第3章计算机网络的体系结构分析-课件.ppt

1、第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 3.1 网络的体系结构 3.2 OSI/RM参考模型 3.3 TCP/IP参考模型 3.4 两种分层结构的比较 3.5 网络协议 3.6 IP地址与子网掩码第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构l 了解开放系统互连参考模型中的若干重要概念l 熟悉OSI/RM各层协议的基本原理和传输控制协议,TCP/IP体系结构l 熟悉IP地址第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构体系结构包括三类相关的结构，即物理结构、逻辑结构和软件结构物理结构：完成一定功能的物理部件。如计算机部件(OEM)、计算机或由计算机组成的系统逻辑结构：完成信息处理的基本操作。如计算机OS

2、、终端模块、通信程序模块等软件结构：由数据处理、进程访问、硬件故障诊断、数据发送、通道控制等相关的程序构成体系结构实例：IBM的SNA(Systems Network Architecture)，美国国防部的TCP/IP网络结构等不同体系结构的计算机系统互不兼容，难以互连。因此，国际标准化组织(ISO)于1977年提出系统互连标准的建议，即著名的“开放系统互连参考模型”第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 19741974年，美国的年，美国的IBMIBM公司宣布了它研制的公司宣布了它研制的系统系统网络体网络体系结构系结构 SNA（System Network Architecture）。）

3、。现在它现在它是世界上使用得相当广泛的一种网络体系结构。是世界上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能互连，国际为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织标准化组织ISOISO于于19771977年成立了专门机构研究该问题。不年成立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算机在世界范围内互久，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，即著名的连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模开放系统互连基本参考模型型 OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model）

4、，），简称为简称为 OSI。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 为了减少协议的复杂性，大多数网络都是按照层的方式来组织的。在网络分层结构中，每一层要为上层提供服务，并说明这种服务的接口。高层次的系统只是利用低层次的系统提供的服务和功能，无需了解低层实现该功能和服务所采用的算法和协议。低层也仅仅是使用从高层系统传送来的参数。即层次无关性。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 独立性强上层只需了解下层通过层间接口提 供的服务 灵活性好只要服务和接口不变，层内实现方 法可任意改变 结构上可分割各层可采用最合适的技术实现 易于实现和维护 促进标准化第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构是用

5、来描述进程之间信息交换过程的术语，是通信双方为了实现通信所进行的约定或对话规则。由语义、语法和时序（同步）三部分组成。l语 义：规定通信双方彼此“讲什么”，即确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出什么控制信号，执行的动作和返回的 应答，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应l语 法:规定通信双方彼此“如何讲”，即确定协议元素的格式，如数据和控制信息的结构或格式l时 序：规定事件执行的顺序，即确定通信过程中通信状态的变化，即事件实现顺序的详细说明，也称之为定时关系第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构3.2.1 分分 3.2 OSI/RM3.2 OSI/RM开放系统互连参考模型

6、开放系统互连参考模型第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 开放系统：遵守开放系统：遵守互连标准协议互连标准协议的实系统。的实系统。实系统实系统是由一台或多台计算机、有关软件、是由一台或多台计算机、有关软件、终端、操作员、物理过程和信息处理手段终端、操作员、物理过程和信息处理手段等的集合，是传送和处理信息的自治整体。等的集合，是传送和处理信息的自治整体。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 层次不能太多，也不可太少 应在接口服务描述工作量最小、穿过相邻边界相互作用次数最少 每一层应该由定义明确的功能 每一层的功能要尽量简化 每一层只与它的上下邻层产生接口，规定相应的业务 层次的划分应有利

7、于标准化第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层接收信息的进程发送信息的进程数据流的物理传输层间的逻辑通信每一层执行功能并将信息送往下一层每一层执行功能并将信息送往上一层第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构OSIOSI网络系统结构参考模型及协议网络系统结构参考模型及协议 第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构7.应用层应用层 提供电子邮件、文件传输等用户服务提供电子邮件、文件传输等用户服务6.表示层表示层 转换数据格式，数据加密和解密转换数据格式，数据加密和解密5.会话层会话层 通信同步，错误恢复

