現代網絡體系結構和參考模型

本資料來源基礎知識02網絡體系結構和參考模型本章主要內容3.1計算機網路體系結構3.2開放系統(tǒng)互連參考模型3.3TIP/IP參考模型3.4網絡協議3.5本章小結3.1計算機網路體系結構3.1.1網絡體系結構的提出與發(fā)展3.1.2網絡體系結構的定義3.1.3網絡分層結構3.1.4網絡協議3.1.5網絡體系結構中的基本概念3.1.1網絡體系結構的提出與發(fā)展1974年，美國IBM公司在網絡實踐中總結出世界上第一個網絡體系結構——系統(tǒng)網絡體系結構(SystemsNetworkArchitecture，SNA)。1975年，DEC公司為了與IBM公司競爭，也發(fā)布了自己的計算機網絡體系結構——數字網絡體系結構(DigitalNetworkArchitecture，DNA)。后來，Novell公司推出的網絡操作系統(tǒng)NetWare也實現了一種新的網絡體系結構——IPX/SPX。與此同時，Apple公司也推出了針對Macintosh計算機連網而設計的計算機網絡體系結構。國際標準化組織(ISO)在1984年公布了開放系統(tǒng)互連/參考模型(OpenSystemInterconnection/ReferenceModel，OSI/RM)。3.1.2網絡體系結構的定義網絡體系結構(NetworkArchitecture)是計算機網絡的分層、各層協議、功能和層間接口的集合。不同的計算機網絡具有不同的體系結構，其層的數量、各層的名稱、內容和功能以及各相鄰層之間的接口都不一樣。然而，在任何網絡中，每一層都是為了向它相鄰的上層提供一定的服務而設置的，而且每一層都對上層屏蔽實現協議的具體細節(jié)。這樣，網絡體系結構就能做到與具體的物理實現無關，哪怕連接到網絡中的主機和終端的型號及性能各不相同，只要它們共同遵守相同的協議就可以實現互通信和互操作。3.1.3網絡分層結構基本的網絡體系結構模型就是層次結構模型。網絡分層結構中，每一層都由一些實體組成，這些實體抽象地表示了通信時的軟件元素(如進程或子程序)或硬件元素(如智能I/O芯片等)。實體是通信時能發(fā)送和接收信息的任何軟硬件設施。系統(tǒng)的頂層執(zhí)行用戶要求做的工作，直接與用戶接觸，可以是用戶編寫的程序或發(fā)出的命令。除頂層外，各層都支持其上一層的實體進行工作，這就是服務。分層結構中各相鄰層之間要有一個接口，它定義了較低層向較高層提供的原始操作和服務。相鄰層通過它們之間的接口交換信息，高層并不需要知道低層是如何實現的，僅需要知道該層通過層間的接口所提供的服務，這樣使得兩層之間保持了功能的獨立性。3.1.4網絡協議通信協議具有以下特性。(1)層次性。(2)可靠性和有效性。計算機網絡協議主要由以下三個要素組成。(1)語義(2)語法(3)定時3.1.5網路體系結構中的基本概念1.層層是指人們劃分出來的計算機網絡中功能獨立的一個子模塊。從程序設計角度來說，層是指為了實現一個大功能而涉及的許多函數的集合。2.實體所謂實體，是指某一層中具有數據收發(fā)能力(可以接受參數并且返回結果)的活動單元。3.服務服務是指第N層的所有實體為N+1層的所有實體提供的一組功能集合4.服務原語服務原語供用戶實體訪問該服務或者向用戶實體報告某事件的發(fā)生。5.數據據單元為了實現現某些功功能，層層與層之之間、實實體與實實體之間間都需要要傳遞一一些數據據，通常常將傳遞遞的數據據的每一一個單位位叫做數數據單元元。6.協協議數據據單元通常將不不同計算算機系統(tǒng)統(tǒng)的對等等層實體體之間所所交換的的數據單單位的每每一部分分稱為協協議數據據單元。。7.服務務數據單單元服務數據據單元是是指下層層實體給給上層實實體返回回結果的的集合。。8.接口口數據單單元在同一系系統(tǒng)的相相鄰兩層層實體的的一次交交互中，，將傳遞遞的參數數和返回回的結果果稱為接接口數據據單元。。3.2開開放放系統(tǒng)互互連參考考模型3.2.1分分層通通信3.2.2物物理層層3.2.3數數據鏈鏈路層3.2.4網網絡層層3.2.5傳傳輸層層3.2.6高高層協協議3.2.1分分層通通信在OSI參考模模型(如如圖3-1所示示)中，，將整個個通信功功能劃分分為七個個層次。。