计算机网络的协议与体系结构.ppt

1、第第2 2章章 计算机网络的协议与体系计算机网络的协议与体系结构结构 计算机网络体系结构的形成计算机网络体系结构的形成2.1协议与划分层次协议与划分层次2.2具有五层协议的计算机网络体系结构具有五层协议的计算机网络体系结构2.3TCP/IP TCP/IP 的体系结构的体系结构2.42.1 2.1 计算机网络体系结构的形成计算机网络体系结构的形成19741974年年，美美国国的的IBMIBM公公司司宣宣布布了了它它研研制制 的的 系系 统统 网网 络络 体体 系系 结结 构构 SNA SNA(System(System Network Network Architecture)Architect

2、ure)。现现在在它它是是世世界界上上使用得相当广泛的一种网络体系结构。使用得相当广泛的一种网络体系结构。为了使不同体系结构的计算机网络都为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织能互连，国际标准化组织ISOISO于于19771977年成立年成立了专门机构研究该问题。了专门机构研究该问题。不久，他们就提出一个试图使各种计不久，他们就提出一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型即著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM(Open Systems Interconnection OSI/RM(Open S

3、ystems Interconnection Reference Model)Reference Model)，简称为，简称为OSIOSI。2.2 2.2 协议与划分层次协议与划分层次 为为进进行行网网络络中中的的数数据据交交换换而而建建立立的的规规则则、标标准准或或约约定定即即称称为为网网络络协协议议。一一个个网网络协议主要由以下三个要素组成：络协议主要由以下三个要素组成：（1 1）语语法法，即即数数据据与与控控制制信信息息的的结结构或格式；构或格式；（2 2）语语义义，即即需需要要发发出出何何种种控控制制信信息，完成何种动作以及做出何种响应；息，完成何种动作以及做出何种响应；（3 3）同同

4、步步，即即事事件件实实现现顺顺序序的的详详细细说明。说明。两个计算机可将文件传送模块作为最两个计算机可将文件传送模块作为最高的一层高的一层(如图如图2-12-1所示所示)。图图2-1 2-1 划分层次的举例划分层次的举例 分层可以带来如下好处：分层可以带来如下好处：（1 1）各层之间是独立的。）各层之间是独立的。（2 2）灵活性好。）灵活性好。（3 3）结构上可分割开。）结构上可分割开。（4 4）易于实现和维护。）易于实现和维护。（5 5）能促进标准化工作。）能促进标准化工作。计计算算机机网网络络的的各各层层及及其其协协议议的的集集合合称称为为网网络络的的体体系系结结构构(architectu

5、re)(architecture)，也也就就是是说说，计计算算机机网网络络的的体体系系结结构构就就是是这这个个计计算算机机网网络络及及其其部部件件所所应应完完成成的的功功能能的的精精确确定定义义。体体系系结结构构是是抽抽象象的的，而而实实现现则则是是具具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。2.3 2.3 具有五层协议的计算机网络具有五层协议的计算机网络 体系结构体系结构 TCP/IPTCP/IP是是一一个个四四层层的的体体系系结结构构，它它包包含含应应用用层层、运运输输层层、网网际际层层和和网网络络接接口口层层（用用网网际际层层这这个个名名字字是是强强调

6、调这这一一层层是为了解决不同网络的互连问题）。是为了解决不同网络的互连问题）。在学习计算机网络的原理时往往采取在学习计算机网络的原理时往往采取折中的办法，即综合折中的办法，即综合OSIOSI和和TCP/IPTCP/IP的优点，的优点，采用一种只有五层协议的体系结构，如图采用一种只有五层协议的体系结构，如图2-22-2所示，这样既简洁又能将概念阐述清楚所示，这样既简洁又能将概念阐述清楚TANE03TANE03。图图2-2 2-2 具有五层协议的计算机网络体系结构具有五层协议的计算机网络体系结构（1 1）应用层）应用层 (application layer)(application layer)应

7、应用用层层是是体体系系结结构构中中的的最最高高层层。应应用用层层直直接接为为用用户户的的应应用用进进程程提提供供服服务务。这这里里的进程就是指正在运行的程序。的进程就是指正在运行的程序。在在因因特特网网中中的的应应用用层层协协议议很很多多，如如支支持持万万维维网网应应用用的的HTTPHTTP，支支持持电电子子邮邮件件的的SMTPSMTP，支持文件传送的，支持文件传送的FTPFTP等。等。（2 2）运输层）运输层 (transport layer)(transport layer)运运输输层层的的任任务务就就是是负负责责向向两两个个主主机机中中进进程程之之间间的的通通信信提提供供服服务务。运运输

8、输层层有有复复用用和分用的功能。和分用的功能。传传输输控控制制协协议议TCP TCP(Transmission(Transmission Control Control Protocol)Protocol)面面向向连连接接的的，数数据据传传输输的的单单位位是是报报文文段段 (segment)(segment)，能能够够保证提供可靠的交付。保证提供可靠的交付。用用 户户 数数 据据 报报 协协 议议 UDP UDP(User(User Datagram Datagram Protocol)Protocol)无无连连接接的的，数数据据传传输输的的单单位位是是用用户户数数据据报报，不不保保证证提提供

9、供可可靠靠的的交交付付，只只能能提提供供“尽尽最最大大努努力力交交付付 (best-effort delivery)(best-effort delivery)”。（3 3）网络层）网络层 (network layer)(network layer)网络层负责为分组交换网上的不同主网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。成分组或包进行传送。分组也叫做分组也叫做IPIP数据报，或简称为数据数据报，或简称为数据报。本书以后将报。本书以后将“分组

