計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第3章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與通信協(xié)議.ppt

第3章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與通信協(xié)議 第3章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與通信協(xié)議 教學目標 1 了解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念 2 掌握OSI七層參考模型 熟悉TCP IP體系結(jié)構(gòu) 3 了解物理層的概念 功能 主要解決的問題和四個基本特性 4 了解數(shù)據(jù)鏈路層的概念 功能 了解幀與報文的概念 5 了解網(wǎng)絡(luò)層的概念 功能 了解路由選擇的概念 6 了解傳輸層的概念 功能 了解無連接服務 連接服務的概念 7 了解會話層 表示層和應用層的特點與功能 第3章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 教學內(nèi)容3 1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議3 2TCP IP體系結(jié)構(gòu)3 3物理層3 4數(shù)據(jù)鏈路層3 5網(wǎng)絡(luò)層3 6傳輸層3 7會話層 表示層和應用層 2020 1 21 4 3 1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)層次性結(jié)構(gòu)模型與各層次協(xié)議的集合定義為計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) networkarchitecture 3 1 1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1 OSI RM體系結(jié)構(gòu)國際標準化組織ISO于1983年正式推出開放系統(tǒng)互連7層參考模型OSI RM OpenSystemsInterconnectionReferenceModel 簡稱為OSI 開放 是指只要遵循OSI標準 一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的 也遵循這同 標準的其他任何系統(tǒng)進行通信 系統(tǒng) 則是指在現(xiàn)實的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中與互連相關(guān)的各部分 2020 1 21 5 3 1 1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 2 OSI環(huán)境 2020 1 21 6 3 1 1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 3 OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程 1 當主機A的應用進程1的數(shù)據(jù)傳送到應用層時 應用層為數(shù)據(jù)加上本層控制報頭后 組織成應用層的服務數(shù)據(jù)單元 然后再傳輸?shù)奖硎緦?2 表示層接收到這個數(shù)據(jù)單元后 加上本層的控制報頭 組成表示層的服務數(shù)據(jù)單元 再傳送到會活層 3 傳輸層接收到這個數(shù)據(jù)單元后 加上本層的控制報頭 就構(gòu)成了傳輸層的服務數(shù)據(jù)單元 它被稱為報文 Message 4 傳輸層的報文傳送到網(wǎng)絡(luò)層時 加上網(wǎng)絡(luò)層的控制報頭 就構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)層的服務數(shù)據(jù)單元 它被稱為分組 Packet 5 網(wǎng)絡(luò)層的分組傳送到數(shù)據(jù)鏈路層時 加上數(shù)據(jù)鏈路層的控制信息 就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層的服務數(shù)據(jù)單元 它被稱為幀 Frame 6 數(shù)據(jù)鏈路層的幀傳送到物理層后 物理層將以比特流的方式通過傳輸介質(zhì)傳輸出去 2020 1 21 7 3 1 1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 3 OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程 2020 1 21 8 3 1 2OSI參考模型相關(guān)的基本概念 1 層次 分層 可將龐大而復雜的問題 轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題 而這些較小的局部總是比較易于研究和處理 五大好處 2 實體實體 Entity 