每一層層的目的的是向相相鄰的上上一層提提供服務務，并且且屏蔽服服務實現現的細節(jié)節(jié)。模型型設計成成多層，，像是在在與另一一臺計算算機對等等層通信信。實際際上，通通信是在在同一計計算機的的相鄰層層之間進進行的。。每一層層都按照照一組協協議來實實現某些些網絡的的功能。。七個層層次之間間的問題題相對獨獨立，而而且易于于分開解解決，也也無需過過多依賴賴于外部部信息。。七個層層次自下下而上分分布，并并具有不不同的功功能。應用層表示層會話層傳輸層網絡層物理層數據鏈路層應用層表示層會話層傳輸層網絡層物理層數據鏈路層應用層協議表示層協議會話層協議傳輸層協議網絡層協議數據鏈路層協議物理層協議接口接口接口接口接口接口報文(M)報文(M)報文(M)報文(M)報文分組(P)幀(F)位(bit)主機X主機Y圖3-1OSI參考考模型3.2.2物物理層層1.物理理層的概概念物理層(PhysicalLayer)是OSI的最最底層，，它建立立在物理理通信介介質的基基礎之上上，作為為系統(tǒng)和和通信介介質的接接口，用用來實現現數據鏈鏈路實體體之間透透明的比比特流傳傳輸。2.物理理層的功功能(1)物物理連接接的建立立與拆除除(2)物物理層服服務數據據單元傳傳輸(3)物物理層管管理3.物物理層的的特性1)機械械特性2)電氣氣特性3)功能能特性4)規(guī)程程特性3.2.3數數據鏈鏈路層1.數據據鏈路層層的概念念數據鏈路路層(DataLinkLayer)的主要要用途是是在相鄰鄰網絡實實體(即即相鄰結結點)之之間建立立、維持持和釋放放數據鏈鏈路連接接，并且且傳輸數數據鏈路路服務數數據單元元。2.數據據鏈路層層提供的的功能和和服務(1)數數據鏈路路管理功功能(2)差差錯控制制功能(3)相相鄰結點點之間的的流量控控制3.數據據鏈路層層的主要要協議(1)面面向字符符的通信信規(guī)程(2)面面向位的的通信規(guī)規(guī)程3.2.4網網絡層層1.網絡絡層的功功能(1)建建立和拆拆除網絡絡連接(2)路路徑選擇擇(3)對對數據包包進行分分段和組組裝(4)傳傳輸和流流量控制制(5)差差錯的檢檢測和恢恢復2.網絡絡層提供供的主要要服務(1)無無連接服服務(2)面面向連接接服務(3)數數據報服服務(4)虛虛電路服服務3.2.5傳傳輸層層1.傳輸輸層提供供的服務務傳輸層的的主要任任務是在在優(yōu)化網網絡層提提供的服服務的基基礎上，，在源主主機與目目的主機機之間提提供可靠靠的透明明數據傳傳輸，使使高層服服務用戶戶在相互互通信時時不用關關心通信信子網的的實現細細節(jié)。2.傳輸輸層的主主要功能能(1)將將傳輸層層的地址址映射到到網絡地地址(2)多路路復用用和分分割(3)傳輸輸連接接的建建立與與釋放放(4)分段段與重重新組組裝(5)組合合與分分解(6)流量量控制制和緩緩存(7)差錯錯控制制3.2.6高高層層協議議1.會會話層層會話層層(SessionLayer)負負責在在網絡絡中的的兩結結點之之間建建立和和維持持通信信、建建立會會話、、拆除除會話話等會會話管管理服服務。。2.表表示層層表示層層(PresentationLayer)就像像是應應用程程序與與網絡絡之間間的翻翻譯。。3.應應用層層應用層層為應應用進進程提提供了了訪問問OSI環(huán)環(huán)境的的手段段，是是應用用進程程使用用OSI功功能的的唯一一窗口口。3.3TIP/IP參考考模型型3.3.1TCP/IP的層次結結構3.3.2TCP/IP協議集3.3.3兩種種分層結構構的比較3.3.4TCP/IP協議族3.3.5IP地址和子子網掩碼3.3.1TCP/IP的層次結結構TCP/IP分為四四個層次，，分別是網網絡接口層層、網際層層、傳輸層層和應用層層。1.網絡接接口層網絡接口層層是TCP/IP協協議的最低低層，負責責接收IP數據包并并通過網絡絡發(fā)送IP數據包，，或者從網網絡上接收收物理幀，，取出IP數據包，，并把它交交給IP層層。2.網際層層(IP)網際層所執(zhí)執(zhí)行的主要要功能是處處理來自傳傳輸層的分分組，將分分組形成數數據包(IP數據包包)，并為為該數據包包進行路徑徑選擇，最最終將數據據包從源主主機發(fā)送到到目的主機機。3.傳輸層層(TCP和UDP)傳輸層提供供應用程序序間的通信信通信，提提供了可靠靠的傳輸(UDP提提供不可靠靠的傳輸)。