第2章計算機網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

第2章計算機網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

2.1

計算機網(wǎng)絡(luò)概念2.2

因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

2.3

OSI-RM與TCP/IP的關(guān)系2.4

TCP/IP協(xié)議簇

2.1計算機網(wǎng)絡(luò)概念

2.1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展和結(jié)合，形成了計算機網(wǎng)絡(luò)。計算機網(wǎng)絡(luò)是利用通信線路連接起來的，通過通信協(xié)議實現(xiàn)資源共享的獨立的計算機的集合。

20世紀50年代，為了共享遠地的計算資源，將終端通過通信線路與遠地的計算機相連，構(gòu)成了面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)。

20世紀60年代末，ARPANET的出現(xiàn)真正標志著計算機網(wǎng)絡(luò)的形成。

20世紀70年代，計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)得到了逐步完善和規(guī)范化。國際標準化組織ISO推出了開放系統(tǒng)互連的7層參考模型。 20世紀80年代，微型計算機系統(tǒng)的發(fā)展和普及促進了局域網(wǎng)的迅速崛起，形成了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的格局。 20世紀90年代，WWW的出現(xiàn)和因特網(wǎng)的商業(yè)化使得因特網(wǎng)以極其迅猛的速度向全球蔓延。局域網(wǎng)逐漸成了以太網(wǎng)的一統(tǒng)天下。TCP/IP也成為了進行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的必選協(xié)議。 進入21世紀后，無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展非常迅速，下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究如火如荼。

