第13章网络协议与网络操作系统

第十三章网络协议与网络操作系统13.1OSI参考模型：•协议：计算机通信双方在通信时必须遵循的一组规范称之为网络协议（Protocol）•开放系统互联参考模型（OSI／RM），根据“分层”的思想制订计算机网络互连的标准，建立了网络协议模型。•分层：就是在逻辑上把功能分为若干层，每一层实现一个定义明确的功能。•分层时遵循的原则：层次间相对独立，每一层使用下层提供的服务实现自己的功能；层次应足够多，以免不同功能混杂在同一层中，但也不能太多，否则体系结构会过于庞大；每一层的目的都是向它的上一层提供服务并且向上层屏蔽掉实现细节，对下层的任何修改不会影响到上层；任何一层只能通过服务与相邻层进行通信，任何一层只能看到相邻层。•N层协议：网络中两台计算机系统在第n层实体上进行通信遵循的规则和协议整体。•网络体系结构：层和协议的集合服务使用者（第N+1层协议）服务使用者（第N+1层协议）服务提供者（第N层协议）第N+1层第N层服务访问点服务访问点分层示意图OSI/RM的协议层次•OSI参考模型分为7层应用层会话层表示层应用层应用层协议表示层表示层协议会话层网络层表示层传送层网络层物理层物理层数据链路层数据链路层表示层协议表示层协议网络层协议数据链路层协议物理层协议7654321接口接口接口接口接口接口通信子网资源子网OSI七层体系结构•物理层：提供了建立网络的物理及电气连接特性，•物理层的特性：•机械特性•电气特性•功能特性•规程特性•功能：为它的上一层（数据链路层）提供一个物理连接，以便透明地传输比特流。•物理层传输的数据单位：比特(Bit)。•物理层主要涉及以下内容：•1)网络连接类型，包括多点和点到点的连接。•2)网络的拓扑结构。•3)模拟传输和数字传输，包括模拟和数字信号中数据的编码。•4)位同步，控制接收方和发送方的同步。•5)基带和宽带传输，使用介质带宽的不同方法。•6)多路复用，如何将几个数据信道合并成一个信道。OSI七层体系结构•数据链路层•数据链路层：负责在两个相邻节点之间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。每一帧包含一定数量的数据和控制信息。•链路层：负责建立、维持和释放数据链路的连接，在传输数据时进行流量控制和差错控制。•数据帧：使用“循环冗余校验码CRC”信息，进行错误检测，使用错误重发机制，以保证点到点的可靠的数据传输。•网络层•网络层主要任务：完成分组从源端到目的端的路由选择，提供拥塞控制、找出最优传输通路。•网络层提供的服务：面向连接的和无连接的。•网络层的数据单位：报文分组。OSI七层体系结构•传输层•传输层：是网络体系结构中极为重要的一层。它是通讯子网（其功能就是实现通信）和资源子网的分界线。•网络层接：收从会话层传送来的数据，划分成适合网络层传送的单元，再加上网络层协议控制信息，交给传输层进行传送。和数据链路层一样，网络层也提供了错误处理机制，以确保实现端到端的数据传输。•传输层功能：提供建立、维护和拆除传送连接的功能。•传输层提供的服务：端到端的服务。•会话层•功能：会话层在两个相互通信的应用进程之间建立、组织和协调其相互之间的通信。例如，确定双工工作还是半双工工作；当发生意外时，如何进行会话恢复、会话的同步问题。OSI七层体系结构•表示层•表示层主要解决用户信息的语法表示问题：•表示层将数据从适合于某一用户的抽象语法转换为适合OSI系统内部使用的传送语法，完成数据格式的协商，转换和文本压缩解压缩等。信息在传送时，有时出于保密方面的要求，需要对数据进行加密和解密。这些类似的工作就是由表示层来完成的。•应用层：OSI参考模型的最高层，直接向用户提供服务•应用层服务的种类：网络管理、电子邮件、文件传输服务、远程登录、目录服务等。应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层物理层实际数据传送通路数据发送进程接收进程数据AH数据PH数据SH数据TH数据NH数据DH比特流OSI模型的通信过程13.1.2协议服务•OSI模型：每一层向它的上层提供服务，服务就是相邻层之间的接口。