第二章网络协议和网络体系结构

1计算机与信息学院第二章网络协议和网络体系结构课前思考网络上各计算机系统地位平等，无主次之分，可以说是“群龙无首”，那么如何实现计算机之间有条不紊的进行数据交换和资源共享的呢？2计算机与信息学院第二章网络协议和网络体系结构2.1网络协议2.2网络体系结构2.3OSI参考模型2.4Internet参考模型3计算机与信息学院2.1网络协议网络协议为保证网络中的计算机之间有条不紊的进行数据交换，合理的共享资源，各独立的计算机系统必须严格的遵循事先约定好的一整套通信规程，包括规定要交换的数据格式、控制信息的格式和控制功能、通信过程中事件执行的次序等。这些通信规程称之为网络协议。4计算机与信息学院2.1网络协议通信协议举例假设一个中国人与一个德国人准备进行异地通话。要顺利的完成本次通信，双方必须共同遵守如下“协议”：双方在交谈内容上达成一致，即均对谈话内容有共同兴趣；双方使用的语言必须转换成彼此能够听懂的第三方语言；利用何种通信系统实施语音信号的传输。5计算机与信息学院计算机网络遵循更为复杂的“协议”，内容可能涉及到：通过何种物理传输介质传输数据。如何进行数据编码。如何实现收/发端同步。数据传输单元格式。如何控制通信方向。如何进行路由选择。如何进行差错控制。如何进行流量控制。不同操作系统的计算机之间如何进行数据格式转换。传输过程中是否进行数据加密，如何加密。……网络协议涉及的内容6计算机与信息学院2.2网络体系结构背景为了减少网络设计的复杂性，便于网络互联和扩展，需要将整个网络功能划分为若干个层次，每个层次只完成某种特定功能，并有一个特定的协议来描述如何实现这个功能。网络体系结构网络分层结构及其协议的集合称为网络体系结构。7计算机与信息学院会晤层语言层物理层会晤层语言层物理层中国人德国人对等层通信虚拟通信对等层通信虚拟通信对等层通信物理通信物理数据流2.2网络体系结构8计算机与信息学院会晤层仅协商双方是否对交谈内容有共同兴趣，而不关心使用何种语言以及何种通信系统。语言层仅协商通过某种第三方语言（如英语），完成汉语/英语，英语/德语的转换，而不关心交谈内容以及物理通信系统物理层仅完成语音信号的传输，而不关心使用何种语言，更不关心交谈内容。2.2网络体系结构9计算机与信息学院2.2网络体系结构真正的物理通信总是发生在物理层。除物理层外，其余各对等层实体间都是虚拟通信。通信必须在对等层进行，不允许交差通信。虚拟通信是一种逻辑通信，其意义在于：设计本层协议时，不受其他层协议的内部实现影响。通过层间接口调用低层提供的服务，只要获得低层足够支持，虚拟通信就能得以实现。n-1层为n层提供服务。n层直接使用n-1层提供的服务，间接使用n-2,n-3,……层提供的服务。层与层之间互视为黑匣子，不关心其他层的具体实现。当某一层具体实现方法改变时，只要保持层间接口不变，就不会影响邻层。对等层通信通过“协议”实现,相邻层之间交互通过“服务”实现。10计算机与信息学院2.3OSI参考模型二十世纪70年代中期，虽然计算机网络都采用层次化结构，但缺乏统一标准，不同的网络划分的层次数不尽相同，每层的功能划分也不一样，难以实现开放互连。ISO于1977年制定了开放系统互连标准，简称为OSI(OpenSystemsInterconnection)。OSI参考模型将整个网络功能划分为七层（又称为七层协议），并定义了每层功能及层间接口标准。11计算机与信息学院2.3OSI参考模型12计算机与信息学院OSI参考模型各层功能（1）物理层（PH）完成原始数据位流在物理介质上传输，而不管位流的信息含义。（2）数据链路层（DL）完成数据帧在相邻的结点间“透明”传输。“透明”的含义是：无差错、无丢失、无重复、无顺序错误。（3）网络层（N）完成报文分组在源/目的结点之间传输。（4）传输层（T）完成报文段在源/目的主机进程之间的传输。（5）会话层（S）进行会话管理，包括通信方向控制（单工，半双工，全双工），谁是发送者？谁是接收者？谁付费？故障点恢复等。2.3OSI参考模型13计算机与信息学院2.3OSI参考模型（6）表示层（P）数据格式转化、数据加密/解密、数据压缩/解压。（7）应用层（A）为用户提供各种网络服务，包括文件服务，电子邮件服务，数据库服务，，DNS等。1-4层完成网络通信，5-7层完成数据处理。14计算机与信息学院2.4Internet参考模型Internet参考模型中两个核心协议为TCP和IP协议，所以Internet参考模型也称为TCP/IP参考模型。OSI和Internet参考模型的比较应用层传输层互联网层子网层Internet参考模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI参考模型15计算机与信息学院2.4Internet参考模型Internet参考模型的应用层大体对应OSI的应用层、表示层和会话层。该层协议主要包括:FTP（文件传输协议）SMTP（简单邮件传输协议）TELNET（远程网络登陆协议）DNS（域名服务）HTTP（超文本传输协议）SNMP（简单网络管理协议）…….16计算机与信息学院2.4Internet参考模型Internet参考模型的传输层对应OSI传输层。该层协议：TCP(传输控制协议，TransmissionControlProtocol)可靠的、面向连接的传输协议将报文以字节流形式从源主机进程发到目的主机进程。UDP(用户数据报协议，UserDatagramprotocol)不可靠的、非面向连接的传输协议。Internet参考模型的互连网层对应OSI网络层。该层协议：IP(InternetProtocol)IP是Internet参考模型的核心协议。将IP分组以数据报方式从源主机发送到目的主机。17计算机与信息学院2.4Internet参考模型Internet参考模型的子网层大体上对应OSI的物理层和数据链路层。Internet参考模型的子网层是开放的,该层协议主要有:以太网协议(802.3)FDDIPPPSLIPTokenBus(802.4)TokenRing(802.5)百兆，千兆，万兆以太网18计算机与信息学院2.4Internet参考模型TCP/IP协议栈应用层HTTP,FTP,SMTP,DNS,Telnet，…传输层TCP,UDP互联网层IP子网层（数据链路层+物理层）PPP,Ethernet,Tokenring,TokenBus,…