計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議2023/6/42第2章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化2.2ISO-OSI參考模型2.3OSI參考模型中的數(shù)據(jù)傳送2.4通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)的功能特性2.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)2.6TCP/IP模型2.7練習(xí)與思考2023/6/432.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，公司和廠家各自開發(fā)出了多種網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品（網(wǎng)卡、電纜、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、協(xié)議），推出了若干種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。這些產(chǎn)品和體系結(jié)構(gòu)互不兼容。一方面，他們針對(duì)著不同的應(yīng)用對(duì)象，憑借的是各自不同的技術(shù)條件；另一方面，為了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，總希望自己異軍突起、獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，更不用說(shuō)對(duì)其產(chǎn)品實(shí)行高度的技術(shù)保密。這種情況嚴(yán)重地妨礙了用戶的投資方向，他們從不同廠家買回的產(chǎn)品不能互連成網(wǎng)，這顯然不利于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普及，也不利于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身的發(fā)展。于是人們普遍要求制定一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，而只要使用遵從這些標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)組件，就可以將不同種類的計(jì)算機(jī)互連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這不僅有利于用戶，也有利于開發(fā)商，因?yàn)樗鼮榉蠘?biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品擴(kuò)大了市場(chǎng)，從而導(dǎo)致大規(guī)模生產(chǎn)、促使成本的降低。顯然系統(tǒng)之間的相互作用只涉及系統(tǒng)的外部行為，而和系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與功能無(wú)關(guān)。因此，關(guān)于互聯(lián)系統(tǒng)的任何標(biāo)準(zhǔn)都只是對(duì)系統(tǒng)外部特性的規(guī)定。

2023/6/442.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化2.1.1兩類標(biāo)準(zhǔn)2.1.2國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)ITU2.1.3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO2023/6/452.1.1兩類標(biāo)準(zhǔn)

有兩類標(biāo)準(zhǔn)：既成的與法定的。前者是在沒(méi)有計(jì)劃的情況下自發(fā)形成并得到一致公認(rèn)的。例如IBMPC及其系列產(chǎn)品就是小型辦公計(jì)算機(jī)的既成事實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)楸M管沒(méi)有任何一個(gè)權(quán)威機(jī)構(gòu)以權(quán)威的文件宣布，然而許多廠商都追隨他，競(jìng)相仿造。后者為某些權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)制定或采納，因而是正式的、合法的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)權(quán)威機(jī)構(gòu)可以分為兩類：根據(jù)政府間的協(xié)議而建立的以及義務(wù)性的非協(xié)議組織。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域里，屬于前一類的機(jī)構(gòu)中最重要的一個(gè)是國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)（InternationalTelecommunicationUnion，ITU），而屬于后一類的機(jī)構(gòu)中最重要的一個(gè)則是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（InternationalStandardsOrganization，ISO）。2023/6/462.1.2國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)ITU

國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)是國(guó)際電信界最有影響的組織，他的工作是標(biāo)準(zhǔn)化國(guó)際電信；其前身成立于1865年，當(dāng)時(shí)的成員是歐洲許多政府的代表。1947年ITU成為聯(lián)合國(guó)的一個(gè)辦事處，他有三個(gè)主要部門：無(wú)線通信部門（ITU-R），電信標(biāo)準(zhǔn)化部門（ITU-T），開發(fā)部門（ITU-D）。ITU-R為世界范圍的利益競(jìng)爭(zhēng)組織分配無(wú)線頻率。ITU-T的前身是CCITT（ConsultativeCommittee，InternationalTelegraphandTelephone，國(guó)際電報(bào)咨詢委員會(huì)），他們處理和通信系統(tǒng)，在此兩個(gè)領(lǐng)域中提出建議。ITU-T有五類成員：政府部門（國(guó)家郵電部），得到許可的私人營(yíng)運(yùn)商（AT&T，MCI，英國(guó)電信），電信制造商和科研組織，地區(qū)電信組織（歐洲ETST），對(duì)ITU-T工作感興趣的組織（銀行業(yè)和航空公司網(wǎng)絡(luò)）。所有成員都可以參與工作，但只有政府部門成員才能參加表決。2023/6/472.1.2國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)ITU各國(guó)電信領(lǐng)域的法律地位很不一樣。一個(gè)極端是美國(guó)，由公用電信公司（CommonCarrier）提供通信服務(wù)，價(jià)格由價(jià)目表（Tariff）文檔規(guī)定，州內(nèi)通信部分由州公共事業(yè)委員會(huì)批準(zhǔn)，州與州之間通信部分以及國(guó)際通信部分必須經(jīng)聯(lián)邦委員會(huì)批準(zhǔn)。很多國(guó)家屬于另一個(gè)極端，電信業(yè)完全由政府控制。在世界范圍內(nèi)，潮流是從政府控制轉(zhuǎn)向自由化和競(jìng)爭(zhēng)。如美國(guó)一類國(guó)家，由其政府派員參與工作和表決。ITU-T的任務(wù)是制定、電報(bào)和數(shù)據(jù)通信接口的技術(shù)建議。盡管只是建議，各國(guó)政府最好還是采納，以避免把自己和別人隔開。ITU-T的開支由各成員國(guó)支付，富有的國(guó)家多給，貧窮的國(guó)家少給。越來(lái)越多的組織愿意參加到ITU-T中來(lái)。2023/6/482.1.3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO

這是在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)界最有影響的組織，成立于1946年，成員是89個(gè)成員國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織，其中包括美國(guó)的ASNI，英國(guó)的BSI，德國(guó)的AFNOR，法國(guó)的DIN。他有大約200個(gè)技術(shù)委員會(huì)（TC），按創(chuàng)建順序編號(hào)，分別處理專門的主題。例如，TC1處理螺釘和螺帽，TC97處理計(jì)算機(jī)及信息處理。委員會(huì)下設(shè)子委員會(huì)（SC），子委員會(huì)下設(shè)工作組（WG）。實(shí)際工作大部分由工作組完成，其成員為世界各地正在標(biāo)準(zhǔn)化自己產(chǎn)品的雇主所指定；另有一些是政府官員，他們熱心于使自己國(guó)家的實(shí)現(xiàn)方法成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)術(shù)專家活躍于各個(gè)工作組中。ISO是ITU-T的成員，他們合作得很好，從而避免了兩個(gè)正式的、但互不兼容的標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)。

ISO采納標(biāo)準(zhǔn)的程序大體相同：某個(gè)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)化組織覺得在某一領(lǐng)域里需要有一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，于是就成立一個(gè)工作組以提出委員會(huì)草案（CommitteeDraft，CD）；2023/6/492.1.3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO

在得到多數(shù)成員贊同后，就制定一個(gè)稱為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案的修訂文檔（DraftInternationalStandard，DIS），將此文檔在成員中傳閱以評(píng)價(jià)、投票；最后準(zhǔn)備好國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（InternationalStandard，IS）文本，再經(jīng)核準(zhǔn)出版。對(duì)有爭(zhēng)議的領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，整個(gè)過(guò)程可能要持續(xù)好幾年。除了ISO和CCITT外，另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化主角是電器和電子工程師協(xié)會(huì)（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）。他是世界上最大的專業(yè)組織，在電子工程和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)，IEEE有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織制定各種標(biāo)準(zhǔn)。2023/6/4102.1.4IAB、IRTF、IETF與因特網(wǎng)協(xié)會(huì)IAB、IRTF、IETF與InternetSociety（因特網(wǎng)協(xié)會(huì)）都是因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)界最有影響的一些組織。當(dāng)ARPANET組建時(shí)美國(guó)國(guó)防部設(shè)立了一個(gè)非正式委員會(huì)來(lái)監(jiān)督它。1983年，該委員會(huì)更名為IAB（InternetActivitiesBoard），即因特網(wǎng)活動(dòng)委員會(huì)。IAB的意義后來(lái)變?yōu)镮nternetArchitectureBoard，即因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)委員會(huì)。1989年夏天，IAB被重組，研究人員被轉(zhuǎn)移到因特網(wǎng)研究特別任務(wù)組IRTF（InternetResearchTaskForce）及因特網(wǎng)工程特別任務(wù)組IETF（InternetEngineeringTaskForce），兩者都是IAB的附屬機(jī)構(gòu)。而IAB則接納了更廣泛組織的人員。成員服務(wù)2年，新成員由老成員指定。后來(lái)由對(duì)因特網(wǎng)感興趣的人組成了因特網(wǎng)協(xié)會(huì)（InternetSociety）。在某種意義上，該協(xié)會(huì)可以比之于美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（AssociationforComputingMachinery，ACM）或IEEE。他由選舉的理事會(huì)管理，理事會(huì)指定IAB成員。

2023/6/4112.1.4IAB、IRTF、IETF與因特網(wǎng)協(xié)會(huì)