4.應用層層在TCP/IP模型型中，應用用程序接口口是最高層層，它與OSI模型型中的高三三層的任務務相同，用用于提供網網絡服務。。圖3-2信信息在各各層次之間間的傳遞3.3.2TCP/IP協議集1.網絡接接口層協議議網絡接口層層上的TCP/IP協議用于于使用串行行線路連接接主機與網網絡或連接接網絡與網網絡的場合合，這就是是SLIP協議和PPP協議議。2.網際層層協議網際層上包包含五個協協議：IP、ARP、RARP、ICMP和IGMP。。3.傳輸層層協議傳輸層有兩兩個主要的的協議：TCP協議議和UDP協議。4.應用層層協議3.3.3兩種種分層結構構的比較相同點它們都是層層次結構的的模型；其其最低層都都是面向通通信子網的的；它們都都有運輸層層，且都是是第一個提提供端到端端數據傳輸輸服務的層層次，都能能提供面向向連接或無無連接運輸輸服務；其其最高層都都是向各種種用戶應用用進程提供供服務的應應用層等。。不同點兩者所劃分分的層次數數不同；TCP/IP中沒有有表示層和和會話層；；TCP/IP沒有有明確規(guī)定定通信子網網的協議，，也不再區(qū)區(qū)分通信子子網中的物物理層、數數據鏈路層層和網絡層層；TCP/IP中中特別強調調了網際層層，其中運運行的IP協議是Internet的的核心協議議，且網際際層向上只只提供無連連接的服務務，而不提提供面向連連接的服務務等。3.3.4TCP/IP協議族1.TCP/IP的的數據鏈路路層(1)SLIP協議議(2)PPP協議2.TCP/IP網網絡層(1)互聯聯網協議IP(InternetProtocol)(2)互聯聯網控制報報文協議ICMP(3)地址址轉換協議議ARP(4)反向向地址轉換換協議RARP3.TCP/IP傳傳輸層(1)傳輸輸控制協議議TCP(2)用戶戶數據報協協議UDP4.TCP/IP的的應用層(1)文件件傳輸協議議FTP(2)遠程程終端訪問問TELNET(3)域名名服務DNS(4)簡單單郵件傳送送協議SMTP3.3.5IP地址和子子網掩碼1.IP地地址IP地址是是一個32位的二進進制數，由由地址類別別、網絡號號和主機號號三個部分分組成。IP地址分分成五類：：A類、B類、C類類、D類和和E類，詳詳細結構如如圖3-3所示。圖3-3IP地址址分類2.子網的的劃分在許多情況況下，一個個A類或B類地址的的一個網絡絡號，對應應了很多的的主機，一一個組織或或公司常常常用不了。。另一方面面，C類地地址的一個個網絡只有有254臺臺主機，又又顯得太少少。因此，，在實際應應用中，常常常將一個個較大的網網絡分成幾幾個部分，，每一個部部分稱為一一個子網。。在外部，，這幾個子子網依然對對應一個完完整的網絡絡號。子網網劃分的方方法就是將將地址的主主機號部分分進一步劃劃分成子網網號和主機機號兩個部部分，其中中，表示子子網號的二二進制位數數(占用主主機地址位位數)取決決于子網的的個數，假假設占用主主機地址的的位數為m，子網個個數n，它它們之間的的關系是2m=n。。子網掩瑪瑪(SubnetMask)也是是一個““點分十十進制””表示的的32位位二進制制數，通通過子網網掩碼，，可以指指出一個個IP地地址中的的哪些位位對應于于網絡地地址(包包括子網網地址)、哪些些位對應應于主機機地址。。對于子子網掩碼碼的取值值，通常常是將對對應于IP地址址中網絡絡地址(網絡號號和子網網號)的的所有位位都設置置為“1”，對對應于主主機地址址(主機機號)的的所有位位都設置置為“0”。3.幾種種特殊的的IP地地址形式式(1)網網絡地址址由一個有有效的網網絡號和和一個全全“0””的主機機號組成成，用來來表示某某一個具具體的網網絡。(2)廣廣播地址址①直接廣廣播地址址：由一一個有效效的網絡絡號和一一個全““1”的的主機號號構成，，其作用用是因特特網的主主機向網網絡號所所指向的的網絡廣廣播信息息。②有限廣廣播地址址：32位全為為“1””的IP地址(55)，用用于本網網(或本本子網)廣播。。(3)回回環(huán)地址址A類網絡絡的網絡絡號為127(即01111111)的IP地址址，是保保留地址址，可作作為本地地軟件回回環(huán)測試試本主機機之用，，叫做回回環(huán)地址址。(4)專專用地址址3.4網網絡絡協議3.4.1NETBEUI協議議3.4.2IPX/SPX協議議3.4.3常常用網網絡通信信協議的