第2講網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)-ppt課件

1、第 2講 網(wǎng)絡體系構(gòu)造知識回想l計算機網(wǎng)絡功能計算機網(wǎng)絡功能l因特網(wǎng)的組成因特網(wǎng)的組成l計算機網(wǎng)絡在我國的開展計算機網(wǎng)絡在我國的開展l計算機網(wǎng)絡的定義和分類計算機網(wǎng)絡的定義和分類l性能目的：速度、帶寬、時延、吞吐量性能目的：速度、帶寬、時延、吞吐量本講內(nèi)容和教學目的l 計算機網(wǎng)絡的體系構(gòu)造計算機網(wǎng)絡的體系構(gòu)造l 計算機網(wǎng)絡體系構(gòu)造的構(gòu)成計算機網(wǎng)絡體系構(gòu)造的構(gòu)成l協(xié)議與劃分層次協(xié)議與劃分層次l具有五層協(xié)議的體系構(gòu)造具有五層協(xié)議的體系構(gòu)造l實體、協(xié)議、效力和效力訪問點實體、協(xié)議、效力和效力訪問點lTCP/IP 的體系構(gòu)造的體系構(gòu)造l 教學目的教學目的l 了解協(xié)議分層設計的根本思想。了解協(xié)議分層設計

2、的根本思想。l 根本了解物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和運用層的功能。根本了解物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和運用層的功能。l 了解了解TCP/IP體系構(gòu)造。體系構(gòu)造。計算機網(wǎng)絡體系構(gòu)造的構(gòu)成l 相互通訊的兩個計算機系統(tǒng)必需高度協(xié)調(diào)任相互通訊的兩個計算機系統(tǒng)必需高度協(xié)調(diào)任務才行，而這種務才行，而這種“協(xié)調(diào)是相當復雜的。協(xié)調(diào)是相當復雜的。 l “分層可將龐大而復雜的問題，轉(zhuǎn)化為假設分層可將龐大而復雜的問題，轉(zhuǎn)化為假設干較小的部分問題，而這些較小的部分問題干較小的部分問題，而這些較小的部分問題就比較易于研討和處置。就比較易于研討和處置。 開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RMl 只需遵照只需遵照

3、 OSI 規(guī)范，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何規(guī)范，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵照這同一規(guī)范的其他任何系統(tǒng)進展通訊。地方的、也遵照這同一規(guī)范的其他任何系統(tǒng)進展通訊。l 在市場化方面在市場化方面 OSI 失敗的緣由失敗的緣由l OSI 的專家們在完成的專家們在完成 OSI 規(guī)范時沒有商業(yè)驅(qū)動力；規(guī)范時沒有商業(yè)驅(qū)動力；l OSI 的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復雜，且運轉(zhuǎn)效率很低；的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復雜，且運轉(zhuǎn)效率很低；l OSI 規(guī)范的制定周期太長，因此使得按規(guī)范的制定周期太長，因此使得按 OSI 規(guī)范消費的規(guī)范消費的設備無法及時進入市場；設備無法及時進入市場；l OSI 的層次劃分并也不太合

4、理，有些功能在多個層次中的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個層次中反復出現(xiàn)。反復出現(xiàn)。 協(xié)議l 計算機網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換必需遵守事先商定好的規(guī)那計算機網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換必需遵守事先商定好的規(guī)那么。么。 l 這些規(guī)那么明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關這些規(guī)那么明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關的同步問題同步含有時序的意思。的同步問題同步含有時序的意思。l 網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡協(xié)議(network protocol)，簡稱為協(xié)議，是為進展，簡稱為協(xié)議，是為進展網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)那么、規(guī)范或商定。網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)那么、規(guī)范或商定。 l 網(wǎng)絡協(xié)議的組成要素網(wǎng)絡協(xié)議的組成要素l 語法語法

5、l 數(shù)據(jù)與控制信息的構(gòu)造或格式數(shù)據(jù)與控制信息的構(gòu)造或格式 。 l 語義語義 l 需求發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種需求發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種呼應。呼應。 l 同步同步 l 事件實現(xiàn)順序的詳細闡明。事件實現(xiàn)順序的詳細闡明。劃分層次的概念舉例 l 主機主機 1 向主機向主機 2 經(jīng)過網(wǎng)絡發(fā)送文件。經(jīng)過網(wǎng)絡發(fā)送文件。l 可以將要做的任務進展如下的劃分。可以將要做的任務進展如下的劃分。l 第一類任務與傳送文件直接有關。第一類任務與傳送文件直接有關。l 確信對方已做好接納和存儲文件的預備。確信對方已做好接納和存儲文件的預備。l 雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。雙方協(xié)調(diào)好一致的文