最初，IAB大約每10個(gè)成員帶領(lǐng)一隊(duì)人專門研究某些重要問(wèn)題。當(dāng)需要新的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，IAB成員就會(huì)將其研究出來(lái)并公之于眾，研究生即可將其實(shí)現(xiàn)。他們之間的交流通過(guò)一系列被稱為請(qǐng)求評(píng)注RFC（RequestForComments）的技術(shù)報(bào)告來(lái)完成。RFC按時(shí)間順序編號(hào)，在線存放，感興趣的人都可以得到他。后來(lái)把研究和工程分開了。IRTF集中注意長(zhǎng)期的研究，而IETF則處理短期的工程問(wèn)題。按照ISO模式，更正式的標(biāo)準(zhǔn)化程序被采納。為了成為提議標(biāo)準(zhǔn)（ProposedStandard），必須在RFC中詳細(xì)闡明基本思想，并能在團(tuán)體中引起足夠的興趣。為了能達(dá)到草案標(biāo)準(zhǔn)（DraftStandard），必須至少在兩個(gè)獨(dú)立的地點(diǎn)、經(jīng)過(guò)四個(gè)月完全測(cè)試的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。若IAB認(rèn)為該思想可行、軟件能工作，就宣布此RFC為因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（InternetStandard）。2023/6/4122.2ISO-OSI參考模型OSI參考模型對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有著十分深遠(yuǎn)的影響，包括像TCP/IP這樣的協(xié)議，都在從它那里吸取有價(jià)值的成份。它揭示了組成網(wǎng)絡(luò)各組件的內(nèi)在聯(lián)系，揭示了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的根本原理。要想很好地掌握各種網(wǎng)絡(luò)，就必須要真正理解OSI參考模型。

OSI參考模型表示在圖3.1中。下面我們按照從第1層至第7層的順序，依次介紹OSI參考模型的各層協(xié)議。2023/6/4132.2ISO-OSI參考模型761235應(yīng)用層協(xié)議內(nèi)部子網(wǎng)協(xié)議傳輸層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議表示層協(xié)議物理層主機(jī)-路由器協(xié)議鏈路層主機(jī)-路由器協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層主機(jī)-路由器協(xié)議中繼節(jié)點(diǎn)中繼節(jié)點(diǎn)傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層圖2.1ISO-OSI參考模型42.2ISO-OSI參考模型761235應(yīng)用層協(xié)議內(nèi)部子網(wǎng)協(xié)議傳輸層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議表示層協(xié)議物理層主機(jī)-路由器協(xié)議鏈路層主機(jī)-路由器協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層主機(jī)-路由器協(xié)議中繼節(jié)點(diǎn)中繼節(jié)點(diǎn)傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層圖2.1ISO-OSI參考模型42023/6/4142.2ISO-OSI參考模型2.2.1物理層（PhysicalLayer）2.2.2數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）2.2.3網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）2.2.4傳輸層（TransportLayer）2.2.5會(huì)話層（SessionLayer）2.2.6表示層（PresentationLayer）2.2.7應(yīng)用層（ApplicationLayer）2023/6/4152.2.1物理層（PhysicalLayer）

這是OSI模型的最低層，向下直接與物理傳輸介質(zhì)相連接，他不是軟件。物理協(xié)議是各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行互連時(shí)必須遵守的低層協(xié)議。設(shè)立物理層的目的是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)物理設(shè)備之間二進(jìn)制比特流的透明傳輸，對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層屏蔽物理傳輸介質(zhì)的特性，以便對(duì)高層協(xié)議有最大的透明性。在發(fā)送端，物理層將來(lái)自鏈路層的比特流逐位發(fā)送給傳輸介質(zhì)；在相鄰的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，物理層逐位接收比特流。無(wú)論是發(fā)送端還是接收端，物理層都并不過(guò)問(wèn)這些比特流的結(jié)構(gòu)與含義。物理層規(guī)定了傳輸介質(zhì)的接口特性，包括機(jī)械、電氣、功能與規(guī)程特性，以建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間的物理連接。其基本功能包括：物理連接的建立、保持和釋放，比特的發(fā)送和接收，差錯(cuò)控制以及內(nèi)部管理等。該層涉及通信介質(zhì)的機(jī)電、特性參數(shù)與規(guī)格，包括介質(zhì)的直接，數(shù)據(jù)傳輸速率及特性阻抗，連接器的引腳數(shù)目及功能2023/6/4162.2.1物理層（PhysicalLayer）分配，信號(hào)的約定、信號(hào)允許傳輸?shù)淖畲缶嚯x及其調(diào)制或編碼方式等。在幾種常用的物理層標(biāo)準(zhǔn)中，通常將具有一定數(shù)據(jù)處理及發(fā)送、接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DataTerminalEquipment，DTE），而把介于DTE與傳輸介質(zhì)之間的設(shè)備稱為數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備（DataCircuit-terminatingEquipment，DCE）。DCE在DTE與傳輸介質(zhì)之間提供信號(hào)變換和編碼功能，并負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和釋放物理連接。DTE可以是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，也可以是一臺(tái)I/O設(shè)備。DCE的典型設(shè)備是與線路連接的調(diào)制解調(diào)器。在物理層通信過(guò)程中，DCE一方面要將DTE傳送的數(shù)據(jù)按比特流順序逐位發(fā)往傳輸介質(zhì)，同時(shí)也需要將從傳輸介質(zhì)接收到的比特流順序傳送給DTE。因此在DTE與DCE之間，既2023/6/4172.2.1物理層（PhysicalLayer）

有數(shù)據(jù)信息傳輸，也應(yīng)有控制信息傳輸，這就需要高度協(xié)調(diào)地工作，需要制定DTE與DCE接口標(biāo)準(zhǔn)，而這些標(biāo)準(zhǔn)就是物理接口標(biāo)準(zhǔn)?？梢?，物理接口標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層與物理傳輸介質(zhì)之間的邊界與接口。物理接口的四個(gè)特性是機(jī)械特性、電氣特性、功能特性與規(guī)程特性。

2023/6/4182.2.2數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）

鏈路層軟件運(yùn)行于插入主機(jī)與插入路由器的網(wǎng)卡中。在發(fā)送端，鏈路層將來(lái)自網(wǎng)絡(luò)層的分組，加上幀頭、幀尾組織成一幀，向下發(fā)送給物理層；在相鄰的接收節(jié)點(diǎn)，鏈路層將來(lái)自物理層的比特流重新組織成一幀，并校驗(yàn)其是否正確。若正確，則剝?nèi)^、幀尾，再向上傳送給網(wǎng)絡(luò)層，并向相鄰的前一節(jié)點(diǎn)發(fā)回正確收到該幀的應(yīng)答；若不正確，則向相鄰的前一節(jié)點(diǎn)發(fā)回收到錯(cuò)誤幀的應(yīng)答。前一節(jié)點(diǎn)若收到正確應(yīng)答，則發(fā)送下一幀；若收到錯(cuò)誤應(yīng)答，則重發(fā)該幀。節(jié)點(diǎn)每發(fā)出一個(gè)幀，就啟動(dòng)定一個(gè)時(shí)器，若定時(shí)時(shí)間到還沒(méi)有收到應(yīng)答，也重發(fā)該幀。若節(jié)點(diǎn)收到正確的幀，但應(yīng)答幀丟失，前一節(jié)點(diǎn)也會(huì)重發(fā)該幀。這樣，接收節(jié)點(diǎn)將會(huì)收到重復(fù)的幀，并將其丟棄。定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間是系統(tǒng)根據(jù)相鄰的下一節(jié)點(diǎn)的距離自動(dòng)計(jì)算出來(lái)的，是傳送一個(gè)幀、并收到應(yīng)答幀的往返時(shí)間之和。2023/6/4192.2.2數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）

設(shè)立數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的是將一條原始的、有差錯(cuò)的物理線路變?yōu)閷?duì)網(wǎng)絡(luò)層無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，數(shù)據(jù)鏈路層必須具備以下基本功能：在相鄰的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路，確定信息怎樣在鏈路中傳輸、信息的格式、成幀和拆幀、產(chǎn)生校驗(yàn)碼、差錯(cuò)控制、數(shù)據(jù)流量控制及鏈路管理等。

根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸線路的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)要求性能的不同，數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議可分成兩大類：面向字符的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議和面向比特的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議。前者主要包括ISO1745，IBM二進(jìn)制同步通信（BSC），DEC的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信報(bào)文協(xié)議（DDCMP）等；后者主要包括ANSI的高級(jí)數(shù)據(jù)通信控制規(guī)程（ADCCP），ISO的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）規(guī)程，IBM的同步數(shù)據(jù)鏈路控制（SDLC）等協(xié)議。

2023/6/4202.2.3網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）

網(wǎng)絡(luò)層軟件通常運(yùn)行于所有主機(jī)及路由器上。在源端主機(jī)中，它接收來(lái)自傳輸層的分組，根據(jù)分組上標(biāo)記的目標(biāo)主機(jī)，從路徑表中尋找路徑，確定應(yīng)該發(fā)送去往的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)并標(biāo)記在分組頭上，再將分組向下發(fā)送給鏈路層。在中間節(jié)點(diǎn)（路由器），網(wǎng)絡(luò)層先是收到來(lái)自鏈路層的一個(gè)分組，根據(jù)分組上標(biāo)記的目標(biāo)主機(jī)，從路徑表中尋找路徑，確定應(yīng)該發(fā)送去往的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)并修改分組頭上的標(biāo)記，再將分組向下發(fā)送給鏈路層。在目標(biāo)端主機(jī)中，網(wǎng)絡(luò)層先是收到來(lái)自鏈路層的一個(gè)分組，再將分組頭剝?nèi)?，并向上傳送給傳輸層。網(wǎng)絡(luò)層也叫通信子網(wǎng)層，主要負(fù)責(zé)對(duì)通信子網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控。其基本功能是：在兩個(gè)通信的端系統(tǒng)之間，為建立、保持及釋放連接和數(shù)據(jù)傳送而提供路由選擇、數(shù)據(jù)交換、流量控制、擁塞控制、差錯(cuò)控制及恢復(fù)等功能。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是兩個(gè)2023/6/4212.2.3網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）

