3-1

第三講

Internet協(xié)議與性能

林楠

電子郵件：lynn_limiaii@

辦公電話(huà)/p>

辦公室：408

eujwt

■一協(xié)議棧，服務(wù)模式

一個(gè)協(xié)議層可以由軟件、硬件，或兩者同時(shí)完成服務(wù)功能。

不同層的協(xié)議總合為協(xié)議棧-protocolstacko

應(yīng)用層應(yīng)用層

網(wǎng)絡(luò)接口層

OSI七層協(xié)議TCP/IP四層協(xié)議Internet五層協(xié)議

實(shí)際生活中從來(lái)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)過(guò)!

。5工七層協(xié)議

ISO組織(InternationalStandardsOrganization)20世紀(jì)70年代末創(chuàng)建了

OSI開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)模型(OpenSystemsInterconnection)

將網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分為七層協(xié)議的模型，每一層完成相關(guān)的工作。

發(fā)送主機(jī)A接收主機(jī)B

會(huì)

。5工七層協(xié)議

osi參考模型各層功能與任務(wù)

任務(wù)：為應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)姆?wù)；

功能:提供文件打印，數(shù)據(jù)庫(kù)和其他應(yīng)用程序等服務(wù);

任務(wù):提供編碼轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)重新格式化;

功能:數(shù)據(jù)加密，壓縮，翻譯等；

任務(wù)：主機(jī)間通信;

功能:會(huì)話(huà)控制；

任務(wù):提供端到端的數(shù)據(jù)完整通信;

功能:提供可靠與不可靠數(shù)據(jù)傳輸；

任務(wù)：尋址和最短路徑（路由）；

功能:提供邏輯地址，用于路由路徑的選擇;

任務(wù):相鄰結(jié)點(diǎn)間透明、可靠的信息傳輸；

功能:把字節(jié)性質(zhì)的數(shù)據(jù)包組成幀，錯(cuò)誤檢測(cè)但不更正;

任務(wù)：為數(shù)據(jù)傳輸提供通路，在設(shè)備之間傳輸比特；

功能：定義物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，定義電壓，線(xiàn)速，針腳等物理規(guī)范;

OS工七層協(xié)議

=1.—I—

資源子網(wǎng)

（信息處理系統(tǒng)）

通信子網(wǎng)

3-6

工nternet協(xié)議棧

Internet協(xié)議棧（使用TCP/IP協(xié)議，在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用！）

應(yīng)用層：支持網(wǎng)絡(luò)各種應(yīng)用程序

運(yùn)輸層：主機(jī)與主機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)段

網(wǎng)絡(luò)層：從發(fā)送端到接收端路由數(shù)據(jù)報(bào)

鏈路層：臨近的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間傳輸幀

物理層：臨近的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間傳輸幀中的一位

針對(duì)不同的以太網(wǎng)使用不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)。

Internet協(xié)議棧

3-7

工nternet協(xié)議棧

運(yùn)輸層

運(yùn)輸層：實(shí)現(xiàn)進(jìn)程與進(jìn)程之間的通信。

網(wǎng)絡(luò)層：實(shí)現(xiàn)主機(jī)與主機(jī)之間的通信。

數(shù)據(jù)鏈路層：實(shí)現(xiàn)結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)之間的通信。

工nternet協(xié)議棧——物理層

物理層PhysicalLayer

通過(guò)介質(zhì)傳送比特流，提供機(jī)械及電氣規(guī)格說(shuō)明。

接口和介質(zhì)的物理特性：定義了設(shè)備和傳輸介質(zhì)

之間接口的特性，還定義了傳輸介質(zhì)的類(lèi)型。

應(yīng)用層

比特的表示：物理層數(shù)據(jù)由比特（0/1）流組成，

要進(jìn)行傳輸，必須把比特流編碼成信號(hào)（電信號(hào)

或光信號(hào)）。

運(yùn)輸層TCP

數(shù)據(jù)速率（bps）由物理層定義。

網(wǎng)絡(luò)層IP

數(shù)據(jù)鏈接層比特同步：發(fā)送方和接收方不但要采用相同的比

特速率，而且還要在比特層次上達(dá)到同步，即發(fā)

送方和接收方的時(shí)鐘必須同步。

Internet協(xié)議棧

3-9

工協(xié)議棧---數(shù)據(jù)鏈路層

nterne--t--------------------------------------------

數(shù)據(jù)鏈路DataLinkLayer

負(fù)責(zé)將比特組成幀，并將幀從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)結(jié)點(diǎn)。

