高級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信原理-計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述.ppt

高級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信原理 浙江工商大學(xué) 信電學(xué)院,主講：諸葛斌 Telzhugebin,教材和參考書,魯士文，“現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)教程 ”， 清華大學(xué) 出版社，2004年6月 謝希仁,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第4版),電子工業(yè)出版社 Andrew S. Tanenbaum, “Computer Networks”, Fourth Edition, Prentice Hall, 2003 W.Richard.Stevens，TCP/IP詳解卷一：協(xié)議，機(jī)械工業(yè)出版社，2000年4月。 上課時(shí)間地點(diǎn)：星期四下午，信電樓412,教學(xué)安排,1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述 2 物理層 3 數(shù)據(jù)鏈路層 4 局域網(wǎng) 5 廣域網(wǎng) 6 網(wǎng)絡(luò)層 7 網(wǎng)絡(luò)互連 8 路由協(xié)議 9運(yùn)輸層 10應(yīng)用層 11 應(yīng)用層,綜合布線實(shí)驗(yàn)（網(wǎng)線制作，綜合布線） 實(shí)驗(yàn)一： 交換機(jī)實(shí)驗(yàn) （一） 實(shí)驗(yàn)二： 交換機(jī)實(shí)驗(yàn)（二） 實(shí)驗(yàn)三： 路由器實(shí)驗(yàn)室 （一） 實(shí)驗(yàn)四： 路由器實(shí)驗(yàn)室 （二）,成績,課程論文 30% 期末考試 70%,第 1 章 概述,1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代中的作用 1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程 1.2.1 分組交換的產(chǎn)生 1.2.2 關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作 1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 1.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同定義 1.3.2 幾種不同的分類方法,第 1 章 概述（續(xù)）,*1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo) 1.4.1 帶寬 1.4.2 時(shí)延 1.4.3 時(shí)延帶寬積和往返時(shí)延,第 1 章 概述（續(xù)）,1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 1.5.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成 1.5.2 劃分層次的必要性 1.5.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu) 1.5.4 實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點(diǎn) 1.5.5 面向連接服務(wù)和無連接服務(wù) 1.5.6 OSI 與 TCP/IP 體系結(jié)構(gòu)的比較 *1.6 應(yīng)用層的客戶-服務(wù)器方式,1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 在信息時(shí)代的作用,21 世紀(jì)的一些重要特征就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化，它是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時(shí)代。 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為信息社會(huì)的命脈和發(fā)展知識(shí)經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。 網(wǎng)絡(luò)是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 發(fā)展最快的并起到核心作用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程 1.2.1 分組交換的產(chǎn)生,是 20 世紀(jì) 60 年代美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期的產(chǎn)物。 60 年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一種生存性(survivability)很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。 傳統(tǒng)的電路交換(circuit switching)的電信網(wǎng)有一個(gè)缺點(diǎn)：正在通信的電路中有一個(gè)交換機(jī)或有一條鏈路被炸毀，則整個(gè)通信電路就要中斷。 如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴?hào)建立連接。這將要延誤一些時(shí)間。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景,新型網(wǎng)絡(luò)的基本特點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)用于計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了打電話。 網(wǎng)絡(luò)能夠連接不同類型的計(jì)算機(jī)，不局限于單一類型的計(jì)算機(jī)。 所有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)都同等重要，因而大大提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。 計(jì)算機(jī)在進(jìn)行通信時(shí)，必須有冗余的路由。 網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡可能地簡單，同時(shí)還能夠非常可靠地傳送數(shù)據(jù)。,回顧一下電路交換的特點(diǎn),兩部電話機(jī)只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來。,更多的電話機(jī)互相連通,5 部電話機(jī)兩兩相連，需 10 對(duì)電線。 N 部電話機(jī)兩兩相連，需 N(N 1)/2對(duì)電線。 當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，這種連接方法需要的電線對(duì)的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。,使用交換機(jī),當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。,交換機(jī),“交換”的含義,在這里，“交換”(switching)的含義是： 轉(zhuǎn)接把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來。 