證正確傳輸，也不排除重復信息的發生。UDP不是面向連接的。需要可靠數據傳輸保證的應用應選用TCP協議；相反，對數據精確度要求不是太高，而對速度、效率要求很高的環境，如聲音、視頻的傳輸，應該選用UDP協議。應用層應用層（ApplicationLayer）是TCP/IP協議族的最高層。它包含了所有OSI參考模型中會話層、表示層和應用層這些的高層的協議的功能。互連網絡上將建的應用層協議有下面幾種：電子郵件協議（SMTP）超文本傳輸協議（HTTP）網絡終端協議（TELNET）文件傳輸協議（FTP）網絡新聞傳輸協議（NNTP）域名系統（DNS）簡單網絡管理協議（SNMP）TCP/IP的體系結構SocketFTPHTTPSMTPDNSTCPUDPIPLANsMANsWANsDNSTFTPSNMPICMPIGMPARPRARPOSI模型和TCP/IP模型的比較相似之處：基于獨立的協議棧概念各層功能大體類似差別：層次的差別OSI模型的協議、接口、服務概念明確OSI參考模型先有模型，后有協議，沒有偏向于任何特定的協議；TCP/IP參考模型先有協議，模型實際上是對已有協議的表述。2.4TCP/IP中的地址與層次關系ProcessTCPUDPIPandotherprotocolsUnderlyingphysicalnetworksApplicationlayerTransportlayerNetworklayerNetworkAccesslayerPhysicaladdressIPaddressPortaddress編址地址物理地址PhysicaladdressIP地址IPaddress端口地址Portaddress標識通信節點節點所屬LAN或WAN指定LAN或WAN內唯一鏈路地址/硬件地址0x0005.5D06.1418標識通信節點的網絡連接Internet指定Internet內唯一網絡地址4標識通信進程操作系統指定一臺計算機內唯一21,23,25,808080,10000單播、多播、廣播單播（Unicast）一個接收者例：0x0005.5D06.1418;4多播（Multicast）一組接收者例：0x0100.5E00.0002;廣播（Broadcast）網絡中的所有系統例：0xFFFF.FFFF.FFFF，55TCP/IP的版本Version4目前正在使用的版本地址空間不足和低效率：32位的地址對服務質量和安全等方面支持較弱Version5基于OSI模型層次改變大，代價高，從沒有實用過Version6（IPng）僅改動