網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析.ppt

1、第一章 緒論,主講人：,2,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自20世紀(jì)60年代開始發(fā)展。各種定義。,簡單定義 一些互相連接的、自治的計算機(jī)的集合。,文獻(xiàn)定義 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是用通信設(shè)備和線路將分散在不同地點的有獨(dú)立功能的多個計算機(jī)系統(tǒng)互相連接起來，并按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)資源共享的計算機(jī)集合。 多個計算機(jī)：為用戶提供服務(wù)； 一個通信子網(wǎng)：通信設(shè)備和線路； 一系列協(xié)議：保證數(shù)據(jù)通信。,網(wǎng)絡(luò)類型 很多，如局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等。 典型：因特網(wǎng)。,2. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類,按照網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)分類： 廣播網(wǎng) 點對點網(wǎng) 按照網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分類： 局域網(wǎng) 城域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 注：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模通常以網(wǎng)上相距最遠(yuǎn)的兩臺計算機(jī)之間的距離來衡量。

2、,4,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分,網(wǎng)中結(jié)點相互連接的方式。 主要分為星形、環(huán)形、總線、樹形、分布式等。,5,總線型/樹型,總線：所有結(jié)點都連接到一條公共傳輸線（稱為總線）上，并通過該總線傳輸信息。 結(jié)構(gòu)簡單、連網(wǎng)方便、易于擴(kuò)充、成本低，實時性較差。 樹型：由總線型結(jié)構(gòu)擴(kuò)展而成，結(jié)點按照層次進(jìn)行連接，形成一個樹狀結(jié)構(gòu)。,6,星型,所有設(shè)備都連接到一個中央處理設(shè)備。如集線器或交換機(jī) 。 結(jié)構(gòu)簡單，可靠性差。,7,結(jié)點通過通信線路連接成一個閉合的環(huán)，信息單向傳輸，即按一定方向一個結(jié)點接一個結(jié)點沿環(huán)路傳輸。 結(jié)構(gòu)簡單、路徑選擇方便，可靠性差、網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜。,環(huán)型,8,每個結(jié)點都至少有兩條線路和其他結(jié)點相連。可

3、靠性高，網(wǎng)絡(luò)控制和軟件比較復(fù)雜。,分布式/網(wǎng)狀,9,數(shù)據(jù)交換,電路交換 (circuit switching) 預(yù)留端到端資源：端系統(tǒng)之間通信路徑上所需要的資源 (緩存，鏈路帶寬)。建立連接。 發(fā)送方以恒定速率向接收方傳送數(shù)據(jù)。 如，電話網(wǎng)絡(luò)。 分組交換(packet switching) 不需要資源預(yù)留 按需使用資源，可能要排隊等待：同時有其它分組發(fā)送。 如，因特網(wǎng)。,10,電路交換,通信雙方必須先建立一個專用的連接（電路），一直維持，直到通信結(jié)束。 如，電話網(wǎng)絡(luò)。 通話過程：撥號 接通 通信 掛機(jī),11,例，電路交換網(wǎng)絡(luò),每個鏈路可有n條電路，能夠支持n條同步連接。 通信過程： 在兩臺主機(jī)

4、A、B之間創(chuàng)建一條專用的端到端連接，分別占用每條鏈路中的一條電路； 該連接獲得鏈路帶寬的1/n，進(jìn)行通信。,12,分組交換(packet switching)技術(shù),發(fā)送端將要發(fā)送的數(shù)據(jù)分成若干較小的塊，添加首部形成分組（包packet） ，分別發(fā)送到目的端，再組裝恢復(fù)原數(shù)據(jù)。 路徑（route或path）：一個分組從發(fā)送端系統(tǒng)傳輸?shù)浇邮斩讼到y(tǒng)，所經(jīng)過的一系列通信鏈路和分組交換機(jī)。 端系統(tǒng)之間通信的路徑不專用。 多個通信端系統(tǒng)同時共享一條路徑或一部分。 第一個分組交換網(wǎng)絡(luò)： ARPA網(wǎng)，產(chǎn)生于20 世紀(jì)70年代，是因特網(wǎng)的“最早祖先” 。,13,工作原理,報文(message)：應(yīng)用程序要傳輸?shù)?/p>

5、信息。包含需要的任何內(nèi)容。如，控制功能或數(shù)據(jù)。 工作過程 源端將報文劃分為較小的數(shù)據(jù)塊（分組packet）； 每個分組通過一系列鏈路和分組交換機(jī)傳送，直到目的端 目的端恢復(fù)原報文。 分組以鏈路的最大傳輸速率傳輸。 傳輸過程中采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)傳輸機(jī)制。,14,存儲轉(zhuǎn)發(fā)傳輸,分組交換機(jī)先將輸入端的整個分組接收下來（存儲），再從輸出鏈路轉(zhuǎn)發(fā)傳輸出去（轉(zhuǎn)發(fā)）。,存儲,轉(zhuǎn)發(fā),分組,15,例，一個簡單的分組交換網(wǎng)絡(luò),A,B,C,10 Mbps 以太網(wǎng),1.5 Mbps,等待輸出鏈路的分組隊列,兩對主機(jī)通信：AE 、BE。所有分組長度相同。,統(tǒng)計復(fù)用：按需分配資源。 如A 和 B 分組沒有固定的順序。,16,幾

