第二章計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)本章主要內(nèi)容網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念開放系統(tǒng)互連參考模型TCP/IP體系結(jié)構(gòu)計算機局域網(wǎng)協(xié)議1計算機網(wǎng)絡技術及應用第二章計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)本章主要內(nèi)容1計算機網(wǎng)絡技術及本章學習要點了解網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念；了解開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI七層模型)；了解TCP/IP體系結(jié)構(gòu)和TCP/IP協(xié)議；了解IEEE802系列局域網(wǎng)標準。2計算機網(wǎng)絡技術及應用本章學習要點了解網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念；2計算機網(wǎng)絡技術及應2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念1網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)

計算機網(wǎng)絡是一個復雜的系統(tǒng)。為了降低系統(tǒng)設計和實現(xiàn)的難度，把計算機網(wǎng)絡要實現(xiàn)的功能進行結(jié)構(gòu)化和模塊化的設計，將整體功能分為幾個相對獨立的子功能層次，各個功能層次間進行有機的連接，下層為其上一層提供必要的功能服務。這種層次結(jié)構(gòu)的設計稱為網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)模型。3計算機網(wǎng)絡技術及應用2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念1網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)3計2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)模型包含兩個方面的內(nèi)容：一是將網(wǎng)絡功能分解到若干層次，在每一個功能層次中，通信雙方共同遵守該層次的約定和規(guī)程，這些約定和規(guī)程稱為同層協(xié)議；二是層次之間逐層過渡，上一層向下一層提出服務要求，下一層完成上一層提出的要求。上一層必須做好進入下一層的準備工作，這種兩個相鄰層次之間要完成的過渡條件，叫做接口協(xié)議。接口協(xié)議可以通過硬件實現(xiàn)，也可以采用軟件實現(xiàn)，網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)模型的好處是：各層之間相互獨立，各層實現(xiàn)技術的改變不影響其他層，易于實現(xiàn)和維護，有利于促進標準化，為計算機網(wǎng)絡協(xié)議的設計和實現(xiàn)提供了很大方便。4計算機網(wǎng)絡技術及應用2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)模型包含兩個方2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念2網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡中的兩個實體要實現(xiàn)通信，它們必須具有相同的語言，交流什么、怎樣交流及何時交流等必須遵守有關實體間某些相互都能接受的一些規(guī)則，這些規(guī)則的集合稱為協(xié)議。為進行網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定即為網(wǎng)絡協(xié)議。網(wǎng)絡協(xié)議一般由語法、語義和時序三要素組成。語法包括數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式；語義包括用于協(xié)調(diào)同步和差錯處理的控制信息；時序包括速度匹配和事件實現(xiàn)順序的詳細說明。

5計算機網(wǎng)絡技術及應用2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念2網(wǎng)絡協(xié)議5計算機網(wǎng)2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念3網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)

計算機網(wǎng)絡的層次及各層協(xié)議的集合，即是網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)。具體地說，網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)是關于計算機網(wǎng)絡應設置哪幾層，每個層次又應提供哪些功能的精確定義。

網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)只是從層次結(jié)構(gòu)及功能上來描述計算機網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)，并不涉及每一層硬件和軟件的組成，更不涉及這些硬件和軟件本身的實現(xiàn)問題。由此可見，網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)是抽象的、是存在于書面上的對精確定義的描述。

6計算機網(wǎng)絡技術及應用2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念3網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)6計算機2.2開放系統(tǒng)互連參考模型

1開放系統(tǒng)互連參考模型的形成

為了使不同體系結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡都能互連，國際標準化組織ISO于1983年提出了一個試圖使各種計算機在世界范圍內(nèi)互連成網(wǎng)的標準框架，即著名的開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI/RM，OpenSystemInterconnection/ReferenceModel），簡稱為OSI。“開放”是指：只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標準的其他任何系統(tǒng)進行通信。“系統(tǒng)”是指：在現(xiàn)實的系統(tǒng)中與互連有關的各部分。

