2 网络体系结构与网络协议
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2013年7月4日星期四 17
OSI参考模型
OSI参考模型是国际标准化组织为解决异种机互连而制 订的开放式计算机网络层次结构模型。 在OSI中的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统 就可以与位于世界上任何地方、遵循同一标准的其他任 何系统进行通信； OSI参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程间通 信标准的制定； 在OSI的范围内，只有各种的协议是可以被实现的，而 各种产品只有和OSI的协议相一致时才能互连； OSI参考模型只是一个概念性的框架。
2013年7月4日星期四
24
面向连接服务
2013年7月4日星期四
25
面向连接服务的特点
面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连 接维护与释放连接的三个过程； 面向连接服务在数据传输过程中，各分组可以不携带 目的结点的地址； 面向连接服务的传输连接类似一个通信管道，发送者 在一端放入数据，接收者从另一端取出数据； 面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性 好，但是协议复杂，通信效率不高。
2013年7月4日星期四
16
2.2 OSI参考模型
2.2.1 OSI参考模型的基本概念
在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织是： 国际电报与电话咨询委员会 （Consultative Committee on InternationalTelegraph and Telephone，CCITT ）； 国际标准化组织 （International Standards Organization ，ISO）。 CCITT与ISO的工作领域是不同的： CCITT 主要是考虑通信标准的制定； ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构。
2013年7月4日星期四
2
2.1 网络体系结构的基本概念
一、网络分层结构 计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个 复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后 “分而治之” 。为了简化网络的设计，常将网络按 功能划分成一系列的层次，让每一层完成一个特定 的功能。完成某一层功能的硬件和软件集合称为实 体。
第2章
网络体系结构与网络协议
本章学习要求
掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念。 掌握：网络体系结构的层次化研究方法。 掌握：OSI参考模型及各层的基本服务功能。 掌握：TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本服务 功能与主要协议。 了解：OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较。 了解：网络协议标准组织，RFC文档、Internet草案 与Internet协议标准的制定过程。
(N+1)Ê Ì µ å a ë Ç ó Ç (N)SAP d ¤ Ö µ Ê
(N+1)Ê Ì µ å c ì Ï ¦ Ó (N)SAP b · Ö ¾ Ê
(N)Ê Ì µ å
N² Ð Í Ð ã é ¨Å
(N)Ê Ì µ å
¾ Ø ±µ
2013年7月4日星期四
¶ Ì Ô ³
14
五、网络体系结构（network architecture）
运输部门的邮件运输业务
4
网络分层结构
2013年7月4日星期四
5
分层原则
不同的系统分成相同的层次； 不同系统的对等层次之间存在着“虚拟”通信； 对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信 规定(协议)； 高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低 层服务的具体实现方法。
2013年7月4日星期四
在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考模型； 1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型； 20世纪80年代Leiner、 Clark等人对TCP/IP参考模型进一步 的研究； TCP/IP协议一共出现了6个版本，后3个版本是版本4、版本5与 版本6； 目前我们使用的是版本4，它的网络层IP协议一般记作IPv4 ； 版本6的网络层IP协议一般记作IPv6（或IPng, IP next generation）； IPv6被称为下一代的IP协议。
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
传输介质
2013年7月4日星期四
传输介质
传输介质
21
2. OSI环境中的数据传输过程
主机A 应用进程A 应 表 会 传 网 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层 数据 数据 数据单元 数据单元 报文 分组 帧 比特序列 传输介质 主机B 应用进程B 应 表 会 传 网 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层