直接連接的節(jié)點(diǎn)間的通信協(xié)議，他不能解決數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)通信子網(wǎng)中多個(gè)轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)的通信問(wèn)題。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)層的主要目的就是要為報(bào)文分組以最佳路徑通過(guò)通信子網(wǎng)到達(dá)目的主機(jī)提供服務(wù)，而網(wǎng)絡(luò)用戶不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與所使用的通信介質(zhì)。從OSI參考模型的角度看，網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)可分為兩類：面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（ConnectionOrientedNetworkService）和面向無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（ConnectionlessNetworkService）。網(wǎng)絡(luò)層的典型協(xié)議可包括CCITT的X.25建議。

2023/6/4222.2.4傳輸層（TransportLayer）

只運(yùn)行于所有主機(jī)上。在源端主機(jī)中，傳輸層將來(lái)自會(huì)話層的報(bào)文，按照當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的要求分成若干分組。每個(gè)分組都要標(biāo)記上目標(biāo)主機(jī)及分組序號(hào)，再按照順序?qū)⒁粋€(gè)分組向下發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)層。在目標(biāo)端主機(jī)中，當(dāng)傳輸層收到來(lái)自網(wǎng)絡(luò)層的分組后，要按照分組序號(hào)將其重新組裝成報(bào)文，然后向上傳送給會(huì)話層。

傳輸層是七層模型中最關(guān)鍵的一層，其基本功能是：將報(bào)文分割為分組或?qū)⒎纸M組織成報(bào)文；為會(huì)話實(shí)體提供傳輸連接的建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放，為源主機(jī)和目的主機(jī)之間提供可靠透明的數(shù)據(jù)傳送。該層位于面向通信業(yè)務(wù)的通信子網(wǎng)和面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的資源子網(wǎng)之間，同時(shí)也是主機(jī)與通信處理機(jī)（網(wǎng)卡）的界面。傳輸層的任務(wù)是向用戶提供可靠的、透明的、端到端（EndtoEnd）的數(shù)據(jù)傳輸，以及差錯(cuò)控制和流量控制機(jī)制。2023/6/4232.2.4傳輸層（TransportLayer）

由于它的存在，網(wǎng)絡(luò)硬件技術(shù)的任何變化對(duì)高層都是不可見的。也就是說(shuō)，會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層的設(shè)計(jì)不必考慮底層硬件細(xì)節(jié)。所謂端到端是相對(duì)鏈接而言的。OSI參考模型的四層到七層屬于端到端方式，而一層到三層屬于鏈接方式。在通信雙方的兩機(jī)器之間，有一對(duì)應(yīng)用程序或進(jìn)程直接對(duì)話，他們并不關(guān)心底層的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，這是端到端的；底層的鏈接方式就不一樣，他要負(fù)責(zé)處理通信鏈路中的任何相鄰機(jī)器之間的通信。一般情況下，傳輸層為每一條傳輸連接生成一條網(wǎng)絡(luò)連接，而需要高吞吐率的傳輸連接可以同時(shí)占用多條網(wǎng)絡(luò)連接，相反，為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬及降低費(fèi)用，也可以有多條傳輸連接復(fù)用同一條網(wǎng)絡(luò)連接。

典型的傳輸層協(xié)議是ISO第0類（Class0）至第4類（Class4）傳輸協(xié)議。

2023/6/4242.2.5會(huì)話層（SessionLayer）

在OSI環(huán)境中，一次會(huì)話（會(huì)晤）是指兩個(gè)用戶進(jìn)程之間為完成一次完整的通信而建立的會(huì)話連接。反過(guò)來(lái)說(shuō)，應(yīng)用進(jìn)程之間為完成某項(xiàng)處理任務(wù)就要進(jìn)行一系列內(nèi)容相關(guān)的信息交換，會(huì)話層的目的就是為有序地、方便地進(jìn)行這種信息交換，提供有效的控制和管理機(jī)制。會(huì)話層允許在不同機(jī)器上的兩個(gè)應(yīng)用建立、使用和結(jié)束會(huì)話，在會(huì)話的兩臺(tái)機(jī)器之間建立對(duì)話控制，管理哪邊發(fā)送、何時(shí)發(fā)送、占用多長(zhǎng)時(shí)間等。當(dāng)兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行相互通信時(shí)，希望有第三者的進(jìn)程能組織他們的通話，協(xié)調(diào)他們之間的數(shù)據(jù)流，以便使應(yīng)用進(jìn)程專注于信息交互，這就是設(shè)立會(huì)話層的目的。從OSI參考模型上看，會(huì)話層之上各層是面向應(yīng)用的，會(huì)話層之下各層是面向通信的。會(huì)話層在兩者之間起到連接的作用。會(huì)話層的主要功能是向會(huì)話的應(yīng)用進(jìn)程之間提供會(huì)話組織和同步服務(wù)，對(duì)數(shù)據(jù)的傳送提供控制和管理，以達(dá)到協(xié)調(diào)會(huì)話過(guò)程、為表示層實(shí)體提供更好的服務(wù)。

2023/6/4252.2.6表示層（PresentationLayer）

表示層包含了處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)格式的協(xié)議。表示層從應(yīng)用層獲得數(shù)據(jù)并將其格式化（排成一個(gè)有含義的格式）并傳送給會(huì)話層，供網(wǎng)絡(luò)通信使用。這一層也提供諸如數(shù)據(jù)加密的服務(wù)來(lái)負(fù)責(zé)處理安全問(wèn)題，提供壓縮數(shù)據(jù)的服務(wù)以盡量減少網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。比表示層低的層次用于將數(shù)據(jù)從源端主機(jī)傳送到目的端主機(jī)，而表示層則要保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)傳送后其意義不變。因此，表示層要解決的問(wèn)題是如何描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使之與機(jī)器無(wú)關(guān)。各個(gè)不同的端系統(tǒng)可能有不同的數(shù)據(jù)表示：不同的機(jī)器字長(zhǎng)、不同的浮點(diǎn)數(shù)格式以及不同的字符編碼等。因此，同一個(gè)信息在不同的端系統(tǒng)上會(huì)表現(xiàn)為不同的內(nèi)部形式。顯然這些不同的內(nèi)部數(shù)據(jù)表示不能用來(lái)在開放系統(tǒng)之間交換。開放系統(tǒng)之間必須有一種共同的語(yǔ)言作為信息交換的2023/6/4262.2.6表示層（PresentationLayer）

工具，這種工具應(yīng)該與任何實(shí)際系統(tǒng)無(wú)關(guān)，即具有抽象性，有很強(qiáng)的表達(dá)能力，還能方便地轉(zhuǎn)變成各種具體形式。一種通用的數(shù)據(jù)表示語(yǔ)言首先在CCITT關(guān)于報(bào)文處理系統(tǒng)的X.400系列建議中出現(xiàn)。這種表示語(yǔ)法后來(lái)由ISO改編為ASN.1（AbstractSyntaxNotaion.1）標(biāo)準(zhǔn)（即ISO8824），與之配套的基本編碼規(guī)則BER（BasicEncodingRule）包含在ISO8825文件中。ASN.1用一種抽象的方法描述數(shù)據(jù)，這種對(duì)信息的抽象描述叫做抽象語(yǔ)法。抽象語(yǔ)法形成了各種端系統(tǒng)之間的共同語(yǔ)言。應(yīng)用元素用抽象語(yǔ)法表示他們要交換的信息，這樣可以保證信息在端系統(tǒng)之間交換時(shí)保持語(yǔ)義一致。BER則負(fù)責(zé)把抽象語(yǔ)法表示的信息變成適合于傳輸?shù)谋忍亓?，BER確定的一組規(guī)則叫做傳輸語(yǔ)法。2023/6/4272.2.6表示層（PresentationLayer）ASN.1和BER共同構(gòu)成了OSI的表示層標(biāo)準(zhǔn)，ASN.1提供了與機(jī)器無(wú)關(guān)的表示信息的形式方法。這可以看作是表示層提供的一種服務(wù)，這個(gè)服務(wù)的用戶就是應(yīng)用元素。若應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元（APDU）用ASN.1來(lái)定義，那么用ASN.1描述的APDU交給表示層后成為表示服務(wù)數(shù)據(jù)單元PSDU。表示層根據(jù)PSDU中的抽象語(yǔ)法選擇適當(dāng)?shù)木幋a規(guī)則（即傳送語(yǔ)法）把信息傳送到遠(yuǎn)端系統(tǒng)，遠(yuǎn)端系統(tǒng)再根據(jù)同樣的編碼規(guī)則對(duì)信息進(jìn)行還原。

值得注意的是對(duì)應(yīng)一種抽象語(yǔ)法不止有一種編碼規(guī)則。例如，有時(shí)需要加密，有時(shí)需要壓縮，有時(shí)兩者都需要，有時(shí)兩者都不需要，只是編碼為簡(jiǎn)單代碼。