7計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型1開放系統(tǒng)互連參考模型的2.2開放系統(tǒng)互連參考模型2OSI參考模型層次劃分的原則網(wǎng)絡中所有節(jié)點都劃分為相同的層次結(jié)構(gòu)，每個相同的層次都有相同的功能。同一節(jié)點內(nèi)各相鄰層次之間通過接口協(xié)議進行通信。每一層使用下一層提供的服務，并向它的上層提供服務。不同節(jié)點的同等層按照協(xié)議實現(xiàn)同等層之間的通信。8計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型2OSI參考模型層次劃分的2.2開放系統(tǒng)互連參考模型3OSI參考模型的七層結(jié)構(gòu)

9計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型3OSI參考模型的七層結(jié)構(gòu)2.2開放系統(tǒng)互連參考模型4OSI參考模型的信息流動

10計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型4OSI參考模型的信息流動2.2開放系統(tǒng)互連參考模型5OSI參考模型各層功能

物理層（PhysicalLayer）

物理層是OSI參考模型的最低層，它建立在傳輸介質(zhì)上，利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，主要任務是在通信線路上傳輸數(shù)據(jù)比特流。傳送數(shù)據(jù)的單位為bit。

物理層的主要功能是在物理介質(zhì)上傳輸二進制數(shù)據(jù)比特流；提供為建立、維護和拆除物理連接所需的機械、電氣和規(guī)程方面的特性。

11計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型5OSI參考模型各層功能2.2開放系統(tǒng)互連參考模型數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）

在物理層傳送的比特流的基礎上，數(shù)據(jù)鏈路層負責建立相鄰節(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈路，提供節(jié)點之間的可靠的數(shù)據(jù)傳輸。這一層將接收到的二進制數(shù)據(jù)流封裝成幀（包含目的地址、源地址、數(shù)據(jù)段以及其他控制信息），然后按順序傳輸幀，并負責處理接收端發(fā)回的確認幀的信息。另外，數(shù)據(jù)鏈路層還具有流量控制和檢錯功能。12計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型數(shù)據(jù)鏈路層（DataLink2.2開放系統(tǒng)互連參考模型網(wǎng)絡層（NetworkLayer）

數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡層被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)分組，然后通過路徑選擇、流量、差錯、順序、進/出路由等控制，將數(shù)據(jù)從物理連接的一端傳送到另一端，并負責點到點之間通信聯(lián)系的建立、維護和結(jié)束。它通過執(zhí)行路由算法，為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當?shù)穆窂?，還要執(zhí)行擁塞控制與網(wǎng)絡互連等功能，是OSI參考模型中最復雜的一層。13計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型網(wǎng)絡層（NetworkLay2.2開放系統(tǒng)互連參考模型傳輸層（TransportLayer）

傳輸層是面向應用的高層和與網(wǎng)絡有關的低層協(xié)議之間的接口，其下三層與數(shù)據(jù)傳輸有關，其上三層與應用有關。傳輸層提供在不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸服務。在網(wǎng)內(nèi)兩實體間建立端到端通信信道，提供兩端點之間的可靠、透明數(shù)據(jù)傳輸；執(zhí)行端到端差錯檢測和恢復，順序控制和流量控制功能，并管理多路復用。

14計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型傳輸層（TransportL2.2開放系統(tǒng)互連參考模型會話層（SessionLayer）

會話層負責控制每一網(wǎng)絡節(jié)點究竟什么時間可以傳送與接收數(shù)據(jù)，為不同用戶提供建立會話關系，并對會話進行有效管理。例如，當許多用戶同時收發(fā)信息時，該層主要控制、決定何時發(fā)送或接收信息，才不會有“碰撞”發(fā)生。15計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型會話層（SessionLay2.2開放系統(tǒng)互連參考模型表示層（PresentationLayer）

表示層是為了在不同系統(tǒng)之間的不同信息表示能夠相互理解對方數(shù)據(jù)的含義以便進行通信而設置的，它負責將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為發(fā)送方和接收方都能識別的格式。另外，表示層還負責諸如數(shù)據(jù)壓縮和恢復、加密和解密等服務。

