项目三 计算机网络体系结构与协议（课件）《计算机网络基础》（电子工业出版社）

1.理解计算机网络的层次结构模型。 2.熟悉计算机网络中 OSI 参考模型各个层次的实现原理。 3.掌握 TCP / IP 网络体系结构及传输控制协议(TCP)和网际互连协议(IP)的作用。 项目三 计算机网络体系结构与协议 1 任务一 了解网络体系结构及 协议的概念 2 一、网络的分层结构 01 03 05 02 04 第 N 层中的实体在实现自身定义的功能时,可直接使用第 N-1 层提供的服务(由于第N-1 层使用了第 N-2 层的服务,因此第 N 层间接利用了第 N-2 层的服务) 最底层是只提供服务而不使用其他层提供服务的基本层 中间层既是下一层的服务使用者,又是上一层的服务提供者 最高层是应用,它只使用相邻下层提供的服务,而不为其他层提供服务 第 N 层将以下各层的功能“增值”,即加上自己的功能,为第 N+1 层提供更完善的服务,同时屏蔽具体实现这些功能的细节 层次结构的特点是,每一层都建立在前一层的基础之上,低层为高层提供服务,具体可以分为以下 5 个方面。 网络层次结构 3 二、协议、服务和接口 每一层中的活动元素称为实体。位于不同机器上同一层中的实体称为对等实体,不同系统间进行的通信实际上是各对等实体间的通信。在某层上进行通信所使用的规则集合称该层的协议,各层协议按层次顺序排列而成的协议序列称为网络的协议栈。 第 N 层实体向第 N+1 层实体提供的在第 N 层上的通信能力称为第 N 层的服务。 相邻实体间的通信是通过它们的边界进行的,该边界称为相邻层间的接口。 计算机网络的层次模型 4 任务二 熟悉开放式系统互连 参考模型的原理 5 一、OSI 参考模型概述 为了有一个统一的标准解决各种计算机的联网问题,国际标准化组织(ISO)组织了大批科学家制定了一个网络体系结构,该结构称为开放式系统互连参考模型。 6 2 1 3 6 4 5 二、OSI 参考模型 位于 OSI 参考模型的最高层,负责为用户的应用程序提供网络服务 应用层 位于 OSI 参考模型的最底层,其作用是传输原始的二进制比特流 物理层 通过通信线路在不同设备之间进行程序和数据的交换,主要负责端到端之间的数据传输和控制功能 传输层 传输单位是数据包(数据分组),它负责控制通信子网的工作,即控制报文分组的传输 网络层 在两个节点间建立、维护和释放面向用户的连接,包括使用权、差错恢复和会话活动管理等 会话层 传输单位是帧,它在网络两点之间的链路上控制信息帧的传输,并进行差错检测 数据链路层 7 在网络内部实现不同语句格式和编码之间的转换和表示,为应用层提供服务 表示层 7 任务三 掌握 TCP / IP 的体系 结构与协议 8 一、TCP / IP 模型与体系结构 OSI 参考模型与 TCP / IP 模型的对应关系 ARPANET 是美国国防部高级研究计划署建立的网络,对计算机网络的发展做出了重大贡 献,计算机网络的许多概念和方法都源于 ARPANET。 在 ARPANET 中使用的网络体系结构称为 TCP / IP 参考模型,它是由传输层协议 TCP 和网络层协议 IP 这两个主要协议组成的,通常称为 TCP / IP 协议。 TCP / IP 协议使用范围广,既可用于广域网,又可用于局域网、内部网和外部网等各种网络 中,许多单机操作系统和网络操作系统也都采用或含有 TCP / IP 协议。 9 一、TCP / IP 模型与体系结构 在源节点与目的节点的两个对等实体间提供可靠的端到端的数据通信。传输层有两个端到端的协议,分别为传输控制协议和用户数据报协议。 3.传输层 解决了两个不同 IP 地址的计算机之间的通信问题,具体包括形成 IP 数据报、寻址、检验数据报的有效性、去掉报头和选择路径等功能,将数据报(分组)转发到目的计算机 2.网际层 为用户提供了调用和访问网络上各种应用程序的接口,并向用户提供各种标准的应用程序及相应的协议 4.应用层 TCP / IP 与各种物理网络的接口称为网络接口层,负责接收从网际层送来的 IP 数据报,并将 IP 数据报通过底层物理网络发送出去 1.网络接口层 10 二、IP 协议 A 类地址第一字节十进制取值范围为 0~127 A 类地址 C 类地址第一字节十进制取值范围为 192~223 C 类地址 D类地址第一字节十进制取值范围为 224 ~ 239 D 类地址 E类地址第一字节十进制取值范围为240~255 E 类地址 B类地址第一字节十进制取值范围为128 ~ 191 B 类地址 IP 地址 IP 地址的分类 IPv4 数据报格式 IP 地址结构 11 二、IP 协议 采用子网编址可以将同一类(如同一单位)的主机划分为一个子网,以便管理。 