8、和事务操作通信同步，错误恢复和事务操作4.传输层传输层 网络决策，实现分组和重新组装网络决策，实现分组和重新组装3.网络层网络层 路由选择，计费信息管理路由选择，计费信息管理4.链路层链路层 错误检测和校正，组帧错误检测和校正，组帧1.物理层物理层 数据的物理传输数据的物理传输表表3-1 OSI 各层功能各层功能第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 实体（Entity）：指在每一层中具有数据收发能力的活动单元。在不同机器上同一层的实体称为对待实体。服务（Service）：网络中各层向其相邻上层提供的一组功能集合，是相邻邻层之间的界面。面向连接的服务 无连接的服务第第3 3章章 网络体系结构

9、网络体系结构 服务原语（Service Primitive）是指服务用户与服务提供者之间进行交互时所要交换的一些必要信息。OSI/RM规定了四种服务原语类型，如表3-2所示。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构开放系统A（N）层服务用户（N1）实体（N）实体提供服务交换服务原语（N1）实体（N）实体提供服务交换服务原语开放系统B提供（N）层服务（N）层协议提供（N-1）层服务通过（N-1）层连接进行通信（N）层服务提供者层间接口层间接口（N1）层（N）层（N-1）层图3.1 协议与服务的概念图3-1 协议与服务的概念第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 数据单元：在网络中信息传送的单位

10、称为数据单元。协议数据单元 接口数据单元 服务数据单元第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构（N）PCI（N）SDU（N）PDU（N-1）ICI（N-1）IDU（N-1）SDU（N-1）ICI（N-1）PCI（N-1）PDU（N）层（N-1）层图3.2 协议数据单元PDU、接口数据单元IDU和服务数据单元SDU图图3-2 协议数据单元协议数据单元PDU、接口数据单元接口数据单元IDU和服务数据单元和服务数据单元SDU第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 OSI/RM的概念比较抽象，它并没有规定具体的实现方法和措施，更未对网络的性能提出具体的要求，它只是一个为制定标准用的概念性框架。OSI

11、/RM七层协议模型上、下大，中间小，这是因为最高层要和各种类型的应用进程接口，而最低层要和各种类型的网络接口，因此上、下两头标准特别多，而中间几层标准就稍简单些。有些层的任务过于繁重，如数据链路层和网络层，有些层的任务又太轻，如会话层和表示层。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构3.2.3 物理层物理层l处于OSI模型的最低层，完成相邻节点之间原始比特流的传输l通过执行建立物理连接和数据传输等功能向数据链路层提供服务l物理层协议关心的典型问题：l使用什么样的物理信号来表示数据使用什么样的物理信号来表示数据“1”和和“0”；l一位持续的时间多长；一位持续的时间多长；l数据传输是否可同时在两个

12、方向上进行；数据传输是否可同时在两个方向上进行；l最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止；最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止；l物理接口物理接口(插头和插座插头和插座)有多少针以及各针的用处。物理有多少针以及各针的用处。物理层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和过层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和过程特性，以及物理层接口连接的传输介质等问题程特性，以及物理层接口连接的传输介质等问题第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构物理层考虑的是怎样能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体现有的计算机网络中的设备和媒体

13、非常繁多，且通信手段与方式也各不相同，物理层的作用就是要尽可能地屏蔽掉这些差异，使物理层上一层的数据链路层感觉不到这些差异，使得数据链路层只需考虑如何完成本层的的协议和服务，而不考虑网络具体的传输媒体是什么第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 它描述和确定传输媒体的接口的一些它描述和确定传输媒体的接口的一些特性：特性：机械特性机械特性几何尺寸、引脚定义等几何尺寸、引脚定义等 电气特性电气特性引线上出现的电压的范围引线上出现的电压的范围 功能特性功能特性引线上电压表示的意义引线上电压表示的意义 规程特性规程特性指明不同功能的可能事件的指明不同功能的可能事件的 出现顺序出现顺序第第3 3章章

14、网络体系结构网络体系结构l物理层由两个主要部分组成：物理层由两个主要部分组成：传输媒体传输媒体和和连接策略连接策略。l典型的传输媒体有双绞线、同轴电缆、光典型的传输媒体有双绞线、同轴电缆、光纤、卫星、微波塔和无线电波。纤、卫星、微波塔和无线电波。l连接策略共有三种形式：连接策略共有三种形式：电路交换、报文电路交换、报文交换和分组交换交换和分组交换第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 物理连接：点到点、点到多点 物理服务数据单元：串行、并行数据单元 顺序化：接收的位顺序与发送的一致 数据电路标识：惟一标识数据电路的标识符 故障情况报告：可向数据链路实体报错 服务质量指标：误码率、传输速率和时

