网络传输协议

2.1网络协议2.2网络体系结构2.3网络传输介质2.4网络拓扑结构2.5网络传输技术2.6多路复用技术2.7网络交换技术第二章计算机网络基础网络协议三要素：1.语法，规定通信双方“如何讲”，即对通信双方采用的数据格式、编码等进行定义；2.语义，确定通信双方“讲什么”，即对发出的请求、执行的动作及对方的应答作出解释；3.时序，确定通信双方的“讲话次序”，即事件实现顺序的详细说明。2.1网络协议1.国际电报电话咨询委员会(CCITT)2.国际标准化组织(ISO)3.美国国家标准协会(ANSI)4.电气和电子工程师协会(IEEE)国际标准化组织在计算机网络实践中，“层次”这个概念是无处不在的。了解网络体系结构，尤其是TCP/IP协议，是网络工程师的一项基本功，这对于我们今后的网络方案设计，特别是异构网络组网工程，具有非常重要的指导意义。2.2网络体系结构2.2.1网络体系结构概念网络体系结构描述了网络系统各个部分完成那些功能、各部分之间的关系以及它们是怎样连接在一起的。概括的讲，网络体系结构是指整个网络系统的逻辑结构和功能分配。网络体系结构的基本原则是：把应用程序和网络通信管理程序分开，并按信息在网络中传输的过程把通信管理程序分为若干个模块，把专用的通信接口转变为通用的、标准的通信接口。网络体系结构将网络的功能模块化、接口标准化，这样就会使网络具有更大的灵活性，使网络系统的建设、扩展和改造工作大大简化，使网络系统的运行和维护成本降低，也会使网络系统的性能得到提高。在层次化的网络体系结构中通信是分层进行的，互相通信的两个系统必须具有相同的层次结构，并且相应的层必须执行相同的通信协议。2.2.2分层的网络体系结构第N+1层第N-1层实体1实体n∶∶第N层第N+1层第N-1层实体1实体n∶∶第N层对等实体对等层分层的网络体系结构1．各层之间相对独立。2．灵活性比较好。3．结构独立，各层采用最合适的技术来实现。4．易于实现和维护。5．能促进标准化工作。分层时应注意使每一层的功能非常明确。若层数太少，就会使每一层的协议太复杂，达不到简化系统的目的。但层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。采用分层的体系结构有明显的优点：2.2.3网络体系结构实例1．ISO/OSI开放式网络体系结构ISO/OSI开放式网络体系结构一般称为ISO/OSI参考模型，它是由国际标准化组织于1977年提出的，目的是为了使不同厂家生产的不同型号计算机能相互通信。会话层应用协议(APDU)传输层网络层数链层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数链层物理层应用层表示层表示协议(PPDU)会话协议(SPDU)传输协议(TPDU)网络层数链层物理层网络层数链层物理层主机A主机Bpacketpacketframeframebitsbits数据比特的发送和接收，数据传输率。物理连接的建立、保持与释放。定义媒体的机械、电气参数及规格。1)物理层(physicallayer)•典型问题•基本功能用多少伏特电压代表“1”和“0”一个比特持续多少微秒传输是否在两个方向上进行连接如何建立及如何终止网络连接器有多少针OSI物理层a)物理层的功能–在信道上传输原始位流，保证比特位的正确收发。b)物理层的特性–机械特性:–电气特性:–规程特性:–传输媒体:成帧差错控制流量控制确认帧和数据帧的线路竞争共享媒体的访问控制2)数据链路层(DataLinkLayer)典型问题建立、保持和释放数据链路成帧和拆帧(同步链路)差错控制(检错和纠错)流量控制(停－等，滑动窗口)链路管理与媒体访问(固定，随机)基本功能OSI数据链路层a)数据链路层的功能–在物理连接基础上建立、维护和释放数据链路（逻辑通道），检测传输错误（校验和加确认机制），广播网络需控制对共享信道的访问，流控b)数据链路协议数据单元——帧–发送方封装数据帧–定义和识别帧的边界–处理接收方回送的确认帧确定分组如何从源端到达目的端解决网络的拥塞记帐异种网络互联3)网络层(NetworkLayer)典型问题基本功能数据交换流控拥塞控制(预分配)差错控制及恢复路由选择(自适应/非适应)网络互联(源路由/透明)OSI网络层a）网络层的功能–确定分组如何从源主机路由到目的主机，解决寻径问题。