計算機網(wǎng)絡(luò)第一章概述

1、1 第一章第一章 概述概述 內(nèi)容提要 f計算機網(wǎng)絡(luò)課程簡介 f計算機網(wǎng)絡(luò)概述 f因特網(wǎng)概述 f計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標 f計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 2 課程主要內(nèi)容 f計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) f物理層 f數(shù)據(jù)鏈路層 f網(wǎng)絡(luò)層 f運輸層 f應用層 3 課程特點 f覆蓋面廣； f知識點分散； f理論性較強，概念較抽象； f以網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為主線，按照網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)自底向上逐層 講述計算機網(wǎng)絡(luò)基本原理和技術(shù)。 4 計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生 f計算機網(wǎng)絡(luò)源于計算機技術(shù) 與通信技術(shù)相結(jié)合 f1946年第一臺電子計算機誕 生（ENIAC ） f20世紀50年代，計算機與通 信技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了計算 機網(wǎng)絡(luò) 5 ENIAC 計算機網(wǎng)

2、絡(luò)的定義 資源共享觀點的定義：以能夠相互共享資源的方 式互連起來的自治計算機系統(tǒng)的集合。 f網(wǎng)絡(luò)建立的主要目的是實現(xiàn)計算機資源的共享； f互連的計算機是分布在不同地理位置的多臺獨立 的“自治計算機系統(tǒng)”； f連網(wǎng)計算機在通信過程中必須遵循相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議。 6 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類 f從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進行分類 f從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類 f其它分類方法 7 幾種不同的分類方法 f從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進行分類 廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network) 50km 局域網(wǎng) LAN (Local Area Network) 幾米到幾公里 城域網(wǎng) MAN (Metropolitan Area Net

3、work) 介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間 個人區(qū)域網(wǎng)PAN (Personal Area Network) 范圍大約在10m左右 8 局域網(wǎng)的技術(shù)特點 f覆蓋有限的地理范圍（幾米到幾公里），它適 用于公司、機關(guān)、校園、工廠等有限范圍內(nèi)的 計算機、終端與各類信息處理設(shè)備連網(wǎng)的需求； f提供高數(shù)據(jù)傳輸速率（10Mb/s-10Gb/s）、低 誤碼率的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境； f一般屬于一個單位所有，易于建立、維護與擴 展； f從介質(zhì)訪問控制方法的角度，局域網(wǎng)可分為共 享介質(zhì)式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)兩類。 9 局域網(wǎng)的應用領(lǐng)域 f個人計算機局域網(wǎng) f大型計算設(shè)備群的后端網(wǎng)絡(luò) f存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò) f辦公室與實驗室的網(wǎng)絡(luò)

4、 f企業(yè)與學校的主干網(wǎng) 10 城域網(wǎng)的技術(shù)特點 f城域網(wǎng)是介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的一種高速 網(wǎng)絡(luò)； f城域網(wǎng)設(shè)計的目標是要滿足幾十公里范圍內(nèi)的 大量企業(yè)、機關(guān)、公司的多個局域網(wǎng)互連的需 求； f實現(xiàn)大量用戶之間的數(shù)據(jù)、語音、圖形與視頻 等多種信息的傳輸功能； f城域網(wǎng)在技術(shù)上與局域網(wǎng)相似。 11 廣域網(wǎng)的技術(shù)特點 f廣域網(wǎng)也稱為遠程網(wǎng)； f覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里； f覆蓋一個國家、地區(qū)，或橫跨幾個洲，形成國 際性的遠程網(wǎng)絡(luò)； f通信子網(wǎng)主要使用分組交換技術(shù)； f它將分布在不同地區(qū)的計算機系統(tǒng)互連起來， 達到資源共享的目的。 12 幾種不同的分類方法 f從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類 公用網(wǎng)

5、 (public network) 專用網(wǎng) (private network) 13 其它分類方法 f按通信介質(zhì)劃分 有線網(wǎng) 無線網(wǎng) f按拓撲結(jié)構(gòu)劃分 拓撲結(jié)構(gòu)圖 星形結(jié)構(gòu) 層次結(jié)構(gòu)或樹形結(jié)構(gòu) 總線形結(jié)構(gòu) 環(huán)形結(jié)構(gòu) 點到點部分連接的不規(guī)則形 點到點全連接結(jié)構(gòu)N個節(jié)點需N*(N-1)/2條線路 14 拓撲結(jié)構(gòu)圖 15 內(nèi)容提要 f計算機網(wǎng)絡(luò)課程簡介 f計算機網(wǎng)絡(luò)概述 f因特網(wǎng)概述 f計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標 f計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 16 因特網(wǎng)（Internet） f起源于美國的因特網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國際性計 算機互聯(lián)網(wǎng) 。 f互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networks)。