2.1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

網(wǎng)絡(luò)的拓撲圖是一種抽象，主機和連網(wǎng)設(shè)備被抽象為點，通信線路被抽象為線。 拓撲圖中的點通常稱為結(jié)點，結(jié)點分為：交換結(jié)點一般指進行信息轉(zhuǎn)發(fā)的連網(wǎng)設(shè)備，訪問結(jié)點一般是指使用或提供服務(wù)的主機。 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖中的線通常稱為鏈路。 需要注意的是邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)的概念。按照網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，網(wǎng)絡(luò)可以劃分為：廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）城域網(wǎng)（MetropolitanAreaNetwork，MAN）局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）個域網(wǎng)（PersonalAreaNetwork，PAN）按照網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)可以劃分為如圖所示的總線型網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)、星型網(wǎng)、格狀網(wǎng)。2.1.4局域網(wǎng)技術(shù)個人計算機的發(fā)展和普及促進了局域網(wǎng)的形成。局域網(wǎng)的特點是：網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較??；數(shù)據(jù)傳輸速率較高；誤碼率低；一般為一個單位所獨有。以太網(wǎng)是當前占主導地位的分組交換局域網(wǎng)技術(shù)，是由Xerox公司的PaloAlto研究中心在20世紀70年代早期發(fā)明的。Xerox公司，Intel公司和DEC公司于1978年將以太網(wǎng)進行了標準化。IEEE802組織用IEEE802.3發(fā)布了一個與這個標準兼容的標準版本。以太網(wǎng)最初的設(shè)計采用總線結(jié)構(gòu)，用同軸電纜作為傳輸介質(zhì)。每根以太網(wǎng)電纜直徑約為0.5英寸，長度約為500米。以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)經(jīng)歷了由粗同軸電纜到細同軸電纜，再到雙絞線(Twistedpair)的發(fā)展過程。到了20世紀90年代中期時，計算機的能力迅速增強，10Mbps的以太網(wǎng)就難以繼續(xù)勝任主干的角色了。快速以太網(wǎng)（100Base-T）10/100以太網(wǎng)千兆（吉比特）以太網(wǎng) 數(shù)據(jù)幀的格式都是一樣的以太網(wǎng)為每個硬件網(wǎng)絡(luò)接口指定一個惟一的48位二進制數(shù)作為以太網(wǎng)地址，該地址又稱為硬件地址、物理地址、MAC地址或第二層地址。保證以太網(wǎng)地址全球惟一的方法是由IEEE負責分配48位地址中的前24位，生產(chǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)卡和設(shè)備的廠商向IEEE購買三字節(jié)的號碼，作為廠商的地址塊，地址的后三個字節(jié)再由廠商進行分配。以太網(wǎng)目的地址可以有三種形式：單播地址、廣播地址和組播地址。以太網(wǎng)幀大小不小于64字節(jié)，不大于1518字節(jié)。2.1.5廣域網(wǎng)技術(shù)作為第一個廣域網(wǎng)，ARPANET在研究網(wǎng)絡(luò)尋址和路由方面起到了非常重要的作用。ARPANET是分組交換的實驗床。連接ARPANET的設(shè)備是稱為分組交換結(jié)點PSN的小型機，最初PSN采用1822協(xié)議在ARPANET上傳輸數(shù)據(jù)，但1822協(xié)議未能得到廠商的支持，因此PSN后來采用了X.25標準。ARPANET的尋址采用了層次化的地址結(jié)構(gòu)，地址的一部分二進制位用于表示目的PSN，而另一部分二進制位用于表示與PSN相連的目的主機的端口。1．X.25X.25是CCITT于1976年給出的建議書。是網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)外部的數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE的接口標準。X.25自底向上由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和分組層構(gòu)成。X.25的物理層直接采用CCITT的X.21建議作為接口標準。X.25在數(shù)據(jù)鏈路層使用了高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC的子集：平衡型鏈路接入規(guī)程LAPB。X.25的分組層在數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備DCE之間建立邏輯信道。X.25支持呼叫虛電路和永久虛電路。2．幀中繼FR幀中繼是在X.25的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，隨著通信線路的逐步數(shù)字化和光纖化，傳輸過程中的誤碼率大大降低。為了降低信息的傳輸延遲，幀中繼技術(shù)簡化了中間結(jié)點在數(shù)據(jù)鏈路層對數(shù)據(jù)幀的差錯處理，并省略了分組層的處理。幀中繼的交換結(jié)點一旦識別出目的地址就立刻進行幀的轉(zhuǎn)發(fā)。如果檢測出差錯，則將該幀丟棄。錯誤由兩端高層協(xié)議進行恢復。3．異步傳輸模式ATM異步傳輸模式是一種信元中繼協(xié)議，采用面向連接的連網(wǎng)技術(shù)，ATM結(jié)合了電路交換的實時性和分組交換的靈活性。ATM的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、光纖甚至可以是無線信道，ATM交換機之間的連接通常采用光纖作為傳輸介質(zhì)。ATM既可以構(gòu)成局域網(wǎng)，也可以構(gòu)成城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。ATM網(wǎng)絡(luò)的底層使用稱為信元（cell）的分組。ATM信元的特點是：長度較短，并且大小固定。每個ATM信元長度為53字節(jié)。信元包含5個字節(jié)的首部和48字節(jié)的數(shù)據(jù)。每個信元占用一個時隙（時間片），信道中時隙的分配是根據(jù)通信量的大小和排隊規(guī)則決定的。遵從先來先服務(wù)的原則，時隙的分配是不固定的，這便是異步的含義，ATM采用了統(tǒng)計時分復用技術(shù)。由于ATM信元短小且定長，有利于進行高速數(shù)據(jù)交換。定長的首部可以簡化交換機的處理過程。ATM提供面向連接的服務(wù)。一旦連接成功，本地ATM交換機為該連接選定一個標識符。連接標識符可以循環(huán)使用。ATM網(wǎng)絡(luò)由一到多個高速交換機構(gòu)成。一個典型的ATM網(wǎng)絡(luò)如圖2-9所示。圖中UNI表示用戶-網(wǎng)絡(luò)接口，是ATM端點與ATM交換機之間的接口。NNI表示網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)接口，是ATM交換機之間的接口。

2.1.6無線網(wǎng)絡(luò)

1．無線廣域網(wǎng)WWAN（WirelessWAN）（1）蜂窩技術(shù)

