第二章網絡體系結構與協議第二章網絡體系結構與協議考試大綱掌握協議的概念、組成及其功能熟練掌握OSI參考模型各層次名稱及順序了解參考模型中各層次的功能掌握TCP/IP協議的核心及協議的各層功能了解TCP/IP協議中常用協議的功能（HTTP、FTP、STMP、POP、DNS、DHCP、TCP/UDP等）考試大綱掌握協議的概念、組成及其功能2.1網絡體系結構概述網絡體系結構就是為了完成計算機間的通信合作，把計算機互聯的功能劃分成有明確定義的層次，規定了同層次實體通信的協議及相鄰之間的接口服務。將這些同層次實體通信協議及相鄰接口統稱為網絡體系結構。將為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準、約定稱為網絡協議。2.1網絡體系結構概述網絡體系結構就是為了完成計算機間的通信2.1.1網絡協議組成：語法、語義、交換規則。語法：以二進制形式表示的命令和相應的結構，確定協議元素的格式（規定數據與控制信息的結構和格式）。語義：由發送請求、完成的動作和返回的響應組成的集合，確定協議元素的類型，即規定通信雙方要發送何種控制信息、完成何種動作以及做出何種應答。交換規則：規定事件實現順序的詳細說明，即確定通信狀態的變化和過程。2.1.1網絡協議組成：語法、語義、交換規則。2.1.2分層設計2.1.2分層設計為什么要分層協議分層與問題簡化硬件故障網絡擁塞包延遲或丟失數據損壞數據重復或失序層次結構的特點具有一定的層次層次之間呈單向依賴關系上層起著隱藏下層細節和統一下層差異的作用每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務而把如何實現這一服務的細節對上層加以屏蔽。“分而治之”結構性特點層次性特點為什么要分層協議分層與問題簡化每一層的目的都是向它的上一層提

層次結構方法要解決的問題1.網絡應該具有哪些層次？每一層的功能是什么？（分層與功能）2.各層之間的關系是怎樣的？它們如何進行交互？（服務與接口）3.通信雙方的數據傳輸要遵循哪些規則？（協議）層次結構方法包括三個內容：分層及每層功能，服務與層間接口，協議。層次結構方法要解決的問題層次結構方法包括三個內容：分層及每2.2開放系統互聯參考模型OSIOSI/RM從下向上的七個層次分別：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層，如圖。計算機之間通信時，只有兩個物理層之間才通過媒體進行真正的數據通信，其他各層之間不存在直接的通信關系。模型特點2.2開放系統互聯參考模型OSIOSI/RM從下向上的七個層OSI參考模型鏈路層協議物理層協議網絡層協議分組流比特流幀流報文流應用層7應用層傳輸層4傳輸層網絡層3網絡層鏈路層2鏈路層物理層1物理層表示層6表示層會話層5會話層報文流報文流報文流網絡層網絡層鏈路層鏈路層物理層物理層子網內部協議轉發節點轉發節點通信子網OSI參考模型鏈路層物理層網絡層分組流比特流幀流報文流應用層接口（interface）與服務（Service）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。服務是某一層及其以下各層的一種能力，通過接口提供給其相鄰上層。每一層的功能是為它的上一層提供服務實際上，每一層必須依靠相鄰層提供的服務來與另一臺主機的對應層通信。上層使用下層提供的服務——Serviceuser；下層向上層提供服務——Serviceprovider。接口（interface）與服務（Service）接口是同一2.2.4OSI環境中的數據傳輸過程

1.OSI環境（OSIenvironment）

2.2.4OSI環境中的數據傳輸過程

1.OSI環境（“你好”“Hello”傳真中國教師翻譯秘書“Hallo”“Hello”傳真德國教師翻譯秘書對交談內容的共識用英語對話使用傳真通信P3P2P1物理通信線路對等通信示例：中德教師之間的對話問題：中國教師與德國教師之間、翻譯之間，他們是在直接通信嗎？翻譯、秘書各向誰提供什么樣的服務？中德教師、翻譯各使用誰提供的什么服務？“你好”“Hello”傳真中國教師翻譯秘書“Hallo”“H2.2.2物理層1、物理層的主要功能：它為設備之間的數據通信提供傳輸媒體及互聯設備，為數據傳輸提供可靠的環境。（1）為數據段設備提供傳送數據的通路：激活物理連接、傳送數據、終止連接。（2）傳輸數據：形成適合數據傳輸的實體。實現比特流的透明傳輸，為數據鏈路層提供數據傳輸服務；物理層的數據傳輸單元是比特（3）完成物理層的一些管理。2.2.2物理層1、物理層的主要功能：它為設備之間的數據通信2、通信接口與傳輸媒體的物理特性