10、分组”和和“数据报数据报”作作为同义词使用。无论在哪一层传送的数据为同义词使用。无论在哪一层传送的数据单元，习惯上都可笼统地用单元，习惯上都可笼统地用“分组分组”来表来表示。示。因特网是一个很大的互联网，它由大因特网是一个很大的互联网，它由大量的异构量的异构 (heterogeneous)(heterogeneous)网络通过路由网络通过路由器器 (router)(router)相互连接起来。因特网主要的相互连接起来。因特网主要的网络层协议是无连接的网际协议网络层协议是无连接的网际协议IPIP（Internet ProtocolInternet Protocol）和许多种路由选）和许多种路由选

11、择协议，因此，因特网的网络层也叫做网择协议，因此，因特网的网络层也叫做网际层或际层或IPIP层。层。（4 4）数据链路层）数据链路层 (data link(data link layer)layer)常简称为链路层。两个结点之间传送常简称为链路层。两个结点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的数据时，数据链路层将网络层交下来的IPIP数据报组装成帧数据报组装成帧 (framing)(framing)，在两个相邻，在两个相邻结点间的链路上结点间的链路上“透明透明”地传送以帧地传送以帧 (frame)(frame)为单位的数据。每一帧包括数据为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步

12、信息、地址信和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制等）。息、差错控制等）。“透明透明”是一个很重要的术语，它表是一个很重要的术语，它表示：某一个实际存在的事物看起来却好像示：某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。不存在一样。（5 5）物理层）物理层 (physical layer)(physical layer)物理层的任务就是透明地传送比特流。物理层的任务就是透明地传送比特流。在物理层上所传数据的单位是比特。在物理层上所传数据的单位是比特。在因特网所使用的各种协议中，最重在因特网所使用的各种协议中，最重要的和最著名的就是要的和最著名的就是TCPTCP和和IPIP两个协议。现两

13、个协议。现在人们经常提到的在人们经常提到的TCP/IPTCP/IP并不一定是指并不一定是指TCPTCP和和IPIP这两个具体的协议，而往往是表示因这两个具体的协议，而往往是表示因特网所使用的体系结构或是指整个的特网所使用的体系结构或是指整个的TCP/IPTCP/IP族族 (protocol suite)(protocol suite)。图图2-3 2-3 数据在各层之间的传递过程数据在各层之间的传递过程 OSIOSI参考模型把对等层次之间传送的数参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元据单位称为该层的协议数据单元PDU PDU(Protocol Data Unit)(Prot

14、ocol Data Unit)，这个名词现已被，这个名词现已被许多非许多非OSIOSI标准采用。标准采用。任何两个同样的层次（例如在两个系任何两个同样的层次（例如在两个系统的第统的第4 4层）之间，也好像如同图中的水平层）之间，也好像如同图中的水平虚线所示的那样，将数据（即数据单元加虚线所示的那样，将数据（即数据单元加上控制信息）通过水平虚线直接传递给对上控制信息）通过水平虚线直接传递给对方，这就是所谓的方，这就是所谓的“对等层对等层”(peer(peer layers)layers)。在文献中也还可以见到术语在文献中也还可以见到术语“协议栈协议栈”(protocol stack)(proto

15、col stack)，这是因为几个层次，这是因为几个层次画在一起很像一个栈画在一起很像一个栈 (stack)(stack)的结构。的结构。当当研研究究在在开开放放系系统统中中进进行行交交换换信信息息时时，往往往往使使用用实实体体 (entity)(entity)这这一一较较为为抽抽象象的的名名词词表表示示任任何何可可发发送送或或接接收收信信息息的的硬硬件件或或软件进程。软件进程。协议是控制两个对等实体进行通信的协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，要实

16、现本层协议，还需要使用下面服务，要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。一层所提供的服务。首先，协议的实现保证了能够向上一首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务。使用本层服务的实体只能看层提供服务。使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议，下面的协见服务而无法看见下面的协议，下面的协议对上面的实体是透明的。议对上面的实体是透明的。其次，协议是其次，协议是“水平的水平的”，即协议是，即协议是控制对等实体之间通信的规则，但服务是控制对等实体之间通信的规则，但服务是“垂直的垂直的”，即服务是由下层向上层通过，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。层间接口提供的。计算机网络的协

17、议还有一个很重要的计算机网络的协议还有一个很重要的特点，就是协议必须将所有不利的条件事特点，就是协议必须将所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是非常理先都估计到，而不能假定一切都是非常理想的。想的。看一个计算机网络协议是否正确，不看一个计算机网络协议是否正确，不能光看在正常情况下是否正确，而且还必能光看在正常情况下是否正确，而且还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。异常情况。2.4 TCP/IP2.4 TCP/IP的体系结构的体系结构图图2-4 TCP/IP2-4 TCP/IP四层协议的表示方法举例四层协议的表示方法举例TCP/IPTCP/IP可可以以为为各各式式各各样样的的应应用用提提供供服服务务（所所谓谓的的everything everything over over IPIP），同同时时TCP/IPTCP/IP也也可可以以允允许许IPIP在在各各式式各各样样的的网网络络构构成成的的互互联联网网上上运运行行（所所谓谓的的IP IP over over everythingeverything）。）。图图2-5 2-5 沙漏计时器形状的沙漏计时器形状的TCP/IPTCP/IP族族