從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。,電路交換的特點(diǎn),電路交換必定是面向連接的。 電路交換的三個(gè)階段： 建立連接 通信 釋放連接,電路交換舉例,A 和 B 通話經(jīng)過四個(gè)交換機(jī) 通話在 A 到 B 的連接上進(jìn)行,(,(,(,(,交換機(jī),交換機(jī),交換機(jī),交換機(jī),用戶線,用戶線,中繼線,中繼線,B,D,C,A,電路交換舉例,C 和 D 通話只經(jīng)過一個(gè)本地交換機(jī) 通話在 C 到 D 的連接上進(jìn)行,(,(,(,(,交換機(jī),交換機(jī),交換機(jī),交換機(jī),用戶線,用戶線,中繼線,中繼線,B,D,C,A,電路交換傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)效率低,計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。 這導(dǎo)致通信線路的利用率很低。,報(bào)文,分組交換的原理（一）,在發(fā)送端，先把較長的報(bào)文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。,數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),分組交換的原理（二）,每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。,首部,首部,首部,請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”,分組交換的原理（三）,分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。 依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。,分組首部的重要性,每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。 分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。 用這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。,分組交換的原理（四）,接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。,數(shù) 據(jù),首部,數(shù) 據(jù),首部,數(shù) 據(jù),首部,收到的數(shù)據(jù),數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),分組交換的原理（五）,最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報(bào)文。 這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒有被丟棄。,分組交換網(wǎng)的示意圖,H1,A,分組交換網(wǎng),B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 發(fā)送分組,H2 向 H6 發(fā)送分組,注意分組路徑的變化！,結(jié)點(diǎn)交換機(jī),主機(jī),注意分組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過程,H1,A,分組交換網(wǎng),B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 發(fā)送分組,結(jié)點(diǎn)交換機(jī),主機(jī),在結(jié)點(diǎn)交換機(jī) A 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,在結(jié)點(diǎn)交換機(jī) C 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,在結(jié)點(diǎn)交換機(jī) E 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,最后到達(dá)目的主機(jī) H5,注意結(jié)點(diǎn)交換機(jī)有多個(gè)端口,A,B,C,D,E,H1,H5,H2,H4,H3,H6,高速鏈路,結(jié)點(diǎn) 交換機(jī),1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,結(jié)點(diǎn)交換機(jī),在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線。 結(jié)點(diǎn)交換機(jī)處理分組的過程是： 把收到的分組先放入緩存（暫時(shí)存儲(chǔ)）； 查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個(gè)目的地址應(yīng)從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)； 把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。,主機(jī)和結(jié)點(diǎn)交換機(jī)的作用不同,主機(jī)是為用戶進(jìn)行信息處理的，并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組，從網(wǎng)絡(luò)接收分組。 結(jié)點(diǎn)交換機(jī)對(duì)分組進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分組交付給目的主機(jī)。,分組交換的優(yōu)點(diǎn),高效 動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬，對(duì)通信鏈路是逐段占用。 靈活 以分組為傳送單位和查找路由。 迅速 不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組；充分使用鏈路的帶寬。 可靠 完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；自適應(yīng)的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。,分組交換帶來的問題,分組在各結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)，這就會(huì)造成一定的時(shí)延。 分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。,存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理 并非完全新的概念,在 20 世紀(jì) 40 年代，電報(bào)通信也采用了基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理的報(bào)文交換(message switching)。 報(bào)文交換的時(shí)延較長，從幾分鐘到幾小時(shí)不等?，F(xiàn)在報(bào)文交換已經(jīng)很少有人使用了。,三種交換的比較,A B C D,A B C D,A B C D,報(bào)文交換,電路交換,分組交換,t,從主機(jī)為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心,以主機(jī)為中心,以分組交換網(wǎng)為中心,1.2.2 關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作,因特網(wǎng)協(xié)會(huì) ISOC,因特網(wǎng)研究指導(dǎo)小組 IRSG,因特網(wǎng)研究部 IRTF,因特網(wǎng)工程部 IETF,因特網(wǎng)工程指導(dǎo)小組 IESG,RG,WG,RG,領(lǐng)域,領(lǐng)域,因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 研究委員會(huì) IAB,WG,WG,WG,1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類,1.