通信設備分類：通信終端設備（DTE）和數據電路端接設備（DCE)物理接口的四個特性：機械特性、電器特性、功能特性、規程特性3、物理層的一個重要接口標準RS-232D2、通信接口與傳輸媒體的物理特性

通信設備分類：通信終端設備2.2.3數據鏈路層該層把物理層的原始數據打包成幀，并負責幀在計算機之間無差錯進行傳遞。數據鏈路層的主要功能：（1）鏈路管理：數據鏈路的建立、維持和釋放。（2）幀同步：接收方能夠從收到的比特流中準確區分出一幀的開始和結束。（3）流量控制：發送等待方法、預約緩沖區法、滑動窗口控制方法、許可證和限制管道容量方法。（4）差錯控制：檢錯重發法。（5）透明傳輸：不管所傳輸的數據是什么樣的比特組合都應當能夠在鏈路上傳送。（6）尋址：在數據幀的頭部加入一個控制信息，其中包含了源節點和目的節點的地址。2.2.3數據鏈路層該層把物理層的原始數據打包成幀，并負責幀數據鏈路協議（1）面向字符型：傳輸效率低（2）面向比特型：代表是高級數據鏈路協議HDLC。（3）HDLC規定三種類型的通信站：主站、次站、組合站，規定了兩種鏈路結構：不平衡鏈路結構和平衡鏈路結構，有三種響應方式：平常響應方式、異步響應方式及異步平衡方式。數據鏈路協議第二章網絡體系結構與協議方案課件2.2.4網絡層網絡層也稱通信子網層，主要負責控制通信子網的操作，實行數據從網絡上的任一節點準確無誤地傳輸到目的節點。目的：為報文分組以最佳路徑通過通信子網到達目的主機提高服務。2.2.4網絡層網絡層也稱通信子網層，主要負責控制通信子網的1、網絡層的主要功能路徑選擇：指通信子網中，源節點和中間節點為將報文分組傳送到目的節點而對后繼節點的選擇。流量控制：對進入通信子網的數據量加以控制，以防止擁塞現象的出現。數據的傳輸與中繼清除子網的質量差異1、網絡層的主要功能路徑選擇：指通信子網中，源節點和中間節點2、網絡服務（1）虛電路服務：面向連接的網絡服務，是網絡層向傳輸層提供的一種使所以分組按順序到達目的端系統的可靠的數據傳送方式。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；面向連接服務的在數據傳輸過程中，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。2、網絡服務（1）虛電路服務：面向連接的網絡服務，是網絡層向（2）數據報服務數據報服務一般僅由數據報交換網提供。數據報不是按順序到達目的站的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。（2）數據報服務數據報服務一般僅由數據報交換網提供。數據報不項目類型數據報子網虛電路子網端到端的連接不要必須有目的站地址每個分組都有目的站的全地址僅在建立連接階段使用分組的順序到達目的站可能不按發送順序總是按發送順序到達目的站差錯控制由主機負責由通信子網負責流量控制有主機負責由通信子網負責（3）虛電路與數據報的對比項目類型數據報子網虛電路子網端到端的連接不要必須有目的站地址2.2.5傳輸層（1）傳輸層的地位和作用

