計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第一頁，共45頁。本章要點

掌握OSI參考模型的結(jié)構(gòu)和各層功能。

了解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分類、功能特點。掌握TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的層次和功能。

第二頁，共45頁。本章內(nèi)容

基本概念OSI模型

TCP/IP模型第三頁，共45頁?；訂柎鹗裁词蔷W(wǎng)絡(luò)協(xié)議？舉例說明協(xié)議三要素網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是什么？網(wǎng)絡(luò)為什么要分層？什么是OSI參考模型？簡述OSI參考模型各層功能什么是幀？什么是TCP/IP？第四頁，共45頁。基本概念

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議1協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)

2選擇通信協(xié)議的原則

3第五頁，共45頁。

沒有協(xié)議就沒有網(wǎng)絡(luò)，每一種計算機網(wǎng)絡(luò)都有一套協(xié)議支持著。由于計算機網(wǎng)絡(luò)的種類多，所以協(xié)議的種類也很多。所有協(xié)議的目的和功能是一樣的，都是保證網(wǎng)絡(luò)上的信息能暢通無阻、準確無誤地傳輸?shù)侥康牡?。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的重要性：

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議第六頁，共45頁。

基本概念

什么是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議？網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是使計算機網(wǎng)絡(luò)能協(xié)同工作實現(xiàn)信息交換和資源共享必須遵循某種互相都能接受的規(guī)則、標準或約定。第七頁，共45頁。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的3要素：語法、語義和同步基本概念

語法（Syntax）:規(guī)定通信雙方“如何講”，確定數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)、格式、信號電平等，一般以二進制形式表示。

語義（Semantics）:規(guī)定通信雙方“講什么”，確定協(xié)議元素的種類，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作及做出何種應(yīng)答。

同步（Timing）:包括速度匹配和排序等，即事件實現(xiàn)順序的詳細說明。第八頁，共45頁。3.選擇通信協(xié)議的原則?所選擇的協(xié)議要與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能相一致。?除特殊情況外，一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該盡量只選擇一種通信協(xié)議。?每個版本的協(xié)議都有它最適合的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。?兩臺實現(xiàn)互連的計算機之間進行通信，它們使用的通信協(xié)議必須相同。

第九頁，共45頁。協(xié)議的外部特點計算機網(wǎng)絡(luò)軟、硬件廠商在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品時，是按照協(xié)議規(guī)定的規(guī)則生產(chǎn)產(chǎn)品，使生產(chǎn)出的產(chǎn)品符合協(xié)議規(guī)定的標準，但生產(chǎn)廠商選擇什么電子元件、使用何種語言是不受約束的。第十頁，共45頁。計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)一個功能完備的計算機網(wǎng)絡(luò)需要制定一整套復(fù)雜的協(xié)議集。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來說，最好的組織方式是層次結(jié)構(gòu)模型。計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是按照層次結(jié)構(gòu)模型來組織的。

第十一頁，共45頁。分層原則網(wǎng)絡(luò)中各結(jié)點都具相同的層次；不同結(jié)點的相同層具有相同的功能；同一結(jié)點內(nèi)各相鄰層之間通過接口通信；

每一層可以使用下層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)；不同結(jié)點的同等層通過協(xié)議來實現(xiàn)對等層之間的通信。協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)第十二頁，共45頁。協(xié)議分層結(jié)構(gòu)的思想是用一個模塊的集合來完成不同的通信功能，以簡化設(shè)計的復(fù)雜性。大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)都按照層或級的方式來組織，每一層完成特定的功能，每一層都建立在它的下層之上。協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)第十三頁，共45頁。層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)點◆各層之間相互獨立，復(fù)雜程度下降。

◆結(jié)構(gòu)上可分隔開: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:系統(tǒng)已被分解為若干個相對獨立的子系統(tǒng)。

◆靈活性好:一層發(fā)生變化其他各層不受影響

◆能促進標準化工作:每一層的功能及所提供的服務(wù)都有精確的說明。

第十四頁，共45頁。計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)6.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的功能2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特點3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的種類4第十五頁，共45頁。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念計算機網(wǎng)絡(luò)各層、對等進程通信的協(xié)議的集合稱為計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)，它是計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成功能的比較精確的定義。從功能的角度描述計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)只定義網(wǎng)絡(luò)及其部件通過協(xié)議應(yīng)當完成的功能，不定義協(xié)議的實現(xiàn)細節(jié)和各層協(xié)議之間的接口關(guān)系。第十六頁，共45頁。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的功能1、連接源節(jié)點和目的節(jié)點的物理傳輸線路，可以經(jīng)過中間節(jié)點。2、每條線路兩端的節(jié)點應(yīng)當進行二進制通信。3、保證無差錯的信息傳送。4、多個用戶共享一條物理線路。5、路由選擇。第十七頁，共45頁。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特點1、以功能作為劃分層次的基礎(chǔ)。2、第N層的實體在實現(xiàn)自身定義的功能時，只能使用第N-1層提供的服務(wù)。3、第N層在向第N+1層提供的服務(wù)時，所提供的服務(wù)不僅包含第N層本身的功能，還包含由下層服務(wù)提供的功能。第十八頁，共45頁。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的種類