2023/6/4282.2.7應(yīng)用層（ApplicationLayer）

應(yīng)用層是OSI模型的最高層，他為用戶的應(yīng)用進(jìn)程訪問(wèn)OSI環(huán)境提供服務(wù)，是最終用戶應(yīng)用程序訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的地方。OSI關(guān)心的主要是進(jìn)程之間的通信行為，因而對(duì)應(yīng)用進(jìn)程所進(jìn)行的抽象只保留了應(yīng)用進(jìn)程與應(yīng)用進(jìn)程間交互行為的有關(guān)部分。經(jīng)過(guò)抽象后的應(yīng)用進(jìn)程就是應(yīng)用實(shí)體（AppilcationEntity，AE）。對(duì)等應(yīng)用實(shí)體間的通信使用應(yīng)用協(xié)議。應(yīng)用協(xié)議的復(fù)雜性差別很大，有的涉及兩個(gè)實(shí)體，有的涉及多個(gè)實(shí)體，而有的應(yīng)用協(xié)議則涉及兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)。為完成作業(yè)所必須的、用于這一連串處理的實(shí)體（例如計(jì)算機(jī)程序）稱為應(yīng)用進(jìn)程（AppilcationProcess，AP）。在OSI的AP功能中，對(duì)與通信有關(guān)的功能進(jìn)行了模塊化處理，以使得他無(wú)論在什么計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，都可以同樣使用。這些與通信有關(guān)的功能稱為應(yīng)用實(shí)體。可以說(shuō)，AE是AP中通信功能的代辦。通常，為完成某一任務(wù)的程序2023/6/4292.2.7應(yīng)用層（ApplicationLayer）

存放在磁盤一類的媒體中，當(dāng)需要時(shí)，才把他調(diào)入內(nèi)存中執(zhí)行。AP與API的關(guān)系，很類似于存放在磁盤中的程序與執(zhí)行程序的關(guān)系。與應(yīng)用實(shí)體相關(guān)聯(lián)的是應(yīng)用實(shí)體調(diào)用（AppilcationEntityInvocation，AEI）。應(yīng)用實(shí)體和應(yīng)用實(shí)體調(diào)用之間的關(guān)系也與AP和API的關(guān)系相同

。

AEI是由幾個(gè)基本的通信功能的集合組成的。這些基本通信功能，在OSI中稱為應(yīng)用服務(wù)元素（ApplicationServiceElement，ASE）。在ASE中，有很多業(yè)務(wù)都通用（或比較通用）的基本功能和各業(yè)務(wù)特有的功能。目前已成為OSI標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用層協(xié)議有以下幾種。（1）作為各通信業(yè)務(wù)通用的ASE聯(lián)合控制服務(wù)元素（ACSE）遠(yuǎn)程操作服務(wù)（ROS）高可靠性傳送服務(wù)（RTS）2023/6/4302.2.7應(yīng)用層（ApplicationLayer）托付、并發(fā)和恢復(fù)控制（CCR）

（2）作為各通信業(yè)務(wù)特有的ASE

文件傳送、訪問(wèn)和管理（FTAM）

虛擬終端（VirtualTerminal，VT）

作業(yè)傳送和操縱（JobTransferandManipulation，JTM）

報(bào)文處理系統(tǒng)（MessageOrientedTextInterchangeSystem，MHS/MOTIS）

業(yè)務(wù)處理（TransactionProcessing，TP）

文檔傳送和操縱（DocumentTrasferandManipulation，DTAM）

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)（RemoteDatabaseAccess，RDA）

2023/6/4312.3OSI參考模型中的數(shù)據(jù)傳送

本節(jié)講述的內(nèi)容是：在OSI模型中傳送的數(shù)據(jù)的基本格式，講述在不同協(xié)議層次傳送的不同數(shù)據(jù)塊，講述數(shù)據(jù)是如何傳送的，以及虛擬通信與實(shí)際通信的概念。

2023/6/4322.3OSI參考模型中的數(shù)據(jù)傳送3.3.1數(shù)據(jù)傳送單元和路徑

3.3.2數(shù)據(jù)傳送操作

2023/6/4332.3.1數(shù)據(jù)傳送單元和路徑

圖3.3描述了數(shù)據(jù)模塊在OSI參考模型中傳送的基本模塊和路徑，下面分別解釋。主機(jī)A應(yīng)用進(jìn)程與主機(jī)B應(yīng)用進(jìn)程，兩者中有一個(gè)是發(fā)送進(jìn)程，負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)；另一端則是接收進(jìn)程負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)。1.數(shù)據(jù)的包裝與傳送在發(fā)送端，用戶通過(guò)應(yīng)用進(jìn)程將數(shù)據(jù)以字節(jié)流的格式傳送到應(yīng)用層；應(yīng)用層對(duì)其加上頭信息H7形成應(yīng)用層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元APDU（ApplicationProtocolDataUnit），傳送到表示層后成為表示層的數(shù)據(jù)；表示層在其數(shù)據(jù)前加上頭信息H6形成表示層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PPDU，傳送到會(huì)話層后成為會(huì)話層的數(shù)據(jù)。依此類推。通常把應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層和傳輸層傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為報(bào)文，而把網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)膮f(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為分組或數(shù)據(jù)包（Packet），數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)膮f(xié)議數(shù)據(jù)單元是數(shù)據(jù)幀（frame），而物理層傳輸?shù)膮f(xié)議數(shù)據(jù)單元?jiǎng)t是比特。需要指出的是，從網(wǎng)

2023/6/4342.3.1數(shù)據(jù)傳送單元和路徑APDUSPDUTPDUPacketFrameBits圖2.3OSI模型中各層數(shù)據(jù)單元的形成及流動(dòng)主機(jī)B應(yīng)用進(jìn)程主機(jī)A應(yīng)用進(jìn)程說(shuō)明：H、M依次表示數(shù)據(jù)單元的頭部和尾部傳輸介質(zhì)比特流報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組幀數(shù)據(jù)比特H7字節(jié)流字節(jié)流H7字節(jié)流H7字節(jié)流H7字節(jié)流字節(jié)流MH6H6H5H6H5H4H7H3H6H5H4H2H7H3H6H5H42023/6/4352.3.1數(shù)據(jù)傳送單元和路徑

絡(luò)層傳到數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)，除了要加上頭信息H2之外，還要加上尾信息M，然后整個(gè)作為數(shù)據(jù)部分傳送到物理層。物理層不再增加頭、尾信息，而是直接將二進(jìn)制數(shù)據(jù)通過(guò)物理介質(zhì)發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)的物理層。目的節(jié)點(diǎn)的物理層收到該數(shù)據(jù)后，逐層上傳到接收進(jìn)程。其中數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)去掉H2和M，網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)去掉H3，依此類推，一直到應(yīng)用層去掉H7，把最原始用戶數(shù)據(jù)傳遞給了接收進(jìn)程。2.虛擬通信與實(shí)際傳送

所謂協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）就是對(duì)等層實(shí)體之間通過(guò)協(xié)議傳送的數(shù)據(jù)。我們看到，對(duì)等層實(shí)體中被傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元是完全一樣的：在發(fā)送方，實(shí)體所發(fā)出的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，就是在接收方對(duì)等層實(shí)體所接收到的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。從形式上說(shuō)，通信在對(duì)等層實(shí)體之間進(jìn)行，但這是虛擬的，發(fā)送方實(shí)體調(diào)用它相鄰的下一層實(shí)體來(lái)實(shí)現(xiàn)這一通信，而相鄰的下一層實(shí)體又調(diào)用其相鄰的下一層實(shí)體，直

2023/6/4362.3.1數(shù)據(jù)傳送單元和路徑

到物理層。可見，數(shù)據(jù)的傳送大多數(shù)是在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)內(nèi)的各層協(xié)議的垂直方向上進(jìn)行。只有物理層的數(shù)據(jù)傳送才是實(shí)際的。3.頭信息的作用在某一層所加的頭信息是傳送給對(duì)等層實(shí)體的控制信息，一般地說(shuō)，是要求對(duì)等層實(shí)體要完成的操作。而在數(shù)據(jù)鏈路層加在數(shù)據(jù)尾端的信息M一般是校驗(yàn)數(shù)據(jù)，要求對(duì)等層鏈路實(shí)體以此檢查本次幀的傳送是否正確。2023/6/4372.3.2數(shù)據(jù)傳送操作

現(xiàn)在來(lái)看看數(shù)據(jù)傳送過(guò)程是怎樣進(jìn)行的。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序啟動(dòng)后，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用，調(diào)用應(yīng)用層實(shí)體；應(yīng)用層實(shí)體運(yùn)行，通過(guò)函數(shù)調(diào)用，調(diào)用表示層實(shí)體；依此類推，網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體運(yùn)行后，也通過(guò)函數(shù)調(diào)用，調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（鏈路層實(shí)體）；而設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行后則通過(guò)I/O協(xié)議啟動(dòng)硬件（網(wǎng)卡）工作，一幀數(shù)據(jù)被逐位發(fā)送到傳輸介質(zhì)上。接收端的物理層逐位接收數(shù)據(jù)，產(chǎn)生硬中斷，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序響應(yīng)中斷，逐位接收數(shù)據(jù)，并組織成一幀，去掉幀頭和幀尾，然后產(chǎn)生軟中斷。網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體響應(yīng)中斷，從鏈路層接收一個(gè)分組，去掉分組頭，然后產(chǎn)生一個(gè)軟中斷。傳輸層實(shí)體響應(yīng)此中斷，從網(wǎng)絡(luò)層接收一個(gè)報(bào)文，去掉報(bào)文頭，然后產(chǎn)生一個(gè)軟中斷。依此類推，當(dāng)應(yīng)用層實(shí)體收到報(bào)文后，去掉報(bào)文頭，然后使用一個(gè)端口號(hào)提供給應(yīng)用程序。