2013年7月4日星期四
28
确认和重传机制
发
发送数据 监控信道 应答
收
收
监控信道
发
2013年7月4日星期四
29
确认和重传机制的特点
网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制保证； 确认是指数据分组的接收结点在正确地接收到每个分组 后，要求向发送结点发回接收分组的确认信息； 在规定的时间内，如果发送结点没有接收到接收结点的 确认信息，就认为该数据分组发送失败，发送结点重新 发送该数据分组； 确认和重传机制可以提高数据传输的可靠性，但是它需 要制定较为复杂的确认和重传协议，并且需要增加网络 额外的通信负荷，占用网络带宽。
2013年7月4日星期四
23
百度文库
理解网络服务需要注意的问题
面向连接服务与无连接服务对实现服务的传输可靠性 与协议复杂性有很大的影响； 根据主机间数据传输的可靠性和效率要求的不同，设 计者可以选择面向连接服务与无连接服务的类型； 在网络数据传输的各层，如物理层、数据链路层、网 络层与传输层都会涉及面向连接服务与无连接服务的 问题。
2013年7月4日星期四 19
OSI参考模型的结构
主机 应 表 会 传 网 用 层 示 层 话 层 输 层 络 层 网 CCP 络 层 网 CCP 络 层 应 表 会 传 网 主机 用 层 示 层 话 层 输 层 络 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
2013年7月4日星期四 18
2.2.2 OSI参考模型的结构
ISO划分七层结构的基本原则
网中各结点都具有相同的层次； 不同结点的同等层具有相同的功能； 同一结点内相邻层之间通过接口通信； 每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层 提供服务； 不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间 的通信。
图3.1 协议与服务的概念
2013年7月4日星期四 12
服务原语
相邻层间的数据交换都是通过规定的服务原语来 进行，服务原语一般有四类：请求（Request）、指 示（Indication）、响应（Response）和确认 （Confirm）。具体过程如下图所示：
2013年7月4日星期四
13
服务访问点SAP（Service Access Point）
11
服务示意图
开放系统A （N＋1）层 （N）层服务用户 开放系统B
（N）层
（N＋1）实体 （N＋1）实体 交 交 提 换 提 换 供 服 供 服 服 务 提供（N）层服务 服 务 务 原 务 原 语 语 （N）层协议 （N）实体 （N）实体 提供（N-1）层服务
层间接口
层间接口
（N-1）层
通过（N-1）层连接进行通信 （N）层服务提供者
2013年7月4日星期四
图3.3 服务原语关系 图
31
通信协议四种类型
面向连接与确认服务； 面向连接与不确认服务； 无连接与确认服务； 无连接与不确认服务。
设计者可以根据不同的通信要求，决定选择不同 的服务类型。
2013年7月4日星期四
32
2.3 TCP/IP参考模型
2.3.1 TCP/IP参考模型的发展
2013年7月4日星期四
3
社会上存在的邮政系统
发信者 书写信件 贴邮票 送邮箱 收集信件 盖邮戳 信件分拣 信件打包 送运输部门 通信者活动 收信者 通信者活动 阅读信件
邮局服务业务
邮局服务业务
信件投递 信件分拣
邮局转送业务
邮局转送业务
分发邮件 邮件拆包 转送邮局 接收邮包
路由选择 运输
2013年7月4日星期四
2013年7月4日星期四 33
TCP/IP协议的特点
开放的协议标准; 独立于特定的计算机硬件与操作系统，可以运 行在局域网、广域网，更适用于互连网中； 统一的网络地址分配方案，使得整个 TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址； 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户 服务。
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
2013年7月4日星期四
22
2.2.4 面向连接服务与无连接服务
服务可以分为通信子网对网络中数据传输所提供的 服务,与全网络系统为用户提供的服务； 通信子网的服务是指通信子网对主机间数据传输的 效率和可靠性所提供的保证机制； 通信服务可以分为两大类： 面向连接服务（connect-oriented service）； 无连接服务（connectless service）。
2013年7月4日星期四 30
服务类型与服务质量
从使用服务原语的角度考虑，可将服务分为需要证实的服务 和不需要证实的服务两大类，前者每次服务要使用全部四种服务 原语，而后者只使用两种服务原语。
系统A 用户A Request 需要证实 的服务 Confirm 不需要证实 的服务 Request Indication 时 间 Indication Response 服务层 系统B 用户B
传输介质
2013年7月4日星期四
传输介质
传输介质
20
2.2.3 OSI环境中的数据传输过程
1. OSI环境（OSI environment）
主机A 应用进程A 应 表 会 传 网 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层 网 C C PA 络 层 网 C C PB 络 层 OSI环境 应 表 会 传 网 主机B 应用进程B 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层