6、件格式。l 兩個主機將文件傳送模塊作為最高的一層兩個主機將文件傳送模塊作為最高的一層 。剩下的任務由下面的模塊擔任。剩下的任務由下面的模塊擔任。主機交換文件表示圖文件傳送模塊主機 1主機 2文件傳送模塊只看這兩個文件傳送模塊好似文件及文件傳送命令是按照程度方向的虛線傳送的把文件交給下層模塊進展發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通訊效力模塊 文件傳送模塊主機 1主機 2文件傳送模塊只看這兩個通訊效力模塊好似可直接把文件可靠地傳送到對方把文件交給下層模塊進展發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通訊效力模塊通訊效力模塊網(wǎng)絡接入模塊 文件傳送模塊主機 1主機 2文件傳送模塊通訊效力模塊通訊效力模塊網(wǎng)絡接入模塊網(wǎng)絡接

7、入模塊通訊網(wǎng)絡網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接入模塊擔任做與網(wǎng)絡接口細節(jié)有關的任務例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷?，幀的最大長度等。分層的益處及各層要完成的功能l 分層的益處分層的益處l 各層之間是獨立的各層之間是獨立的l 靈敏性好靈敏性好l 構(gòu)造上可分割開構(gòu)造上可分割開l 易于實現(xiàn)和維護易于實現(xiàn)和維護l 能促進規(guī)范化任務能促進規(guī)范化任務l 各層要完成的功能各層要完成的功能l 過失控制過失控制l 流量控制流量控制l 分段與重裝分段與重裝l 復用與分用復用與分用l 銜接建立與釋放銜接建立與釋放計算機網(wǎng)絡的體系構(gòu)造 l 計算機網(wǎng)絡的體系構(gòu)造計算機網(wǎng)絡的體系構(gòu)造(architecture)l 是計算機網(wǎng)絡的各層及其協(xié)議

8、的是計算機網(wǎng)絡的各層及其協(xié)議的集合。集合。 l 體系構(gòu)培育是這個計算機網(wǎng)絡及體系構(gòu)培育是這個計算機網(wǎng)絡及其部件所應完成的功能的準確定其部件所應完成的功能的準確定義。義。l 實現(xiàn)實現(xiàn)(implementation)是遵照這是遵照這種體系構(gòu)造的前提下用何種硬件種體系構(gòu)造的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。或軟件完成這些功能的問題。l 體系構(gòu)造是籠統(tǒng)的，而實現(xiàn)那么體系構(gòu)造是籠統(tǒng)的，而實現(xiàn)那么是詳細。是詳細。l 右圖是右圖是ISO/OSIOpen Systems Interconnection) 七層參考模型。七層參考模型。 OSI參考模型各層的功能l運用層運用層l各種運用：網(wǎng)絡虛擬終端、各種

9、運用：網(wǎng)絡虛擬終端、SMTP、文件傳輸、，、文件傳輸、，EMAIL等等 l表示層表示層l完成特定的常見的功能，關懷所傳輸信息的語法和語義。完成特定的常見的功能，關懷所傳輸信息的語法和語義。 l數(shù)據(jù)緊縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)加密。數(shù)據(jù)緊縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)加密。l會話層會話層l為會話用戶提供一個建立銜接及在上按順序傳送數(shù)據(jù)的方法。為會話用戶提供一個建立銜接及在上按順序傳送數(shù)據(jù)的方法。 會話銜接與傳輸層有差別，會話銜接與傳輸層有差別，前者需雙方贊同才可中斷銜接，后者可一方中斷，有如。前者需雙方贊同才可中斷銜接，后者可一方中斷，有如。l傳輸層傳輸層l目的是在源端與目的端之間建立可靠的端到端效力。目的是在源端