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同定義 最簡單的定義：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一些互相連接的、自治的計(jì)算機(jī)的集合。 因特網(wǎng)(Internet)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。 1.3.2 幾種不同的分類方法 從網(wǎng)絡(luò)的交換功能進(jìn)行分類 從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進(jìn)行分類 從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類,1.3.2 幾種不同的分類方法 （一）,從網(wǎng)絡(luò)的交換功能分類 電路交換 報(bào)文交換 分組交換 混合交換,1.3.2 幾種不同的分類方法（二）,從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進(jìn)行分類 廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network) 局域網(wǎng) LAN (Local Area Network) 城域網(wǎng) MAN (Metropolitan Area Network) 接入網(wǎng) AN (Access Network),廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)以及局域網(wǎng)的關(guān)系,城域網(wǎng),城域網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),廣域網(wǎng),局域網(wǎng),局域網(wǎng),校園網(wǎng),企業(yè)網(wǎng),1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo) 1.4.1 帶寬,“帶寬”(bandwidth)本來是指信號(hào)具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。 現(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語，單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。,常用的帶寬單位,更常用的帶寬單位是 千比每秒，即 kb/s （103 b/s） 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s） 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） 請注意：在計(jì)算機(jī)界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。,數(shù)字信號(hào)流隨時(shí)間的變化,在時(shí)間軸上信號(hào)的寬度隨帶寬的增大而變窄。,時(shí)延(delay 或 latency),發(fā)送時(shí)延（傳輸時(shí)延 ） 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時(shí)間。 信道帶寬 數(shù)據(jù)在信道上的發(fā)送速率。常稱為數(shù)據(jù)在信道上的傳輸速率。,時(shí)延(delay 或 latency),傳播時(shí)延 電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費(fèi)的時(shí)間。 信號(hào)傳輸速率（即發(fā)送速率）和信號(hào)在信道上的傳播速率是完全不同的概念。,時(shí)延(delay 或 latency),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。 結(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中分組排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延是處理時(shí)延中的重要組成部分。 處理時(shí)延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量。 有時(shí)可用排隊(duì)時(shí)延作為處理時(shí)延。,時(shí)延(delay 或 latency),數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時(shí)延就是發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延和處理時(shí)延之和：,總時(shí)延 = 發(fā)送時(shí)延 + 傳播時(shí)延 + 處理時(shí)延,三種時(shí)延所產(chǎn)生的地方,1 0 1 1 0 0 1,發(fā)送器,隊(duì)列,結(jié)點(diǎn) B,結(jié)點(diǎn) A,數(shù)據(jù),從結(jié)點(diǎn) A 向結(jié)點(diǎn) B 發(fā)送數(shù)據(jù),鏈路,容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤概念,對(duì)于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，我們提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。 提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延。,1.4.3 時(shí)延帶寬積和往返時(shí)延,（傳播）時(shí)延,鏈路,帶寬,時(shí)延帶寬積 = 傳播時(shí)延 帶寬,鏈路的時(shí)延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。,時(shí)延帶寬積,往返時(shí)延 RTT,往返時(shí)延 RTT (Round-Trip Time) 表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到來自接收端的確認(rèn)（接收端收到數(shù)據(jù)后立即發(fā)送確認(rèn)），總共經(jīng)歷的時(shí)延。,1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 1.5.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成,相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的。 “分層”可將龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。,關(guān)于開放系統(tǒng)互連參考模型 OSI/RM,只要遵循 OSI 標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信。 在市場化方面 OSI 卻失敗了。 