15、延第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 物理连接的建立与拆除 物理服务数据单元传输：同步或异步 物理层管理：功能激活、差错控制第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构物理层标准举例物理层标准举例 DTE（Data Terminal Equipment）是是数据终数据终端设备端设备，是具有一定的数据处理能力和发送、，是具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。接收数据能力的设备。DCE（Data Circuit-terminating Equipment）是是数据电路端接设备数据电路端接设备，它在，它在 DTE 和传输线路之和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、间提供

16、信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。保持和释放数据链路的连接。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线数据终端设备数据终端设备用户环境通信环境用户设施通信设施DTE 信号线与控制线用户设施用户环境第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构（1）机械特性：EIA-232-D遵循ISO 2110关于插头座的标准，使用25根引脚的DB-25插头座，其他方面的尺寸也都有详细的规定，DTE上安装带插针的公共接头连接器，DCE上安装带插孔的母接头连接器，其引脚编号如图3-5所示，引脚分为上、下两排，分别有13根和12根引脚，当引脚指向人的

17、方向时，从左到右其编号分别为113和1425。12345678910111213141516171819202122232425图2.50 EIA-232-D 25根引脚编号图第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构（2）电气特性：EIA-232-D与CCITT的V.28建议书一致，采用负逻辑，此时逻辑0相当于对信号地线有+5V+15V的电压，而逻辑1相当于对信号地线有-5V-15V的电压。逻辑“0”相当于数据“0”（空号）或控制线的“接通”状态；逻辑“1”相当于数据“1”（传号）或控制线的“断开”状态。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构（3）功能特性：EIA-232-D的功能特性与CC

18、ITT的V.24建议书一致。它规定了什么电路应当连接到25根引脚中的哪一根以及该引脚信号线的作用。图3-6画的是最常用的10根引脚信号线的作用，其余的一些引脚可以空着不用。在某些情况下，可以只用图3-6中的9根引脚（振铃指示RI信号线不用），这就是常见的9针COM1串行鼠标接口。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构（4）规程特性：EIA-232-D的规程特性也与CCITT的V.24建议书一致，可用下例简单说明。假设有一台计算机DTE通过调制解调器DCE及电话线路与远端的终端DTE建立呼叫并进行半双工通信，待数据传送完毕以后，释放呼叫。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构(1)保护地(2

19、)发送数据(3)接收数据(4)请求发送(5)允许发送(6)DCE 就绪(7)信号地(8)载波检测(20)DTE 就绪(22)振铃指示DTEDCE计算机或终端调制解调器图3.6 EIA232引脚信号线第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 EIA-232/V.24 接口调制解调器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-232/V.24 接口调制解调器网 络第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 数据链路层的基本概念 数据链路层的目的 数据链路层的功能 数据链路层协议第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 数据链路层的基本概念数据链路层的基本概念 链链 路路：是一条无源的点到点的物理

20、线路：是一条无源的点到点的物理线路 数据链路数据链路：物理线路和控制传输的协议，也称为逻辑：物理线路和控制传输的协议，也称为逻辑链路链路 当采用复用技术时，一条链路上可以有多条数据链路当采用复用技术时，一条链路上可以有多条数据链路 数据链路层最重要的作用就是通过数据链路层协议，数据链路层最重要的作用就是通过数据链路层协议，在在不太可靠的物理链路不太可靠的物理链路上实现上实现可靠的数据传输可靠的数据传输图4-2 链路与数据链路链路控制节点交换机链路控制节点交换机数据链路ModemModem链路数据传输第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构l链路链路(link)是一条无源的点到点的物理线路段，是

21、一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。中间没有任何其他的交换结点。一条链路只是一条通路的一个组成部分。一条链路只是一条通路的一个组成部分。l数据链路数据链路(data link)除了物理线路外，还必须除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。数据链路。现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层一

22、般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。的功能。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 在相邻网络实体之间建立、维持和释放数据链路连接，以及传输数据链路服务数据单元。控制相邻系统之间的物理链路，它在物理层传送“位”信息的基础上，在相邻节点间保证数据的可靠通信。为了保证数据的可靠传输，发送方把用户数据封装成帧，并按顺序传送帧。需解决检错、纠错等数据链路可靠性。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 链路管理链路管理：数据链路的建立、维持和释放数据链路的建立、维持和释放 帧同步帧同步：收方能从收到的比特流中区分一帧的开始收方能从收到的比特流中区分一帧的开始 和结束和结束 流量控制流量