2013年7月4日星期四
9
接口示意图
2013年7月4日星期四
10
四、服务
相邻层的上层都是通过下层完成本层的功能， 其中下层称为服务提供者，上层称为服务使用者， 服务的提供和使用都是通过相邻层的接口进行。如 第N-1层为第N层提供服务，称第N-1层是第N层的服 务提供者，第N层称为服务使用者。
2013年7月4日星期四
2013年7月4日星期四
7
协议栈
将网络功能分解为许多层后，在每一个功能层次中， 通信双方需共同遵守的约定和规定，这些约定和规定 的集合称为同层协议（即通信协议，简称为协议）。 网络各层协议按层次顺序排列而成的协议序列称为网 络协议栈。
2013年7月4日星期四
8
三、接口（interface）
接口是同一系统内相邻层之间交换信息的连接 点; 同一个系统的相邻层之间存在着明确规定的接 口，低层向高层通过接口提供服务; 只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能 的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系 统的工作（只要接口不变，各层是相互独立 的）。
一个功能完备的计算机网络的复杂的协议是按层 次结构来组织的； 网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体 系结构； 体系结构是个抽象的概念，其具体实现是通过特 定的硬件和软件来完成的。
2013年7月4日星期四
15
层次结构研究方法的优点
各层之间相互独立; 灵活性好; 各层都可以采用最合适的技术来实现; 易于实现和维护; 有利于促进标准化。
6
二、网络协议的概念
网络协议是指为网络同层实体之间数据交换而 制定的规则、约定与标准，亦称同层协议或通 信协议； 网络协议的三要素：语义、语法与时序； 语义：用于解释比特流的每一部分的意义； 语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格 式，以及数据出现的顺序的意义； 时序：事件实现顺序的详细说明。
2013年7月4日星期四
26
无连接服务
2013年7月4日星期四
27
无连接服务的特点
无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址， 各分组在系统中是独立传送的； 无连接服务中的数据传输过程不需要经过连接建立、 连接维护与释放连接的三个过程； 数据分组传输过程中，目的结点接收到的数据分组可 能出现乱序、重复与丢失的现象； 无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信 效率较高。
OSI参考模型
OSI参考模型是国际标准化组织为解决异种机互连而制 订的开放式计算机网络层次结构模型。 在OSI中的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统 就可以与位于世界上任何地方、遵循同一标准的其他任 何系统进行通信； OSI参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程间通 信标准的制定； 在OSI的范围内，只有各种的协议是可以被实现的，而 各种产品只有和OSI的协议相一致时才能互连； OSI参考模型只是一个概念性的框架。
2013年7月4日星期四
24
面向连接服务
2013年7月4日星期四
25
面向连接服务的特点
面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连 接维护与释放连接的三个过程； 面向连接服务在数据传输过程中，各分组可以不携带 目的结点的地址； 面向连接服务的传输连接类似一个通信管道，发送者 在一端放入数据，接收者从另一端取出数据； 面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性 好，但是协议复杂，通信效率不高。
2013年7月4日星期四
16
2.2 OSI参考模型
2.2.1 OSI参考模型的基本概念
在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织是： 国际电报与电话咨询委员会 （Consultative Committee on InternationalTelegraph and Telephone，CCITT ）； 国际标准化组织 （International Standards Organization ，ISO）。 CCITT与ISO的工作领域是不同的： CCITT 主要是考虑通信标准的制定； ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构。
2013年7月4日星期四
2
2.1 网络体系结构的基本概念
一、网络分层结构 计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个 复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后 “分而治之” 。为了简化网络的设计，常将网络按 功能划分成一系列的层次，让每一层完成一个特定 的功能。完成某一层功能的硬件和软件集合称为实 体。
第2章
网络体系结构与网络协议
本章学习要求
掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念。 掌握：网络体系结构的层次化研究方法。 掌握：OSI参考模型及各层的基本服务功能。 掌握：TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本服务 功能与主要协议。 了解：OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较。 了解：网络协议标准组织，RFC文档、Internet草案 与Internet协议标准的制定过程。
(N+1)Ê Ì µ å a ë Ç ó Ç (N)SAP d ¤ Ö µ Ê
(N+1)Ê Ì µ å c ì Ï ¦ Ó (N)SAP b · Ö ¾ Ê
(N)Ê Ì µ å
N² Ð Í Ð ã é ¨Å
(N)Ê Ì µ å
¾ Ø ±µ
2013年7月4日星期四
¶ Ì Ô ³
14
五、网络体系结构（network architecture）
运输部门的邮件运输业务
4
网络分层结构
2013年7月4日星期四
5
分层原则
不同的系统分成相同的层次； 不同系统的对等层次之间存在着“虚拟”通信； 对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信 规定(协议)； 高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低 层服务的具体实现方法。
2013年7月4日星期四
在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考模型； 1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型； 20世纪80年代Leiner、 Clark等人对TCP/IP参考模型进一步 的研究； TCP/IP协议一共出现了6个版本，后3个版本是版本4、版本5与 版本6； 目前我们使用的是版本4，它的网络层IP协议一般记作IPv4 ； 版本6的网络层IP协议一般记作IPv6（或IPng, IP next generation）； IPv6被称为下一代的IP协议。
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
传输介质
2013年7月4日星期四
传输介质
传输介质
21
2. OSI环境中的数据传输过程
主机A 应用进程A 应 表 会 传 网 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层 数据 数据 数据单元 数据单元 报文 分组 帧 比特序列 传输介质 主机B 应用进程B 应 表 会 传 网 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层
2013年7月4日星期四
28
确认和重传机制
发
发送数据 监控信道 应答
收
收
监控信道
发
2013年7月4日星期四
29
确认和重传机制的特点
网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制保证； 确认是指数据分组的接收结点在正确地接收到每个分组 后，要求向发送结点发回接收分组的确认信息； 在规定的时间内，如果发送结点没有接收到接收结点的 确认信息，就认为该数据分组发送失败，发送结点重新 发送该数据分组； 确认和重传机制可以提高数据传输的可靠性，但是它需 要制定较为复杂的确认和重传协议，并且需要增加网络 额外的通信负荷，占用网络带宽。
2013年7月4日星期四
23
百度文库
理解网络服务需要注意的问题
面向连接服务与无连接服务对实现服务的传输可靠性 与协议复杂性有很大的影响； 根据主机间数据传输的可靠性和效率要求的不同，设 计者可以选择面向连接服务与无连接服务的类型； 在网络数据传输的各层，如物理层、数据链路层、网 络层与传输层都会涉及面向连接服务与无连接服务的 问题。
2013年7月4日星期四 19
OSI参考模型的结构
主机 应 表 会 传 网 用 层 示 层 话 层 输 层 络 层 网 CCP 络 层 网 CCP 络 层 应 表 会 传 网 主机 用 层 示 层 话 层 输 层 络 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
2013年7月4日星期四 18
2.2.2 OSI参考模型的结构
ISO划分七层结构的基本原则
网中各结点都具有相同的层次； 不同结点的同等层具有相同的功能； 同一结点内相邻层之间通过接口通信； 每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层 提供服务； 不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间 的通信。
图3.1 协议与服务的概念
2013年7月4日星期四 12
服务原语
相邻层间的数据交换都是通过规定的服务原语来 进行，服务原语一般有四类：请求（Request）、指 示（Indication）、响应（Response）和确认 （Confirm）。具体过程如下图所示：
2013年7月4日星期四
13
服务访问点SAP（Service Access Point）
11
服务示意图
开放系统A （N＋1）层 （N）层服务用户 开放系统B
（N）层
（N＋1）实体 （N＋1）实体 交 交 提 换 提 换 供 服 供 服 服 务 提供（N）层服务 服 务 务 原 务 原 语 语 （N）层协议 （N）实体 （N）实体 提供（N-1）层服务
层间接口
层间接口
（N-1）层
