第1章 计算机网络导论(2)

TCP/IP协议具有如下几个特点：
1.开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特 定的计算机硬件和操作系统。
2.独立于特定的网络硬件，可以运行于局域网、广 域网以及互联网中。
3.统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备 在网络中都具有唯一的地址。 4.标准化的高层协议，可以提供多种可靠的服务。
5.TCP/IP不是一个协议，而是众多协同工作的协议 组，又称协议簇。
1.3.7 TCP/IP体系结构中各层的功能 TCP/IP协议体系结构分为四层，它们分别是网络接口层、 网络互联层、传输层和应用层。TCP/IP的层次结构与 OSI层次结构的对照关系如图4-1所示。
OSI/RM 应用层 表示层 TCP/IP 应用层


为了使不同体系结构的计算机网络都能互连， 国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究 该问题。不久，他们提出一个试图使各种计算机 在世界范围内互联成网络的标准框架，即著名的 开放系统互连基本模型OSI/RM( Open System Interconnection Reference Model ),简称为 OSI 。
第1章
计算机网络导论
1.1 信息技术发展简史 1.2 计算机网络的形成和发展 1.3 计算机网络的基本概念 1.4 计算机网络的体系结构 1.5 计算机网络的功能
第一章 计算机网络导论
学习目标



了解计算机网络的发展历程 掌握计算机网络的概念、分类和拓扑结构 理解计算机网络体系结构 掌握ISO/OSI参考模型的层次结构和各层功能 掌握TCP/IP体系结构的层次划分及各层功能

1.3.6 TCP/IP体系结构
OSI参考模型研究的初衷是希望为网络体系和协议的 发展提供一种国际标准。但是，大家不能不看到Internet 在全世界的飞速发展，以及TCP/IP协议的广泛应用对网络 技术发展的影响。
由于历史的原因，现在得到广泛应用的不是OSI，而 是目前最流行的商业化网络协议TCP/IP。尽管它不是某一 标准化组织提出的正式标准，但它已经被公认为目前的工 业标准或“事实标准”。因特网之所以能迅速发展，就是 因为TCP/IP协议能够适应和满足世界范围内数据通信的需 要。
1.3.3
网络的层次结构

计算机网络是一个非常复杂的系统，对网络 进行层次划分就是将计算机网络这个庞大的、复 杂的问题划分成若干个较小的、简单的问题。然 后通过“分而治之”，来解决这些较小的、简单 的问题，从而达到解决计算机网络这个复杂系统 的目的。
垂直分层的思想

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图1-10 OSI/RM


表1-1
层号
7 6 5 4 3 2
OSI参考模型中的七个层次
层的名称
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层


层的英文名称
Application layer Presentation layer Session layer Transport layer Network layer Data Link layer

1.3.3 网络的层次结构
计算机网络采用分层结构还有利于交流、理解和标准 化。具体优点如：P（11） （1）各层之间是独立的。 （2）灵活性好。 （3）结构上可以分开。 （4）易于维护和实现。 （5）能促进标准化工作。


计算机网络的层次化体系结构如图1-9所示。要点归 纳如下:
图1-9 计算机网络的层次模型

“开放”是指： 只要遵循ISO标准，一个系 统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这一 标准的其他系统进行通信。“系统”是指在现实 的系统中与互联有关的各部分。

1.3.2 协议的基本概念
计算机网络有许多相互连接的结点，在这些 结点之间要不断的进行数据交换。要做到有条不 紊的交换数据，每个结点就必须遵守一些事先约 定好的规则，这些规则明确规定了所交换数据的 格式以及相关的同步问题。为计算机网络中相互 通信的对等实体之间的数据交换而建立的规则、 标准或约定的集合称为网络协议（Protocol）。
1.3.4 ISO/OSI参考模型结构

国际标准化组织(ISO）于1977年建立了一个分会 进行计算机网络体系结构的研究，提出了开放系 统互连参考模型。
所谓“开放”表示能使任何两个遵守参考模型 和有关标准的系统互连、互通、互操作。