蜂窩技術(shù)是一種無線通信技術(shù)。這種技術(shù)將地理區(qū)域劃分成若干個小區(qū)，即“蜂窩”（Cell）。常見的蜂窩系統(tǒng)包括GSM、GPRS和CDMA。GSM意為全球移動通信系統(tǒng)，GSM用的是窄帶TDMA。CDMA意為碼分多址，是一種先進的無線擴頻數(shù)字蜂窩技術(shù)，具有頻譜利用率高、話音質(zhì)量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點。3G（3rdGeneration）是指第三代移動通信。第一代移動通信是模擬無線網(wǎng)絡(luò)；第二代是數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)，目前廣為使用的GSM和CDMA數(shù)字手機采用的是第二代移動通信技術(shù)；第三代移動通信是指將無線通信與因特網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)。3G具有更寬的帶寬，其傳輸速度最低為384kbps，最高為2Mbps。

目前3G的標準有：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。從第二代移動通信向3G的過渡的銜接性技術(shù)是2.5G通信技術(shù)。通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的承載業(yè)務(wù)，是2.5G。移動通信的分代如圖2-10所示。

（2）衛(wèi)星通信要想利用通信衛(wèi)星進行通信，需要在地球同步軌道上放置衛(wèi)星。通過衛(wèi)星進行通信時，信號從地面?zhèn)鞯叫l(wèi)星，經(jīng)過衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)，最后再回到地面。延遲是衛(wèi)星通信中所倍受關(guān)注的問題。另外，系統(tǒng)需要衛(wèi)星運行在低軌道，需要部署較多的衛(wèi)星，因此投資很大。衛(wèi)星通信最大的特點是可以為全球用戶提供大跨度、大范圍的漫游和機動靈活的移動通信服務(wù)，特別適合邊遠地區(qū)、山區(qū)、海島、受災區(qū)、遠洋船只、遠航飛機的通信。2．無線城域網(wǎng)WMAN（WirelessMAN）為了確保寬帶無線接入設(shè)備的兼容性和互操作性，一些國際主流的通信部件及設(shè)備制造商于2001年4月發(fā)起成立了一個工業(yè)貿(mào)易聯(lián)盟組織WiMAX。IEEE于2002年4月發(fā)布了工作于10～66GHz頻段下的IEEE802.16標準，其初衷是為了解決“最后一英里”寬帶接入的問題。IEEE于2003年1月推出了IEEE802.16a協(xié)議，該協(xié)議是IEEE802.16標準的擴展，IEEE802.16a是覆蓋2～11GHz頻段的寬帶無線接入技術(shù)標準，此標準解決了“最后一英里”寬帶接入問題。通常IEEE802.16a也稱為WiMAX。因此，WiMAX既是一個與無線城域網(wǎng)標準IEEE802.16相關(guān)的互操作性組織，又是一個技術(shù)標準。2004年7月IEEE推出了新的升級版IEEE802.16d協(xié)議，IEEE802.16目前仍是固定無線接入標準，雖然IEEE802.16的傳輸速率很快，但在漫游方面還不能與3G形成直接競爭，IEEE802.16及802.16a僅能支持固定及便攜式移動終端的通信，無法充分發(fā)揮無線接入的優(yōu)勢、滿足用戶對業(yè)務(wù)移動性的需求。為此，IEEE802工作組在IEEE802.16/802.16a的基礎(chǔ)上提出了IEEE802.16e協(xié)議。IEEE802.16e是802.16和802.16a的增補方案，它在2～6GHz的頻段內(nèi)支持低速的移動終端，為用戶提供了對固定和移動業(yè)務(wù)的雙重支持。而支持大范圍覆蓋和快速漫游的將是IEEE802.20標準?，F(xiàn)在WiMAX還被廣義地理解為IEEE802.16標準系列的別稱。IEEE的802.20工作組從2003年開始研發(fā)802.20標準，IEEE802.20工作在3.5GHz頻率以下，單用戶的最高數(shù)據(jù)傳輸率可以超過1Mbps。支持高速移動狀態(tài)下的通信連接?？梢赃_到15公里的有效覆蓋范圍。