通过（N-1）层连接进行通信 （N）层服务提供者
2013年7月4日星期四
图3.3 服务原语关系 图
31
通信协议四种类型
面向连接与确认服务； 面向连接与不确认服务； 无连接与确认服务； 无连接与不确认服务。
设计者可以根据不同的通信要求，决定选择不同 的服务类型。
2013年7月4日星期四
32
2.3 TCP/IP参考模型
2.3.1 TCP/IP参考模型的发展
2013年7月4日星期四
3
社会上存在的邮政系统
发信者 书写信件 贴邮票 送邮箱 收集信件 盖邮戳 信件分拣 信件打包 送运输部门 通信者活动 收信者 通信者活动 阅读信件
邮局服务业务
邮局服务业务
信件投递 信件分拣
邮局转送业务
邮局转送业务
分发邮件 邮件拆包 转送邮局 接收邮包
路由选择 运输
2013年7月4日星期四
2013年7月4日星期四 33
TCP/IP协议的特点
开放的协议标准; 独立于特定的计算机硬件与操作系统，可以运 行在局域网、广域网，更适用于互连网中； 统一的网络地址分配方案，使得整个 TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址； 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户 服务。
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
2013年7月4日星期四
22
2.2.4 面向连接服务与无连接服务
服务可以分为通信子网对网络中数据传输所提供的 服务,与全网络系统为用户提供的服务； 通信子网的服务是指通信子网对主机间数据传输的 效率和可靠性所提供的保证机制； 通信服务可以分为两大类： 面向连接服务（connect-oriented service）； 无连接服务（connectless service）。
2013年7月4日星期四 30
服务类型与服务质量
从使用服务原语的角度考虑，可将服务分为需要证实的服务 和不需要证实的服务两大类，前者每次服务要使用全部四种服务 原语，而后者只使用两种服务原语。
系统A 用户A Request 需要证实 的服务 Confirm 不需要证实 的服务 Request Indication 时 间 Indication Response 服务层 系统B 用户B
传输介质
2013年7月4日星期四
传输介质
传输介质
20
2.2.3 OSI环境中的数据传输过程
1. OSI环境（OSI environment）
主机A 应用进程A 应 表 会 传 网 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层 网 C C PA 络 层 网 C C PB 络 层 OSI环境 应 表 会 传 网 主机B 应用进程B 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层
2013年7月4日星期四
9
接口示意图
2013年7月4日星期四
10
四、服务
相邻层的上层都是通过下层完成本层的功能， 其中下层称为服务提供者，上层称为服务使用者， 服务的提供和使用都是通过相邻层的接口进行。如 第N-1层为第N层提供服务，称第N-1层是第N层的服 务提供者，第N层称为服务使用者。
2013年7月4日星期四
2013年7月4日星期四
7
协议栈
将网络功能分解为许多层后，在每一个功能层次中， 通信双方需共同遵守的约定和规定，这些约定和规定 的集合称为同层协议（即通信协议，简称为协议）。 网络各层协议按层次顺序排列而成的协议序列称为网 络协议栈。
2013年7月4日星期四
8
三、接口（interface）
接口是同一系统内相邻层之间交换信息的连接 点; 同一个系统的相邻层之间存在着明确规定的接 口，低层向高层通过接口提供服务; 只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能 的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系 统的工作（只要接口不变，各层是相互独立 的）。
一个功能完备的计算机网络的复杂的协议是按层 次结构来组织的； 网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体 系结构； 体系结构是个抽象的概念，其具体实现是通过特 定的硬件和软件来完成的。
2013年7月4日星期四
15
层次结构研究方法的优点
各层之间相互独立; 灵活性好; 各层都可以采用最合适的技术来实现; 易于实现和维护; 有利于促进标准化。
6
二、网络协议的概念
网络协议是指为网络同层实体之间数据交换而 制定的规则、约定与标准，亦称同层协议或通 信协议； 网络协议的三要素：语义、语法与时序； 语义：用于解释比特流的每一部分的意义； 语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格 式，以及数据出现的顺序的意义； 时序：事件实现顺序的详细说明。
2013年7月4日星期四
26
无连接服务
2013年7月4日星期四
27
无连接服务的特点
无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址， 各分组在系统中是独立传送的； 无连接服务中的数据传输过程不需要经过连接建立、 连接维护与释放连接的三个过程； 数据分组传输过程中，目的结点接收到的数据分组可 能出现乱序、重复与丢失的现象； 无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信 效率较高。