16計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型表示層（Presentatio2.2開放系統(tǒng)互連參考模型應用層（ApplicationLayer）

應用層是OSI參考模型的最高層，它與用戶直接聯(lián)系，負責網(wǎng)絡中應用程序與網(wǎng)絡操作系統(tǒng)之間的聯(lián)系。包括建立與結(jié)束使用者之間的聯(lián)系，監(jiān)督并且管理相互連接起來的應用系統(tǒng)以及所使用的應用資源。例如為用戶提供各種服務，包括文件傳輸、遠程登錄、電子郵件及網(wǎng)絡管理等。17計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型應用層（Application2.2開放系統(tǒng)互連參考模型在OSI七層模型中，每一層都提供一個特殊的網(wǎng)絡功能。從功能的角度觀察，下面四層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層和傳輸層）主要提供數(shù)據(jù)傳輸功能，以節(jié)點到節(jié)點之間的通信為主；上面三層（會話層、表示層和應用層）則以提供使用者與應用程序之間的處理功能為主。也就是說，下面四層屬于通信功能，上面三層屬于處理功能。從網(wǎng)絡產(chǎn)品的角度觀察，對于局域網(wǎng)來說，最下面三層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層）直接做在網(wǎng)卡上，其余的四層則由網(wǎng)絡操作系統(tǒng)來控制。

18計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型在OSI七層模型中，每一層2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型試圖達到一種理想境界，即全世界的計算機網(wǎng)絡都遵循這統(tǒng)一的標準，所有的計算機都能方便的互連和交換數(shù)據(jù)，然而由于OSI標準制定周期長、協(xié)議實現(xiàn)過分復雜及OSI的層次劃分不太合理等原因。當?shù)搅?0世紀90年代初期，雖然整套的OSI標準都已制定出來，但當時的Internet在全世界的范圍形成規(guī)模，因此網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)得到廣泛應用的并不是國際標準的OSI，而是應用在Internet上的非國際標準的TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）體系結(jié)構(gòu)。19計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型試圖達到一種理2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1TCP/IP與OSI體系結(jié)構(gòu)的對照關系20計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1TCP/IP與OSI體2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2TCP/IP參考模型各層功能主機至網(wǎng)絡層

主機至網(wǎng)絡層（網(wǎng)絡接口層）是TCP/IP模型的最低層。它負責網(wǎng)際層與硬件設備間的聯(lián)系，指出主機必須使用某種協(xié)議與網(wǎng)絡相連。網(wǎng)際層

它是整個體系結(jié)構(gòu)的關鍵部分，網(wǎng)際層的功能就是把IP分組發(fā)送到它應該去的地方，分組路由和避免擁塞是網(wǎng)際層主要解決的問題。網(wǎng)際層使用的主要協(xié)議是IP協(xié)議。

21計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2TCP/IP參考模型各層2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)傳輸層