2023/6/4382.4通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)的功能特性

數(shù)據(jù)通信協(xié)議，這個(gè)名詞聽起來(lái)有些陌生，可能有些不好理解。其實(shí)，它是一種軟件，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最為核心的軟件，它運(yùn)行于所有節(jié)點(diǎn)中。協(xié)議也同時(shí)揭示了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能特性。

2023/6/4392.4通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)的功能特性3.4.1協(xié)議與協(xié)議棧3.4.2實(shí)體和系統(tǒng)3.4.3通信地址3.4.4協(xié)議是一組規(guī)則的組合3.4.5協(xié)議分層2023/6/4402.4.1協(xié)議與協(xié)議棧

協(xié)議是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)體之間有關(guān)通信規(guī)則約定的集合，是關(guān)于同一層次的對(duì)等實(shí)體之間的概念，而協(xié)議棧是指特定系統(tǒng)中所有層次的協(xié)議的集合。

協(xié)議有以下三要素：

（1）語(yǔ)法（Syntax）：以二進(jìn)制形式表示的命令和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，如數(shù)據(jù)與控制信息的格式、數(shù)據(jù)編碼等。

（2）語(yǔ)義（Semantics）：由發(fā)出的命令請(qǐng)求、完成的動(dòng)作和返回的響應(yīng)組成的集合，其控制信息的內(nèi)容和需要做出的動(dòng)作及響應(yīng)。

（3）時(shí)序（Timing）：事件先后順序和速度匹配。

2023/6/4412.4.2實(shí)體和系統(tǒng)

實(shí)體和系統(tǒng)兩詞都是泛指，實(shí)體的例子可以是一個(gè)用戶應(yīng)用程序，如文件傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、電子郵件系統(tǒng)等，也可以是一塊網(wǎng)卡；系統(tǒng)可以是一臺(tái)計(jì)算機(jī)或一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。一般說(shuō)來(lái)，實(shí)體能夠發(fā)送或接收信息，而系統(tǒng)可以包含一個(gè)或多個(gè)實(shí)體，而且在物理上是實(shí)際存在的物體。位于不同系統(tǒng)的同一層次的實(shí)體稱之為對(duì)等實(shí)體。

2023/6/4422.4.3通信地址

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的通信要經(jīng)過(guò)源端主機(jī)、若干中間節(jié)點(diǎn)以及目標(biāo)端主機(jī)。因此，包括源端主機(jī)、目標(biāo)端主機(jī)在內(nèi)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須要有一個(gè)唯一的地址來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)連接。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中有若干不同類型的地址，它們分別使用在不同的場(chǎng)合下，下面分別介紹。1.IP地址

這稱為邏輯地址，是人為規(guī)定的，與計(jì)算機(jī)硬件無(wú)關(guān)。IP地址分為兩部分，可表示為：網(wǎng)絡(luò)號(hào)·主機(jī)號(hào)。

Internet是由若干網(wǎng)絡(luò)使用路由器（IP網(wǎng)關(guān)）連接在一起的。全世界連接在因特網(wǎng)上的任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有唯一的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，此網(wǎng)絡(luò)號(hào)由因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)信息中心（networkinformationcenter，NIC）統(tǒng)一分配，以避免沖突。連接在同一網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺(tái)主機(jī)都有唯一的主機(jī)號(hào)，由該網(wǎng)絡(luò)的管理員統(tǒng)一分配，以避免同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上有兩臺(tái)主機(jī)具有相2023/6/4432.4.3通信地址

同的主機(jī)號(hào)。我們必須進(jìn)一步說(shuō)明：一臺(tái)主機(jī)一般通過(guò)一個(gè)硬件端口只連接在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上（本書只討論這種連接），而路由器卻要連接到兩個(gè)（至少）或更多的網(wǎng)絡(luò)上。每一個(gè)連接都需要一個(gè)硬件端口，都要分配一個(gè)IP地址。因此，IP地址標(biāo)識(shí)的實(shí)際上是一個(gè)連接，而不是一臺(tái)機(jī)器。端口連接在哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，就具有那個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，而該連接的主機(jī)號(hào)便由那個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理員統(tǒng)一分配，使其具有唯一性。這既保證了因特網(wǎng)上的任意兩臺(tái)主機(jī)的IP地址不會(huì)相同，也唯一地確定了路由器的一個(gè)連接。IP地址是邏輯地址，為IP協(xié)議所識(shí)別，用來(lái)在網(wǎng)間網(wǎng)（互連網(wǎng)）層進(jìn)行間接尋徑，確定IP數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)該送往的下一個(gè)IP網(wǎng)關(guān)。然而信息的實(shí)際傳送是在物理網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的，物理網(wǎng)絡(luò)在鏈路層確認(rèn)分組應(yīng)該送往位于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理地址。

2023/6/4442.4.3通信地址2.物理地址我們說(shuō)過(guò)，網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺(tái)主機(jī)或路由器，都是通過(guò)插入其中的網(wǎng)卡而與傳輸介質(zhì)相連的。網(wǎng)卡上的ROM中，寫入有一個(gè)硬件地址稱物理地址（MAC）。在全世界范圍內(nèi)，同一類網(wǎng)卡中的任意一張網(wǎng)卡都有唯一的物理地址。在一臺(tái)主機(jī)或路由器上，只要你換了一張網(wǎng)卡，也就換了一個(gè)物理地址。物理地址是由物理網(wǎng)絡(luò)的鏈路層直接識(shí)別的。物理地址與IP地址之間并不存在必然的對(duì)應(yīng)關(guān)系；由間接尋徑得到的下一個(gè)路由器的IP地址并不能在物理網(wǎng)路上使用，為此，網(wǎng)絡(luò)接口層必須通過(guò)調(diào)用ARP協(xié)議完成該IP地址到物理地址的映射。3.物理端口號(hào)我們知道，每臺(tái)PC計(jì)算機(jī)的主機(jī)板上都有若干擴(kuò)展插槽，每個(gè)擴(kuò)展槽里可以插入一張外部設(shè)備接口板，不同的

2023/6/4452.4.3通信地址

外部設(shè)備使用不同的接口板，接口板的另一邊帶有一個(gè)插座。一臺(tái)外部設(shè)備通過(guò)一條兩端帶有接頭的電纜線與計(jì)算機(jī)連接起來(lái)：電纜線的一頭插入接口板的插座中，而另一頭則插入本臺(tái)外部設(shè)備自己的接口插座中。一臺(tái)外部設(shè)備接口板上留給連接外部設(shè)備電纜的硬件插座通常只有一個(gè)。而接口板上有若干寄存器，每個(gè)寄存器如同內(nèi)存中的一個(gè)存儲(chǔ)單元一樣可以供CPU訪問(wèn)，因此，每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)唯一的地址，稱外部設(shè)備的硬件端口號(hào)。CPU訪問(wèn)一個(gè)端口類似于訪問(wèn)一個(gè)內(nèi)存單元，不同之處有二：其一，使用的訪問(wèn)指令不同；其二，訪問(wèn)內(nèi)存是隨機(jī)的，訪問(wèn)端口卻必須要具備一定的條件（設(shè)備的忙/閑狀態(tài)）。CPU識(shí)別任何一個(gè)端口號(hào)，需要時(shí)選擇某端口號(hào)對(duì)接口進(jìn)行相應(yīng)的操作。如果這臺(tái)計(jì)算機(jī)要連網(wǎng)，那么，網(wǎng)卡就作為一個(gè)接口板插入到某一擴(kuò)展槽中。計(jì)算機(jī)使用網(wǎng)卡上的一個(gè)端

2023/6/4462.4.3通信地址

口號(hào)向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送信息，或從網(wǎng)絡(luò)上接收信息。這個(gè)端口號(hào)是硬件端口號(hào)。這是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用的又一類地址。顯然，這個(gè)端口號(hào)與網(wǎng)卡上的物理地址也不存在必然的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但主機(jī)是能識(shí)別的，主機(jī)很容易通過(guò)執(zhí)行一段包含輸入輸出指令的簡(jiǎn)單程序?qū)⒕W(wǎng)卡上的物理地址與某個(gè)端口號(hào)對(duì)應(yīng)起來(lái)。

4.軟件端口號(hào)

說(shuō)網(wǎng)絡(luò)中的通信是計(jì)算機(jī)之間的通信是不準(zhǔn)確的。因?yàn)椋?jì)算機(jī)之間的通信實(shí)質(zhì)上是程序之間的通信。對(duì)于多任務(wù)操作系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)必須是多任務(wù)的）來(lái)說(shuō)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)上可以運(yùn)行多個(gè)程序，因此，它可以同時(shí)同網(wǎng)絡(luò)上若干其它計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序通信。因此，當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的一個(gè)程序要發(fā)起一次通信時(shí)，就不僅要指明目標(biāo)主機(jī)，還要指明該主機(jī)上的目標(biāo)程序。那么，如何來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)應(yīng)用程序呢，通常使用的是軟件端口號(hào)。軟件端口是傳2023/6/4472.4.3通信地址