23、控制：发送数据的速率必须使收方来得及接收发送数据的速率必须使收方来得及接收 差错控制差错控制：以帧为单位检错重发以帧为单位检错重发 将数据和控制信息分开将数据和控制信息分开：使收方区分同一帧中的数据使收方区分同一帧中的数据 和控制信息和控制信息 透明传输透明传输：传输与数据的内容无关传输与数据的内容无关 寻址寻址：在多点连接的情况下，保证每一帧都能送在多点连接的情况下，保证每一帧都能送到正确的地到正确的地 址；收方也应知道发方是哪个站址；收方也应知道发方是哪个站第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。早期的数据

24、通信协议曾叫作通信规程(procedure)。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。结点结点帧帧第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3电话网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 为了使收方的接收缓冲区在任何情况下都不会溢出，最简单的方法是发方从主机每取一个数据块，就将其送到数据链路层的发送缓冲区中发送出去，然后等待；收方收到数据帧后

25、，将其放入数据链路层的接收缓冲区并交付给主机，同时回应一信息给发送节点表示数据帧已经上交给主机，接收任务已经完成；发方收到由接收站点发过来的双方事先商定好的信息，则从主机取下一个新的数据帧再发送。在这种情况下，收方的接收缓冲区的大小只要能够装得下一个数据帧即可。这就是最简单最基本的停止-等待（Stop-and-Wait）协议第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 面向字符型面向字符型协议协议 它的特点是利用已定义好的一种标准字编码（如它的特点是利用已定义好的一种标准字编码（如ASCII码）的一个子集来执行通信控制功能。其典型代表是码）的一个子集来执行通信控制功能。其典型代表是IBM公司提出的

26、二进制同步通信协议（公司提出的二进制同步通信协议（BSC）。）。两个明显缺点：一是使用不同字符集的两台机器很难利用两个明显缺点：一是使用不同字符集的两台机器很难利用面向字符型协议通信；二是控制字符的编码不能在用户数面向字符型协议通信；二是控制字符的编码不能在用户数据字段中出现。据字段中出现。面向位面向位(比特比特)型型协议协议 为了克服面向字符型协议所固有的缺点，人们在此基础为了克服面向字符型协议所固有的缺点，人们在此基础上提出了面向比特的协议。如上提出了面向比特的协议。如IBM公司的公司的SDLC（同步数据（同步数据链路控制）和链路控制）和ISO提出的提出的HDLC（高级数据链路控制）（高级

27、数据链路控制）。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 建立数据连接 帧传输 释放数据链路第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 网络层主要功能 面向连接服务 无连接服务 虚电路服务与数据报服务第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 网络层主要功能是：完成对通信子网的控制。它负责选择从发送端传输数据包到接收端的路由，为分组通过选择最适当的路径，以及实现拥塞控制、网络互连等功能。路由选择方法：固定路由选择和动态路由选择。其数据传输单元是分组（Packet）。协议分类：面向连接和无连接服务两种。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 连接是指两个对等实体之间为进行数据通信而进行的一种结合。

28、面向连接服务就是在数据交换之前，必须先建立连接，当数据交换结束后，则应该终止这个连接。通常面向连接服务是一种可靠的报文序列服务，在建立连接之后，每个用户都可以发送可变长度的报文，这些报文按顺序发送给远端的用户，报文的接收也是按顺序的。由于面向连接服务和线路交换的许多特性相似，因此面向连接服务在网络层中又称为虚电路服务。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构（1）数据报（Datagram）：特点是发完了就算，而不需要接收端做任何响应。（2）证实交付（Confirmed Delivery）：是一种可靠的数据报服务。（3）请求回答（Request Reply）：这种类型的数据报服务是收端用户每收到

29、一个报文，就向发端用户发送一个应答报文。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 虚电路与存储转发这一概念相联系。当我们在采用线路交换的电话网上打电话时，在通话期间，我们自始至终地占用一条端到端的物理线路。但我们占用一条虚电路进行计算机通信时，由于采用的是存储转发分组交换，所以只是断续地占用一段又一段的链路，感觉好像是占用了一条端到端的物理线路。数据报服务则不同，由于数据报服务没有建立虚电路的过程，而每一个发出的分组都携带了完整的目的站的地址信息，因而每一个分组都可以独立地选择路由。表3-3归纳了虚电路与数据报服务的主要区别。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构表表3-3 虚电路与数据报的