10、與目的端之間建立可靠的端到端效力。l隔離網(wǎng)絡的上下層協(xié)議，使得網(wǎng)絡運用與下層無關。隔離網(wǎng)絡的上下層協(xié)議，使得網(wǎng)絡運用與下層無關。 l在網(wǎng)絡中擔任相當于鏈路層的錯誤控制，流量控制及順序問題。在網(wǎng)絡中擔任相當于鏈路層的錯誤控制，流量控制及順序問題。 l銜接效力銜接效力lTCP：面向銜接的協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆笪亩?，提供可靠交付。：面向銜接的協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆笪亩危峁┛煽拷桓?。lUDP：無銜接的協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇怯脩魯?shù)據(jù)報，不保證可靠的傳輸。：無銜接的協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇怯脩魯?shù)據(jù)報，不保證可靠的傳輸。OSI參考模型各層的功能(續(xù))l 網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層l 確定分組從源端到目的端如何選擇路由

11、確定分組從源端到目的端如何選擇路由.l 尋址、途徑交換、擁塞控制、網(wǎng)絡互連尋址、途徑交換、擁塞控制、網(wǎng)絡互連l 傳輸單位是分組傳輸單位是分組(Packet)，由于網(wǎng)絡層運用，由于網(wǎng)絡層運用IP協(xié)議，也叫做協(xié)議，也叫做IP數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)報。l 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層l 加強物理層的傳輸原始比特的功能，建立一條無過失的傳輸線路。加強物理層的傳輸原始比特的功能，建立一條無過失的傳輸線路。 l 將物理層傳輸?shù)谋忍亟M合成幀，確定幀邊境及過失糾正。將物理層傳輸?shù)谋忍亟M合成幀，確定幀邊境及過失糾正。 l 數(shù)據(jù)幀、確認幀、識別幀邊境、流量調(diào)理機制。數(shù)據(jù)幀、確認幀、識別幀邊境、流量調(diào)理機制。l 傳輸單位是幀傳輸單位

12、是幀(Frame)l 物理層物理層l 涉及通訊在信道上傳輸?shù)脑急忍亓?。涉及通訊在信道上傳輸?shù)脑急忍亓鳌?l 處置機械的、電氣的和過程的接口，以及物理層下的物理傳輸介質(zhì)等問題。處置機械的、電氣的和過程的接口，以及物理層下的物理傳輸介質(zhì)等問題。l /wiki/OSI_model 具有五層協(xié)議的體系構(gòu)造 l TCP/IP 是四層的體系構(gòu)造是四層的體系構(gòu)造l 運用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡接口層。運用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡接口層。l 網(wǎng)絡接口層并沒有詳細內(nèi)容。因此往往采取折中的方法，即綜合網(wǎng)絡接口層并沒有詳細內(nèi)容。因此往往采取折中的方法，即綜合 OSI 和和 TCP

13、/IP 的優(yōu)點，采用一種只需五層協(xié)議的體系構(gòu)造的優(yōu)點，采用一種只需五層協(xié)議的體系構(gòu)造 。l 運用層運用層(application layer) l 運輸層運輸層(transport layer) l 網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層(network layer) l 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer) l 物理層物理層(physical layer) l /wiki/TCP/IP_model主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運用進程數(shù)據(jù)先傳送到運用層加上運用層首部，成為運用層 PDU主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5

14、432154321主機 1AP2AP1主機 2運用層 PDU 再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡層加上網(wǎng)絡層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報或分組主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2IP 數(shù)據(jù)報再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) l 運用層運用層(appli

15、cation layer) 5432154321物理傳輸媒體主機 1AP2AP1電信號或光信號在物理媒體中傳播從發(fā)送端物理層傳送到接納端物理層主機 2主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2物理層接納到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡層主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2網(wǎng)絡層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運輸層主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2

16、運輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運用層主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運用層剝?nèi)ナ撞浚〕鲞\用程序數(shù)據(jù)上交給運用進程主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2我收到了 AP1 發(fā)來的運用程序數(shù)據(jù)！主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2應 用 程 序 數(shù) 據(jù)運用層首部H510100110100101 比 特 流 110101110101留意察看參與或剝?nèi)ナ撞课膊康膶哟螒?用 程 序 數(shù) 據(jù)H5應 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應 用 程

17、序 數(shù) 據(jù)H4運輸層首部H3網(wǎng)絡層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 210100110100101 比 特 流 110101110101計算機 2 的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡層H2T2H3H4H5應 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機 1 向主機 2 發(fā)送

18、數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2網(wǎng)絡層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層H5應 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運輸層剝?nèi)笪氖撞亢蟀褕笪牡臄?shù)據(jù)部分交給運用層應 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5應 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運用層剝?nèi)ミ\用層 PDU 首部后把運用程序數(shù)據(jù)交給運用進程主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2我收到了 AP1 發(fā)來的運用程序數(shù)據(jù)！實體、協(xié)議、效

