二章節(jié)計算機網(wǎng)絡體系結構課件

1、第二章 計算機網(wǎng)絡體系結構 本章主要內(nèi)容網(wǎng)絡體系結構的基本概念 開放系統(tǒng)互連參考模型 TCP/IP體系結構計算機局域網(wǎng)協(xié)議 1計算機網(wǎng)絡技術及應用2.1 網(wǎng)絡體系結構的基本概念 1 網(wǎng)絡的層次結構 計算機網(wǎng)絡是一個復雜的系統(tǒng)。為了降低系統(tǒng)設計和實現(xiàn)的難度，把計算機網(wǎng)絡要實現(xiàn)的功能進行結構化和模塊化的設計，將整體功能分為幾個相對獨立的子功能層次，各個功能層次間進行有機的連接，下層為其上一層提供必要的功能服務。這種層次結構的設計稱為網(wǎng)絡層次結構模型。網(wǎng)絡層次結構模型的好處是：各層之間相互獨立，各層實現(xiàn)技術的改變不影響其他層，易于實現(xiàn)和維護，有利于促進標準化，為計算機網(wǎng)絡協(xié)議的設計和實現(xiàn)提供了很大方

2、便。 2計算機網(wǎng)絡技術及應用2.1 網(wǎng)絡體系結構的基本概念2 網(wǎng)絡協(xié)議 網(wǎng)絡中的兩個實體要實現(xiàn)通信，它們必須具有相同的語言，交流什么、怎樣交流及何時交流等，必須遵守有關實體間某些相互都能接受的一些規(guī)則，這些規(guī)則的集合稱為協(xié)議。為進行網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定即為網(wǎng)絡協(xié)議。網(wǎng)絡協(xié)議一般由語法、語義和時序三要素組成。 3計算機網(wǎng)絡技術及應用2.1 網(wǎng)絡體系結構的基本概念3 網(wǎng)絡體系結構 計算機網(wǎng)絡的層次及各層協(xié)議的集合，即是網(wǎng)絡體系結構（Architecture）。具體地說，網(wǎng)絡體系結構是關于計算機網(wǎng)絡應設置哪幾層，每個層次又應提供哪些功能的精確定義。 4計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2

3、開放系統(tǒng)互連參考模型2 OSI參考模型層次劃分的原則網(wǎng)絡中所有節(jié)點都劃分為相同的層次結構，每個相同的層次都有相同的功能 同一節(jié)點內(nèi)各相鄰層次之間通過接口協(xié)議進行通信 每一層使用下一層提供的服務，并向它的上層提供服務 不同節(jié)點的同等層按照協(xié)議實現(xiàn)同等層之間的通信 6計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型3 OSI參考模型的七層結構 7計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 物理層（Physical Layer） 物理層是OSI參考模型的最低層，它建立在傳輸介質(zhì)上，利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接。 物理層的主要功能是在物理介質(zhì)上傳輸二進制數(shù)據(jù)

4、比特流；提供為建立、維護和拆除物理連接所需的機械、電氣和規(guī)程方面的特性。 9計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer） 在物理層傳送的比特流的基礎上，數(shù)據(jù)鏈路層負責建立相鄰節(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈路，提供節(jié)點之間的可靠的數(shù)據(jù)傳輸。這一層將接收到的二進制數(shù)據(jù)流封裝成幀（包含目的地址、源地址、數(shù)據(jù)段以及其他控制信息），然后按順序傳輸幀，并負責處理接收端發(fā)回的確認幀的信息。 另外，數(shù)據(jù)鏈路層還具有流量控制和檢錯功能 。 10計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 網(wǎng)絡層（Network Laye

5、r） 數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡層被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)分組，然后通過路徑選擇、流量、差錯、順序、進/出路由等控制，將數(shù)據(jù)從物理連接的一端傳送到另一端，并負責點到點之間通信聯(lián)系的建立、維護和結束。它通過執(zhí)行路由算法，為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當?shù)穆窂?，還要執(zhí)行擁塞控制與網(wǎng)絡互連等功能，是OSI參考模型中最復雜的一層。 11計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 傳輸層（Transport Layer） 傳輸層是面向應用的高層和與網(wǎng)絡有關的低層協(xié)議之間的接口，其下三層與數(shù)據(jù)傳輸有關，其上三層與應用有關。傳輸層提供在不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸服務，在網(wǎng)內(nèi)兩實體間建立端到端通信信道，提供兩端點之間

6、的可靠、透明數(shù)據(jù)傳輸；執(zhí)行端到端差錯檢測和恢復，順序控制和流量控制功能，并管理多路復用。 12計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 會話層（Session Layer） 會話層負責控制每一網(wǎng)絡節(jié)點究竟什么時間可以傳送與接收數(shù)據(jù)，為不同用戶提供建立會話關系，并對會話進行有效管理。例如，當許多用戶同時收發(fā)信息時，該層主要控制、決定何時發(fā)送或接收信息，才不會有“碰撞”發(fā)生。 13計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2 開放系統(tǒng)互連參考模型5 OSI參考模型各層功能 表示層（Presentation Layer） 表示層是為了在不同系統(tǒng)之間的不同信息表示能夠相互理解對方數(shù)據(jù)的