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分為開放式和專用網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)兩種。ISO的OSI/RM美國國防部的TCP/IPIBM的SNADEC的DNA第十九頁，共45頁。OSI模型

OSI模型簡介1OSI參考模型的主要特性

2OSI參考模型的信息流動3OSI參考模型各層功能4第二十頁，共45頁。1、OSI模型簡介1984年，國際化標準組織公布了OSI參考模型。它將整個網(wǎng)絡(luò)的功能分為7個層次。應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層主機A主機B應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層協(xié)議表示層協(xié)議會話層協(xié)議傳輸層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)第二十一頁，共45頁。2、OSI參考模型的主要特性

◆它是一種將異構(gòu)系統(tǒng)互連的分層結(jié)構(gòu)，提供了控制互連系統(tǒng)交互規(guī)則的標準框架，定義抽象結(jié)構(gòu)，并非具體實現(xiàn)的描述?！魧Φ葘又g的虛通信必須遵守相應(yīng)層的協(xié)議，如應(yīng)用層協(xié)議、傳輸層協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議等?！粝噜弻娱g接口定義了基本操作和低層向上層提供服務(wù)?！羲刑峁┑墓卜?wù)是面向連接的(如線路交換)或無連接的(存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換)數(shù)據(jù)通信服務(wù)。第二十二頁，共45頁。3、OSI參考模型的信息流動主機A向主機B傳送數(shù)據(jù)應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層比特流傳輸主機A主機B加上控制信息加上控制信息加上控制信息加上控制信息加上控制信息加上控制信息去掉控制信息去掉控制信息去掉控制信息去掉控制信息去掉控制信息去掉控制信息第二十三頁，共45頁。4、OSI參考模型各層功能處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用數(shù)據(jù)表示主機間通信端到端的連接尋址和最短路徑介質(zhì)訪問（接入）二進制傳輸應(yīng)用層Application表示層Presentation會話層Session傳輸層Transport物理層Physical數(shù)據(jù)鏈路層DataLink網(wǎng)絡(luò)層Network7654321第二十四頁，共45頁。

網(wǎng)絡(luò)層是通信子網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)高層的界面。主要負責控制通信子網(wǎng)的操作，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上不相鄰的數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間在穿過通信子網(wǎng)邏輯信道上的準確數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)層向傳輸層提供兩種類型的服務(wù)——數(shù)據(jù)報服務(wù)和虛電路服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層傳送的數(shù)據(jù)單位是分組或包。分組運輸涉及路由選擇、流量控制和擁塞控制。網(wǎng)絡(luò)層第二十五頁，共45頁。提供建立、維護和拆除傳輸連接的功能；選擇網(wǎng)絡(luò)層提供最合適的服務(wù)；在系統(tǒng)之間提供可靠的透明的數(shù)據(jù)傳輸,提供端到端的錯誤恢復(fù)和流量控制。傳輸層第二十六頁，共45頁。提供兩個進程之間建立、維護和結(jié)束會話連接的功能；提供交互會話的管理功能,如三種數(shù)據(jù)流方向的控制。會話層第二十七頁，共45頁。

表示層提供不同信息格式和編碼之間的轉(zhuǎn)換；提供數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)加密功能。表示層第二十八頁，共45頁。應(yīng)用層還包含大量的應(yīng)用協(xié)議，如虛擬終端協(xié)議（Telnet）、簡單郵件傳輸協(xié)議（SMTP）、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）、域名服務(wù)系統(tǒng)（DNS）和超文本傳輸協(xié)議（HTTP）等。應(yīng)用層提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。第二十九頁，共45頁。數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)鏈路層在通信的實體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接，傳輸以“幀”為單位的數(shù)據(jù)包，并采用差錯控制與流量控制方法，在不可靠的物理線路上進行無差錯的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層第三十頁，共45頁。幀是用來在數(shù)據(jù)鏈路層保證準確傳輸?shù)木哂刑厥飧袷降臄?shù)據(jù)包。典型的幀結(jié)構(gòu)如下圖所示。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)CRC控制信息源地址目的地址IP報文幀首部幀首部數(shù)據(jù)幀注：鏈路層地址習慣上稱為物理地址即MAC地址幀結(jié)構(gòu)舉例第三十一頁，共45頁。TCP/IP模型