OSI 的專家們在完成 OSI 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)沒有商業(yè)驅(qū)動(dòng)力； OSI 的協(xié)議實(shí)現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運(yùn)行效率很低； OSI 標(biāo)準(zhǔn)的制定周期太長，因而使得按 OSI 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備無法及時(shí)進(jìn)入市場； OSI 的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個(gè)層次中重復(fù)出現(xiàn)。,兩種國際標(biāo)準(zhǔn),法律上的(de jure)國際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒有得到市場的認(rèn)可。 是非國際標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。 TCP/IP 常被稱為事實(shí)上的(de facto) 國際標(biāo)準(zhǔn)。,1.5.2 劃分層次的必要性,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。 這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題（同步含有時(shí)序的意思）。 為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定即網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)，簡稱為協(xié)議。,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素,語法 數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 。 語義 需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)。 同步 事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。,劃分層次的概念舉例,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件。 可以將要做的工作進(jìn)行如下的劃分。 第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。 確信對(duì)方已做好接收和存儲(chǔ)文件的準(zhǔn)備。 雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。 兩個(gè)計(jì)算機(jī)將文件傳送模塊作為最高的一層 。剩下的工作由下面的模塊負(fù)責(zé)。,兩個(gè)計(jì)算機(jī)交換文件,文件傳送模塊,計(jì)算機(jī) 1,計(jì)算機(jī) 2,文件傳送模塊,只看這兩個(gè)文件傳送模塊 好像文件及文件傳送命令 是按照水平方向的虛線傳送的,把文件交給下層模塊 進(jìn)行發(fā)送,把收到的文件交給 上層模塊,再設(shè)計(jì)一個(gè)通信服務(wù)模塊,文件傳送模塊,計(jì)算機(jī) 1,計(jì)算機(jī) 2,文件傳送模塊,只看這兩個(gè)通信服務(wù)模塊 好像可直接把文件 可靠地傳送到對(duì)方,把文件交給下層模塊 進(jìn)行發(fā)送,把收到的文件交給 上層模塊,通信服務(wù)模塊,通信服務(wù)模塊,再設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入模塊,文件傳送模塊,計(jì)算機(jī) 1,計(jì)算機(jī) 2,文件傳送模塊,通信服務(wù)模塊,通信服務(wù)模塊,網(wǎng)絡(luò)接入模塊,網(wǎng)絡(luò)接入模塊,通信網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò) 接口,網(wǎng)絡(luò) 接口,網(wǎng)絡(luò)接入模塊負(fù)責(zé)做與網(wǎng)絡(luò)接口細(xì)節(jié)有關(guān)的工作 例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷?，幀的最大長度等。,分層的好處,各層之間是獨(dú)立的。 靈活性好。 結(jié)構(gòu)上可分割開。 易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。 能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。,層數(shù)多少要適當(dāng),若層數(shù)太少，就會(huì)使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。 層數(shù)太多又會(huì)在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時(shí)遇到較多的困難。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。 體系結(jié)構(gòu)就是這個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。 實(shí)現(xiàn)(implementation)是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。 體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的，是真正在運(yùn)行的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。,1.5.3 五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu),TCP/IP 是四層的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。 最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)容。 因此往往采取折中的辦法，即綜合 OSI 和 TCP/IP 的優(yōu)點(diǎn)，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 。,五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu),應(yīng)用層(application layer) 運(yùn)輸層(transport layer) 網(wǎng)絡(luò)層(network layer) 數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer) 物理層(physical layer),數(shù)據(jù)鏈路層,5 應(yīng)用層,4 運(yùn)輸層,3 網(wǎng)絡(luò)層,2 數(shù)據(jù)鏈路層,1 物理層,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層,加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層 PDU,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,應(yīng)用層 PDU 再傳送到運(yùn)輸層,加上運(yùn)輸層首部，成為運(yùn)輸層報(bào)文,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,運(yùn)輸層報(bào)文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層,加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報(bào)（或分組）,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,IP 