3．無線局域網(wǎng)WLAN（WirelessLAN）無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)開始于20世紀80年代中期，它是隨著美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）授權(quán)公共應(yīng)用使用工業(yè)、科學和醫(yī)學（ISM）頻段而產(chǎn)生的。（1）IEEE802.111997年，IEEE發(fā)布了802.11協(xié)議，用于解決局域網(wǎng)用戶的無線接入。IEEE802.11傳輸速率最高只能達到2Mbps。IEEE802.11在物理層定義了三種不同的物理介質(zhì)：紅外線、跳頻擴頻方式（FHSS）和直接序列擴頻方式（DSSS）。IEEE802.11協(xié)議在介質(zhì)訪問控制（MAC）層利用載波監(jiān)聽多點接入/沖突避免（CSMA/CA）協(xié)議，IEEE802.11在MAC子層還提供了CRC校驗和包分片功能。CSMA/CA的數(shù)據(jù)發(fā)送過程如圖2-11所示。（2）IEEE802.11b是1999年9月IEEE提出的高速率協(xié)議。802.11b在802.11的1Mbps和2Mbps速率基礎(chǔ)上增加了5.5Mbps和11Mbps兩個新的網(wǎng)絡(luò)速率。IEEE802.11b使用開放的2.4GHz直接序列擴頻，無需直線傳播。IEEE802.11b支持動態(tài)速率調(diào)節(jié)技術(shù)，在理想狀態(tài)下，用戶以11Mbps的速率全速運行，當用戶移出理想的11M速率傳送的位置或者距離時，或受到干擾時，可將數(shù)據(jù)傳輸速率自動降低為5.5Mbps、2Mbps或1Mbps，當用戶回到理想環(huán)境時，連接速度會增加到11Mbps。IEEE802.11b的運作模式分為點對點模式和基本模式。（3）IEEE802.11aIEEE802.11a工作在5GHz頻段，采用正交頻分復用技術(shù)，傳輸速率可達到54Mbps，提供25Mbps的無線ATM接口、10Mbps以太網(wǎng)無線幀結(jié)構(gòu)接口和TDD/TDMA的空中接口，無障礙的接入距離為30-50米，支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)。和IEEE802.11b相比，IEEE802.11a在使用頻率的選擇和數(shù)據(jù)傳輸速率方面具有優(yōu)勢，IEEE802.11b標準只有3個不相重疊的信道，支持6-8個通話，而802.11a標準有21個不相重疊的信道，可以同時支持25個左右的VoIP通話。但IEEE802.11a與IEEE802.11b不兼容、且設(shè)備較貴、點對點連接很不經(jīng)濟。（4）IEEE802.11g2003年IEEE推出了一個新標準IEEE802.11g。它比802.11b速率快5倍，并能與802.11b兼容。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，WLAN具有安裝便捷靈活、傳輸速率高、覆蓋范圍廣、經(jīng)濟節(jié)約、易于擴展、支持移動等優(yōu)點。IEEE802.11定義了兩種類型的設(shè)備：無線站通常是一臺計算機加上一塊無線網(wǎng)絡(luò)接口卡構(gòu)成，無線接入點AP(AccessPoint,)的作用是提供無線和有線網(wǎng)絡(luò)之間的橋接。一個無線接入點通常由一個無線輸出口和一個有線的網(wǎng)絡(luò)接口構(gòu)成，橋接軟件符合IEEE802.1d橋接協(xié)議。接入點就像是無線網(wǎng)絡(luò)的一個無線基站，將多個無線的接入站聚合到有線網(wǎng)絡(luò)上。