6、 f網(wǎng)絡(luò)把許多計算機連接在一起。因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接 在一起。 f因特網(wǎng)的前身：ARPANET fTCP/IP協(xié)議是因特網(wǎng)上的標準。 17 18 (a)(b) 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)） 結(jié)點 鏈路 簡單的網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的互聯(lián)網(wǎng) 因特網(wǎng)的具體構(gòu)成 19 主機 = 端系統(tǒng) 運行網(wǎng)絡(luò)應用 路由器 PC 服務(wù)器 無線筆記本電腦 手機 有線鏈路 訪問點 通信鏈路 光纜, 銅線, 無線電, 衛(wèi)星 傳輸率 = 帶寬 路由器: 轉(zhuǎn)發(fā)分組 家庭網(wǎng)絡(luò) 機構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 移動網(wǎng)絡(luò) 全球性ISP 地區(qū) ISP 因特網(wǎng)的發(fā)展階段 f因特網(wǎng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)大體上經(jīng)歷了三個階段的演進。 f但這三個階段在時間劃分上并非截然分開而是有部分

7、 重疊的，這是因為網(wǎng)絡(luò)的演進是逐漸的而不是突然的。 第一階段：ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展； 第二階段：三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)； 第三階段：多層次ISP結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。 20 因特網(wǎng)的組成 從因特網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊： (1) 邊緣部分 由所有連接在因特網(wǎng)上的主機組成，也稱為 資源子網(wǎng)。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（傳 送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。 (2) 核心部分 由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成， 也稱為通信子網(wǎng)。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的（提供 連通性和交換）。 21 22 因特網(wǎng)的核心部分 因特網(wǎng)的邊緣部分 主機 網(wǎng)絡(luò) 路由器 因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分 因

8、特網(wǎng)的邊緣部分 f端系統(tǒng) (主機): 運行應用程序 如：Web，Email等 在“網(wǎng)絡(luò)的邊緣” 23 f客戶服務(wù)器方式: 客戶端主機請求，接收服務(wù)器的 服務(wù) 例如：Web瀏覽器/服務(wù)器， Email客戶端/服務(wù)器 f對等方式（P2P）: 最小化或不使用服務(wù)器 例如：Skype， BitTorrent client/server peer-peer 因特網(wǎng)的核心部分 f互聯(lián)的路由器網(wǎng) f基本問題: 數(shù)據(jù)如何通過 網(wǎng)絡(luò)傳輸？ 電路交換 報文交換 分組交換 24 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 25 為降低通信線路造價，大型網(wǎng)絡(luò)主要采用部分連 接的拓撲結(jié)構(gòu)。 兩個端節(jié)點之間的通信連接一般都要通過中間節(jié) 點的轉(zhuǎn)接，中間

9、節(jié)點要在它所連接幾條線路中選 擇一條進行接續(xù)。 就像電話交換機為通話雙方接續(xù)線路一樣，這個 過程被稱為交換。 實現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報文交換、 分組交換。 電路交換 26 交換設(shè)備在通信雙方找出一條實際的物理線路的 過程。(最早的電路交換連接是由電話接線員通過插塞建立的，現(xiàn)在 則由計算機化的程控交換機實現(xiàn)。) 特點：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。 三個階段：建立連接通話釋放連接 優(yōu)缺點： 建立連接的時間長； 一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低； 無糾錯機制； 建立連接后，傳輸延遲小。 電路交換舉例 fA 和 B 通話經(jīng)過四個交換機 f通話在 A 到 B 的連接上進行 27 (