–路由层的关键是路由选择。–对广播通信信到来说，不需要路由层。对于通信子网来说，第三层网络层是它的最高层。b）网络协议数据单元——分组或包创建网络连接决定提供的服务真正端－端层区别报文属于哪条连接流控机制4)传输层(TransportLayer)典型问题基本功能顺序性/组装传输连接的建立和释放差错控制提供可靠透明的数据传输QOS：吞吐量、延迟、机密OSI传输层传输层的功能–隔离上三层和下三层，屏蔽连网细节，提供端到端的无错信道。解决多路复用与多路合用问题以及流控问题–传输协议数据单元——片(Segment)为有序地、方便地进行信息交换，提供有效的控制和管理机制。5)会话层(SessionLayer)典型问题提供类似传输层的普通数据传送管理对话令牌管理(Tokenmanagement)同步(synchronization)基本功能:服务请求服务响应主机A主机BOSI会话层会话层的功能–管理对话控制，提供往数据流中插入检查点功能数据表示(ASCII，EBCDC)数据压缩数据库的不同库结构或字段间映象或变换数据加密(私用/公共密钥系统)6)表示层(PresentationLayer)典型问题定义和管理抽象数据结构管理这些抽象数据结构把计内的表示法转换为网络的表示法基本功能表示层的功能–关心所传输信息的语法和语义，屏蔽不同体系结构计算机在数据表示上的差异OSI表示层网络虚终端文件传输电子邮件远程作业录入目录查找等7)应用层(ApplicationLayer)网络的完整透明性操作用户源的物理配置应用管理系统管理分布式信息服务典型问题基本功能OSI应用层电脑应用字符处理绘图制表数据库操作程序设计项目规划…...单机企业内部全球EDI会议系统…...互连网应用电子邮件文件传输远程访问C/S过程信息存取网络管理…...网络应用2．TCP/IP的体系结构TCP/IP起始于20世纪70年代中期，为了实现异种网之间的互连和互通，美国国防部高级研究计划署ARPA资助网络互连技术的研究开发，于1977年到1979年推出了TCP/IP体系结构和协议规范，并从1980年开始将ARPANET上的计算机转换为TCP/IP协议，并以它为主干建立了Internet。所以TCP/IP是Internet的核心协议。经过20年的发展，TCP/IP已经成为一种可靠的实现多厂商计算机互连的协议。TCP/IP协议体系应用层传输层网络层网络接口层主机A应用层传输层网络层网络接口层主机B应用协议(APDU)传输协议(TPDU)网络层接口层网络层接口层packetpacketframeframeTCP/IP与ISO/OSI的模型对比物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层网络接口层互联网层传输层应用层TCP/IP模型的重要分界线硬件网络接口层IP层传输层应用层软件分界线地址分界线应用软件系统软件（操作系统内部）使用IP地址使用物理地址该层着重于数据交换该层使用的特定软件取决于网络类型1)网络接口层物理层该层着重于规范传输媒体的特性涵盖数据传输设备与传输媒体的物理接口网络访问层处理来自传输层的报文发送请求处理入境数据报处理ICMP报文2）互联网层(InternetLayer)基本任务互联网层协议IPICMPARPRARP提供端－端的数据传送服务为应用层隐藏底层网络的细节3)传输层主要功能TCPUDP传输层协议4)应用层(ApplicationLayer)IPTCPBGPFTPHTTPSMTPTELNETSNMPUDPICMPOSPF5)简单操作过程应用字节流网络级包用户数据TCP头IP头网络头TCP段IP数据报3．IEEE802参考模型在20世纪80年代初期，IEEE802委员会首先制定出局域网的体系结构，这就是著名的IEEE802参考模型。由于局域网只是一个计算机通信网，而且局域网不存在路由选择问题，因此它不需要网络层，只有最底的两个层次。