30、对比虚电路与数据报的对比第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 传输层基本概念 传输层的功能 端 口 流量控制和缓存第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 从通信和信息处理的角度来看，传输层是面向通信的层次中的最高层 但从网络功能和用户功能来看，它是面向应用的最低层 它在优化网络服务的基础上，在源主机和目的主机之间提供可靠的透明数据传输，使高层服务不必关心通信子网的实现细节。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 传输层的作用是从端到端经网络透明地传送报文，完成端到端通信链路的建立、维护和管理。所谓端到端就是从进程到进程。传输层向高层用户屏蔽了下面通信子网的细节，使高层用户看不见实现通信

31、功能的物理链路是什么，看不见数据链路采用什么控制规程，也看不见下面到底有几个子网以及这些子网是怎样互连起来的。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 映射传输层地址到网络地址 多路复用与分割 传输连接的建立与释放 分段与重新组装 组合与分解第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 传输层一般使用端口（port）与上层进行通信，端口作为通信进程的惟一标识，在通信中起着非常重要的作用。参与通信的双方进程，必须在通信开始前知道对方的端口号。可使用以下方法来获得对方的端口号：通信双方预先约定 使用系统保留的 从名字服务器或目录服务器获得端口第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 采用可变滑动窗口协

32、议来实现收发双方能力不匹配的问题。可变滑动窗口协议，是指发送方的窗口大小是由接受方根据自己的实际缓存情况给出的。发送方必须缓存所有连接发出的报文，以便用于错误情况下的重传。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构会话层完成的主要功能如下：允许用户在设备之间建立、维持和终止会话。管理会话。使用远程地址建立连接。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构表示层可提供以下的服务：数据转换：编码和字符集的转换。格式变换：修改数据位的组合格。语法选择：根据所用的转换形式进行初始选择和后继修改。针对这些，表示层协议有文本压缩、安全与保密和虚拟终端等方面的协议。表示层完成的主要功能有：对数据编码格式进行转换。

33、数据压缩与恢复。建立数据交换格式。数据的安全与保密。其他特殊服务。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 应用层的基本概念 报文处理系统MHS 文件传送、存取和管理FTAM第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 应用层是OSI模型的最高层 它为应用进程提供了访问OSI环境的手段，是应用进程使用OSI功能的惟一窗口。是功能最丰富、实现最复杂的一层，也是相对最不成熟的一层。OSI已制定的主要应用层协议：MHS FTAM第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 概述 报文处理系统可以实现电子邮件的功能。电子邮件也称为基于计算机的报文系统（CBMS，Computer-Based Message S

34、ystem）。最简单的电子邮件系统是单系统电子邮件，即所有的用户共享一台计算机以交换信息，每个用户都要注册登记，并且有惟一的标识符及信箱。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 MHS向用户提供的功能 MHS中的报文按逐站转发的方式进行传送，MHS收到报文后就立即按照收信人的地址信息投递报文；当报文到达收信人地址时，将报文放入收信人的信箱，收信人不一定要在场，他可以在空闲时自行取出并阅读已经到达的信件。MHS只关心与报文投递有关的一些信息，不管报文的具体内容是什么，因此，MHS可用于传送多种类型的信息，如：图像、声音、视频，只要这些信息被编码成二进制信息即可。用户为保证自己的报文确实已发送给

35、收信人，可要求MHS对所发的报文给出回执，这种回执就称为报告（Report）。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构文件传送：把文件的全部内容传送给其他文件文件存取：对文件的部分内容进行检索、写入、修改、替换或删除；文件管理：创造或删除文件、检查和操作文件属性的信息。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 TCP/IP基本概念 TCP/IP模型分层 TCP/IP的物理和数据链路层 TCP/IP的网络层 TCP/IP的传输层 TCP/IP的应用层 TCP报文段格式报文段格式 IP报文段格式报文段格式第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 TCP/IP（Transmission Contro