表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程 在許多情況下 實體就是一個特定的軟件模塊 2020 1 21 9 3 1 2OSI參考模型相關(guān)的基本概念 3 協(xié)議為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則 標準或約定即稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 NetworkProtocol 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個要素組成 1 語法 即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 2 語義 解析每一部分數(shù)據(jù)的含義 需要發(fā)出何種控制信息 完成何種動作以及做出何種響應 3 同步 即事件實現(xiàn)順序的詳細說明 2020 1 21 10 3 1 2OSI參考模型相關(guān)的基本概念 服務原語 上層使用下層所提供的服務必須通過與下層交換一些命令 這些命令在OSI中稱為服務原語 OSI的服務原語有四類 分別是 Request 請求 Indication 指示 Response 響應 Confirm 證實 服務訪問點SAP ServiceAccessPoint 在同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實體進行交互 即交換信息 的地方 2020 1 21 11 3 1 2OSI參考模型相關(guān)的基本概念 4 服務種類 1 面向連接服務所謂連接 就是兩個對等實體為進行數(shù)據(jù)通信而進行的一種結(jié)合 面向連接服務具有連接建立 數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放這三個階段 面向連接服務是一種可靠的服務 2 無連接服務在無連接服務的情況下 兩個實體之間的通信不需要先建立好一個連接 有關(guān)資源不需要事先進行預定保留 無連接服務是一種不可靠的服務 2020 1 21 12 5 OSI RM七層協(xié)議圖 2020 1 21 13 3 2TCP IP體系結(jié)構(gòu) 3 2 1OSI與TCP IP體系結(jié)構(gòu)的比較TCP IP協(xié)議成功的原因之一是以IP層為核心 協(xié)議雖然簡單 但實用 2020 1 21 14 3 2 2TCP IP應用舉例 主機A與主機B通信的流程是 主機A通過應用層 傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)接口層把數(shù)據(jù)打包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)1 連接在網(wǎng)絡(luò)1的路由器接收到數(shù)據(jù)包 通過網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)層解包獲得源數(shù)據(jù)的目標網(wǎng)絡(luò)地址 IP地址 網(wǎng)絡(luò)依目標地址根據(jù)路由算法找到合適的下一個要發(fā)送到的網(wǎng)絡(luò)2 并把數(shù)據(jù)發(fā)送到該網(wǎng)絡(luò) 主機B接收到發(fā)送的數(shù)據(jù)按相反的次序拆包 2020 1 21 15 3 3物理層 物理層位于OSI RM參考模型的最低層 規(guī)范網(wǎng)絡(luò)的電氣及機械接口 實現(xiàn)物理鏈路相連的互聯(lián)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信和信息傳輸 3 3 1OSI物理層的基本概念物理層規(guī)定了傳輸原始數(shù)據(jù)的物理鏈路上通信設(shè)備的機械的 電器的 功能的和規(guī)程的特性 機械特性 指明接口所用接線器的形狀和尺寸 引線數(shù)目和排列 固定和鎖定裝置等等 電氣特性 指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍 功能特性 指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義 規(guī)程特性 指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序 2020 1 21 16 3 3 2物理層實例 EIA 232 E接口DTE DataTerminalEquipment 是數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DCE DataCircuit terminatingEquipment 是數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備 2020 1 21 17 3 4數(shù)據(jù)鏈路層 3 4 1數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念數(shù)據(jù)鏈路層 Datalink 主要任務是把數(shù)據(jù)組合成幀格式進行發(fā)送并處理接收到的幀 