OSI 包括了体系结构、服务定义和协议规范三级 内容。
OSI的体系结构定义了一个七层模型，用以描述进 程间的通信过程，并作为一个框架来协调各层标 准的制定；


OSI的服务定义描述了各层所提供的服务，以及层 与层之间的抽象接口和交互用的服务原语；
OSI各层的协议规范，精确的定义了应当发送何种 控制信息及何种过程来解释该控制信息。


需要强调的是，OSI参考模型并非具体实现的描述, 它只是一个为制定标准而提供的概念性框架。在 OSI中,只有各种协议是可以实现的,网络中的设备 只有与OSI有关协议相一致时才能互连。


（5）仅在相邻层间有接口，且所提供的服务的具 体细节对上一层完全屏蔽。

分层可以遵守以下几个主要原则:

（1）每层的功能应是明确的并且相互独立。 当某一层具体实现方法更新时，只要保持层间接 口不变，就不会对邻层造成影响。
（2）层间接口清晰，跨越接口的信息量应尽 可能少。


（3）层数应适中。若太少，则层间功能划分 不明确，多种功能混杂在一层中，造成每一层的 协议太复杂。若太多，则体系结构过于复杂，各 层组装时会困难得多。

1.3.2
协议的基本概念


网络协议主要由下列三个要素组成:
（1）语法：即数据与控制信息的结构或格式， 它定义了怎么做。 （2）语义：即需要发出何种控制信息、完成 何种协议以及做出何种应答，它定义了做什么。 （3）同步。是事件实现顺序的详细说明。



网络协议是计算机网络中不可缺少的组成部 分。计算机网络是一个庞大、复杂的系统。网络 的通信规则也不是一个网络协议可以描述清楚的。 因此在计算机网络中存在着很多协议。每一种协 议都有其设计目标和需要解决的问题，每一种协 议也有其优点和使用限制。这样做的目的是使协 议的设计、分析、实现和使用简单化。
OSI/RM只给出了一些原则性的说明，它并不是一 个具体的网络。它将整个网络的功能划分成7个层 次。如图1-10所示，其中各层的层号、层的名称 及层的英文缩写见表1-1。


在OSI/RM中，最低3层(1～3层）是面向通信的，涉 及计算机到计算机的通信，实现通信子网的功能;高3层 （5～7层）是面向信息处理的，涉及用户到用户的通信， 实现资源子网的功能;中间的传输层建立在由低3层提供 的服务的基础上，为面向信息处理的高层提供与网络无 关的信息交换服务。
层的英文缩写
A P S T N DL
1
物理层
Physical layer
PH


1.3.5
OSI各层的功能.
1.物理层 物理层主要功能是为数据链路层提供一个物理连接， 以保证在通信信道上 “透明”地传输数据(比特流)。 传输介质可以是多种多样的，双绞线、同轴电缆、光纤 或其他，如微波等。 物理层协议的目的是要屏蔽掉各种传输介质的差异 性，以实现传输介质对计算机系统的独立性。该层的数 据单元是比特.

（1）除了物理媒体上进行的是实通信之外，其余各 对等实体间进行的都是虚通信。 （2）对等层的虚通信必须遵循该层的协议。

（3）n+1 层通过接口向 n 层提出服务请求，而n 层则通过接口向n+1层提供服务，此服务不仅包含 第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。 （4）n层的虚通信是通过n与n-1层间接口处的n-1 层提供的服务以及n-1层的通信（通常也是虚通信） 来实现的。
把文件交给下层模块 进行发送
把收到的文件交给 上层模块
再设计一个网络接入模块
主机 1 文件传送模块 通信服务模块 网络接入模块 网络 接口 通信网络 网络 接口 主机 2 文件传送模块 通信服务模块 网络接入模块
网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工 作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。
4.传输层


传输层主要功能是为会话层提供一个可靠的端到端 连接，以便使两个系统之间透明地传输报文。该层的数 据单元是报文.