傳輸層解決的是“端到端”的通信問題。它的功能是使源端和目的端主機上的對等實體可以進行會話，和OSI的傳輸層一樣，傳輸層定義了兩個端到端的協(xié)議。第一個是傳輸控制協(xié)議TCP，它是一個面向連接的協(xié)議，允許從一臺機器發(fā)出的字節(jié)流無差錯地發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其他機器。第二個協(xié)議是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP，它是一個不可靠的、無連接協(xié)議。22計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)傳輸層22計算機網(wǎng)絡技術及應2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)應用層應用層提供一組常用的應用程序給用戶，應用程序和傳輸層協(xié)議相配合，完成發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。每個應用程序都有自己的數(shù)據(jù)格式，它可以是一系列報文或字節(jié)流，但不管采用哪種格式，都要將數(shù)據(jù)傳送給傳輸層以便交換。應用層包含所有的高層協(xié)議，如文件傳輸協(xié)議FTP、電子郵件協(xié)議SMTP、超文本傳輸協(xié)議HTTP等。23計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)應用層23計算機網(wǎng)絡技術及應用補：TCP/IP協(xié)議TCP/IP協(xié)議，它源于ARPANET網(wǎng)，現(xiàn)在已成為Internet的通信協(xié)議。TCP/IP協(xié)議成功地解決了不同網(wǎng)絡之間難以互連的問題，實現(xiàn)了異構(gòu)網(wǎng)的互連。TCP/IP協(xié)議簇與TCP/IP分層結(jié)構(gòu)的對應關系。24計算機網(wǎng)絡技術及應用補：TCP/IP協(xié)議TCP/IP協(xié)議，它源于ARPANET網(wǎng)補：TCP/IP協(xié)議1路由選擇協(xié)議（處理數(shù)據(jù)尋址并決定抵達目的地的最佳路徑）IP(InternetProtocol)網(wǎng)際協(xié)議。負責數(shù)據(jù)報的傳輸、尋徑以及差錯處理。ICMP(InternetControlMessageProtocol)網(wǎng)際控制報文協(xié)議。在IP數(shù)據(jù)報傳輸系統(tǒng)中，IP網(wǎng)關完成尋徑和報文傳輸工作，當中間網(wǎng)關發(fā)現(xiàn)傳輸錯誤時，立即向信源機發(fā)送ICMP報文，報告出錯情況，以便信源機采取相應糾正措施。ARP(AddressResolutionProtocol)地址解析協(xié)議。負責實現(xiàn)從IP地址到物理地址的映射。RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)逆向地址解析協(xié)議。負責實現(xiàn)從物理地址到IP地址的映射。25計算機網(wǎng)絡技術及應用補：TCP/IP協(xié)議1路由選擇協(xié)議（處理數(shù)據(jù)尋址并決定抵達補：TCP/IP協(xié)議2傳輸協(xié)議（控制兩臺計算機間的數(shù)據(jù)傳輸）TCP（TransmissionControlProtocol）傳輸控制協(xié)議。是一個基于連接的服務，意味著發(fā)送端和接收端先建立連接，再發(fā)送數(shù)據(jù)。UDP（UserDatagramProtocol）用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議。是一個無連接的服務。一般情況下，UDP與TCP共存于一個網(wǎng)絡中，TCP提供可靠的連接服務，UDP提供高效率無連接服務。26計算機網(wǎng)絡技術及應用補：TCP/IP協(xié)議2傳輸協(xié)議（控制兩臺計算機間的數(shù)據(jù)傳輸補：TCP/IP協(xié)議3用戶服務協(xié)議（用戶可以使用的實用程序）FTP（FileTransferProtocol）文件傳輸協(xié)議。實現(xiàn)將文件從一臺計算機傳輸?shù)搅硪慌_計算機。Telnet遠程登錄協(xié)議。允許用戶在本地計算機上對遠程計算機進行登錄，可使本地計算機上鍵盤輸入逐鍵傳到遠地機，同時將遠地機上輸出回送給本地計算機。DNS（DomainNameServer）域名解析系統(tǒng)。主要負責將域名解析成網(wǎng)絡可以識別的IP地址。SMTP（SimpleMailTransferProtocol)簡單郵件傳輸協(xié)議。是一種提供可靠且有效電子郵件傳輸?shù)膮f(xié)議。主要用于傳輸系統(tǒng)之間的郵件信息并提供來信有關的通知。27計算機網(wǎng)絡技術及應用補：TCP/IP協(xié)議3用戶服務協(xié)議（用戶可以使用的實用程序2.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議