分幀：鏈路層將接收來(lái)自上層網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)報(bào)，劃

分成便于管理的數(shù)據(jù)單元：幀。

應(yīng)用層物理尋址：鏈路層會(huì)在幀中加入頭部信息（包括物

理地址），用來(lái)定義該幀的發(fā)送與接收方。

流量控制：如接收方接收速率低于發(fā)送方的發(fā)送速

率，鏈路層會(huì)采取流量控制機(jī)制來(lái)防止數(shù)據(jù)淹沒(méi)接

收方。

差錯(cuò)控制：通過(guò)采取檢測(cè)和重傳損壞或丟失的幀的

機(jī)制，與物理層相比，數(shù)據(jù)鏈路層更加可靠。

訪(fǎng)問(wèn)控制：當(dāng)兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的設(shè)備連接到同一鏈

路時(shí)，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議就必須決定哪臺(tái)設(shè)備在什么

給定的時(shí)間內(nèi)具有控制權(quán)。

Internet協(xié)議棧

3-10

工nternet協(xié)議棧---網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層NetworkLayer

負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)報(bào)從發(fā)送主機(jī)傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī)，提供網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

邏輯尋址（IP地址）：負(fù)責(zé)處理本地網(wǎng)絡(luò)的尋址

問(wèn)題，如果數(shù)據(jù)報(bào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)邊界，網(wǎng)絡(luò)層就在上

層的數(shù)據(jù)報(bào)上加個(gè)頭部信息，用來(lái)定義該分組的

發(fā)送與接收方的邏輯地址。

路由選擇：當(dāng)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)連起來(lái)組成一個(gè)互聯(lián)的

網(wǎng)絡(luò)時(shí)，交換設(shè)備（交換機(jī)或路由器）對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)

進(jìn)行路由或交換，尋找一條能夠把數(shù)據(jù)報(bào)送到目

的地的路徑，最終到達(dá)目的地。

主要協(xié)議IP,所有Internet組成必須運(yùn)行IP。

網(wǎng)絡(luò)層提供無(wú)連接不可靠的傳輸服務(wù)：不保證數(shù)

據(jù)完整送達(dá)，不保證數(shù)據(jù)按順序傳輸。

Internet協(xié)議棧

工nternet協(xié)議棧——運(yùn)輸層

運(yùn)輸層TransportLayer

提供兩端點(diǎn)上進(jìn)程與進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)傳輸。

端口尋址：運(yùn)輸層通過(guò)端口地址，傳送數(shù)據(jù)從一

臺(tái)計(jì)算機(jī)上的特定進(jìn)程到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的特定

應(yīng)用層進(jìn)程。

分割與重組：將一個(gè)數(shù)據(jù)包分成數(shù)個(gè)可以發(fā)送的

數(shù)據(jù)段，并在接收時(shí)重組。

連接控制：運(yùn)輸層可以是面向連接或無(wú)連接。

流量控制：類(lèi)似鏈路層，運(yùn)輸層也負(fù)責(zé)流量控制

，但運(yùn)輸層的流量控制是端到端的，不是通過(guò)單

一的鏈路相臨結(jié)點(diǎn)之間的。

差錯(cuò)控制：類(lèi)似鏈路層，運(yùn)輸層也負(fù)責(zé)差錯(cuò)控制

，但運(yùn)輸層的差錯(cuò)控制是端到端的，不是通過(guò)單

一的鏈路相臨結(jié)點(diǎn)之間的。

Internet協(xié)議棧

工nternet協(xié)議棧——應(yīng)用層

應(yīng)用層ApplicationLayer

負(fù)責(zé)向用戶(hù)提供服務(wù)，允許用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源。

文件傳輸

FTP、TFTP、NFS

電子郵件

SMTP、POP3

WWW應(yīng)用

HTTP

遠(yuǎn)程登錄

Telnet

網(wǎng)絡(luò)管理

SNMP

域名管理

DNS

Internet協(xié)議棧

工nternet協(xié)議棧---各層協(xié)議

應(yīng)用層：SMTP、HTTP、FTP、DNS...

運(yùn)輸層：TCP、UDP

網(wǎng)絡(luò)層：IP、ICMP、ARP...

所有運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)層的Internet組成必須運(yùn)行IP!