輸層（OSI模型或TCP/IP模型）與應(yīng)用程序打交道的訪問(wèn)點(diǎn)，是傳輸層協(xié)議軟件的一部分，稱為傳輸層服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)TSAP。傳輸層協(xié)議（例如TCP協(xié)議）保留了一些標(biāo)準(zhǔn)端口號(hào)用于服務(wù)器進(jìn)程，用戶進(jìn)程可以申請(qǐng)使用非保留端口。因?yàn)槎丝谔?hào)是本機(jī)唯一的，故可以使用它作為進(jìn)程本身的描述符。至于一個(gè)進(jìn)程如何將自己與TSAP連接起來(lái)是屬于網(wǎng)絡(luò)模型以外的問(wèn)題，它完全依賴于本地的操作系統(tǒng)。5.網(wǎng)絡(luò)模型中的其它服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)我們?cè)诘?章中說(shuō)過(guò)，協(xié)議分為若干層次，每層之間留有多個(gè)接口，只有相鄰的兩層之間才能通過(guò)這些接口傳遞信息。這些接口稱為服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)上任意兩臺(tái)主機(jī)之間的通信，必定要經(jīng)過(guò)主機(jī)上各層協(xié)議的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)。傳輸層服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)TSAP是由一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程選擇的，那么，網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)NSAP便是由傳輸實(shí)體選擇的（如果網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)NSAP不止一個(gè)的話）。其余類推。

2023/6/4482.4.4協(xié)議是一組規(guī)則的組合

網(wǎng)絡(luò)上主機(jī)之間的交互是通過(guò)數(shù)據(jù)通信來(lái)實(shí)現(xiàn)的。雙方要通信，就必須要約定一組規(guī)則，否則通信根本不可能進(jìn)行。這組規(guī)則主要包括以下一些內(nèi)容。（1）被傳輸?shù)男畔⑷绾畏庋b。（2）報(bào)文的分割和重組，報(bào)文的組合和拆分。（3）確定通信方式。（4）通信只在對(duì)等實(shí)體間進(jìn)行。（5）地址標(biāo)識(shí)。（6）路由選擇。（7）路徑表。（8）路徑算法。（9）虛電路和臨時(shí)尋徑。2023/6/4492.4.4協(xié)議是一組規(guī)則的組合（10）建立連接。（11）信息的校驗(yàn)與重傳。（12）定時(shí)時(shí)鐘。（13）流量控制。（14）交通控制。（15）多路復(fù)用與分流。（16）控制信息與數(shù)據(jù)信息。（17）通信是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能所必須的手段。2023/6/4502.4.5協(xié)議分層

在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基本功能的軟件稱為協(xié)議軟件。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能，當(dāng)然需要硬件的參與，但硬件的功能是確定的。協(xié)議所實(shí)現(xiàn)的只是所有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都共同需要的那部分功能，因此，如果需要某一方面的應(yīng)用，還必須運(yùn)行一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，如運(yùn)行IE瀏覽器瀏覽Internet某個(gè)網(wǎng)站上的網(wǎng)頁(yè)。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的任務(wù)之一就是要向用戶提供界面，使用戶能與網(wǎng)絡(luò)交互。由于所有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，因此，協(xié)議又可分為與通信直接相關(guān)的部分以及與通信不直接相關(guān)的部分。后者的一部分內(nèi)容（會(huì)話協(xié)議、表示協(xié)議）是所有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要的，而對(duì)另一部分內(nèi)容（應(yīng)用協(xié)議）來(lái)說(shuō)，不同應(yīng)用選擇其中不同的一些使用。協(xié)議軟件所完成的一系列操作有的有明顯的順序，而有的則放在先后順序中的某幾個(gè)位置都可以。我

2023/6/4512.4.5協(xié)議分層

們將這些操作按先后順序排列起來(lái)，就可以明顯的劃分為若干層次。一個(gè)層次實(shí)現(xiàn)一種功能。最先操作的層次是最高層次，面向用戶（因?yàn)橐粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用總是用戶通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤操作來(lái)啟動(dòng)的），稱應(yīng)用層；最后操作的層次是最低層次，面向傳輸介質(zhì)，稱物理層（距離用戶最遠(yuǎn)）。應(yīng)用層協(xié)議向用戶提供編程界面，一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序通過(guò)編程界面調(diào)用應(yīng)用層協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)該應(yīng)用程序的特定功能。這就是所謂協(xié)議分層的實(shí)質(zhì)。現(xiàn)在我們來(lái)看這些層次之間的關(guān)系。有兩種關(guān)系：層與層之間的關(guān)系，同等層之間的關(guān)系。協(xié)議軟件中與通信直接相關(guān)那一部分運(yùn)行于所有結(jié)點(diǎn)（主機(jī)、路由器）上，而與通信不直接相關(guān)的那一部分則只運(yùn)行于主機(jī)上。這是顯而易見的，因?yàn)樽鳛橹虚g接點(diǎn)的路由器僅負(fù)責(zé)傳送信息；而作為用戶主機(jī)，則不僅要傳送

2023/6/4522.4.5協(xié)議分層

信息，還要面對(duì)用戶，接受用戶的操作，理解用戶的意圖，實(shí)現(xiàn)除了通信之外的其他許多網(wǎng)絡(luò)功能。網(wǎng)絡(luò)通信是所有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用共同需要的，而在主機(jī)上實(shí)現(xiàn)的許多其它功能，也是各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用共同需要的。層與層之間的關(guān)系自然是針對(duì)同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的協(xié)議而言。要運(yùn)行一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，必須調(diào)用所有層次的功能。每一層都只調(diào)用相鄰的下一層來(lái)實(shí)現(xiàn)它本層的功能，并向相鄰的上一層提供服務(wù)，因此每一層的功能都包含了所有比它低的層次的功能。每一對(duì)相鄰層之間都有一個(gè)或多個(gè)接口。接口定義下層向上層提供的原語(yǔ)操作和服務(wù)。接口要十分清晰，盡量減少在相鄰層之間傳遞信息的數(shù)量。不同節(jié)點(diǎn)（主機(jī)、路由器）上的同一層稱對(duì)等層。運(yùn)行一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，必定涉及信息傳輸路徑上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)；是這些節(jié)點(diǎn)上的協(xié)議軟件的協(xié)同工作才實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，相鄰層次之間是提

2023/6/4532.4.5協(xié)議分層

供服務(wù)與使用服務(wù)的關(guān)系。而不同節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系僅建立在對(duì)等層之間，這種關(guān)系用“協(xié)議”來(lái)規(guī)范。對(duì)等實(shí)體利用協(xié)議進(jìn)行通信，但這種通信是虛擬的，協(xié)議本身只是一組規(guī)則，實(shí)現(xiàn)協(xié)議使用軟件，只要層與層之間的接口保持不變，協(xié)議、實(shí)現(xiàn)協(xié)議的軟件是可以不同的。由此可見，各層協(xié)議軟件之間構(gòu)成一種堆棧式的結(jié)構(gòu)：從應(yīng)用層到物理層是一個(gè)自上而下的單向依賴關(guān)系，相鄰層之間有個(gè)預(yù)先建立的界面；從物理層到應(yīng)用層則是一個(gè)逐層抽象和完善的過(guò)程。各層軟件都要根據(jù)報(bào)文類型和信宿地址選擇相應(yīng)操作；各層軟件都要判斷報(bào)文的正確性；還要確定是發(fā)送報(bào)文還是接收?qǐng)?bào)文。協(xié)議分層有四方面的原因。第一，協(xié)議操作本身有一定的層次和順序，面向用戶一面是最高層次，面向傳輸介質(zhì)一面是最低層次，可以說(shuō)分層是順其自然。第二，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)有兩種方式，其一是應(yīng)用程序級(jí)互聯(lián)，其二是網(wǎng)絡(luò)級(jí)2023/6/4542.4.5協(xié)議分層

互聯(lián)。前者沒(méi)有將通信軟件與應(yīng)用程序分開，通信與用戶操作都揉合在一起，因而在軟件結(jié)構(gòu)上缺乏明確的層次性。后者應(yīng)用軟件與通信軟件是分開的：通信軟件處理網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)，提供通信服務(wù)；應(yīng)用軟件建立在通信軟件所提供的通用界面上，處理用戶需要，提供應(yīng)用服務(wù)?？梢娋W(wǎng)絡(luò)級(jí)互聯(lián)就要求協(xié)議必須分層，使人們可以從某一個(gè)協(xié)議層次開始，屏蔽低層協(xié)議軟件和相關(guān)硬件之間的差異與區(qū)別，從而保證高層協(xié)議與應(yīng)用之間的互聯(lián)、互通與資源共享。因此正是通信軟件與應(yīng)用軟件的分離才實(shí)現(xiàn)了異種網(wǎng)之間方便靈活的互聯(lián)。第三，網(wǎng)絡(luò)通信可能出現(xiàn)各種各樣的硬件故障（機(jī)器故障、傳輸線故障）、網(wǎng)絡(luò)擁塞（網(wǎng)絡(luò)帶寬有限）、分組延遲或丟失（在不可靠傳輸系統(tǒng)中）、數(shù)據(jù)損壞（電磁干擾或硬件故障）、數(shù)據(jù)重復(fù)或失序（提供多路徑的網(wǎng)絡(luò)）。對(duì)于這些故障，協(xié)議軟件必須能夠檢測(cè)、糾正。然而這些故障極其復(fù)雜，

2023/6/4552.4.5協(xié)議分層

單一協(xié)議解決起來(lái)相當(dāng)困難，于是采納了分而制之的思想，使問(wèn)題的解決簡(jiǎn)化。第四，分層是一種結(jié)構(gòu)化技術(shù)，它減少了協(xié)議設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。分層的協(xié)議清晰地描述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、功能特性和運(yùn)行原理。