從總體上看，局域網(wǎng)協(xié)議較為簡單，一般僅有二層或三層。物理層與OSI定義的類似，國際標準化組織已經(jīng)對物理介質(zhì)、附屬設備和層間接口做了定義說明。由于局域網(wǎng)多采用廣播通信技術，需要很好地解決信道爭用問題，故數(shù)據(jù)鏈路層的一些細節(jié)問題與OSI定義的不同。OSI的網(wǎng)絡層主要解決路徑選擇問題，而局域網(wǎng)沒有路由問題，一個節(jié)點發(fā)出的信息其他節(jié)點都可以收到，所以局域網(wǎng)一般不設該層，OSI網(wǎng)絡層的其他功能合并到數(shù)據(jù)鏈路層。對于第四到第七層，局域網(wǎng)系統(tǒng)沒有明確的定義，故高層仍用OSI的協(xié)議標準，多把其他高層作為一層來處理。28計算機網(wǎng)絡技術及應用2.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議從總體上看，局域網(wǎng)協(xié)議較為簡單，2.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議1IEEE802標準簡介

在ISO/OSI參考模型中，其低三層協(xié)議是依賴具體網(wǎng)絡的，計算機局域網(wǎng)是一種具體的網(wǎng)絡，共享信道是它的特性。遵循ISO/OSI參考模型的原則，IEEE802系列標準協(xié)議主要解決局域網(wǎng)低三層的功能，其對應的LAN/RM如下圖所示。網(wǎng)際層LLC子層MAC子層物理層29計算機網(wǎng)絡技術及應用2.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議1IEEE802標準簡介292.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議IEEE802標準的物理層處理機械、電氣、功能和規(guī)程等方面的特性，其功能主要有：對信號的編碼和譯碼、生成和去掉用于同步的前導碼以及發(fā)送和接收比特流，提供建立、維護和斷開物理連接的物理實施。IEEE802標準不單獨設立網(wǎng)絡層。但考慮到多個IEEE802局域網(wǎng)需要互連，IEEE802在LLC之上設立了網(wǎng)際層。30計算機網(wǎng)絡技術及應用2.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議IEEE802標準的物理層處理機械2.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議在ISO/OSI參考模型中，數(shù)據(jù)鏈路層的功能簡單，它只負責把數(shù)據(jù)從一個節(jié)點可靠地傳輸?shù)较噜彽墓?jié)點。但在局域網(wǎng)中，多個站點共享傳輸介質(zhì)，在節(jié)點間傳輸數(shù)據(jù)之前必須首先解決由哪個設備使用傳輸介質(zhì)，因此數(shù)據(jù)鏈路層要有介質(zhì)訪問控制功能。由于介質(zhì)的多樣性，所以必須提供多種介質(zhì)訪問控制方法。為此IEEE802標準把數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個子層：邏輯鏈路控制（LLC）子層和介質(zhì)訪問控制（MAC）子層。LLC子層負責向網(wǎng)際層提供服務，它提供的主要功能是尋址、差錯控制和流量控制等；MAC子層的主要功能是控制對傳輸介質(zhì)的訪問，不同類型的LAN，需要采用不同的控制法，并且在發(fā)送數(shù)據(jù)時負責把數(shù)據(jù)組裝成帶有地址和差錯校驗段的幀，在接收數(shù)據(jù)時負責把幀拆封，執(zhí)行地址識別和差錯校驗。31計算機網(wǎng)絡技術及應用2.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議在ISO/OSI參考模型中，數(shù)據(jù)鏈2.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議2IEEE802標準系列

對于使用不同傳輸介質(zhì)的不同局域網(wǎng)，IEEE局域網(wǎng)標準委員會分別制定了不同的標準，適用于不同的網(wǎng)絡環(huán)境，這些標準如下表所示。32計算機網(wǎng)絡技術及應用2.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議2IEEE802標準系列322.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議3IEEE802標準與OSI參考模型之間的關系33計算機網(wǎng)絡技術及應用2.4計算機局域網(wǎng)協(xié)議3IEEE802標準與OSI參第二章計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)本章主要內(nèi)容網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念開放系統(tǒng)互連參考模型TCP/IP體系結(jié)構(gòu)計算機局域網(wǎng)協(xié)議34計算機網(wǎng)絡技術及應用第二章計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)本章主要內(nèi)容1計算機網(wǎng)絡技術及本章學習要點了解網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念；了解開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI七層模型)；了解TCP/IP體系結(jié)構(gòu)和TCP/IP協(xié)議；了解IEEE802系列局域網(wǎng)標準。35計算機網(wǎng)絡技術及應用本章學習要點了解網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念；2計算機網(wǎng)絡技術及應2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念1網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)