•服务可分为两大类：面向连接的服务和无连接的服务。•面向连接的服务（虚电路服务）：可靠的顺序数据传输服务，分连接建立、数据传输和连接释放三个阶段，通信过程中始终占用数据链路，适合于在一定时间内向同一目的发送大量的连续报文。•无连接的服务：不可靠的数据报，通信双方不需要先建立连接，而是在数据报中记录了源站地址和目的站地址，报文不一定按顺序到达，所有报文到达目的站后重组。无连接的服务不保证报文的丢失、重复和失序；适合于实时性要求不高、传输数据不多的报文。•无连接服务类型：•数据报服务：•证实交付服务(可靠的数据报)：•请求应答服务：发送端只进行发送，不需要接收端作任何响应。其特点是额外开销小、效率高，但可靠性差，需要由高层来保证数据传输的可靠性。对每一个收到的报文产生一个证实信息并回送到发送方接收端每收到一个报文，就给发送端用户一个应答报文。事务处理以及数据库的查询适合使用这种类型的服务IEEE802的系列标准•美国电气和电子工程师学会IEEE于1980年2月成立了IEEE802委员会，专门研究和制定有关局域网的各种标准。最初的IEEE802委员会共有6个分委员会，目前已增至12个，其最主要的工作是制订了局域网（LAN）和城域网（MAN）的标准。•802.1—概述、体系结构和网络互连，以及网络管理和性能测试。•802.2—逻辑链路控制LLC。它提供OSI的数据链路层的两个子层中的上一个子层的功能。提供高层协议和MAC子层的一致性接口。•802.3—CSMA/CD。定义CSMA/CD总线网的介质访问控制MAC和物理层的规范。•802.4—令牌总线网。定义了令牌传递总线网的介质访问控制MAC和物理层的规范。•802.5—令牌环网。定义了令牌传递环网的介质访问控制MAC和物理层规范。•802.6—城域网MAN。定义了城域网的介质访问控制MAC和物理层规范。•802.7—宽带技术。•802.8—光纤技术。•802.9—综合话音数据局域网。•802.10—可操作的局域网的安全。•802.11—无线局域网。•802.12—按需优先（100VG-ANYLAN）。定义了使用按需优先访问方法的100Mbps以太网标准。IEEE802有关协议的层次模型数据链路层逻辑链路控制介质访问控制802.2逻辑链路控制802.3CSMA/CD802.4令牌总线802.5令牌环MAC子层负责网络的访问策略和网络控制LLC子层负责发送和接收用户的数据信息13.2网络传输协议•OSI参考模型的七层协议主要可分为三种类型：•应用服务型协议：FTP和HTTP等，涉及的协议有应用层、表示层和会话层，在低层协议提供的服务的基础上，向用户提供数据传输服务。•数据传输协议：TCP/IP，主要功能是在两个通信实体之间提供一条逻辑的、可靠的数据传输链路。•数据链路层和物理层：主要功能是提供一条可靠的点到点的数据传输线路。如以太网协议802.3•目前流行的三种网络数据传输协议：•NetBEUI、NWLink和TCP/IP由网卡生产厂家提供由网络操作系统实现13.2.1NetBEUI•NetBEUI（NetBIOSExtendUserInterface)扩展用户接口：具体实现了NetBIOSFrame（NBF）传输协议，这一协议是由IBM公司在80年代开发出来的，这是一个很小但效率很高的局域网通信协议，旨在支持OS/2和LANManager下运行的局域网工作组。•NetBEUI可分为三个层次：NetBIOSAPI,服务器消息块SMB和NetBIOS帧（NBF）传输协议。•NetBEUI有以下优点：•1.在小型网络中可以获得很高的速度。•2.可以控制两百多个会话链路。•3.和以前的版本比较起来，能在串行线路上获得更佳的性能。•4.易于实现。•5.自调整特性。•6.很好的错误保护。•7.内存开销小NetBEUI的缺点：1.不能在网络之间进行路由选择。2.