2023/6/4562.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

為了完成計(jì)算機(jī)間的通信合作，把計(jì)算機(jī)互連的功能劃分成有明確定義的層次，規(guī)定了同層次實(shí)體通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就是這些同層次實(shí)體通信的協(xié)議及相鄰層接口的統(tǒng)稱，即層和協(xié)議的集合。2023/6/4572.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)2.5.1接口和服務(wù)2.5.2服務(wù)原語(yǔ)2.5.3服務(wù)與協(xié)議2.5.4體系結(jié)構(gòu)分析2.5.5ISO/OSI參考模型的意義2023/6/4582.5.1接口和服務(wù)

（n）層實(shí)體利用（n-1）層提供的服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)（n）層的功能，為（n+1）層提供增值服務(wù)。（n）層被稱為服務(wù)提供者（ServiceProvider），（n+1）層為服務(wù)用戶（ServiceUser）。OSI模型的每一層都是由一些實(shí)體所組成的。

如圖3.4所示。（n）層通過(guò)它的服務(wù)接入點(diǎn)SAP（ServiceAccessPoint）將自己的服務(wù)提供給（n+1）層使用。反過(guò)來(lái)說(shuō)，（n）層SAP是（n+1）層可以訪問(wèn)n層服務(wù)的地方。（n）層可能有幾個(gè)SAP，每個(gè)SAP都有一個(gè)唯一的地址標(biāo)識(shí)它。（n）層可以通過(guò)不同的SAP向（n+1）層提供幾類服務(wù)，如快速昂貴的通信或慢速低廉的通信。且每一層都是使用SAP來(lái)標(biāo)識(shí)發(fā)送方與接收方以實(shí)現(xiàn)虛擬通信的。一個(gè)（n）SAP只能由一個(gè)（n）實(shí)體提供，也只能為一個(gè)（n+1）實(shí)體所利用。然而一個(gè)（n）實(shí)體卻可以提供幾個(gè)（n）SAP，一個(gè)（n+1）實(shí)體也可能利用幾個(gè)2023/6/4592.5.1接口和服務(wù)

（n）SAP為其服務(wù)。事實(shí)上，（n）SAP只是代表了（n）實(shí)體和（n+1）實(shí)體建立他們之間的服務(wù)和被服務(wù)關(guān)系的手段。圖3.4實(shí)體與服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(n-1)SAP(n)SAP(n)層(n–1)層(n–1)服務(wù)(n服務(wù))(n+1)層(n+1)實(shí)體(n)實(shí)體(n-1)實(shí)體2023/6/4602.5.1接口和服務(wù)

現(xiàn)在來(lái)看在網(wǎng)絡(luò)中傳遞的幾種數(shù)據(jù)單元，如圖3.5所示。首先，不同節(jié)點(diǎn)對(duì)等層間傳送的是協(xié)議數(shù)據(jù)單元（N）PDU，它由兩部分構(gòu)成：一部分是本層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（N）SDU，它是上層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（N+1）PDU傳送到本層來(lái)的；另一部分則是本層協(xié)議控制信息（N）PCI，位于（N）SDU之前。欲將（N+1）層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（N+1）PDU傳送到N層，必須在其頭部加上（N+1）層的接口控制信息（N+1）ICI，形成（N+1）層的接口數(shù)據(jù)單元（N+1）IDU；而當(dāng)N+1層的接口數(shù)據(jù)單元（N+1）IDU通過(guò)相應(yīng)的SAP傳送到（N）層后，（N）層實(shí)體便對(duì)（N+1）IDU中的（N+1）ICI進(jìn)行解釋并執(zhí)行相應(yīng)的操作，然后再?gòu)模∟+1）IDU中提?。∟+1）PDU，從而得到（N）層的服務(wù)數(shù)據(jù)單元（N）SDU。

2023/6/4612.5.1接口和服務(wù)(N-1)層(N)層(N+1)層(N+1)PDU(N+1)IDU(N+1)ICI(N)SDU(N+1)ICI(N)PCI(N)PDU(N)ICI(N)IDU(N-1)SDU(N-1)PCI(N)ICI(N-1)PDU圖3.5幾種數(shù)據(jù)單元之間的關(guān)系2023/6/4622.5.1接口和服務(wù)

為了將（N+1）PDU傳送到對(duì)等層實(shí)體，（N+1）PDU必須通過(guò)N層服務(wù)接入點(diǎn)SAP將整個(gè)（N+1）PDU交給N層實(shí)體。為此，N層實(shí)體把整個(gè)（N+1）PDU作為N層用戶數(shù)據(jù)。（N+1）PDU中包含的（N+1）PCI是傳給對(duì)等層的，由（N+1）層實(shí)體根據(jù)其通信協(xié)議和內(nèi)部控制狀態(tài)產(chǎn)生。而（N+1）ICI則用以控制、協(xié)調(diào)（N+1）層實(shí)體與（N）層實(shí)體的操作。

2023/6/4632.5.2服務(wù)原語(yǔ)

服務(wù)在形式上是由一組原語(yǔ)（primitive）或操作來(lái)描述的。這些原語(yǔ)供用戶和其它相關(guān)實(shí)體訪問(wèn)該服務(wù)。原語(yǔ)通知服務(wù)提供者采取某些行動(dòng)或報(bào)告某個(gè)對(duì)等實(shí)體的活動(dòng)。服務(wù)原語(yǔ)是服務(wù)提供者與服務(wù)使用者交互作用的原子行動(dòng)（即最基本的不再細(xì)分的行動(dòng)）的描述，它描述服務(wù)提供者與服務(wù)使用者一次原子交互作用的功能和交互作用的意義。服務(wù)原語(yǔ)可以劃分為四類。但有的服務(wù)是有證實(shí)的（Confirmed），而有的服務(wù)是無(wú)證實(shí)的（Unconfirmed）。前者包括請(qǐng)求、指示、響應(yīng)和證實(shí)4個(gè)原語(yǔ)，后者只有請(qǐng)求和指示2個(gè)原語(yǔ)。CONNECT服務(wù)總是有證實(shí)的服務(wù)，因?yàn)檫h(yuǎn)程對(duì)等實(shí)體必須同意才能建立連接。數(shù)據(jù)傳送服務(wù)要么是有證實(shí)的，要么是無(wú)證實(shí)的，這取決于發(fā)送方是否要求確認(rèn)。

2023/6/4642.5.3服務(wù)與協(xié)議

服務(wù)是各層向它的上層提供的一組原語(yǔ)（操作）。服務(wù)定義了該層能夠代表它的上層完成的操作，但并未涉及這些操作是如何完成的。服務(wù)定義了兩層之間的接口，上層是服務(wù)用戶，下層是服務(wù)提供者。協(xié)議是定義同層對(duì)等實(shí)體之間交換的幀（鏈路層）、分組（網(wǎng)絡(luò)層）和報(bào)文（網(wǎng)絡(luò)層以上的層）的格式及意義的一組規(guī)則。實(shí)體利用協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)他們的服務(wù)定義。只要不改變提供給用戶的服務(wù)，實(shí)體可以任意改變他們的協(xié)議。由此，服務(wù)和協(xié)議就被完全分離開來(lái)。協(xié)議關(guān)系到服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，但對(duì)服務(wù)的用戶來(lái)說(shuō)是不可見的。然而OSI之前的許多網(wǎng)絡(luò)模型卻并沒(méi)有這樣做。2023/6/4652.5.4體系結(jié)構(gòu)分析

不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有不同的體系結(jié)構(gòu)，其層的數(shù)量、各層的名字和功能以及各相鄰層之間的接口都不一樣。然而在任何網(wǎng)絡(luò)中，每一層都是為了向它鄰接的上層提供一定的服務(wù)而設(shè)置的，而且，每一層都對(duì)上層屏蔽了如何實(shí)現(xiàn)協(xié)議的具體細(xì)節(jié)。這樣，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就能做到與具體的物理實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)，哪怕連接到網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)和終端的型號(hào)與性能各不相同，只要它們共同遵守相同的協(xié)議，就可以實(shí)現(xiàn)相互通信和相互操作。如何定義層之間的接口是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。為了保證接口的服務(wù)調(diào)用操作和響應(yīng)功能的完整性，它們被設(shè)計(jì)成在執(zhí)行過(guò)程中不允許中斷的原語(yǔ)。在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)時(shí)，首先必須定義出每一層所要完成的功能集合，然后定義出上下層之間的接口，最后才設(shè)計(jì)為完成所需功能的協(xié)議。清晰的接口和具有明確含義的功能集合不僅使協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)變得容易，而且使得在相同層中用2023/6/4662.5.4體系結(jié)構(gòu)分析

不同的協(xié)議實(shí)現(xiàn)代碼代替另一種協(xié)議實(shí)現(xiàn)代碼成為可能，只要這兩種實(shí)現(xiàn)代碼能向上層提供相同的服務(wù)。

如何劃分協(xié)議的層次是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的另一個(gè)重要問(wèn)題。層次的劃分必須得當(dāng)。每一層有定義明確的功能，它明顯地區(qū)別于其它層次。每一層的功能要盡量局部化，這樣，當(dāng)層次的內(nèi)部結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)的時(shí)候，不影響相鄰層次的接口和服務(wù)關(guān)系。層次太多，看不清主要的網(wǎng)絡(luò)功能，描述系統(tǒng)困難，集成也困難，且會(huì)造成系統(tǒng)處理時(shí)間增加和分組首部長(zhǎng)度增加，從而使系統(tǒng)開銷增加。這在那些要求高速傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)中是不允許的。但是層次太少，會(huì)把不同的功能混雜在同一層中，造成每層的功能不明確，相鄰層間接口不易確定，從而使得協(xié)議的可靠性降低。層次的邊界應(yīng)劃分在服務(wù)描述的量最小、交互作用最少的地方，或者對(duì)將來(lái)的接口標(biāo)準(zhǔn)化有利的地方。每一層只與它的上下鄰層產(chǎn)生接口。