計算機網(wǎng)絡是一個復雜的系統(tǒng)。為了降低系統(tǒng)設計和實現(xiàn)的難度，把計算機網(wǎng)絡要實現(xiàn)的功能進行結(jié)構(gòu)化和模塊化的設計，將整體功能分為幾個相對獨立的子功能層次，各個功能層次間進行有機的連接，下層為其上一層提供必要的功能服務。這種層次結(jié)構(gòu)的設計稱為網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)模型。36計算機網(wǎng)絡技術及應用2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念1網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)3計2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)模型包含兩個方面的內(nèi)容：一是將網(wǎng)絡功能分解到若干層次，在每一個功能層次中，通信雙方共同遵守該層次的約定和規(guī)程，這些約定和規(guī)程稱為同層協(xié)議；二是層次之間逐層過渡，上一層向下一層提出服務要求，下一層完成上一層提出的要求。上一層必須做好進入下一層的準備工作，這種兩個相鄰層次之間要完成的過渡條件，叫做接口協(xié)議。接口協(xié)議可以通過硬件實現(xiàn)，也可以采用軟件實現(xiàn)，網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)模型的好處是：各層之間相互獨立，各層實現(xiàn)技術的改變不影響其他層，易于實現(xiàn)和維護，有利于促進標準化，為計算機網(wǎng)絡協(xié)議的設計和實現(xiàn)提供了很大方便。37計算機網(wǎng)絡技術及應用2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)模型包含兩個方2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念2網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡中的兩個實體要實現(xiàn)通信，它們必須具有相同的語言，交流什么、怎樣交流及何時交流等必須遵守有關實體間某些相互都能接受的一些規(guī)則，這些規(guī)則的集合稱為協(xié)議。為進行網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定即為網(wǎng)絡協(xié)議。網(wǎng)絡協(xié)議一般由語法、語義和時序三要素組成。語法包括數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式；語義包括用于協(xié)調(diào)同步和差錯處理的控制信息；時序包括速度匹配和事件實現(xiàn)順序的詳細說明。

38計算機網(wǎng)絡技術及應用2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念2網(wǎng)絡協(xié)議5計算機網(wǎng)2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念3網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)

計算機網(wǎng)絡的層次及各層協(xié)議的集合，即是網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)。具體地說，網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)是關于計算機網(wǎng)絡應設置哪幾層，每個層次又應提供哪些功能的精確定義。

網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)只是從層次結(jié)構(gòu)及功能上來描述計算機網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)，并不涉及每一層硬件和軟件的組成，更不涉及這些硬件和軟件本身的實現(xiàn)問題。由此可見，網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)是抽象的、是存在于書面上的對精確定義的描述。

39計算機網(wǎng)絡技術及應用2.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基本概念3網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)6計算機2.2開放系統(tǒng)互連參考模型

1開放系統(tǒng)互連參考模型的形成

為了使不同體系結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡都能互連，國際標準化組織ISO于1983年提出了一個試圖使各種計算機在世界范圍內(nèi)互連成網(wǎng)的標準框架，即著名的開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI/RM，OpenSystemInterconnection/ReferenceModel），簡稱為OSI?！伴_放”是指：只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標準的其他任何系統(tǒng)進行通信。“系統(tǒng)”是指：在現(xiàn)實的系統(tǒng)中與互連有關的各部分。