Wi-Fi（TheStandardforWirelessFidelity）是致力于推進IEEE802.11標準的聯(lián)盟。一般Wi-Fi用來特指IEEE802.11b標準。如同WiMAX被用作IEEE802.16標準系列的別稱一樣，Wi-Fi也常被用作IEEE802.11標準系列的別稱。IEEE802.11標準系列及指標如表2-1所示。IEEE802.11g與IEEE802.11b兼容，而IEEE802.11a則不能與IEEE802.11b兼容。4．無線個域網(wǎng)WPAN（WirelessPAN）（1）藍牙藍牙（Bluetooth）技術(shù)是一種支持點到點、點到多點的話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的短距離無線通信技術(shù)。藍牙技術(shù)由愛立信、諾基亞、英特爾、IBM和東芝等公司提出與推廣。1999年，藍牙1.0標準面世2001年年初出臺了藍牙1.1標準（信道數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps）2001年年底又出臺了藍牙2.0標準（信道數(shù)據(jù)傳輸速率為2Mbps）。IEEE802.15小組負責基于藍牙的PAN技術(shù)。藍牙工作在全球公眾通用的2.4GHz頻段，采用跳頻擴頻（FHSS）技術(shù)，由于使用了比較高的跳頻速率，使藍牙系統(tǒng)具有較高的抗干擾能力。藍牙系統(tǒng)很容易穿透障礙物，實現(xiàn)全方位的語音與數(shù)據(jù)傳輸。覆蓋范圍從10米（發(fā)射功率1mW）到100米（發(fā)射功率100mW）。由于藍牙與IEEE802.11b都工作在2.4GHz頻段上，相互之間存在干擾。藍牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：底層硬件模塊（包括無線跳頻、基帶和鏈路管理）中間協(xié)議層（邏輯鏈路控制、適配協(xié)議、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議、串口仿真協(xié)議等）高層應(yīng)用框架(撥號網(wǎng)絡(luò)、耳機、文件傳輸、局域網(wǎng)訪問等)（2）HomeRFHomeRF無線標準是由HomeRF工作組開發(fā)的開放性工業(yè)標準，目的是在家庭范圍內(nèi)，使計算機與其他電子設(shè)備之間實現(xiàn)無線通信。HomeRF由微軟、英特爾、惠普、摩托羅拉和康柏等公司提出，使用開放的2.4GHz頻段，采用跳頻擴頻技術(shù)，跳頻速率為50跳/秒，共有75個帶寬為1MHz的跳頻信道。HomeRF基于共享無線接入?yún)f(xié)議（SharedWirdlessAccessProtocol，SWAP）。SWAP使用TDMA＋CSMA/CA方式，在進行語音通信時它采用數(shù)字增強無繩電話DECT標準，DECT使用TDMA時分多址技術(shù)。在進行數(shù)據(jù)通信時它采用IEEE802.11的CSMA/CA。在新的HomeRF

2.x標準中，采用了寬帶跳頻（Wide

Band

Frequency

Hopping，WBFH）技術(shù)，將原來的1MHz跳頻信道增加到3MHz、5MHz，跳頻的速率增加到75跳/秒，數(shù)據(jù)峰值達到10Mbps。HomeRF設(shè)備通常工作在對等網(wǎng)絡(luò)（Adhoc）環(huán)境或者管理網(wǎng)絡(luò)中，管理網(wǎng)絡(luò)使用單個控制節(jié)點或連接點（Connection-point，CP）來同步所有成員，以實現(xiàn)話音傳輸。如果沒有CP，HomeRF設(shè)備就只能建立僅提供數(shù)據(jù)服務(wù)的對等網(wǎng)絡(luò)。HomeRF

的特點是安全可靠；成本低廉；簡單易行；不受墻壁和樓層的影響；無線電干擾影響??；支持流媒體。（3）IrDAIrDA是一種利用紅外線進行點對點通信的技術(shù)，是由紅外線數(shù)據(jù)標準協(xié)會（Infrared