2023/6/4672.5.5ISO/OSI參考模型的意義OSI參考模型為促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化，從而促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普及，起過(guò)十分重要的積極作用。OSI模型僅僅告訴我們每一層應(yīng)該做什么，它并未確切地描述用于各層的協(xié)議和服務(wù)。雖然ISO已經(jīng)為各層制定了標(biāo)準(zhǔn)，但它們并不是參考模型的一部分，而是作為獨(dú)立的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)公布的。因此，OSI模型本身不是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的全部?jī)?nèi)容。然而，它精確地描述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能特性，即計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是怎樣在兩個(gè)端用戶之間提供訪問(wèn)通路的，從而清晰地刻畫了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，深刻地揭示了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的根本原理，因此對(duì)于研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是特別有用的。

OSI模型提出了三個(gè)明確區(qū)分的主要概念：服務(wù)、接口和協(xié)議。每一層都為它上面的層提供一些服務(wù)，服務(wù)定

2023/6/4682.5.5ISO/OSI參考模型的意義

義這一層做些什么，而不管上面的層如何訪問(wèn)它或該層如何工作。一層的接口告訴鄰近的上層進(jìn)程如何訪問(wèn)它，它定義需要的一些參數(shù)并預(yù)期其結(jié)果。它也與該層如何工作無(wú)關(guān)。一個(gè)層次中使用的對(duì)等協(xié)議是這一層的內(nèi)部事務(wù)。只要能完成工作，它可以使用任何協(xié)議；也可以改變協(xié)議而不會(huì)影響到它上面的層。因此，OSI模型中的協(xié)議具有更好的隱藏性，在技術(shù)發(fā)生變化時(shí)比較容易被替換。OSI模型產(chǎn)生在協(xié)議發(fā)明之前，所以它沒(méi)有偏向任何特定的協(xié)議，故十分通用。

OSI模型自推出后逐漸成為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)界所公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，一些知名的協(xié)議（如TCP/IP）也力圖修改自己以便更接近OSI。當(dāng)前流行的大多數(shù)協(xié)議都遵守該標(biāo)準(zhǔn)。它的成功可以歸結(jié)為這樣一些主要因素：ISO是一個(gè)各國(guó)專家參加的組織，這些專家為各行各業(yè)的權(quán)威，他們所制定的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)然具有權(quán)威性。OSI模型只是一種風(fēng)格，一種思考問(wèn)題

2023/6/4692.5.5ISO/OSI參考模型的意義

的方式，不包含具體協(xié)議。這就是說(shuō)，他只規(guī)定了各層的任務(wù)，至于怎樣完成這些任務(wù)卻沒(méi)有具體規(guī)定，這就給技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的變革留出了余地，從而充分顯示了模型的生命力，它所采用的思維方式將使它自己長(zhǎng)存。OSI模型的開放特點(diǎn)使得它不會(huì)拘泥于一家之言，不會(huì)被某一廠家壟斷。最后，ISO組織是一個(gè)非盈利組織，不必考慮利潤(rùn)問(wèn)題，這就使得它不易受大公司利益的左右。許多專家曾經(jīng)認(rèn)為，OSI模型及其協(xié)議將取代所有其它模型及協(xié)議，然而這并未成為事實(shí)。其主要原因可歸結(jié)如下。

（1）標(biāo)準(zhǔn)建立的時(shí)間不巧。

（2）協(xié)議和模型都有缺陷。

（3）由于OSI模型和協(xié)議太復(fù)雜了，因此最初的實(shí)現(xiàn)又大、又笨拙，并且很慢。

2023/6/4702.5.5ISO/OSI參考模型的意義（4）人們認(rèn)為，OSI是歐洲電信部門、歐共體以及美國(guó)政府官員的產(chǎn)物。這雖然并不完全正確，但產(chǎn)生了不利影響的普遍心理：政府官員試圖把技術(shù)上不足的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)加給研究人員或程序員以推動(dòng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，這種想法顯然是不切實(shí)際的。

2023/6/4712.6TCP/IP模型TCP/IP模型包含了一簇網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，TCP和IP是其中最重要的兩個(gè)協(xié)議。這一簇協(xié)議產(chǎn)生的時(shí)間早于OSI模型，他們工作得很好，已經(jīng)被公認(rèn)為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際互連網(wǎng)所采用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。TCP/IP模型由四個(gè)層次組成，如圖3.7所示。下面我們依次簡(jiǎn)要介紹網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)互連層、傳輸層及應(yīng)用層。圖3.7TCP/IP參考模型示意EthernetPoint-to-PointPacketRadioFPTDNSSMTPHTTPTCPUDPIP（InternetProtocol）網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)互連層傳輸層應(yīng)用層2023/6/4722.6TCP/IP模型2.6.1網(wǎng)絡(luò)接口層2.6.2網(wǎng)絡(luò)互連層2.6.3傳輸層2.6.4應(yīng)用層2.6.5OSI與TCP/IP模型的比較2.6.6TCP/IP模型的意義2023/6/4732.6.1網(wǎng)絡(luò)接口層

網(wǎng)絡(luò)接口層（Host-to-networkLayer）也稱為主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層。在TCP/IP參考模型中沒(méi)有詳細(xì)定義這一層的功能，只是指出通信主機(jī)必須采用某種協(xié)議連接到網(wǎng)絡(luò)上，并且能夠傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分組。具體使用哪種協(xié)議，在本層里沒(méi)有規(guī)定。實(shí)際上根據(jù)主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)類型與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，局域網(wǎng)基本上采用了IEEE802系列的協(xié)議，如IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議、IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)協(xié)議；廣域網(wǎng)較常采用的協(xié)議有PPP（Point-to-Point）、幀中繼、X.25等。事實(shí)上，網(wǎng)絡(luò)接口層運(yùn)行的協(xié)議就是原來(lái)物理網(wǎng)絡(luò)所運(yùn)行的低兩層協(xié)議（如以太網(wǎng)）或低三層協(xié)議（如X.25）。一般地說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議就運(yùn)行在網(wǎng)卡中，即網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序。

2023/6/4742.6.2網(wǎng)絡(luò)互連層

網(wǎng)絡(luò)互連層（InternetLayer）協(xié)議即IP協(xié)議（InternetProtocol），運(yùn)行在IP網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議之上，提供無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。他跨接了兩個(gè)不同的或相同的網(wǎng)絡(luò)，如圖3.8所示。這一層是整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，分組路由和避免阻塞是其主要任務(wù)。

2023/6/4752.6.2網(wǎng)絡(luò)互連層圖3.8TCP/IP協(xié)議連接X.25分組交換網(wǎng)和局域網(wǎng)LANIP網(wǎng)關(guān)DCEYDCEX分組交換網(wǎng)主機(jī)AX.25-3X.25-2X.25-1IPTCP主機(jī)BLLCMACPHYIPTCPX.25-3X.25-2X.25-1X.25-3X.25-2X.25-1X.25-3X.25-2X.25-1LLCMACPHYIP2023/6/4762.6.2網(wǎng)絡(luò)互連層

正是IP協(xié)議才實(shí)現(xiàn)了不同物理網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接，屏蔽了不同物理網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)。在用戶看來(lái)，Internet是一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樵贗P層，我們看到的是全網(wǎng)（Internet）統(tǒng)一格式的IP分組。事實(shí)上，IP分組必須要通過(guò)實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳送。不同的物理網(wǎng)絡(luò)要求有不同的幀格式和幀長(zhǎng)度。IP層從網(wǎng)絡(luò)接口層收到的是前一物理網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)去掉了幀頭和幀尾的IP分組，這個(gè)分組在前一網(wǎng)絡(luò)中是作為數(shù)據(jù)被封裝的。IP層下面要進(jìn)行的工作是間接尋徑，即尋找為了將此分組送到目標(biāo)主機(jī)，應(yīng)該將該分組傳送到下面哪個(gè)IP網(wǎng)關(guān)。在確定了下一個(gè)網(wǎng)關(guān)后，就要確定應(yīng)該將此分組發(fā)送到哪一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上，這步操作稱為直接尋徑，如圖3.9所示。

2023/6/4772.6.2網(wǎng)絡(luò)互連層圖3.9說(shuō)明IP協(xié)議的示意圖主機(jī)B物理網(wǎng)絡(luò)Internet路由器主機(jī)Aabdf1324e5c2023/6/4782.6.3傳輸層

傳輸層（TransportLayer）的主要功能是負(fù)責(zé)端到端的對(duì)等實(shí)體之間進(jìn)行通信，對(duì)高層屏蔽了底層網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。TCP/IP參考模型的傳輸層完全是建立在包交換通信子網(wǎng)基礎(chǔ)之上的，他定義了兩個(gè)協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（TransportControlProtocol，TCP）與用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UserDatagramProtocol，UDP）。

TCP協(xié)議是可靠的、面向連接的協(xié)議。他用于包交換的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)、互連系統(tǒng)及類似的網(wǎng)絡(luò)上，保證通信主機(jī)之間有可靠的字節(jié)流傳輸。UDP協(xié)議是一種不可靠的、無(wú)連接協(xié)議。他最大的優(yōu)點(diǎn)是協(xié)