然而局域网的种类繁多，为了使局域网的数据链路层不至于过于复杂，提出将局域网的数据链路层划分为两个子层：介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层，而网络的服务访问点SAP则在LLC层与高层的交界面上。3.IEEE802参考模型逻辑链路控制子层LLC介质访问控制子层MAC物理层服务访问点SAP2.3.1基本概念传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是网络通信中传送信息的实际载体。网络中常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤以及无限通信。不同的传输介质对网络通信质量的影响不同，主要体现在：物理特性、传输特性、连通性、抗干扰性以及传输距离。2.3网络传输介质2.3.2传输介质简介1．同轴电缆同轴电缆视网络中应用十分广泛的传输介质之一。它由内导体、外屏蔽层、绝缘层以及外部保护层组成。根据同轴电缆的带宽不同，可以将其分为两类：基带同轴电缆和宽带同轴电缆。2．双绞线双绞线由按规则螺旋结构排列的两根、四根或八根绝缘导线组成，一对线可以作为一条通信线路，各个线对螺旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰最小，通常将一定数量的这种双绞线捆成电缆，在其外面包上硬的护套。为了进一步提高双绞线的抗电磁干扰能力，可以在双绞线的外面再加上一个用金属丝编织成的屏蔽层，这就成了屏蔽双绞线。3．光纤光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯用来传导光波，其传输原理是这样的：光源发射出经过编码的光信号，光线进入光纤芯，只有以一定角度范围进入的光线才能被全反射，而其它的光线全被吸收。4．无线传输介质无线传输介质不使用电或光的导体传输信号，而是利用大气的电磁波传输信号。信号的发送和接收是通过天线完成的，发送时天线将电磁波能量发射到介质中；接收时天线从周围介质中收集电磁波。无线通信一般有两类天线：定向天线和全向天线。2.4.1基本概念网络拓扑结构是指网络中各个站点之间的连接方式。物理拓扑结构描述了网络硬件的实际布局，逻辑拓扑结构描述了网络中各个节点间的信息流动方式。需要注意的是，网络拓扑结构是决定网络工作环境和条件的主要因素。2.4网络拓扑结构2.4.2网络拓扑结构及应用总线型环型树型网状型星型混合型1．总线型总线型拓扑结构的特点是：结构简单灵活，便于扩充，设备量少，价格低，安装使用方便。随着以太网的普及，总线型拓扑结构曾经是20世纪70年后期到90年代中期风靡一时的网络拓扑结构，是早期以太网的代表作。其缺点是：“一条直线走到黑”，使得网络规模、距离、网络布线施工大受限制。2．环状拓扑环形网的特点是：信息在网络沿固定方向流动，两个节点间仅有唯一的通路，大大简化了路径选择的控制；当某个节点发生故障时，可以自动旁路，可靠性较高；由于信息是串行穿过多个节点环路接口，当节点过多时，影响传输效率，使网络响应时间变长，但当网络确定时，其延时固定，实时性强；由于环路封闭，扩充不方便。3．星型拓扑星型拓扑结构的特点是：高度集中控制易于网络管理、网络的通信量、报告错误信息、监测和诊断网络故障；容易扩展。但这种拓扑结构费用比较高，；中央节点成为全网的关键设备，如果中央节点发生故障，整个网络就不能工作，因此要求中央节点具有较高的可靠性和冗余度以及较高的数据处理能力，这无形中又增加了费用。4．树型拓扑树型拓扑结构的特点是：易于扩展，当需要加入一个新的节点时，只需在最底层的节点上再加入一个分支；故障隔离容易，当一个分支节点发生故障时，整个树型网络分成了两个独立的树型网络，这是很容易将故障节点与整个网络分开。5．网状拓扑结构网状拓扑结构的特点是：具有很高的可靠性，因为任何两个节点之间都有多条路由。当两个节点之间的直接路由出现故障时，这两个节点仍可通过第三个节点迂回路由进行通信。迂回路由的另