1、1第第6章章 關(guān)于關(guān)于TCPIP體系結(jié)構(gòu)各層的實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)各層的實(shí)現(xiàn)2本章內(nèi)容n6.1 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)n6.2 網(wǎng)絡(luò)軟件與協(xié)議棧n6.3 物理層的實(shí)現(xiàn)n6.4 數(shù)據(jù)鏈路層的實(shí)現(xiàn)n6.5 網(wǎng)絡(luò)層的實(shí)現(xiàn)n6.6 傳輸層的實(shí)現(xiàn)n6.7 應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)36.1 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)n什么是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)？使網(wǎng)絡(luò)上各計(jì)算機(jī)能方便而有效地共享網(wǎng)絡(luò)資源，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供所需的通信和各種其他服務(wù)的軟件和有關(guān)規(guī)程的集合。6.1.1 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)操作操作概述概述n在網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)由于各機(jī)器的硬件特性、數(shù)據(jù)表示格式及其他方面要求的不同，為了能正確進(jìn)行互相通信并相互理解通信內(nèi)容，相互之間有許多約定或規(guī)程。n20世紀(jì)90年代初

2、期，Novell公司的Netware。n基本任務(wù)進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、文件系統(tǒng)、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)通信、共享資源管理、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、應(yīng)用互操作。46.1.2 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的分類分類n按照其發(fā)展歷程對等結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)向非對等結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)演變。Web、FTP、電子郵件應(yīng)用反向轉(zhuǎn)變，即時(shí)通信軟件和P2P的影響。n網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的底層協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)通常分為硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn)兩部分。以PC機(jī)為例，其中，TCP/IP協(xié)議棧中最底層的網(wǎng)絡(luò)接口層通常是以硬件形式在網(wǎng)卡中實(shí)現(xiàn)的，而TCP/IP協(xié)議棧的傳輸層、互聯(lián)網(wǎng)層的實(shí)現(xiàn)通常是以網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件模塊的形式存在，TCP/IP協(xié)議棧的應(yīng)用

3、層則以獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的形式存在，它遵循相應(yīng)應(yīng)用層協(xié)議的約定，并通過調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧接口的方式接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。56.2 網(wǎng)絡(luò)軟件與協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)軟件與協(xié)議棧n所有的網(wǎng)絡(luò)軟件，要想正確的實(shí)現(xiàn)通信雙方的數(shù)據(jù)交換，就必須遵守相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的約定。我們經(jīng)常會(huì)用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的名字來泛指所有實(shí)現(xiàn)該協(xié)議功能的軟件，如FTP軟件、Telnet軟件等。66.2.1 協(xié)議協(xié)議層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)n不同機(jī)器上構(gòu)成相應(yīng)層次的實(shí)體稱為對等體對等體（peer）。它可能是軟件過程或硬件設(shè)備。一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的第n層與另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的第n層進(jìn)行對話，該對話所使用的規(guī)則和約定就稱為第n層協(xié)議。76.2.1 協(xié)議層次結(jié)構(gòu)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)

4、n實(shí)際上，數(shù)據(jù)并不是從一臺(tái)主機(jī)的第n層直接傳遞到另一臺(tái)主機(jī)的第n層，而是先在發(fā)送端的主機(jī)上將數(shù)據(jù)通過每一層傳遞給它的下一層，直到傳遞到最底層。目標(biāo)主機(jī)則相反流程。n第3層中的對等進(jìn)程在概念上可以認(rèn)為它們的通信是“水平的”，它們都使用了第3層協(xié)議。每一個(gè)對等進(jìn)程可能都有一個(gè)類似于SendToOtherSide和GetFromOtherSide這樣的過程，但這些過程實(shí)際上是通過層之間的接口與底層進(jìn)行通信，并不是直接與另一端進(jìn)行通信的。86.2.2 服務(wù)原語服務(wù)原語n一個(gè)服務(wù)由一組原語原語（primitive）正式說明。原語告訴服務(wù)要執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作，或者將對等實(shí)體所執(zhí)行的動(dòng)作報(bào)告給用戶。9面向連接服務(wù)

5、提供的6個(gè)服務(wù)原語6.2.2 服務(wù)原語服務(wù)原語n這些原語在客戶機(jī)服務(wù)器環(huán)境中可用來實(shí)現(xiàn)“請求應(yīng)答”式的應(yīng)用。106.2.3 服務(wù)與協(xié)議的服務(wù)與協(xié)議的關(guān)系關(guān)系n服務(wù)和協(xié)議是兩個(gè)截然不同的概念。服務(wù)是指某一層向它的上一層提供的一組原語。協(xié)議是一組規(guī)則，它規(guī)定了同一層上對等實(shí)體之間所交換的數(shù)據(jù)包或報(bào)文的格式和含義。116.3 物理層的物理層的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)n物理層通過硬件方式實(shí)現(xiàn)。n網(wǎng)卡同時(shí)工作于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。在物理層的實(shí)現(xiàn)上，網(wǎng)卡負(fù)責(zé)與傳輸介質(zhì)物理連接，把計(jì)算機(jī)產(chǎn)生、要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?。n中繼器是模擬設(shè)備，主要用來處理自己所連的線纜上的信號。在一段線纜上出現(xiàn)的信號被清理、