40計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型1開放系統(tǒng)互連參考模型的2.2開放系統(tǒng)互連參考模型2OSI參考模型層次劃分的原則網(wǎng)絡中所有節(jié)點都劃分為相同的層次結(jié)構(gòu)，每個相同的層次都有相同的功能。同一節(jié)點內(nèi)各相鄰層次之間通過接口協(xié)議進行通信。每一層使用下一層提供的服務，并向它的上層提供服務。不同節(jié)點的同等層按照協(xié)議實現(xiàn)同等層之間的通信。41計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型2OSI參考模型層次劃分的2.2開放系統(tǒng)互連參考模型3OSI參考模型的七層結(jié)構(gòu)

42計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型3OSI參考模型的七層結(jié)構(gòu)2.2開放系統(tǒng)互連參考模型4OSI參考模型的信息流動

43計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型4OSI參考模型的信息流動2.2開放系統(tǒng)互連參考模型5OSI參考模型各層功能

物理層（PhysicalLayer）

物理層是OSI參考模型的最低層，它建立在傳輸介質(zhì)上，利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，主要任務是在通信線路上傳輸數(shù)據(jù)比特流。傳送數(shù)據(jù)的單位為bit。

物理層的主要功能是在物理介質(zhì)上傳輸二進制數(shù)據(jù)比特流；提供為建立、維護和拆除物理連接所需的機械、電氣和規(guī)程方面的特性。

44計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型5OSI參考模型各層功能2.2開放系統(tǒng)互連參考模型數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）

在物理層傳送的比特流的基礎上，數(shù)據(jù)鏈路層負責建立相鄰節(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈路，提供節(jié)點之間的可靠的數(shù)據(jù)傳輸。這一層將接收到的二進制數(shù)據(jù)流封裝成幀（包含目的地址、源地址、數(shù)據(jù)段以及其他控制信息），然后按順序傳輸幀，并負責處理接收端發(fā)回的確認幀的信息。另外，數(shù)據(jù)鏈路層還具有流量控制和檢錯功能。45計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型數(shù)據(jù)鏈路層（DataLink2.2開放系統(tǒng)互連參考模型網(wǎng)絡層（NetworkLayer）

數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡層被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)分組，然后通過路徑選擇、流量、差錯、順序、進/出路由等控制，將數(shù)據(jù)從物理連接的一端傳送到另一端，并負責點到點之間通信聯(lián)系的建立、維護和結(jié)束。它通過執(zhí)行路由算法，為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當?shù)穆窂剑€要執(zhí)行擁塞控制與網(wǎng)絡互連等功能，是OSI參考模型中最復雜的一層。46計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型網(wǎng)絡層（NetworkLay2.2開放系統(tǒng)互連參考模型傳輸層（TransportLayer）

傳輸層是面向應用的高層和與網(wǎng)絡有關的低層協(xié)議之間的接口，其下三層與數(shù)據(jù)傳輸有關，其上三層與應用有關。傳輸層提供在不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸服務。在網(wǎng)內(nèi)兩實體間建立端到端通信信道，提供兩端點之間的可靠、透明數(shù)據(jù)傳輸；執(zhí)行端到端差錯檢測和恢復，順序控制和流量控制功能，并管理多路復用。

47計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型傳輸層（TransportL2.2開放系統(tǒng)互連參考模型會話層（SessionLayer）

會話層負責控制每一網(wǎng)絡節(jié)點究竟什么時間可以傳送與接收數(shù)據(jù)，為不同用戶提供建立會話關系，并對會話進行有效管理。例如，當許多用戶同時收發(fā)信息時，該層主要控制、決定何時發(fā)送或接收信息，才不會有“碰撞”發(fā)生。48計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型會話層（SessionLay2.2開放系統(tǒng)互連參考模型表示層（PresentationLayer）

表示層是為了在不同系統(tǒng)之間的不同信息表示能夠相互理解對方數(shù)據(jù)的含義以便進行通信而設置的，它負責將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為發(fā)送方和接收方都能識別的格式。另外，表示層還負責諸如數(shù)據(jù)壓縮和恢復、加密和解密等服務。

49計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型表示層（Presentatio2.2開放系統(tǒng)互連參考模型應用層（ApplicationLayer）