提供可靠的端到端（end-to-end）服務。傳輸層向高層屏蔽了下層數據通信的細節。傳輸層只存在于端系統（主機）中。傳輸層的數據傳輸單位是數據段，傳輸協議數據單元（TPDU）。是OSI/RM的整個協議層次的核心。（2）傳輸層協議分類：第0類到第4類，這5類都是面向服務的。2.2.5傳輸層（1）傳輸層的地位和作用（3）傳輸服務：是傳輸層向會話層提供的服務，它規定了傳輸層和會話層的接口。①尋址傳輸層定義一組傳輸地址，該地址在全網是唯一的，由網絡號、主機號以及由主機分配的端口號組成。②建立連接一個傳輸實體要向目的機器發送一個連接請求，并等待對方接受連接的應答。③流量控制就是保證接收端的數據接收率高于發送端的發送率，以防數據丟失。通常采用緩沖策略。④崩潰恢復發送端向所有主機廣播一個短文，宣告自己剛才以及崩潰并希望得知其他主機的狀態，一次為依據進行恢復。⑤多路復用分為向上多路復用和向下多路復用。（3）傳輸服務：是傳輸層向會話層提供的服務，它規定了傳輸層和2.2.6其他各層簡介會話層。從會話層開始不參與具體的數據傳輸，只是對傳輸的數據進行管理。會話層向互相合作的表示進程之間提供一套會話設施，組織和同步它們的會話活動，并管理它們的數據交換過程。表示層。用于處理兩個OSI系統中交換信息的表示方法，主要包括數據格式變換、數據的加密和解密、數據壓縮和恢復等。應用層。用于確定進程之間通信的性質以滿足用戶的需要，負責為應用進程提供接口，從而使應用進程使用網絡服務。應用層包括了大量人們普遍需要的協議，例如文件傳輸協議，遠程登錄協議，電子郵件協議等等。2.2.6其他各層簡介會話層。從會話層開始不參與具體的數據傳OSI參考模型將網絡的不同功能劃分為7層應用層Application表示層Presentation會話層session傳輸層transport物理層Physical數據鏈路層DataLink網絡層Network7654321處理網絡應用數據表示主機間通信端到端的連接尋址和最短路徑介質訪問（接入）二進制傳輸OSI參考模型將網絡的不同功能劃分為7層應用層Applica應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層通信子網面向通信面向服務面向應用應用協議：HTTP、FTP、Telnet數據結構表示、數據轉換、加密、壓縮進程管理、雙工、半雙工、單工、斷點續發為上層提供可靠的數據傳輸數據分組、路由選擇、差錯控制、流量控制