Data

Association）制定的一種無線協(xié)議?，F(xiàn)行的IrDA傳輸速率為16Mbps。接收角度也由傳統(tǒng)的30度擴展到120度。紅外通信利用紅外技術(shù)實現(xiàn)兩點間的近距離通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。它一般由紅外發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對一個紅外輻射源進行調(diào)制后發(fā)射紅外信號，接收系統(tǒng)用光學裝置和紅外探測器進行接收。（4）UWB超寬帶無線技術(shù)（Ultra

WideBand，UWB）是一項使用從幾Hz到幾GHz的寬帶收發(fā)電波信號的技術(shù)。由于能夠以極高的準確度確定物體及人的位置，UWB技術(shù)以前主要作為軍事技術(shù)在雷達等通信設(shè)備中使用，2002年美國聯(lián)邦通信委員會FCC將其開放用于民用用途。UWB的特點是發(fā)送輸出功率很小，其傳輸時的耗電量僅幾十微瓦，但是由于所使用的帶寬高達幾GHz，最大數(shù)據(jù)傳輸速度可以達到幾十Mbps～幾百Mbps。但由于UWB使用的帶寬非常寬，容易對其他通信方式產(chǎn)生干擾。2.1.7接入網(wǎng)

接入網(wǎng)是本地交換機與用戶之間的連接部分，完成交叉連接、復用和傳輸功能。通常由用戶線傳輸系統(tǒng)、復用設(shè)備、數(shù)字交叉連接設(shè)備和用戶/網(wǎng)絡(luò)接口組成。分類如圖2-13所示。返回

計算機網(wǎng)絡(luò)是一個通信網(wǎng)絡(luò)，各計算機之間通過通信設(shè)備進行通信，各計算機可以通過網(wǎng)絡(luò)共享其他計算機上得硬件資源、軟件資源和數(shù)據(jù)資源。從計算機網(wǎng)絡(luò)部件的功能來看，主要分成兩種功能，既網(wǎng)絡(luò)通信和資源共享，如下圖所示：資源子網(wǎng)由服務(wù)器、工作站、打印機、終端盒其他設(shè)備及相關(guān)軟件所組成；通信子網(wǎng)由網(wǎng)卡、線纜、路由器、交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。資源子網(wǎng)主要負責處理數(shù)據(jù)（發(fā)送、接收、處理數(shù)據(jù)），提供各種網(wǎng)絡(luò)資源與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；通信子網(wǎng)主要負責傳輸，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。為了使數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)絡(luò)上從源傳遞到目的地，網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備需要“講”相同的“語言”。2.1.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)1．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及相關(guān)概念網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通信雙方共同遵守的規(guī)則和約定的集合。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括三個要素：語法規(guī)定了信息的結(jié)構(gòu)和格式；語義表明信息要表達的內(nèi)容；同步規(guī)則涉及雙方的交互關(guān)系和事件順序。整個計算機網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)體現(xiàn)為協(xié)議的實現(xiàn)。為了保證網(wǎng)絡(luò)的各個功能的相對獨立性，以及便于實現(xiàn)和維護，通常將協(xié)議劃分為多個子協(xié)議，并且讓這些協(xié)議保持一種層次結(jié)構(gòu)，子協(xié)議的集合通常稱為協(xié)議簇。協(xié)議分層的好處：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層有利于將復雜的問題分解成多個簡單的問題，從而分而治之；分層有利于網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，進行協(xié)議轉(zhuǎn)換時可能只涉及某一個或幾個層次而不是所有層次；分層可以屏蔽下層的變化，新的底層技術(shù)的引入，不會對上層的應(yīng)用協(xié)議產(chǎn)生影響。協(xié)議的實現(xiàn)要落實到一個個具體的硬件模塊和軟件模塊上，在網(wǎng)絡(luò)中將這些實現(xiàn)特定功能的模塊稱為實體（Entity）。如圖2-2所示，兩個結(jié)點之間的通信體現(xiàn)為兩個結(jié)點對等層（結(jié)點A的N+1層與結(jié)點B的N+1層）之間遵從本層協(xié)議的通信。 各層的協(xié)議由各層的實體實現(xiàn)，通信雙方對等層中完成相同協(xié)議功能的實體稱為對等實體。對等實體按協(xié)議進行通信，所以協(xié)議反映的是對等層的對等實體之間的一種橫向關(guān)系，嚴格地說，協(xié)議是對等實體共同遵守的規(guī)則和約定的集合。 協(xié)議中的格式和語義只有對等實體能夠理解。