6、放大，然后再被放到另一段線纜上。中繼器并不理解幀、分組，它們只知道把比特編碼成電壓的符號。n集線器有許多條輸入線路，它將這些輸入線路連接在一起。從任何一條線路上到達(dá)的幀都被發(fā)送到所有其他的線路上。如果兩幀同時(shí)到達(dá)，它們就會(huì)沖突，就好像它們在同一根同軸電纜上遇到后會(huì)發(fā)生碰撞一樣。連接到同一個(gè)集線器上的所有線路必須以同樣的速度運(yùn)行。集線器與中繼器不同，它們通常不會(huì)放大入境信號，并且前者有多條輸入線路，但兩者之間的差別不大，集線器也不會(huì)檢查數(shù)據(jù)鏈路層地址。126.4 數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)鏈路層的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)n數(shù)據(jù)鏈路層的具體實(shí)現(xiàn)以軟件為主、硬件為輔。具備數(shù)據(jù)鏈路層功能實(shí)現(xiàn)的硬件設(shè)備包括網(wǎng)卡、網(wǎng)橋和二層交換機(jī)

7、等。n數(shù)據(jù)鏈路層涉及的軟件主要有網(wǎng)橋和交換機(jī)中安裝的專用網(wǎng)絡(luò)互連操作系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)幀的發(fā)送與接收、封裝與拆封、數(shù)據(jù)差錯(cuò)檢查等工作，同時(shí)還承擔(dān)著對網(wǎng)橋和交換機(jī)的管理工作。專用網(wǎng)絡(luò)互連操作系統(tǒng)通常在網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備出廠時(shí)就已預(yù)裝好，其中部分功能由網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備中的固件或芯片實(shí)現(xiàn)。136.5 網(wǎng)絡(luò)層的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層的實(shí)現(xiàn)n網(wǎng)絡(luò)層通過軟件方式實(shí)現(xiàn)。具備網(wǎng)絡(luò)層功能實(shí)現(xiàn)的硬件設(shè)備主要有三層交換機(jī)和路由器等。n網(wǎng)絡(luò)層中的核心協(xié)議是IP協(xié)議（包括Ipv4協(xié)議和Ipv6協(xié)議），它保證了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和主機(jī)）在網(wǎng)絡(luò)層能夠按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議互相通信。n網(wǎng)絡(luò)層涉及的軟件主要有三層交換機(jī)、路由器中安裝的專用網(wǎng)絡(luò)互連操作系統(tǒng)中的網(wǎng)

8、絡(luò)層實(shí)現(xiàn)部分。它的主要功能是實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)報(bào)的正確轉(zhuǎn)發(fā)，以及各種路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。146.6 傳輸層的傳輸層的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)n傳輸層通過軟件方式實(shí)現(xiàn)。具備傳輸層功能實(shí)現(xiàn)的硬件設(shè)備主要有四層交換機(jī)等。n傳輸層的功能是在源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)之間提供端到端的、高效的數(shù)據(jù)傳輸功能。兩個(gè)主要的傳輸層協(xié)議是面向連接的TCP協(xié)議和無連接的UDP協(xié)議。n四層交換機(jī)不僅可以根據(jù)源地址或目的地址，還可以基于源端口或目的端口進(jìn)行數(shù)據(jù)包的過濾。n傳輸層涉及的軟件主要有四層交換機(jī)中安裝的專用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中的傳輸層實(shí)現(xiàn)部分。156.7 應(yīng)用層的應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)n應(yīng)用層通過軟件方式實(shí)現(xiàn)。具備應(yīng)用層功能實(shí)現(xiàn)的硬件設(shè)備主要有主機(jī)、七層交換機(jī)

9、等。n應(yīng)用層一般以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的形式存在。在應(yīng)用層中，我們可以找到所有與用戶直接交互的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。應(yīng)用層下面的各層只是提供了網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)，它們并不直接為用戶工作。166.7 應(yīng)用層的應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)n每一層所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)尋址方法、協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用范圍。17習(xí)題習(xí)題n試解釋什么是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，它與單機(jī)操作系統(tǒng)的區(qū)別。n試解釋網(wǎng)絡(luò)軟件和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議/協(xié)議棧之間的關(guān)系。n試解釋什么是服務(wù)原語？n試解釋服務(wù)與協(xié)議之間的關(guān)系。n假設(shè)實(shí)現(xiàn)第K層操作的算法發(fā)生了變化。試問這會(huì)影響到第K-1和第K+1層的操作嗎？n試分別列出TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中每層的具體實(shí)現(xiàn)中所涉及的主要硬件。18編程編程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)n開發(fā)一個(gè)支持半雙工分層通信軟件的C程序。實(shí)驗(yàn)中提供給你每一層的接口協(xié)