很少有专门为NetBEUI开发的工具，如协议分析仪等。3.它提供的跨平台支持比较有限NetBEUIOSI参考模型层次描述7应用层6表示层5会话层4传输层3网络层NetBEUI2数据链路层1物理层NetBEUI协议位于OSI模型的3、4层13.2.2TCP/IP协议•TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）：目前应用最广泛的网络互连协议。•TCP/IP协议层次：TCP/IP协议采用分层的体系结构，共分为四层：•网络接口层：•负责接受IP数据报，通过特定的网络进行传送，•网络接口分类：•一种是设备驱动程序；•另一种使用专用数据链路协议的子系统•网际层：•核心是IP协议，ARP/RARP实现了物理地址到IP地址的映射；ICMP可直接被应用程序访问，用于报告网络差错信息；使用错误或超时生发机制。13.2.2TCP/IP协议（续）•传输层：提供端到端的服务；•功能：格式化信息流；提供可靠传输。•传输层提供的协议：TCP和UDP；•传输层抽网络层提供协议端口，保证进程间的通信，TCP的协议端口：•UDP的端口号为69的服务为TFTP•应用层：•为用户提供一组应用高层协议，其作用是对数据进行格式化和完成应用所要求的服务。应用层的协议依赖于TCP或UDP协议：•FTPDNS••HTTPTFTP•SMTP•TELNETTCP端口号服务名服务21FTP文件传输服务23TELNET远程终端服务器25SMTP简单邮件传输服务器一些常见服务TCPUDP13.2.2TCP/IP协议（续）应用层传输层网际层网络接口层硬件概念层次层次传递的对象IP数据报报文流传输协议分组网络帧TCP/IP的协议分层模型13.2.2TCP/IP协议（续）硬件协议（链路控制和介质访问）IPARPRARPTCPUDPTELNET,FTP,SMTP,DNS,TFTP,SNMPTCP/IP协议族及内部依赖关系13.2.2TCP/IP协议（续）——IP地址•IP地址的组成：网络号＋主机号：•（1）IP地址分类：（IP地址共32位）网络号主机号A类0网络号主机号017831B类10网络号主机号0151631C类110网络号主机号0232431D类1110多目地址E类11110留待后用1.0.0.0至127.255.255.255128.0.0.0至191.255.255.255192.0.0.0至223.255.255.255224.0.0.0至239.255.255.255240.0.0.0至247.255.255.25513.2.2TCP/IP协议（续）——IP地址•（2）IP地址的表示方法：•IP地址共32位，4个字节，用点分十进制表示，每个十进制数表示一个字节，如：•一个A类地址：10.2.35.121•（3）IP地址的特殊形式：•广播地址：主机号各位全为“1”的IP地址用于全网广播。•有限广播：采用32比特全为“1”的IP地址进行广播，该地址叫做有限广播地址•网络地址：主机号各位全为“0”的地址标识网络地址。•“0”地址：网络号各位全为“0”的地址标识本网络。•回送地址：A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，叫做回送地址（loopbackaddress）。•（4）IP地址的分配：•所有IP地址由一个最高级管理机构中心授权组织NIC（NetworkInformationCenter，网络信息中心）分配。负责向提出地址请求的组织（对应于网络）分配网络地址，然后，各组织再在本地网络内部对地址的主机号部分进行本地分配，以确保Internet上IP地址的唯一性。13.2.2TCP/IP协议（续）——IP地址•（5）子网掩码(Subnetmask)：32位位模式，用“1”表示网络号，“0”表示主机号。如：C类地址：205.112.110.12则子网掩码：255.255.255.0•可以用子网掩码将分配的大网络的IP地址再进一步的分成更小的网络地址，如：