對等實體之間數(shù)據(jù)單元在發(fā)送方逐層封裝，在接收方的逐層解封裝。發(fā)送方N層實體從N+1層實體得到的數(shù)據(jù)包稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ServiceDataUnit，SDU）。N層實體只將其視為需要本實體提供服務(wù)的數(shù)據(jù)，將服務(wù)數(shù)據(jù)單元進行封裝，使其成為一個對方能夠理解的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ProtocolDataUnit，PDU），封裝過程實際上是為SDU增加對等實體間約定的協(xié)議控制信息（ProtocolControlInformation，PCI）的過程。航空旅行的組織和運作機票（購買）

行李（勾選）

行李門（載重）

跑道起飛

飛機路由機票（投訴）

行李（索賠）

行李門（卸載）

跑道上著陸

飛機路由飛機路由航空旅行的組織和運作:不同的視角層次:每個層次實現(xiàn)一種服務(wù)通過該層次本身的活動依賴于下一個層次所提供的服務(wù)機票（購買）

行李（檢查）

乘客（登機）

跑道起飛

飛機路由機票（投訴）

行李（分發(fā)）

乘客（下機）

跑道上著陸

飛機路由飛機路由分層的航空旅行:服務(wù)柜臺到柜臺交付人+袋

行李檢查到行李要求交貨乘客傳輸:登機到下機飛機起飛到飛機降落飛機路由從源到目的地分布式的實現(xiàn)分層的功能機票（購買）

行李（檢查）

乘客（登機）

跑道起飛

飛機路由機票（投訴）

行李（分發(fā)）

乘客（下機）

跑道上著陸

飛機路由飛機路由離開機場到達機場中間飛機站點飛機路由飛機路由為什么要分層?對于復雜的系統(tǒng):顯式的結(jié)構(gòu)使得復雜系統(tǒng)的問題定位和不同組成部分之間的關(guān)聯(lián)討論稱為可能分層的參考模型(referencemodel)可用于討論模塊化簡化了系統(tǒng)的維護和升級某個層次服務(wù)實現(xiàn)對系統(tǒng)的其余部分是透明的e.g.,改變登機過程不會影響航空旅行的效果分層的做法有沒有壞處?2.ISO參考模型20世紀70年代出現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。針對這一問題，國際標準化組織ISO提出了著名的開放系統(tǒng)互連參考模型ISO/OSI-RM。OSI采用了如圖2-4所示的七層參考模型。