36、l Protocol/Internet Protocol）是国际互联网络事实上的工业标准，ARPANET最初设计的TCP称为网络控制程序NCP，在上面传送的数据单位是报文（Message），实际上就是现在的TPDU。随着ARPANET逐渐变成了Internet，子网的可靠性也就下降了，于是NCP就演变成了今天的TCP。与TCP配合使用的网络层协议是IP。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 应用层 对应OSI模型的应用层 传输层 对应OSI模型的传输层 网际层 对应OSI模型的网络层 网络接口层对应OSI模型的最低2层第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 负责把TCP/IP数据包发送到

37、网络传输介质上以及从网络传输介质上接收数据包。TCP/IP协议集的设计独立于网络访问方法、帧格式和传输介质 SLIP协议和PPP协议。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 主要功能是寻址、打包和路由选择 核心协议是IP，此外还有ARP、RARP、ICMP和IGMP协议等 网际协议IP是一个无连接的协议，负责将数据分组从源转发到目的地。主要负责IP寻址、路由、分段和重组 控制消息协议ICMP为路由器提供机制，以便向请求通信路径的其它路由器和主机提供信息。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 在源节点和目的节点的两个进程之间提供可靠的端到端的数据传输。对应于OSI第4层的协议有3个，如下：

38、（1）运输控制协议TCP：这是最主要的一个面向连接的协议。（2）用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）：这是主机和主机之间的无连接数据报协议，UDP使用IP提供的数据报服务，但对IP进行了扩充，如增加了端口编号等。（3）网络话音协议（NVP，Network Voice Protocol）：即分组话音通信协议。在军事通信领域中比较有用。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 给应用程序提供访问其它层服务的能力并定义应用程序用于交换数据的协议。对应于应用层的协议有：（1）超文本传输协议HTTP（2）文件传输协议（FTP，File Transfer Protocol

39、）。（3）简单电子邮件传送协议（SMTP，Simple Mail Transfer Protocol）。（4）域名服务（DNS，Domain Name Service）。（5）邮局协议POP。（6）简单网络管理协议（SNMP，Simple Network Management Protocol）。(7)远程登陆协议 TELNET第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构（1）源端口（Source Port）字段和目的端 口（Destination）字段 （2）序列号（Sequence Number）字段（3）数据偏移字段 （4）检验和字段第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 图3-12是TC

40、P的TPDU首部的格式，其首部的最小长度为5个32bit，即20个字节。下面介绍各字段的意义。源端口32 bit目的端口序列号确认号数据偏移首部长度保留URGACKPSHRSTSYNFIN窗口校验和紧急指针任意选项（如果有的话）填充数据图图3-12 TCP/IP报文格式报文格式第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 IP分组也称IP数据报，它是以无连接方式通过网络传输的，在源发主机和目的主机以及经过的每个路由器中，网络层都使用始终如一的IP协议和不变的IP分组格式。IP分组作为Internet的基本传送单元，与典型的其他网络帧相似，也分为分组头和数据信息，在分组头中包含源站和目的站地址。IP

41、分组头的长度为4个字节的整数倍，如图3-13所示。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构服务类型32 bit总长度标识符生存时间图3.23 IP分组头格式版本号IP分组头首部长度段偏移协议分组头校验和源站地址（发送IP分组的源主机IP地址）目的站地址（目的主机IP地址）任选参数项（根据需要可改变）（可变，通常用0填入，可使IP分组满足4字节长度的整数倍）标志填充段图图3-13 IP分组头格式分组头格式第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 OSI参考模型和TCPIP参考模型有很多相似之处：它们 都是基于独立的协议栈的概念，且各层的功能大体相似。TCPIP参考模型最初没有明确区分服务、接口和

42、协议，后来人们试图改进它，以便接近于OSI。OSI模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传 输层仅有面向连接的通信，这是它所依赖的(因为传输服 务对用户是可见的)。然而TCPIP模型在网间网络层仅有一种通信模式(无连接)，但在传输层支持两种模式，给用户选择的机会。这种选择对简单的请求应答协议是十分重要的。3.4 两种分层结构的比较第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构SMTPDNSFTP TELNETBOOTPSNMPTCPUDPNVPICMPIPARP RARPTCP/IP第3层第4层第57层OSI/RM图3.21 TCP/IP与相应OSI/RM层次对比图图3-11 TCP/IP与相