应用子网编址的 IP 地址由 3 部分构成,分别为网络号、子网号和主机号(其中,子网号来自原来的 IP 地址中主机号的前若干位)。 子网掩码同 IP 地址一样是由 4 字节二进制数组成的,它区别于 IP 地址中的网络号与主机号,当 TCP / IP 网络上的主机相互通信时,就可利用子网掩码得知这些主机是否在相同的网络区段内。 在子网掩码中,二进制位为 1 的部分表示网络编号,二进制位为 0 的部分表示主机编号。 在分配 IPv4 地址时,同时也指定一个子网掩码。在判断网络地址时,使用 IP 地址和子网掩码进行一个逻辑与运算,计算出该 IP 地址中的网络地址。 网络地址计算过程 划分子网后 IP 地址结构变化 子网技术 12 二、IP 协议 路由协议是一种指定数据包传输方式的网上协议。 路由协议决定数据包在网络上的传输路径。 路由是指由路由器把一个数据包从一个设备发送到不同网络里的另一个设备上。路由协议分为路由传输协议和路由选择协议两大类。 路由传输协议沿着已选定路径传送数据包；路由选择协议使用一定的路由算法找出到达目标主机或网络的最佳路径。 路由表是指路由器或其他互联网网络设备上存储的表。路由器的主要工作就是,为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传输路径,并将该数据有效地传送到目的站点。路由表可分为静态路由表和动态路由表。 在 IP 数据包传送的过程中,沿途所经每个路由器必须能为 IP 数据包选择正确的路径,才能让 IP 数据包顺利到达目的地。 IP 路由 IP 数据包的路由选择过程 13 二、IP 协议 IPv6 使用了新的协议头格式,报文头由基本的固定头部和扩展头部组成。 IPv4 和 IPv6 将会共存相当长的时间,因此 IETF(国际互联网工程任务组)研究了3 种过渡技术,用以完成 IPv4 到 IPv6 的过渡。 这三种过渡技术为隧道技术、网络地址转换/ 协议转换技术和双协议栈技术。 隧道技术就是将一种协议的数据报封装到另一种协议中的技术。 网络地址转换/ 协议转换技术可以实现纯 IPv6 节点和纯 IPv4 节点间的通信。 双协议栈技术是指在一个节点中同时运行 IPv4 和 IPv6 两个协议栈。 IPv6 IPv6 的包头结构 IPv6 基本头部格式 14 三、用户数据报协议 UDP 常用的端口号 UDP 的数据报报文封装格式 UDP 的数据报格式 用户数据报协议(UDP)是最简单的传输层协议,它和 IP 协议一样提供面向无连接的、不可靠的数据报传输服务。 与 IP 协议不同的是,UDP 协议提供了协议端口号,以保证进程间的通信。 UDP 产生的数据包称为用户数据报。 虽然有时端口号匹配,但如果相应端口的缓冲区已满,那么 UDP 也会抛弃该数据报,且UDP 传输数据报时没有确认和重传机制。 15 2 1 3 6 4 5 四、传输控制协议 TCP 提供了一个流接口,应用程序可以利用它发送一个连续的字节流 流接口 TCP 提供的是面向连接的服务,一个应用程序在通信前,需通过 TCP 先请求一个到目的节点的连接,然后使用这个连接来传输数据报 面向连接 应用程序打开一个连接,传输完数据就请求终止连接 完美的连接终止 TCP 要求当两个应用创建一个连接时,两端必须使用这个新的连接 可靠的连接建立 每个 TCP 连接是两个端点间的点到点的通信 点对点通信 TCP 能确保一个连接传输数据后,不会发生数据的丢失或乱序 传输可靠性 7 TCP 允许数据以全双工的方式进行通信,并允许应用程序在任意时刻发送数据 全双工通信 传输控制协议(TCP)是一个面向连接的协议,提供有序的、可靠的、全双工的虚电路传输服务。 它通过采用认证、重传机制等方式确保数据的可靠传输,为应用程序提供完整的传输层服务。 16 四、传输控制协议 TCP 的段格式 由于 TCP 是应用于大数据量传输的情况,因此需要将长数据流分段。 TCP 的段格式包括头部与数据。 TCP 是通过牺牲传输速度(需要进行连接建立、等待确认和连接释放)来提高可靠性的,因此其格式比 UDP 格式复杂。 TCP 是面向连接的控制协议,即在传输数据前要建立逻辑连接,数据传输结束后还需要释放连接。 这种建立、维护和释放连接的过程,就是连接管理。 TCP 三次握手建立连接过程 17 四、传输控制协议 是两个通信对象之间的传输流量控制 TCP 协议中的流量控制 在网络传输中,报文还需要中间节点(一般为路由器)的转发,如果路由器的处理能力不足,就可能导致报文的丢失或延迟,这种现象称作网络拥塞。 TCP 协议中的网络拥塞控制也采用“窗口”控制方法 TCP 协议中的拥塞控制 18 感谢您的观看指导 19 $$