6、種交換技術(shù)對比,電路交換：整個報文的比特流連續(xù)地從源點直達(dá)終點，好像在一個管道中傳送。 報文交換：整個報文先傳送到相鄰結(jié)點，全部存儲下來后，再轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點。 分組交換：單個分組（只是整個報文的一部分）傳送到相鄰結(jié)點，存儲下來后，再轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點。,性能指標(biāo),帶寬 時延 往返時間 吞吐量 時延帶寬積,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層設(shè)計方法 將網(wǎng)絡(luò)按照功能劃分成一系列層次，每一層都為上層提供某些特定的服務(wù)，并向上層屏蔽實現(xiàn)這些服務(wù)的細(xì)節(jié)； 分層設(shè)計的好處： 簡化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 易于系統(tǒng)維護(hù)和升級,19,體系結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)及其各層協(xié)議的集合，是對網(wǎng)絡(luò)及其組成部分功能的精確定義

7、。 例飛行航線系統(tǒng)： 乘客乘坐某個航班所進(jìn)行的一系列動作，如圖1-15。,20,空中旅行的一系列動作,票務(wù)（購買） 行李（托運(yùn)） 登機(jī)口（登機(jī)） 跑道起飛 飛機(jī)飛行,票務(wù)（投訴） 行李（認(rèn)領(lǐng)） 登機(jī)口（離機(jī)） 跑道著陸 飛機(jī)飛行,空中飛行,21,分層 結(jié)構(gòu),為了研究和設(shè)計方便，一般采用分層的方法，即按照功能劃分為若干個層次。如圖：,分層特點： 每層功能獨(dú)立； 每兩個相鄰層之間有一邏輯接口，可交換信息； 上一層建立在下一層基礎(chǔ)上，上一層可調(diào)用下一層的服務(wù)，下一層為上一層提供服務(wù)。,高,低,服務(wù)訪問點SAP Service Access Point,22,票務(wù)（購買） 行李（托運(yùn)） 登機(jī)口（登機(jī)）

8、 起飛 按路線飛行,離開機(jī)場,到達(dá)機(jī)場,中間空中交通控制中心,airplane routing,airplane routing,票務(wù)（投訴） 行李（認(rèn)領(lǐng)） 登機(jī)口（離機(jī)） 著陸 按路線飛行,票務(wù),行李,門,起飛/著陸,按路線飛行,航線功能的分層,每層分別實現(xiàn)一種服務(wù)； 每層自己執(zhí)行一些動作，如登機(jī)口； 每層可以使用相鄰下一層的服務(wù)：如起飛/著陸層,23,分層結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點,使復(fù)雜系統(tǒng)簡化： 將一個大而復(fù)雜系統(tǒng)劃分為若干個明確、特定的部分，分別討論研究。 易于維護(hù)、系統(tǒng)的更新 某層功能變化，不會影響系統(tǒng)其余部分： 只要保持對其上層提供的服務(wù)，及其使用下層的服務(wù)不變。 如，改變登機(jī)過程不影響系統(tǒng)的

9、其他部分。,24,什么是協(xié)議,控制網(wǎng)絡(luò)中信息接收和發(fā)送的一組軟件。,為什么要有協(xié)議？ 協(xié)議作用？,25,協(xié)議（protocol）,控制網(wǎng)絡(luò)中信息接收和發(fā)送的一組軟件。每個端系統(tǒng)、路由器和其他因特網(wǎng)部件都要運(yùn)行。 因特網(wǎng)協(xié)議：TCP/IP協(xié)議。 TCP（Transmission Control Protocol）傳輸控制協(xié)議 IP （Internet Protocol）網(wǎng)際協(xié)議 因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：由IETF制定的標(biāo)準(zhǔn)文檔RFC。 RFC（Request For Comments ）：請求評論 IETF (Internet Engineering Task Force ) ： 因特網(wǎng)工程任務(wù)組。 RFC

10、有近5000個，不斷更新完善。,26,人類和網(wǎng)絡(luò)工作對比,人類協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,Hi,Hi,TCP 連接請求,握手報文,數(shù)據(jù)報文,27,1、人類活動類比,人類任何時候都在執(zhí)行協(xié)議。 例：問時間。 正常情況： 不正常情況：,“不要煩我” “我不會說英語”,得不到任何回答,“你好”,協(xié)議過程： 發(fā)送“特定”報文 根據(jù)收到的“應(yīng)答”報文或其他事件采取動作 協(xié)議的核心：報文的傳輸、接收及所采取的動作。 雙方執(zhí)行不同的協(xié)議，就不能互動，不能完成工作,28,2、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,類似人類協(xié)議：由某些設(shè)備的硬件或軟件執(zhí)行。 因特網(wǎng)中的所有活動，都受協(xié)議制約。例如，網(wǎng)卡中的協(xié)議、端系統(tǒng)中的擁塞控制協(xié)議等等。 因特網(wǎng)的運(yùn)