數(shù)據(jù)報(bào)再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層,加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層,最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),應(yīng)用層(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理傳輸媒體,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,電信號(hào)（或光信號(hào)）在物理媒體中傳播 從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層,計(jì)算機(jī) 2,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊?取出數(shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分 上交給運(yùn)輸層,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分 上交給應(yīng)用層,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞浚〕鰬?yīng)用程序數(shù)據(jù) 上交給應(yīng)用進(jìn)程,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,我收到了 AP1 發(fā)來的 應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),10100110100101 比 特 流 110101110101,注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟?應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,10100110100101 比 特 流 110101110101,計(jì)算機(jī) 2 的物理層收到比特流后 交給數(shù)據(jù)鏈路層,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢?把幀的數(shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層,H2,T2,H3,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后 把分組的數(shù)據(jù)部分交給運(yùn)輸層,H4,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,運(yùn)輸層剝?nèi)?bào)文首部后 把報(bào)文的數(shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),H5,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層 PDU 首部后 把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,我收到了 AP1 發(fā)來的 應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！,1.5.4 實(shí)體、協(xié)議、服務(wù) 和服務(wù)訪問點(diǎn),實(shí)體(entity) 表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。 協(xié)議是控制兩個(gè)對(duì)等實(shí)體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合。 在協(xié)議的控制下，兩個(gè)對(duì)等實(shí)體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。 要實(shí)現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。,實(shí)體、協(xié)議、服務(wù) 和服務(wù)訪問點(diǎn)（續(xù)）,本層的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)而無法看見下面的協(xié)議。 下面的協(xié)議對(duì)上面的服務(wù)用戶是透明的。 協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對(duì)等實(shí)體之間通信的規(guī)則。 服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過層間接口提供的。 同一系統(tǒng)相鄰兩層的實(shí)體進(jìn)行交互的地方，稱為服務(wù)訪問點(diǎn) SAP (Service Access Point)。,實(shí)體、協(xié)議、服務(wù) 和服務(wù)訪問點(diǎn)（續(xù)）,服 務(wù) 用 戶,第 n 層,第 n + 1 層,服 務(wù) 用 戶,協(xié)議很復(fù)雜,協(xié)議必須將各種不利的條件事先都估計(jì)到，而不能假定一切情況都是很理想和很順利的。 必須非常仔細(xì)地檢查所設(shè)計(jì)協(xié)議能否應(yīng)付所有的不利情況。 應(yīng)當(dāng)注意：事實(shí)上難免有極個(gè)別的不利情況在設(shè)計(jì)協(xié)議時(shí)并沒有預(yù)計(jì)到。在出現(xiàn)這種情況時(shí)，協(xié)議就會(huì)失敗。因此實(shí)際上協(xié)議往往只能應(yīng)付絕大多數(shù)的不利情況。,著名的協(xié)議舉例,占據(jù)兩個(gè)山頂?shù)乃{(lán)軍與駐扎在這山谷的白軍作戰(zhàn)。力量對(duì)比是：一個(gè)山頂上的藍(lán)軍打不過白軍，但兩個(gè)山頂?shù)乃{(lán)軍協(xié)同作戰(zhàn)就可戰(zhàn)勝白軍。一個(gè)山頂上的藍(lán)軍擬于次日正午向白軍發(fā)起攻擊。于是發(fā)送電文給另一山頂上的友軍。但通信線路很不好，電文出錯(cuò)的可能性很大。因此要求收到電文的友軍必須發(fā)送確認(rèn)電文。但確認(rèn)電文也可能出錯(cuò)。試問能否設(shè)計(jì)出一種協(xié)議，使得藍(lán)軍能實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)因而一定(即100 %)取得勝利？,這樣的協(xié)議無法實(shí)現(xiàn)！,結(jié)論,這樣無限循環(huán)下去，兩邊的藍(lán)軍都始終無法確定自己最后發(fā)出的電文對(duì)方是否已經(jīng)收到。 沒有一種協(xié)議能夠藍(lán)軍能 100% 獲勝。,1.5.5 面向連接服務(wù)與 無連接服務(wù),面向連接服務(wù)(connection-oriented) 面向連接服務(wù)具有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放這三個(gè)階段。 無連接服務(wù)(connectionless) 兩個(gè)實(shí)體之間的通信不需要先建立好連接。 是一種不可靠的服務(wù)。這種服務(wù)常被描述為“盡最大努力交付”(best effort delivery)或“盡力而為”。,1.5.6 OSI 與 TCP/IP 體系結(jié)構(gòu)的比較,應(yīng)用層,運(yùn)輸層,網(wǎng)絡(luò)層,表示層