19、力和效力訪問點 l 實體實體(entity) l 表示任何可發(fā)送或接納信息的硬件或軟件進表示任何可發(fā)送或接納信息的硬件或軟件進程。程。 l 協(xié)議協(xié)議l 是控制兩個對等實體進展通訊的規(guī)那么的集是控制兩個對等實體進展通訊的規(guī)那么的集合。合。 l 在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通訊使在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通訊使得本層可以向上一層提供效力。得本層可以向上一層提供效力。l 要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需求運用下層所提供的要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需求運用下層所提供的效力。效力。 實體、協(xié)議、效力和效力訪問點(續(xù)l 本層的效力用戶只能看見效力而無法看見下面的協(xié)議。本層的效力用戶只能看見效力而無法看見下面的協(xié)議。

20、l 下面的協(xié)議對上面的效力用戶是透明的。下面的協(xié)議對上面的效力用戶是透明的。 l 協(xié)議是協(xié)議是“程度的，即協(xié)議是控制對等實體之間通訊的程度的，即協(xié)議是控制對等實體之間通訊的規(guī)那么。規(guī)那么。l 效力是效力是“垂直的，即效力是由下層向上層經(jīng)過層間接垂直的，即效力是由下層向上層經(jīng)過層間接口提供的。口提供的。l 同一系統(tǒng)相鄰兩層的實體進展交互的地方，稱為效力同一系統(tǒng)相鄰兩層的實體進展交互的地方，稱為效力訪問點訪問點 SAP (Service Access Point)。 實體、協(xié)議、效力和效力訪問點協(xié)議(n + 1)SAPSAP交換原語交換原語實體(n + 1)效力提供者第 n 層第 n + 1 層實

21、體(n + 1)效力用戶實體(n)實體(n)協(xié)議(n)協(xié)議評價規(guī)范l 協(xié)議必需把一切不利的條件事先都估計到，協(xié)議必需把一切不利的條件事先都估計到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。而不能假定一切都是正常的和非常理想的。 l 看一個計算機網(wǎng)絡協(xié)議能否正確，不能光看看一個計算機網(wǎng)絡協(xié)議能否正確，不能光看在正常情況下能否正確，而且還必需非常仔在正常情況下能否正確，而且還必需非常仔細地檢查這個協(xié)議能否應付各種異常情況。細地檢查這個協(xié)議能否應付各種異常情況。 協(xié)議舉例l 占據(jù)東、西兩個山頂?shù)乃{軍占據(jù)東、西兩個山頂?shù)乃{軍1和藍軍和藍軍2與駐扎在山谷的白軍與駐扎在山谷的白軍作戰(zhàn)。作戰(zhàn)。l 其力量對比是：

22、單獨的藍軍其力量對比是：單獨的藍軍1或藍軍或藍軍2打不過白軍，但藍軍打不過白軍，但藍軍1和藍軍和藍軍2協(xié)同作戰(zhàn)那么可戰(zhàn)勝白軍。協(xié)同作戰(zhàn)那么可戰(zhàn)勝白軍。l 現(xiàn)藍軍現(xiàn)藍軍1擬于次日正午向白軍發(fā)起攻擊。于是用計算機發(fā)擬于次日正午向白軍發(fā)起攻擊。于是用計算機發(fā)送電文給藍軍送電文給藍軍2。l 但通訊線路很不好，電文出錯或喪失的能夠性較大沒有但通訊線路很不好，電文出錯或喪失的能夠性較大沒有可運用。因此要求收到電文的友軍必需送回一個確認電可運用。因此要求收到電文的友軍必需送回一個確認電文。但此確認電文也能夠出錯或喪失。文。但此確認電文也能夠出錯或喪失。l 試問能否設計出一種協(xié)議使得藍軍試問能否設計出一種協(xié)議使得藍軍1和藍軍和藍軍2可以實現(xiàn)協(xié)同可以實現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)因此一定即作戰(zhàn)因此一定即100 %而不是而不是99.999%獲得勝利？獲得勝利？ 贊同收到：收到“贊同TCP/IP的體系構(gòu)造運用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡接口層主機A主機B路由器網(wǎng)絡 2網(wǎng)絡 1運用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡接口層4321路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時最高只用到網(wǎng)絡層而沒有運用運輸層和運用層。 沙漏計時器外形的TCP/IP協(xié)議族 SMTPDNSRTPTCPUDPIP網(wǎng)際層網(wǎng)絡