數據組成可發送、接收的幀傳輸物理信號、接口、信號形式、速率OSI參考模型——各層功能應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層通信面向通信面★2.3TCP/IP的體系結構1973年，斯坦福大學的兩名研究人員提出了TCP/IP協議，它是一組協議，其中TCP是傳輸控制協議，提供面向連接的服務；IP是網際互聯協議，提供無連接數據報服務和網際路由協議。★2.3TCP/IP的體系結構1973年，斯坦福大學的兩名2.3.1TCP/IP的層次結構TCP/IP協議把整個網絡協議分為4個層次：網絡接口層、網際層、傳輸層、應用層，它們都是建立在硬件基礎之上。2.3.1TCP/IP的層次結構TCP/IP協議把整個網絡1、網絡接口層（網絡訪問層）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。局域網采用IEEE802協議系列，如IEEE802.3以太網協議、IEEE802.5令牌環網協議；廣域網采用PPP、幀中繼、X.25等1、網絡接口層（網絡訪問層）通信主機必須采用某種協議連接到網2、網絡互聯層其主要功能是負責在互聯網上傳輸數據分組，它是TCP/IP參考模型中最重要一層，它是通信的樞紐。在該層，主要定義了網絡互聯協議，即IP協議及數據分組的格式。本層還定義了地址解析協議ARP，反向地址解析協議RARP及網際控制報文協議ICMP2、網絡互聯層其主要功能是負責在互聯網上傳輸數據分組，它是T3、傳輸層也被稱為主機至主機層，它主要負責端到端的對等實體之間進行通信。該層使用了兩種協議支持數據的傳輸，它們是TCP協議和UDP協議。TCP協議是可靠的、面向連接的協議。UDP協議是不可靠的、無連接協議3、傳輸層也被稱為主機至主機層，它主要負責端到端的對等實體之4、應用層簡單郵件傳輸協議（SMTP）：主要負責互聯網中電子郵件的傳遞。超文本傳輸協議（HTTP）：提供Web服務。遠程登錄協議（Telnet）：實行對主機的遠程登錄功能，常用的電子公告牌系統BBS。文件傳輸協議（FTP）：用于交換式文件傳輸。域名解析（DNS）：實行邏輯地址到域名地址的轉換4、應用層簡單郵件傳輸協議（SMTP）：主要負責互聯網中電子2.3.2TCP/IP核心協議網際協議（IP）傳輸控制協議（TCP）其他協議：UDP、ICMP、ARP、RARP2.3.2TCP/IP核心協議網際協議（IP）1、網際協議IP屬于網絡互聯層，基本任務是通過互聯網傳輸數據報，提供關于數據應如何傳輸，以及傳輸到何處的信息，各個數據報之間是相互獨立的。1、網際協議IP屬于網絡互聯層，基本任務是通過互聯網傳輸數據（1）數據報結構IP數據報由報頭（控制部分）和數據組成，總長度不能超過65535字節，其報頭各部分如圖（1）數據報結構IP數據報由報頭（控制部分）和數據組成，總長（1）版本號：規定了數據報的格式。（2）頭部長度：標識IP報頭的長度，它向接收點指示了數據從何處開始。（3）服務類型：規定了數據的處理方式，即定義了此報文段的優先級、可靠性、網絡時延等要求。（4）總長度：表示以字節為單位的IP數據報長度，包括報頭和數據部分，2∧16。（5）標示符：標識該數據段屬于哪個數據報，（6）段偏移量：表示該分段在數據報中的位置。（7）生存期：該域指明數據報可以在互聯網中生存的時間。（1）版本號：規定了數據報的格式。（8）協議：標識將接收數據報的傳輸層協議類型。（9）報頭校驗和：該域用于保證IP數據報報頭的完整性。（10）源地址：標識發送方主機節點的完整IP地址。（11）目標地址：標識接收方主機節點的完整IP地址。（12）可選項：包含可選的路由和實時信息。（13）填充項：確保報頭是32位的倍數。（14）數據：由源節點發送的原始數據和TCP信息組成。（8）協議：標識將接收數據報的傳輸層協議類型。（2）數據報的分段和重組分段：先對上層協議提交的數據報文進行長度檢查，根據物理網絡所允許的最大長度把數據報文分成若干段發送，這就是數據報的分段，然后再將每一段獨立進行發送。重組：在目的端收到一個IP報文時，可以根據其分段位移和標志位判斷其是否是一個分段。如果標志位是0，則表明是一個完整的報文，不需要進行重組；如果標志位是1，則表明它是一個分段，目的端需要重組。（2）數據報的分段和重組分段：先對上層協議提交的數據報文進行（3）IP協議的主要功能IP所在的網絡層通過網絡接口層與物理網絡接口。在局域網中網絡接口層統常為網絡接口設備驅動程序。IP協議主要承擔了在網際進行數據報無連接的傳送、數據報尋址和差錯控制，向上層提供IP數據報和IP地址，并以此統一各種網絡的差異性。（3）IP協議的主要功能IP所在的網絡層通過網絡接口層與物理2、傳輸控制協議TCP位于傳輸層，是一種面向連接的子協議。通過提供校驗和、流控制和序列信息彌補IP協議可靠性上的缺陷。2、傳輸控制協議TCP位于傳輸層，是一種面向連接的子協議。（1）TCP報文結構互聯網中面向連接的傳送服務的連接建立、數據傳輸、發送確認消息，以及關閉連接等都設計TCP報文的交換源端口目的端口序列號確認號TCP報頭長度編碼位窗口大小校驗和緊急數據指針可選項TCP數據0位16位32位（1）TCP報文結構互聯網中面向連接的傳送服務的連接建立、數（1）源端口：指示源節點的端口號。（2）目的端口：指示目標節點的端口號。（3）序列號：標識數據段在已發送的數據流中的位置。（4）確認號：發送方通過返回的一條消息來驗證數據已經被接收。（5）TCP報頭長度：又稱數據偏移，表示T