數(shù)據(jù)鏈路層還具有流量控制和差錯控制方面的功能 數(shù)據(jù)鏈路層具體可分為兩層 1 介質(zhì)訪問MAC 解決信道競爭 2 邏輯鏈路控制LLC 解決傳送數(shù)據(jù)的維護 2020 1 21 18 3 4 2數(shù)據(jù)鏈路層實例 1 HDLC協(xié)議HDLC HighLevelDataLinkControl 以位為基本單位 實現(xiàn)通信鏈路上的一個主站與多個次站之間的數(shù)據(jù)傳輸 HDLC已廣泛應用 如LAN總線 X 25等很多協(xié)議都是以HDLC為基礎(chǔ)定義的 2020 1 21 19 3 4 2數(shù)據(jù)鏈路層實例 2 點對點協(xié)議PPPPPP Point to PointProtocol 協(xié)議是因特網(wǎng)的正式標準 RFC1661 PPP協(xié)議有三個組成部分 將IP數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法 鏈路控制協(xié)議LCP LinkControlProtocol 網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP NetworkControlProtocol 2020 1 21 20 3 5網(wǎng)絡(luò)層 3 5 1網(wǎng)絡(luò)層路由的概念網(wǎng)絡(luò)層也稱通信子網(wǎng)層 是OSI參考模型的第三層 它的主要任務是通過路由選擇算法 為報文或分組通過通信子網(wǎng)選擇最適合的路徑 即提供邏輯尋址以便進行路由選擇 網(wǎng)絡(luò)層負責設(shè)備的尋址 跟蹤網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的位置 并決定傳送數(shù)據(jù)的最佳路徑 2020 1 21 21 3 5 2網(wǎng)絡(luò)路由實例 三個網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)1 網(wǎng)絡(luò)2 網(wǎng)絡(luò)3 的路由 2020 1 21 22 3 5 2網(wǎng)絡(luò)路由實例 圖中有三個網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)1 網(wǎng)絡(luò)2 網(wǎng)絡(luò)3 兩個路由器 R1 R2 路由器R1有兩個接口 分別為E0 對應網(wǎng)絡(luò)標識號為 1 3 S0 對應網(wǎng)絡(luò)標識號為 2 1 路由表為RT1 路由器的路由表中包含的表項有網(wǎng)絡(luò)地址 Networkaddresses 表項名NET 接口 Interface 表項名INT 度量 Metric 表項名 度量值 地址為 1 1 的機器發(fā)送目的地址為 3 2 的數(shù)據(jù)包的路由分析 2020 1 21 23 3 5 3IP數(shù)據(jù)包分析 IP數(shù)據(jù)包是Internet的基本傳送單元 版本4即IPv4的數(shù)據(jù)格式如圖所示 IP頭的長度單位為4字節(jié) 即字長為32位二進制數(shù) IP頭中可選字段通常不使用 因此IP頭通常為5 4 20字節(jié) 2020 1 21 24 3 5 3IP數(shù)據(jù)包分析 1 版本 4位字段標識本數(shù)據(jù)包IP版本號 若此4位對應為十進制數(shù) 4 則表明此數(shù)據(jù)包對應版本為4 習稱為IPv4 的描述 2 首部長度 該4位字段表示IP數(shù)據(jù)包中IP分組頭的長度 取值的范圍是5 15 3 服務類型 該8位字段說明分組所希望得到的服務質(zhì)量 4 總長度 該16位字段給出本IP數(shù)據(jù)包的字節(jié)總數(shù) 包括分組頭和數(shù)據(jù)的長度 5 標識 16位 源端每一個IP數(shù)據(jù)包相應一個唯一值 6 標志段 3位 包含有說明數(shù)據(jù)包能否分片的控制位 以及當IP包被分片傳送時是否還有后續(xù)分片數(shù)據(jù)的標志 7 片偏移 13位 用于重組被分片的IP數(shù)據(jù)包 2020 1 21 25 3 5 3IP數(shù)據(jù)包分析 8 生存時間 8位 生存時間是指IP分組能在Internet互聯(lián)網(wǎng)中停留的最長時間 記為TTL TimeToLive 9 協(xié)議 8位 表示上一層 傳輸層 采用的協(xié)議 1 ICMP 6 TCP 8 EGP 17 UDP 10 首部校驗和 16位 IP數(shù)據(jù)包首部的循環(huán)冗余校驗碼 CRC 11 源地址 32位的發(fā)送端IP地址 12 目的地址 32位的數(shù)據(jù)包目的端IP地址 13 可選字段 用于網(wǎng)絡(luò)檢測 調(diào)試 安全等等 2020 1 21 26 3 5 3IP數(shù)據(jù)包分析 分析 0000450000390004080e0000000880112645000Cc0a801020010ca608056 2020 1 21 27 3 6傳輸層 