5.会话层 会话层主要功能是在传输层提供的可靠的端到端 的连接的基础上,在两个应用进程之间建立会话连接, 并对 “会话”进行管理,保证“会话”的可靠性。会 话层及以上的数据单元都称为报文. 6.表示层 表示层主要功能是完成被传输数据的表示工作， 如数据格式、数据转换、数据加密与数据压缩等语法 变换服务。 7.应用层 应用层作为参考模型的最高层，其功能与应用进 程有关，如虚拟终端、文件传输、电子邮件、远程登 录等。

1.3.1 计算机网络体系结构的形成 计算机网络是一个非常复杂的系统，相互通 信的计算机系统必须高度协调才能正常工作。而 且这种“协调”是相当复杂的。为了设计这种复 杂的计算机网络，早在最初的“ARPANET”设计时 即提出另外分层的方法。“分层”可将庞大而复 杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些 较小的局部问题就比较易于理解和实现。 ARPANET后，很多公司纷纷建立了自己的网络体系 结构，这些结构大同小异，都采用了分层技术。 这些体系结构的出现大大加快了计算机网络的发 展。

两个主机交换文件
主机 1 文件传送模块 把文件交给下层模块 进行发送 只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命令 是按照水平方向的虚线传送的 主机 2 文件传送模块 把收到的文件交给 上层模块
再设计一个通信服务模块
主机 1 文件传送模块 通信服务模块 只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方 主机 2 文件传送模块 通信服务模块


2.数据链路层

数据链路层主要功能是在物理层提供的服务基础上， 在通信实体之间建立数据链路连接，无差错地传输数据 帧。
数据链路层协议的目的是把一条有可能出错的物理 链路变成让网络层实体看起来是一条不会出错的数据链 路。该层的数据单元是帧。



3.网络层

网络层主要功能是为数据分组进行路由选择，并负 责通信子网的流量控制、拥塞控制。对于一个通信子网， 各结点只包含低三层。该层的数据单元是分组。
1.3

计算机网络的体系结构
计算机网络发展到今天，应经演变成一种复杂的 系统。对付这种复杂系统的常规方法是把系统组 织成分层的体系结构，即把很多相关的功能分解 开来，逐个予以解释和实现。

在分层的体系结构中，每一层都是一些明确定义 的相互作用的集合，称为对等协议；。
层之间的界限是另外一些相互作用的集合，称为 接口协议。
2.网络互连层 网络互连层也叫网际层，是TCP/IP协议体系 结构中最重要的一层。网络互连层所执行的主要 功能是处理来自传输层的分组，将分组形成数据 报（IP数据报），并为该数据报进行路径选择， 最终将数据报从源主机发送到目的主机。在网络 互连层中,最主要的协议是网际互连协议IP,其他 的一些协议（主要有ICMP、ARP和RARP)通过发送 不同功能的数据报来协助IP的操作。
垂直分层的思想

现实实例
信息
信件 邮递员 邮局 邮政网络 信件格式 寄信方式 分拣邮包规则 邮路选择 交通运输
信件传递经若干层次——服务 同层间需要约定规则——协议
信件
邮递员
邮局 邮政网络
划分层次的概念举例
主机 1 向主机 2 通过网络发送文件。 可以将要做的工作进行如下的划分。 第一类工作与传送文件直接有关。 确信对方已做好接收和存储文件的准备。 双方协调好一致的文件格式。 两个主机将文件传送模块作为最高的一层 。 剩下的工作由下面的模块负责。
会话层
传输层 网络层 传输层 网络互联层
数据链路层
物理层
网络接口层
图1-11 TCP/IP的层次结构与OSI层次结构的对照关系

1.网络接口层 TCP/IP模型的最底层是网络接口层，也被称 为主机-网络层，它包括了使用TCP/IP与物理网络 进行通信的协议，且对应着OSI的物理层和数据链 路层。TCP/IP标准定义网络接口协议，旨在提供 灵活性，以适应各种物理网络类型。这使得 TCP/IP协议可以运行在任何底层网络上，以便实 现它们之间的相互通信.网络接口层对高层屏蔽了 底层物理网络的细节，是TCP/IP成为互联网协议 的基础。