7、含義以便進行通信而設置的，它負責將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為發(fā)送方和接收方都能識別的格式。 另外，表示層還負責諸如數(shù)據(jù)壓縮和恢復、加密和解密等服務。 14計算機網(wǎng)絡技術及應用6、實例： 七層實例應用層比如HTTP協(xié)議 ftp、DNS等表示層比如一些文件格式mp3 avi會話層應該是窗口程序傳輸層TCP網(wǎng)絡層IP數(shù)據(jù)鏈路層802.3以太網(wǎng)標準物理層網(wǎng)卡 rj45插頭等等16計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3 TCP/IP體系結構 OSI參考模型試圖達到一種理想境界，即全世界的計算機網(wǎng)絡都遵循這統(tǒng)一的標準，所有的計算機都能方便的互連和交換數(shù)據(jù)，然而由于OSI標準制定周期長、協(xié)議實現(xiàn)過分復雜及OSI的層次劃分不太合理等原因

8、。當?shù)搅?0世紀90年代初期，雖然整套的OSI標準都已制定出來，但當時的Internet在全世界的范圍形成規(guī)模，因此網(wǎng)絡體系結構得到廣泛應用的并不是國際標準的OSI，而是應用在Internet上的非國際標準的TCP/IP體系結構。 17計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3 TCP/IP體系結構2 TCP/IP參考模型各層功能主機至網(wǎng)絡層 (網(wǎng)絡訪問層） 主機至網(wǎng)絡層（網(wǎng)絡接口層）是TCP/IP模型的最低層。它負責網(wǎng)際層與硬件設備間的聯(lián)系，指出主機必須使用某種協(xié)議與網(wǎng)絡相連。網(wǎng)際層 它是整個體系結構的關鍵部分，網(wǎng)際層的功能就是把IP分組發(fā)送到它應該去的地方，分組路由和避免擁塞是網(wǎng)際層主要解決的問題。 網(wǎng)際

9、層使用的主要協(xié)議是IP協(xié)議。 19計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3 TCP/IP體系結構2 TCP/IP參考模型各層功能傳輸層 （主機主機層） 傳輸層解決的是“端到端”的通信問題。它的功能是使源端和目的端主機上的對等實體可以進行會話，和OSI的傳輸層一樣，傳輸層定義了兩個端到端的協(xié)議。第一個是傳輸控制協(xié)議TCP，它是一個面向連接的協(xié)議，允許從一臺機器發(fā)出的字節(jié)流無差錯地發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其他機器。第二個協(xié)議是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP，它是一個不可靠的、無連接協(xié)議。 20計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3 TCP/IP體系結構2 TCP/IP參考模型各層功能應用層 應用層提供一組常用的應用程序給用戶，應用程序和傳輸層

10、協(xié)議相配合，完成發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。每個應用程序都有自己的數(shù)據(jù)格式，它可以是一系列報文或字節(jié)流，但不管采用哪種格式，都要將數(shù)據(jù)傳送給傳輸層以便交換。 應用層包含所有的高層協(xié)議，如文件傳輸協(xié)議FTP、電子郵件協(xié)議SMTP、超文本傳輸協(xié)議HTTP等 。 21計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3 TCP/IP體系結構3、IP地址 在以TCP/IP為通信協(xié)議的網(wǎng)絡上，每臺主機都有唯一的IP地址，IP地址用來唯一標示一臺主機，也隱含著網(wǎng)絡間的路徑信息。IP地址共占用32個位，一般是以4個十進制數(shù)來表示，每個數(shù)字稱為一個字節(jié)，字節(jié)與字節(jié)之間用點隔開，例如：，因為在TCP/IP網(wǎng)絡上是利用IP地址來標示每一臺主機，每一臺

11、主機都必須擁有唯一的IP地址。22計算機網(wǎng)絡技術及應用類網(wǎng)絡號主機號W取值支持網(wǎng)絡數(shù)每個網(wǎng)絡支持主機數(shù)AWX.Y.Z1-12612616,777,214BW.XY.Z128-1911638465,534CW.X.YZ192-2232,097,152254D224-239E240-25423計算機網(wǎng)絡技術及應用A 55B 55C 55D 55E 520 網(wǎng)絡地址 主機地址10 網(wǎng)絡地址 主機地址110 網(wǎng)絡地址 主機地址1110 組播地址11110 保留24計算機網(wǎng)絡技術及應用2.4 計算機局域網(wǎng)協(xié)議1 IEEE802標準簡介 在ISO/OSI參考模型中，其低三層協(xié)議是依賴具體網(wǎng)絡的，計算機局域

12、網(wǎng)是一種具體的網(wǎng)絡，共享信道是它的特性。遵循ISO/OSI參考模型的原則，IEEE802系列標準協(xié)議主要解決局域網(wǎng)低三層的功能，其對應的LAN/RM如下圖所示。 網(wǎng)際層LLC子層MAC子層物理層26計算機網(wǎng)絡技術及應用2.4 計算機局域網(wǎng)協(xié)議1 IEEE802標準簡介 在ISO/OSI參考模型中，數(shù)據(jù)鏈路層的功能簡單，它只負責把數(shù)據(jù)從一個節(jié)點可靠地傳輸?shù)较噜彽墓?jié)點。但在局域網(wǎng)中，多個站點共享傳輸介質(zhì)，在節(jié)點間傳輸數(shù)據(jù)之前必須首先解決由哪個設備使用傳輸介質(zhì)，因此數(shù)據(jù)鏈路層要有介質(zhì)訪問控制功能。由于介質(zhì)的多樣性，所以必須提供多種介質(zhì)訪問控制方法。為此IEEE802標準把數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個子層：邏輯鏈路控制（LLC）子層和介質(zhì)訪問控制（MAC）子層。LLC子層