2.1网络协议与体系结构的概念（教案）《计算机网络技术项目教程》（大连理工出版社）

周 次 第 二 周 周，第 2 次课；总第16次课 章节名称 第二章：熟悉计算机网络体系结构 授课方式 课堂讲授（√）；上机实验（ ）； 实际操作（ ）；课程设计（ ）； 教学时数 2 授课方法 和手段 课堂讲授 教学目的 与要求 目的和要求： 1．网络协议与体系结构的概念 重点：TCP/IP参考模型 教学基本内容纲要 2.2.1　网络协议与体系结构的概念 1．协议的基本概念 协议 (protocol)是为进行网络中的数据(信息)交换而建立的规则、约定和标准,是计算机网络中实体之间有关通信规则的集合,也称为网络协议或通信协议。 网络协议的3个要素： 语法 用来规定信息格式；数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。 语义 用来说明通信双方应当怎么做；用于协调与差错处理的控制信息。 定时 （时序）定义了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲话的速度等。比如是采用同步传输还是异步传输！ 2.网络分层次的体系结构 为了解决不同媒介连接起来的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作的问题,通常采用分层的方法,将网络互联的庞大而复杂的问题,划分为若干个较小而容易解决的问题,计算机网络的各层和层间协议的集合称为“网络体系结构”。协议中采用分层次的方法,使较高层次建立在较低层次基础上,同时又为更高层次提供服务。 3.体系结构中分层的原则 (1)网络中各结点都具相同的层次； (2)不同结点的相同层具有相同的功能； (3)同一结点内各相邻层之间通过接口通信； (4)每一层可以使用下层提供的服务,并向其上层提供服务； (5)不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。 4．层次结构方法的优点 (1)使网络变得更简单,把网络操作分成复杂性较低的单元,结构清晰,易于实现和维护。 (2)将网络部件标准化,定义并提供了具有兼容性的标准接口 (3)有利于模块化设计,使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块 (5)独立性强,保证不同类型部件的独立性,上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方法。 (6)适应性强,只要服务和接口不变,层内实现方法可任意改变。 (7)互操作性,一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络,因此每个区域的网络可单独升级或改造。 (8)加快了技术发展的速度,简化了教育和学习。 6．计算机网络界协议标准的制定机构 （1）ISO(International Standards Organization)：国际标准化组织。 （2） CCITT(International Telephone and Telegraph Consultative Committee)：国际电话与电报咨询委员会(现已改名为ITU,International Telecommunications Union,国际电信联盟)。 （3） ANSI(American National Standard Institute)：美国国家标准协会。 （4） EIA(Electronic Industries Association)：美国电子工业协会。 （5） IEEE(Institute of Electric and Electronic Engineer)：电气与电子工程师学会。 2.2.2　ISO/OSI RM参考模型 开放式系统互联参考模型ISO/OSI RM共分七层,扩充某一层功能或协议时,不能影响整体模型的主体结构。每一层使用下层提供的服务,并向其上层提供服务,如图2-2所示。 2.2.3　TCP/IP参考模型 TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(ARPA)的一项研究计划——实现若干台主机的相互通信,现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。TCP/IP模型一般包括4个概念层次： （１）应用层(Application Layer) （２）运输层(Transport Layer) （３）网际层(Internet Layer) （４）网络接口层(Network Interface Layer) 1. 应用层 应用层对应于OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务，例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等. 2. 传输层 传输层对应于OSI参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP). TCP协议提供的是一种可靠的、通过“三次握手”来连接的数据传输服务；而UDP协议提供的则是不保证可靠的（并不是不可靠）、无连接的数据传输服务. 3. 网际互联层 网际互联层对应于OSI参考模型的网络层，主要解决主机到主机的通信问题。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。注重重新赋予主机一个IP地址来完成对主机的寻址，它还负责数据包在多种网络中的路由。该层有三个主要协议：网际协议（IP）、互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议（ICMP）。 IP协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个可靠、无连接的数据报传递服务。 4. 网络接入层（即主机-网络层） 网络接入层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上，TCP/IP本身并未定义该层的协议，而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议，然后与TCP/IP的网络接入层进行连接。地址解析协议（ARP）工作在此层，即OSI参考模型的数据链路层。 TCP/IP的核心思想是将使用不同低层协议的异构网络,在传输层、网络层建立一个统一的虚拟逻辑网络,以此来屏蔽、隔离所有物理网络的硬件差异,从而实现网络的互联。TCP /IP参考模型将网络体系结构分成四个层次,分别是：网络接口层(又称链路层)、网络层(网际层或IP层)、传输层(TCP层)、应用层。 1． TCP/IP参考模型各层的主要功能 (1)网络接口层(链路层) 网络接口层主要负责接收从IP层交来的IP数据报并将IP数据报通过低层物理网络发送出去,或者从低层物理网络上接收物理帧,抽出IP数据报,交给IP层。 网络接口有两种类型：第一种是设备驱动程序,如网卡的驱动程序；第二种是含自身数据链路协议的复杂子系统。 (2)网络层(网际层) 网络层的主要功能是负责相邻结点之间的数据传送。主要包括三个方面： ①处理来自传输层的分组发送请求,将分组装入IP数据报,填充报头,选择去往目的结点的路径,然后将数据报发往适当的网络接口。 ②处理输入数据报:首先检查数据报的合法性,然后进行路由选择,假如该数据报已到达目的结点(本机),则去掉报头,将IP报文的数据部分交给相应的传输层协议；假如该数据报尚未到达目的结点,则转发该数据报。 ③处理ICMP(Internet Control Messages Protocol)报文：即处理网络的路由选择、流量控制和拥塞控制等问题。为了解决控制佣塞问题,ICMP采取了报文“源站抑制”(source quench)技术,向的源主机或路由器发送IP数据报,请求源主机降低发送IP数据报文的速度,以达到控制数据流量的目的。 (3)传输层 传输层主要功能是在源结点和目的结点的两个进程实体之间提供可靠的端到端的数据传输。TCP/IP模型提供了两个传输层协议：传输控制协议TCP和用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)。 (4)应用层 传输层的上一层是应用层,应用层包括所有的高层协议。 2．ISO/OSI RM参考模型与TCP/IP体系架构 1) TCP/IP一开始就考虑到多种异构网的互联问题,并将网际协议IP作为TCP/IP的重要组成部门.但ISO最初只考虑到使用一种标准的公用数据网将各种不同的系统互联在一起. 2) TCP/IP一开始就对面向连接各无连接并重,而OSI在开始时只强调面向连接服务. 3) TCP/IP有较好的网络管理功能,而OSI到后来才开始这个问题,在这方面两者有所不同. 2.2.4　 IPv4/IPv6地址 1．IP地址的作用 在Internet的信息服务中,IP地址具有以下重要的功能和意义： (1)惟一的Internet网上通信地址。 (2)全球认可的通用地址格式。 (3)工作站、服务器和路由器的端口地址。 (4)运行TCP/IP协议的惟一标识符。 (5)若一台主机或路由器连接到两个或多个物理网络,则它可以拥有两个或多个IP地址。 教学重点 与难点 重点：网络协议与体系结构的概念 难点：TCP/IP参考模型 教学过程 设计 复习 10 分钟，授新课 70 分钟，安排讨论 5 分钟， 布置作业 分钟，提问 5 分钟 作业布置 无 课后小结 参考资料 学科网（北京）股份有限公司 $$