10、 ( ( ( 交換機 交換機 交換機 交換機 用戶線 用戶線 中繼線 中繼線 B D C A 電路交換舉例 fC 和 D 通話只經(jīng)過一個本地交換機 f通話在 C 到 D 的連接上進行 28 ( ( ( ( 交換機 交換機 交換機 交換機 用戶線 用戶線 中繼線 中繼線 B D C A 電路交換 f電路交換主要是為傳輸語音而設(shè)計的 一旦建立連接就獨占線路 進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，一條連接的大部分時間都是空閑的 數(shù)據(jù)傳輸速率固定不變（線路兩端具有相同的傳輸速率） f更高效的數(shù)據(jù)交換技術(shù)：報文分組交換 29 報文交換 30 整個報文作為一個整體一起發(fā)送。 在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報文先 存儲，待

11、信道空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級一級中 轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲 轉(zhuǎn)發(fā)。 缺點： 1）報文大小不一，造成緩沖區(qū)管理復雜。 2）大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長； 3）出錯后整個報文全部重發(fā)。 分組交換 31 將報文劃分為若干個大小相等的分組(Packet)進行 存儲轉(zhuǎn)發(fā)。 分組長度一般為1000個字節(jié)。 更長的報文將被分割成多個分組，每個分組中包含 了部分用戶數(shù)據(jù)和一些控制信息。 控制信息：路由信息 中間節(jié)點對分組進行存儲并傳遞給下一個節(jié)點。 32 首部首部 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) F 在發(fā)送端把要發(fā)送的報文分隔為較短的數(shù)據(jù)塊 F 每個塊增加帶有控制信息的首部構(gòu)成分組（包） F 依次把各分組

12、發(fā)送到接收端 F 接收端剝?nèi)ナ撞?，抽出?shù)據(jù)部分，還原成報文 數(shù) 據(jù) 分組 報文 發(fā)送端 分組 數(shù) 據(jù) 分組 首部數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 發(fā) 送 發(fā) 送 接收端 首部數(shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù) 分組首部的重要性 f每一個分組的首部都含有地址等控制信息。 f分組交換網(wǎng)中的結(jié)點交換機根據(jù)收到的分組的首部中 的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點交換機。 f用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達最終目的 地。 33 34 分組交換網(wǎng)的示意圖 H1 A 互聯(lián)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！ 路由器 主機 35 注意分組的存儲轉(zhuǎn)

13、發(fā)過程 H1 A 互聯(lián)網(wǎng) B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1 向 H5 發(fā)送分組 路由器 主機 在路由器 E 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口 最后到達目的主機 H5在路由器 C 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口 在路由器 A 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口 分組交換的優(yōu)點 f高效 動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。 f靈活 以分組為傳送單位和查找路由。 f迅速 不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組；充 分使用鏈路的帶寬。 f可靠 完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；自適應的路由選擇協(xié)議使網(wǎng) 絡(luò)有很好的生存性。 36 分組交換帶來的問題 f分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊，這就會造成一定 的

14、時延。 f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。 37 三種交換的比較 P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4 P3 P4 報 文 報 文 報 文 A B C D A B C DA B C D 報文交換電路交換分組交換 t 連接建立 數(shù)據(jù)傳送 報文 P2 P1 連接釋放 數(shù)據(jù)傳送 的特點 比特流直達終點 報文報文報文分組 分組 分組 存儲 轉(zhuǎn)發(fā) 存儲 轉(zhuǎn)發(fā) 存儲 轉(zhuǎn)發(fā) 存儲 轉(zhuǎn)發(fā) 內(nèi)容提要 f計算機網(wǎng)絡(luò)課程簡介 f計算機網(wǎng)絡(luò)概述 f因特網(wǎng)概述 f計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標 f計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 39 計算機網(wǎng)絡(luò)性能指標 f速率 f帶寬 f吞吐量 f時延 f利用率

15、 40 速率 f比特（bit）是計算機中數(shù)據(jù)量的單位，也是信 息論中使用的信息量的單位。 fbit 來源于 binary digit，意思是一個“二進 制數(shù)字”，因此一個比特就是二進制數(shù)字中的一 個 1 或 0。 f速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate) 是計算機網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個性能指標。速率的 單位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等 f速率往往是指額定速率或標稱速率。 41 帶寬 f“帶寬”(bandwidth)本來是指信號具有的頻帶寬 度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。 f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