43、应与相应OSI/RM层次对比层次对比第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 P86:第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构3.6.1 IP地址 Internet上的每台计算机（包括路由器）在通信之前必须指定一个IP地址。IP地址是Internet赖以工作的基础。Internet中的计算机与路由器的IP地址采用分层结构，它是由网络号与主机号两部分组成。网络号用来标识一个网络，主机号用来标识这个网络上的某一台主机。IPv4IPv4由由3232位（位（bitbit）二进制组成，每）二进制组成，每8 8位为一组分为四组，每位为一组分为四组，每一组用一组用02550255间的十进制表示，组与组之间以

44、圆点分隔，如：间的十进制表示，组与组之间以圆点分隔，如：202.112.0.36202.112.0.36。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 A类网络地址 最高位为0，网络地址字段为7位，主机地址字段为24位 B类网络地址 最高两位为10 网络地址字段为14位，主机地址字段为16位 C类网络地址 最高三位为110 网络地址字段为22位，主机地址字段为8位 D类网络地址 最高四位为1110 留作IP多路复用组使用，如224.0.0.5和224.0.0.6分配给了OSPF E类网络地址 按IP协议规定也是留作将来使用的，其中4个最高的二进制位按顺序分别

45、设置为1111。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bit0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址110host-id8 bitD 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 010第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构网络网络类别类别最大网络数最大网络数可用的网络号范围可用的网络号范围每个网络中的每个网络中的最大主机数最大主机数A126(27-2)112616777214(224-2)B16384(214)128.0191.2556553

46、4(216-2)C2097152(221)192.0.0223.255.255 254(28-2)第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 如果网络内的主机数目不多，可以用主机的某些地址把网段划分成更小的单元，即子网。子网掩码也是一个32位二进制数，它用来区分网络地址和主机地址。将IP地址和子网掩码按位做“与”运算，就得到该IP所属的网络地址。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 主机地址中借用来表示子网地址的长度是可以改变的。为了指定有多少个二进制位用来表示子网的地址，IP协议提供了子网掩码的概念。子网掩码使用了与IP地址相同的格式和表示方法，子网掩码中1对应于IP地址中的网络号和子网号

47、，而子网掩码中的0对应IP地址中主机号。一般子网掩码由一串1后跟随一串0组成。子网掩码也是一个32位二进制数，它用来区分网络地址和主机 地址。将IP地址和子网掩码按位做“与”运算，就得到该IP所属的网络地址。默认A、B、C三类网络的掩码如下 A类地址 255.0.0.0 B类地址 255.255.0.0 C类地址 255.255.255.0 第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 目的 处于同一网段上的主机间可以直接通信，而且广播信息也被封闭在同一网段内。不同网段间的主机进行通信时，必须通过路由器才能互相访问。区分 把信源主机地址和信宿主机的地址分别与所在网段的掩码进行二进制“与”操作，如果

48、产生的两个结果相同，则在同一网段；如果产生的两个结果不同，则两台主机不在同一网段，这两台主机要进行相互访问时，必须通过一台路由器进行路由转换。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 B类地址子网划分 子网号的比特数子网号的比特数子网掩码子网掩码子网数子网数每个中主机数每个中主机数2255.255.192.02163823255.255.224.0681904255.255.240.01440945255.255.248.03020466255.255.252.06210227255.255.254.01265108255.255.255.02542549255.255.255.1285101

49、2610255.255.255.19210226211255.255.255.22420643012255.255.255.24040961413255.255.255.2488190614255.255.255.252163822第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 硬件地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址。硬件地址即网卡地址，是由全球唯一的一个固定组织来分配，每块网卡都有一个固定的卡号，并且任何一块网开的卡号都不相同。一般网卡地址为一组十二位的十六进制数，其中前六位代表网卡生产厂商，后六位是由生产厂商自行分配给网卡的唯一号码。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 在数据发送时，数据从高层下到低层，然后才到通信链路上传输。使用IP地址的IP数据报一旦交给了数据链路层，就被封装成MAC帧了，MAC帧在传送时使用的源地址和目的地址都是硬件地址，这两个硬件地址都写在MAC帧的首部中。连接在通信链路上的设备，在接收到MAC帧时，其根据是MAC帧首部中的硬件地址。在数据链路层看不到IP地址，只有剥去MAC帧的首部和尾部后将MAC层的数据上交给网络层后才能在IP数据报的首部找到源IP地址和目的IP地址。第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构 P86:2、7、10、12第第3 3章章 网络体系结构网络体系结构本章到此结束，谢谢您的光临！