傳輸層主要負責連接應用層與完成網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)通信的其它層 3 6 1傳輸層的基本概念 1 建立 維護 拆除應用程序之間的連接 2 提供端口到端口的錯誤恢復和流程控制 3 為上一層提供獨立的透明的數(shù)據(jù)傳送 2020 1 21 28 3 5 2傳輸層實例 1 TCP協(xié)議傳輸控制協(xié)議TCP TransmissionControlProtocol 提供面向連接的服務 2020 1 21 29 3 5 2傳輸層實例 2 TCP協(xié)議的特點 1 面向連接TCP傳送包括三個階段 即連接建立 數(shù)據(jù)傳送 連接釋放 TCP的連接采用客戶服務器方式 主動發(fā)起連接的應用進程叫做客戶 Client 而被動等待的應用進程叫做服務器 Server 2 流量控制TCP傳送時 接收端可以根據(jù)自己的資源情況 隨時動態(tài)地調(diào)整對方發(fā)送字節(jié)長度 稱為發(fā)送窗口 2020 1 21 30 3 5 2傳輸層實例 3 擁塞控制可傳送數(shù)據(jù)的速率除了要求接收端來得及接收 還要求網(wǎng)絡(luò)層來得及傳送 為了避免在網(wǎng)絡(luò)上傳送時發(fā)生堵塞 TCP協(xié)議采用了擁塞控制 標準RFC2581中定義了四種算法 即慢開始 Slow Start 擁塞避免 CongestionAvoidance 快重傳 FastRetransmit 和快恢復 FastRecovery 4 TCP的重傳機制TCP每發(fā)送一個報分段 就對這個報文段設(shè)置一次計時器 只要計時器設(shè)置的重傳時間到了但還沒有收到對方的確認報文 就將這一報文重新傳送 2020 1 21 31 3 5 2傳輸層實例 3 UDP協(xié)議用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP UserDatagramProtocol 在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接 對方的傳輸層在收到UDP報文后 不需要給出任何確認 雖然UDP不提供可靠交付 但在某些情況下UDP是一種最有效的工作方式 如果將用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 UDP 與TCP做一個比較 UDP數(shù)據(jù)首部小了很多 在網(wǎng)絡(luò)上UDP不會消耗太多的網(wǎng)絡(luò)帶寬 2020 1 21 32 3 7會話層 表示層和應用層 3 7 1會話層會話層維持不同應用程序的會話連接和數(shù)據(jù)分隔 負責建立 管理和終止表示層實體之間的會話連接 是系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)通信的過程 3 7 2表示層表示層為應用層服務 負責轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)加密 壓縮 通常為了使計算機都能順利接收 在發(fā)送之前需將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標準的格式 2020 1 21 33 3 7會話層 表示層和應用層 3 7 3應用層應用層是用戶與計算機進行交互的層次 應用層作為實際應用程序和下一層 在OSI模型下為表示層 之間的接口 把應用程序的有關(guān)信息送到協(xié)議棧的下面各層 2020 1 21 34 3 8TCP IP協(xié)議數(shù)據(jù)包分析實例 在局域網(wǎng)與Internet相連的環(huán)境下 通過nslookup命令查詢域名 的IP地址 DNS服務器的IP地址為 202 96 128 86 解析 的IP地址是 61 144 45 99 利用Ethereal分析軟件及捕捉數(shù)據(jù)程序 獲得的數(shù)據(jù)包1 安裝Ethereal 2 運行Ethereal 3 分析數(shù)據(jù)包 2020 1 21 35 3 8TCP IP協(xié)議數(shù)據(jù)包分析實例 捕捉到的數(shù)據(jù)是在以太網(wǎng)上傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù) 共71字節(jié) 0000000f3d14030d0014854082570800450000100039080e000080112645c0a80102ca6000208056045d003500252c830002010000010030000000000000037777770467646478020040636e0000010001 2020 1 21 36 3 8TCP IP協(xié)議數(shù)據(jù)包分析實例 1 應用層數(shù)據(jù)應用層按DNS的數(shù)據(jù)格式發(fā)給DNS服務器 其主要內(nèi)容就要查詢 對應的ACSII碼十六進制數(shù)為 777777046764647802636e 的IP的地址 2 傳輸層數(shù)據(jù)傳輸層接到應用層的數(shù)據(jù)包傳送任務 加上