鏈路層：以太網(wǎng)Ethernet802.3、ATM、幀中繼

（不同的物理網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)不同）

物理層：無(wú)特定協(xié)議

（不同的傳輸介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不同）

Internet協(xié)議棧

ApplicateIxixer

|ITP|(HGPJ(NFSJ(SNMP〕(FTPj

LinkLdxei

；\RPk］自hcrniL匹卜工&。3,

ITokenRin±PPP.m|

3-15

工nternet協(xié)議棧：分層邏輯通信

|data||

不

運(yùn)輸層

舉例：運(yùn)輸層

□從應(yīng)用層取得數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)層

物理層

□加上地址,校驗(yàn)信息形成

''數(shù)據(jù)報(bào)”；物理層

應(yīng)用層

□向?qū)Φ葘?shí)體（peer）發(fā)送

數(shù)據(jù)報(bào)；運(yùn)輸層

網(wǎng)絡(luò)層

□等待對(duì)等體在接收后的應(yīng)

答；

物理層

比喻：郵局服務(wù)。

應(yīng)用層

SWM運(yùn)輸層

網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層

WWWBM

SWMOM

工nternet協(xié)議棧：分層物理通信

應(yīng)用層

WM

網(wǎng)絡(luò)層

鏈路層

物理層WCT

WW

應(yīng)用層

JIWI

網(wǎng)絡(luò)層

鏈路層

WSMdata

應(yīng)用層

應(yīng)用層^(guān)SM

運(yùn)輸層

網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層

鏈路層

鏈路層WW

WW

3-17

工nternet協(xié)議棧：協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDUG

在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，對(duì)等層協(xié)議之間交換的信息單元統(tǒng)稱(chēng)為

協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU,ProtocolDataUnit)。

應(yīng)用層----報(bào)文(Message)

----數(shù)據(jù)段(Segment)

----分組(數(shù)據(jù)報(bào))(Datagram)

----數(shù)據(jù)幀(Frame)

——比特(Bit)

Internet協(xié)議棧

工nternet協(xié)議棧：數(shù)據(jù)封裝

數(shù)據(jù)封裝：一臺(tái)計(jì)算機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)首先必須打包

，打包的過(guò)程稱(chēng)為封裝；就是在數(shù)據(jù)前面加上特定的協(xié)議頭部信息。

上層PDU

服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU

本層PDU協(xié)議頭數(shù)據(jù)

服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU

下層PDU協(xié)議頭數(shù)據(jù)

3-19

工nternet協(xié)議棧：數(shù)據(jù)封裝

數(shù)據(jù)封裝

應(yīng)用層：數(shù)據(jù)

運(yùn)輸層：數(shù)據(jù)段

網(wǎng)絡(luò)層：數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭段頭

數(shù)據(jù)鏈路層：幀幀頭■疆■段頭哂即幀尾

物理層：比特11010000110000101001011110110

電脈沖i-innnnni—LTLFL

3-20

工nternet協(xié)議棧：數(shù)據(jù)封裝

數(shù)據(jù)多層封裝

發(fā)送端

消息應(yīng)用層

數(shù)據(jù)段iwnr

數(shù)據(jù)報(bào)|HMM網(wǎng)絡(luò)層

幀HH」川M

位物理層

連路層的舊」HJ

川叫川MM

」物理層

位

交換機(jī)

接收端

］應(yīng)用層

消息ML

數(shù)據(jù)段HI"運(yùn)輸層

數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)層

幀一鏈路以

位一~物理u

3-21

分組交換網(wǎng)絡(luò)的性能：時(shí)延與丟失

數(shù)據(jù)包時(shí)延的起因：

□數(shù)據(jù)包到達(dá)速度超出連接的輸出能力；

□數(shù)據(jù)包在路由器的緩沖池中排隊(duì)，等待。

注意：數(shù)據(jù)包完整地被接收后才被發(fā)送。

數(shù)據(jù)包避傳送（時(shí)延）

*

空閑緩沖塊：：

因?yàn)闆](méi)有空閑緩沖塊,

來(lái)到的數(shù)據(jù)包將丟失。

3-22

分組交換網(wǎng)絡(luò)的性能：時(shí)延與丟失

結(jié)點(diǎn)時(shí)延=處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延+發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延

1、處理時(shí)延:

交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費(fèi)的時(shí)間。

（檢測(cè)數(shù)據(jù)包頭信息；檢測(cè)校驗(yàn)位有錯(cuò)；確定數(shù)據(jù)包的出口連接等）

處理時(shí)延的長(zhǎng)短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量。

發(fā)送時(shí)延

?----?排隊(duì)時(shí)延

處理時(shí)延

3-23

分組交換網(wǎng)絡(luò)的性能：時(shí)延與丟失

結(jié)點(diǎn)時(shí)延=處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延+發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延