16、秒”，或 b/s (bit/s)。 f常用的帶寬單位 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） 42 吞吐量 f吞吐量： (throughput)表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng) 絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。即在發(fā)送者和接收者 之間傳送比特的速率。 瞬時：接收時的速率 平均：一段時間內(nèi)的速率 43 服務(wù)器向客戶 端發(fā)送大小為 F比特的文件 鏈路容量 Rs b/s 鏈路容量 Rc b/s 管道以Rs b/s的速率運載 比特流 管道以Rc b/s的速率運載比 特流 服務(wù)器發(fā)送

17、比特流 進入管道 時延(delay 或 latency) f傳輸時延（發(fā)送時延 ） 發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點 進入到傳輸媒體所需要的時間。 f也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該幀的最后一 個比特發(fā)送完畢所需的時間。 44 發(fā)送時延 = 數(shù)據(jù)塊長度（比特） 發(fā)送速率（比特/秒） 45 時延(delay 或 latency) f傳播時延 電磁波在信道中需要傳播一定的距離而 花費的時間。 f信號傳輸速率（即發(fā)送速率）和信號在信道上的傳播 速率是完全不同的概念。 傳播時延 = 信道長度（米） 信號在信道上的傳播速率（米/秒） 時延(delay 或 latency) f處理時延 結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進

18、行一些必要的處理所花 費的時間。 f排隊時延 結(jié)點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延。 f排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當時的通信量。 46 時延(delay 或 latency) f數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延就是發(fā)送時延、傳播時延、處理時延和 排隊時延之和： 47 總時延 = 發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延 四種時延所產(chǎn)生的地方 1 0 1 1 0 0 1 發(fā)送器 隊列 在鏈路上產(chǎn)生 傳播時延 結(jié)點 B 結(jié)點 A 在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時延 (即發(fā)送時延) 在結(jié)點 A 中產(chǎn)生 處理時延和排隊時延 數(shù)據(jù) 從結(jié)點 A 向結(jié)點 B 發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路 利用率 f信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有

19、數(shù)據(jù)通過）。完全空閑的信道的利用率是零。 f網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。 f信道利用率并非越高越好。 49 內(nèi)容提要 f計算機網(wǎng)絡(luò)課程簡介 f計算機網(wǎng)絡(luò)概述 f因特網(wǎng)概述 f計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標 f計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 50 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成 f計算機網(wǎng)絡(luò)是個非常復雜的系統(tǒng)。有許多 “部件”組 成：如主機、路由器、各種媒體鏈路、應用、協(xié)議、硬 件、軟件。 f如何組織網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)呢？ f“分層”可將龐大而復雜的問題，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。 51 現(xiàn)實中的分層舉例1 52 哲學家-翻譯-秘書 現(xiàn)實中的分層舉例2 53 郵政系統(tǒng)

20、 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層原理 f在網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)中，第N層是第N-1層的用戶，同時是 第N+1層的服務(wù)提供者。 f分層結(jié)構(gòu)的好處： 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(shù)來實現(xiàn); 易于實現(xiàn)和維護; 有利于促進標準化。 54 55 層次結(jié)構(gòu)方法要解決的問題 1.網(wǎng)絡(luò)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(guān)系是怎樣的？它們?nèi)绾芜M 行交互？（服務(wù)與接口） 3.通信雙方的數(shù)據(jù)傳輸要遵循哪些規(guī)則？ （協(xié)議） 層次結(jié)構(gòu)方法包括三個內(nèi)容：分層及每層功能，服務(wù)層次結(jié)構(gòu)方法包括三個內(nèi)容：分層及每層功能，服務(wù) 與層間接口，協(xié)議。與層間接口，協(xié)議。 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的

21、定義 f計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計算 機網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。 f體系結(jié)構(gòu)就是這個計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所應完 成的功能的精確定義。 f實現(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。 f體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實現(xiàn)則是具體的，是真 正在運行的計算機硬件和軟件。 56 實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點 f實體(entity) 表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟 件進程。 f協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合。 協(xié) 議的三要素： 語義 需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響 應，即“講什么” 。 語法 數(shù)據(jù)與

22、控制信息的結(jié)構(gòu)或格式，即“怎么講” 。 同步 事件實現(xiàn)順序的詳細說明。 f在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能 夠向上一層提供服務(wù)。 f要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。 57 實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點（續(xù)） f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。 f下面的協(xié)議對上面的服務(wù)用戶是透明的。 f協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對等實體之間 通信的規(guī)則。 f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。 f同一系統(tǒng)相鄰兩層的實體進行交互的地方，稱為 服務(wù)訪問點 SAP (Service Access Point)。 58 實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點