2.2因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

2.2.1因特網(wǎng)的概念

因特網(wǎng)是通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)將已有的、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來所構(gòu)成的一個統(tǒng)一的一致性網(wǎng)絡(luò)。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，必須解決三個基本問題，即協(xié)議轉(zhuǎn)換、尋址和路徑選擇。網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性主要體現(xiàn)在協(xié)議的不同上，必然要涉及到不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換問題。但在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)時，各個網(wǎng)絡(luò)可能具有各自的地址結(jié)構(gòu)，一般難以保證地址的全局惟一性，因此需要具有統(tǒng)一的地址分配和尋址機制。在多個網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)時，從源網(wǎng)絡(luò)到目的網(wǎng)絡(luò)往往存在多條通路，在傳輸信息時，總希望選擇最佳路徑或較佳路徑。因此路徑的選擇也是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)要解決的問題。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在協(xié)議上的差異通常表現(xiàn)為三個方面：協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的不同協(xié)議功能的不同協(xié)議實施細節(jié)的不同因特網(wǎng)通過特定的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備——網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。要完成協(xié)議的轉(zhuǎn)換，首先要決定在哪個層次上進行轉(zhuǎn)換。進行轉(zhuǎn)換的層次必須滿足的條件是：兩個網(wǎng)絡(luò)在該層的協(xié)議相同，而且該層以上的各層協(xié)議也相同。 通常有兩種不同層次的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：應(yīng)用級互聯(lián)是早期采用的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)方法。這種方法適應(yīng)性差，無論是增加新的應(yīng)用功能，還是增加新的網(wǎng)絡(luò)硬件，都會帶來大量的應(yīng)用程序編程工作量。網(wǎng)絡(luò)級互聯(lián)使底層的通信和上層的應(yīng)用分開，在網(wǎng)絡(luò)層將底層各種網(wǎng)絡(luò)硬件進行會聚和抽象，底層網(wǎng)絡(luò)硬件的增加只需要調(diào)整網(wǎng)絡(luò)層就可以適應(yīng)變化，上層應(yīng)用所面對的是支持通用服務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)。 因特網(wǎng)采用了網(wǎng)絡(luò)級互聯(lián)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)級的協(xié)議轉(zhuǎn)換不僅增加了系統(tǒng)的靈活性，而且簡化了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。2.2.2因特網(wǎng)的特點

因特網(wǎng)具有以下特點：（1）因特網(wǎng)對用戶隱藏了底層的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在用戶看來，因特網(wǎng)是一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。從邏輯上看，因特網(wǎng)是一個虛擬網(wǎng)絡(luò)，從物理上看，因特網(wǎng)是由多個物理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而成。（2）因特網(wǎng)不限制網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。（3）因特網(wǎng)將任何一個能傳輸數(shù)據(jù)分組的通信系統(tǒng)都視為網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)受到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的平等對待。（4）任何兩個不相鄰的網(wǎng)絡(luò)中的計算機可以通過中間網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信。

2.2.3因特網(wǎng)協(xié)議分層

因特網(wǎng)協(xié)議通常又稱為TCP/IP協(xié)議。TCP/IP協(xié)議分為如圖2-15所示的4個協(xié)議層。

返回網(wǎng)絡(luò)接口層實際上包含OSI模型的物理層和鏈路層，TCP/IP并未對這兩層進行定義，它支持現(xiàn)有的各種底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和標準。該層涉及操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和網(wǎng)絡(luò)接口卡。網(wǎng)絡(luò)層又稱為互聯(lián)網(wǎng)層或IP層，該層處理IP數(shù)據(jù)報的傳輸、路由選擇、流量控制和擁塞控制。傳輸層為兩臺主機上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。TCP/IP的傳輸層包含傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP。應(yīng)用層為用戶提供一些常用的應(yīng)用程序，TCP/IP給出了應(yīng)用層的一些常用協(xié)議規(guī)范。2.3開放系統(tǒng)互連參考模型與TCP/IP的關(guān)系

國際標準化組織的開放系統(tǒng)互連模型與TCP/IP協(xié)議層次的對應(yīng)關(guān)系如圖2-16所示。 除了層次結(jié)構(gòu)方面的差異外，ISO/OSI與TCP/IP還存在如表2-2所列的差異。

返回數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)上所有的通信都從源點發(fā)出，并發(fā)送到目標位置。網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的信息指的是數(shù)據(jù)或分組，如果一臺計算機（主機A)希望將數(shù)據(jù)發(fā)送給另一臺計算機(主機B），首先必須通過封裝將數(shù)據(jù)打包，主機B接收到數(shù)據(jù)后將這個包拆封。封裝在網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)進行傳輸之前，封裝使用必須的協(xié)議信息將數(shù)據(jù)打包。因此，在數(shù)據(jù)沿TCP/IP模型的各層不斷下移的同時，各個層都會將數(shù)據(jù)傳給下一層之前為數(shù)據(jù)添加一個報頭（還可能有報尾），報頭或報尾中包含了提供給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和接收方的控制信息，以確保數(shù)據(jù)能得到正確傳輸，接收方可以正確解釋這些數(shù)據(jù)。拆封