3.3TCP/IP簡介1TCP/IP的結(jié)構(gòu)2TCP/IP協(xié)議族34TCP/IP協(xié)議特點第三十二頁，共45頁。1、TCP/IP簡介TCP/IP是目前最流行的商業(yè)化的協(xié)議，并被公認為當前的工業(yè)標準。TCP/IP模型實際上是一組協(xié)議，TCP/IP協(xié)議族包括上百個協(xié)議。不同的協(xié)議分布在不同的協(xié)議層。由于Internet已經(jīng)得到了全世界的承認，因此Internet所使用的TCP/IP協(xié)議集自然也就成為當今計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中使用最廣泛的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。返回第三十三頁，共45頁。2、TCP/IP協(xié)議特點TCP/IP協(xié)議具有以下特點：協(xié)議標準具有開放性，其獨立于特定的計算機硬件及操作系統(tǒng)；統(tǒng)一分配網(wǎng)絡(luò)地址，使得整個TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有唯一的IP地址；

實現(xiàn)了高層協(xié)議的標準化，能為用戶提供多種可靠的服務(wù)。

返回第三十四頁，共45頁。3、TCP/IP的結(jié)構(gòu)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層表示層會話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)接口層(Ethernet)網(wǎng)際層（IP）

(各種應(yīng)用層協(xié)議如TELNET,FTP,SMTP等)傳輸層(TCP或UDP)TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)返回第三十五頁，共45頁。TCP/IP各層的功能TCP/IP模型分層主要功能網(wǎng)絡(luò)接口層定義了Internet與各種物理網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)際層負責相鄰計算機之間（即點對點）通信，包括處理來自傳輸層的發(fā)送分組請求，檢查并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報，并處理與此相關(guān)的路徑選擇，流量控制及擁塞控制等問題。傳輸層提供可靠的端到端的數(shù)據(jù)傳輸，確保源主機傳送分組到達并正確到達目標主機。應(yīng)用層提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如SMTP，DNS，F(xiàn)TP等第三十六頁，共45頁。4、TCP/IP協(xié)議族SMTPDNSFTPTelnet其他協(xié)議TCPUDPICMPIPARPRARPTCP/IP各層協(xié)議關(guān)系EthernetTokenRing其他協(xié)議應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層網(wǎng)路接口層第三十七頁，共45頁。4、TCP/IP協(xié)議族——網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)接口層是TCP/IP協(xié)議的最低層，是負責網(wǎng)絡(luò)層與硬體設(shè)備間的聯(lián)系，這一層的協(xié)議非常多，包括邏輯鏈路控制和媒體訪問控制。第三十八頁，共45頁。4、TCP/IP協(xié)議族——網(wǎng)絡(luò)互連層◆網(wǎng)際協(xié)議（IP）它是一種無連接協(xié)議，IP協(xié)議的任務(wù)是對數(shù)據(jù)包進行相應(yīng)的尋址和路由，使其通過網(wǎng)絡(luò)。IP報頭附加在每個數(shù)據(jù)報上，并加入源地址、目的地址等。

它的主要功能是路由選擇和擁塞控制。第三十九頁，共45頁。4、TCP/IP協(xié)議族——網(wǎng)絡(luò)互連層◆因特網(wǎng)控制報文協(xié)議（ICMP）它為IP協(xié)議提供差錯報告。因為IP是無連接的，且不進行差錯控制，所以發(fā)生錯誤時不能檢測錯誤。ICMP能報告一些錯誤類型?！舻刂方馕鰠f(xié)議（ARP）將IP地址轉(zhuǎn)換為MAC地址。MAC地址（MediaAccessControl介質(zhì)訪問地址）是指網(wǎng)絡(luò)上每個設(shè)備所對應(yīng)的一個唯一的物理地址。MAC地址由網(wǎng)卡生產(chǎn)商燒入網(wǎng)卡的芯片中，具有全球唯一性。例如著名的以太網(wǎng)卡，物理地址是48位的整數(shù)。第四十頁，共45頁。4、TCP/IP協(xié)議族——傳輸層協(xié)議◆傳輸控制協(xié)議（TCP） TCP協(xié)議是可靠的、面向連接的協(xié)議。它用于包交換的計算機通信網(wǎng)絡(luò)、互連系統(tǒng)以及類似的網(wǎng)絡(luò)拓撲，保證通信主機之間有可靠的字節(jié)流傳輸。

◆用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP） UDP是一種不可靠的、無連接協(xié)議。它最大的優(yōu)點是協(xié)議簡單，額外開銷小，效率較高；缺點是不保證正確傳輸，也不排除重復(fù)信息的發(fā)生。第四十一頁，共45頁。4、TCP/IP協(xié)議族——應(yīng)用層協(xié)議◆超文本傳輸協(xié)議（HTTP）：提供WWW服務(wù)◆文件傳輸協(xié)議（FTP）：最常用的文件共享協(xié)議。這個協(xié)議允許用戶從遠端登錄至網(wǎng)絡(luò)上其他計算