23、（續(xù)） 59 協(xié)議(n + 1) SAPSAP 交換服務(wù)原語交換服務(wù)原語 實體(n + 1) 服務(wù)提供者 第 n 層 第 n + 1 層 實體(n + 1)服務(wù)用戶 實體(n)實體(n) 協(xié)議(n) 協(xié)議很復雜 f協(xié)議必須將各種不利的條件事先都估計到，而不能假 定一切情況都是很理想和很順利的。 f必須非常仔細地檢查所設(shè)計協(xié)議能否應付所有的不利 情況。 應當注意：事實上難免有極個別的不利情況在設(shè)計協(xié)議 時并沒有預計到。在出現(xiàn)這種情況時，協(xié)議就會失敗。 因此實際上協(xié)議往往只能應付絕大多數(shù)的不利情況。 60 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的兩種國際標準 f法律上的國際標準 OSI/RM（開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型） 并沒有

24、得到市場的認可。 f而非國際標準的 TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛的應用。 TCP/IP 常被稱為事實上的國際標準。 61 OSI/RM模型 f開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI/RM）是作為計算機通信體系 結(jié)構(gòu)的模型由國際標準化組織（ISO）制定并構(gòu)架的開放 協(xié)議標準 f它由七個層次構(gòu)成，由下至上分別是：物理層，數(shù)據(jù)鏈路 層，網(wǎng)絡(luò)層，運輸層，會話層，表示層，應用層 62 OSI/RM模型圖 63 OSI/RM模型 f各層功能： 物理層：在物理介質(zhì)上透明地傳輸比特流 數(shù)據(jù)鏈路層：為穿越物理鏈路的信息提供可靠的 傳輸手段，為數(shù)據(jù)塊發(fā)送提供必要的同步，差錯 控制和流量控制 網(wǎng)絡(luò)層：主要任務(wù)是如何將分組從

25、源傳送到目的 地 64 OSI/RM模型 f各層功能： 運輸層：提供可靠的、透明的端到端數(shù)據(jù)傳輸， 并提供端點間的錯誤校正和流量控制 會話層：為應用程序間的通信提供對話控制機制 表示層：定義了兩個應用之間進行交換的數(shù)據(jù)格 式 應用層：提供給用戶訪問OSI環(huán)境的手段 65 對OSIOSI參考模型的評價 f層次數(shù)量與內(nèi)容選擇不是很好，會話層很少用到，表 示層幾乎是空的，數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層有很多的子層 插入； f尋址、流控與差錯控制在每一層里都重復出現(xiàn)，降低 系統(tǒng)效率； f數(shù)據(jù)安全性、加密與網(wǎng)絡(luò)管理在參考模型的設(shè)計初期 被忽略了； f參考模型的設(shè)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

26、作方式； f嚴格按照層次模型編程的軟件效率很低。 66 OSI參考模型沒有成為事實上的標準 f只要遵循 OSI 標準，一個系統(tǒng)就可以和位于 世界上任何地方的、也遵循這同一標準的其他 任何系統(tǒng)進行通信。 f在市場化方面 OSI 卻失敗了。 OSI 的專家們在完成 OSI 標準時沒有商業(yè)驅(qū)動 力； OSI 的協(xié)議實現(xiàn)起來過于復雜，且運行效率很低； OSI 標準的制定周期太長，因而使得按 OSI 標 準生產(chǎn)的設(shè)備無法及時進入市場； OSI 的層次劃分也并不太合理，有些功能在多個 層次中重復出現(xiàn)。 67 TCP/IP參考模型 f在TCP/IP協(xié)議研究初期，并沒有提出參考模型； f1974年Kahn定義

27、了最早的TCP/IP參考模型； f80年代Leiner、 Clark等人對TCP/IP參考模型進一步 的研究； fTCP/IP協(xié)議一共出現(xiàn)了6個版本； f目前我們使用的是版本4，它的網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議一般記作 IPv4 ； f版本6的網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議一般記作IPv6（或IPng, IP next generation）； fIPv6被稱為下一代的IP協(xié)議。 68 TCP/IP協(xié)議的特點 f開放的協(xié)議標準； f獨立于特定的計算機硬件與操作系統(tǒng)； f獨立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運行在局域網(wǎng)、 廣域網(wǎng)，更適用于互連網(wǎng)中； f統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個TCP/IP 設(shè)備在網(wǎng)中都具有唯一的地址； f標準化