11、行離不開協(xié)議。 例，用戶通過因特網(wǎng)訪問某一個網(wǎng)頁。,協(xié)議：控制網(wǎng)絡(luò)中信息的發(fā)送和接收。 定義了通信實體之間發(fā)送、接收報文的格式和傳輸順序，以及收到報文所采取的動作。 不同的協(xié)議完成不同的通信任務(wù)。,29,協(xié)議分層,協(xié)議：控制網(wǎng)絡(luò)中信息的發(fā)送和接收。 定義了通信實體之間交換報文的格式和次序，以及在報文傳輸和/或接收或其他事件所采取的動作。 協(xié)議分層： 采用分層(layer)的方式組織協(xié)議及實現(xiàn)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件。,30,協(xié)議分層說明,每層都有相應(yīng)的一系列協(xié)議，如TCP、HTTP； 每層協(xié)議通過軟件、硬件或兩者結(jié)合實現(xiàn)。 每層協(xié)議可分布在網(wǎng)絡(luò)的不同組件中：如端系統(tǒng)、分組交換機(jī)。 如應(yīng)用層協(xié)議在端

12、系統(tǒng)中用軟件實現(xiàn)。 協(xié)議棧 (protocol stack)：各層所有協(xié)議的集合。,31,協(xié)議分層服務(wù)模型,上層調(diào)用下層的服務(wù)，下層為上層提供服務(wù)。 如圖，低層（第n層）向相鄰高層（第n+1層）提供服務(wù)。 通過第n層本身執(zhí)行某些動作，或再使用其相鄰下層（第n-1層）的服務(wù)，來完成向其上層（第n+1層）提供的服務(wù)。 例：,第n+1層,第n層,通過使用第n-1層的不可靠報文傳輸服務(wù)，以及本層的檢測和重傳丟失報文的功能實現(xiàn)。,第n-1層,第n層提供報文的可靠傳輸,32,分層缺點,有些功能可能在不同層重復(fù)出現(xiàn)： 如，基于鏈路和基于端到端傳輸?shù)牟铄e恢復(fù)； 某層的功能可能需要僅存在其他某層的信息。,33,

13、分層后數(shù)據(jù)傳遞的過程,主機(jī)（端系統(tǒng)）間數(shù)據(jù)傳送實際上并不是在對等層間直接進(jìn)行，而是通過相鄰層間的傳遞合作完成。,34,接收方：將收到的數(shù)據(jù)由低層向高層逐層傳遞，每經(jīng)過一層，去掉該層的控制信息，直到最高層，恢復(fù)為用戶數(shù)據(jù)。（逐層解封）,發(fā)送方：將用戶數(shù)據(jù)由高層向低層逐層傳遞，每經(jīng)過一層，加上該層的控制信息，直到最低層（物理層），然后直接通過物理媒體傳輸?shù)侥康姆?。（逐層封裝）,35,第5層 第4層 第3層 第2層 第1層,報文 報文段 數(shù)據(jù)報 幀 比特,因特網(wǎng)協(xié)議棧,協(xié)議層實現(xiàn)：以軟件、硬件或兩者結(jié)合的方式。 應(yīng)用層：在端系統(tǒng)中用軟件來實現(xiàn)，如HTTP等。 運(yùn)輸層：同上。 網(wǎng)絡(luò)層：硬件、軟件混合。

14、 物理層和數(shù)據(jù)鏈路層：負(fù)責(zé)處理跨越特定鏈路的通信，通過與該鏈路相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)接口卡中實現(xiàn)(如以太網(wǎng)接口卡)。,傳輸單位,36,各層功能,應(yīng)用層：提供各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。傳輸應(yīng)用報文。 FTP、 SMTP、 HTTP 運(yùn)輸層：在應(yīng)用程序的客戶機(jī)和服務(wù)器之間提供傳輸應(yīng)用層報文服務(wù)。傳輸報文段。 TCP、 UDP 網(wǎng)絡(luò)層：主機(jī)和主機(jī)之間傳輸網(wǎng)絡(luò)層分組（數(shù)據(jù)報）。 IP協(xié)議、 選路協(xié)議 鏈路層： 在鄰近單元之間傳輸數(shù)據(jù)（幀 ）。 PPP、以太網(wǎng) 物理層：在節(jié)點之間傳輸比特流。 傳輸媒體,37,五、開放系統(tǒng)互連基本參考模型,由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 在1981年提出的網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)，簡稱為OSI參考模型。(Open Systems I