28、的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用 戶服務(wù)。 69 TCP/IP參考模型層次劃分 f應用層 f運輸層 f網(wǎng)際層 f網(wǎng)絡(luò)接口層 70 TCP/IP 與 OSI 體系結(jié)構(gòu)的比較 71 應用層 運輸層 網(wǎng)絡(luò)層 表示層 會話層 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 7 6 5 4 3 2 1 OSI 的體系結(jié)構(gòu) 應用層 網(wǎng)絡(luò)接口層 網(wǎng)際層 IP (各種應用層協(xié)議如 TELNET, FTP, SMTP 等) 運輸層(TCP 或 UDP) TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu) 無連接分組交付服務(wù) 運輸服務(wù) (可靠或不可靠) 各種 應用服務(wù) TCP/IP 的三個服務(wù)層次 TCP/IP 四層協(xié)議的表示方法舉例 72 應用層 運輸層 網(wǎng)際層

29、網(wǎng)絡(luò) 接口層 主機A主機B 路由器 網(wǎng)絡(luò) 2網(wǎng)絡(luò) 1 應用層 運輸層 網(wǎng)際層 網(wǎng)絡(luò) 接口層 網(wǎng)際層 網(wǎng)絡(luò) 接口層 4 3 2 1 沙漏計時器形狀的 TCP/IP協(xié)議族 HTTPSMTPDNSRTP TCPUDP IP 網(wǎng)際層 網(wǎng)絡(luò)接口層 運輸層 應用層 網(wǎng)絡(luò)接口 1 網(wǎng)絡(luò)接口 2網(wǎng)絡(luò)接口 3 Everything over IP IP 可為各式各樣的應用程序提供服務(wù) IP over Everything IP 可應用到各式各樣的網(wǎng)絡(luò)上 對TCP/IP參考模型的評價 f在服務(wù)、接口與協(xié)議的區(qū)別上不很清楚，一個好的軟 件工程應該將功能與實現(xiàn)方法區(qū)分開，參考模型不適 合于其它非TCP/IP協(xié)議族；

30、fTCP/IP參考模型的網(wǎng)絡(luò)接口層本身并不是實際的一層； f物理層與數(shù)據(jù)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。 74 五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) fTCP/IP 是四層的體系結(jié)構(gòu)：應用層、運輸層、網(wǎng)際層 和網(wǎng)絡(luò)接口層。 f最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)容。 f因此往往采取折中的辦法，即綜合 OSI 和 TCP/IP 的 優(yōu)點，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 。 75 五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) f應用層(application layer) f運輸層(transport layer) f網(wǎng)絡(luò)層(network layer) f數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer) f物理層

31、(physical layer) 76 數(shù)據(jù)鏈路層 5 應用層 4 運輸層 3 網(wǎng)絡(luò)層 2 數(shù)據(jù)鏈路層 1 物理層 計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 77 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機 1 AP2 AP1 計算機 2 應用進程數(shù)據(jù)先傳送到應用層 加上應用層首部，成為應用層 PDU 計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 78 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機 1 AP2 AP1 計算機 2 應用層 PDU 再傳送到運輸層 加上運輸層首部，成為運輸層報文 計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 79 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機 1 AP2 AP1 計

32、算機 2 運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層 加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報（或分組） 計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 80 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機 1 AP2 AP1 計算機 2 IP 數(shù)據(jù)報再傳送到數(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 計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 81 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機 1 AP2 AP1 計算機 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 計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 82 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 物理傳輸媒體 計算機 1 AP2 AP1 電信號（或光

33、信號）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 計算機 2 計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 83 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機 1 AP2 AP1 計算機 2 物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層 計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 84 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機 1 AP2 AP1 計算機 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 計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 85 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機 1 AP2 AP1 計算機 2 網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分 上交給運輸層 計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 86 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機 1 AP2 AP1 計算機 2 運輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分 上交給應用層 計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 87 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機 1 AP2 AP1 計算機 2 應用層剝?nèi)ナ撞?，取出應用程序?shù)據(jù) 上交給應用進程 計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 88 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機 1 AP2 AP1 計算機 2 我