應用層是OSI參考模型的最高層，它與用戶直接聯(lián)系，負責網(wǎng)絡中應用程序與網(wǎng)絡操作系統(tǒng)之間的聯(lián)系。包括建立與結(jié)束使用者之間的聯(lián)系，監(jiān)督并且管理相互連接起來的應用系統(tǒng)以及所使用的應用資源。例如為用戶提供各種服務，包括文件傳輸、遠程登錄、電子郵件及網(wǎng)絡管理等。50計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型應用層（Application2.2開放系統(tǒng)互連參考模型在OSI七層模型中，每一層都提供一個特殊的網(wǎng)絡功能。從功能的角度觀察，下面四層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層和傳輸層）主要提供數(shù)據(jù)傳輸功能，以節(jié)點到節(jié)點之間的通信為主；上面三層（會話層、表示層和應用層）則以提供使用者與應用程序之間的處理功能為主。也就是說，下面四層屬于通信功能，上面三層屬于處理功能。從網(wǎng)絡產(chǎn)品的角度觀察，對于局域網(wǎng)來說，最下面三層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層）直接做在網(wǎng)卡上，其余的四層則由網(wǎng)絡操作系統(tǒng)來控制。

51計算機網(wǎng)絡技術及應用2.2開放系統(tǒng)互連參考模型在OSI七層模型中，每一層2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型試圖達到一種理想境界，即全世界的計算機網(wǎng)絡都遵循這統(tǒng)一的標準，所有的計算機都能方便的互連和交換數(shù)據(jù)，然而由于OSI標準制定周期長、協(xié)議實現(xiàn)過分復雜及OSI的層次劃分不太合理等原因。當?shù)搅?0世紀90年代初期，雖然整套的OSI標準都已制定出來，但當時的Internet在全世界的范圍形成規(guī)模，因此網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)得到廣泛應用的并不是國際標準的OSI，而是應用在Internet上的非國際標準的TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）體系結(jié)構(gòu)。52計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型試圖達到一種理2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1TCP/IP與OSI體系結(jié)構(gòu)的對照關系53計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1TCP/IP與OSI體2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2TCP/IP參考模型各層功能主機至網(wǎng)絡層

主機至網(wǎng)絡層（網(wǎng)絡接口層）是TCP/IP模型的最低層。它負責網(wǎng)際層與硬件設備間的聯(lián)系，指出主機必須使用某種協(xié)議與網(wǎng)絡相連。網(wǎng)際層

它是整個體系結(jié)構(gòu)的關鍵部分，網(wǎng)際層的功能就是把IP分組發(fā)送到它應該去的地方，分組路由和避免擁塞是網(wǎng)際層主要解決的問題。網(wǎng)際層使用的主要協(xié)議是IP協(xié)議。

54計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2TCP/IP參考模型各層2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)傳輸層

傳輸層解決的是“端到端”的通信問題。它的功能是使源端和目的端主機上的對等實體可以進行會話，和OSI的傳輸層一樣，傳輸層定義了兩個端到端的協(xié)議。第一個是傳輸控制協(xié)議TCP，它是一個面向連接的協(xié)議，允許從一臺機器發(fā)出的字節(jié)流無差錯地發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其他機器。第二個協(xié)議是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP，它是一個不可靠的、無連接協(xié)議。55計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)傳輸層22計算機網(wǎng)絡技術及應2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)應用層應用層提供一組常用的應用程序給用戶，應用程序和傳輸層協(xié)議相配合，完成發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。每個應用程序都有自己的數(shù)據(jù)格式，它可以是一系列報文或字節(jié)流，但不管采用哪種格式，都要將數(shù)據(jù)傳送給傳輸層以便交換。應用層包含所有的高層協(xié)議，如文件傳輸協(xié)議FTP、電子郵件協(xié)議SMTP、超文本傳輸協(xié)議HTTP等。56計算機網(wǎng)絡技術及應用2.3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)應用層23計算機網(wǎng)絡技術及應用補：TCP/IP協(xié)議TCP/IP協(xié)議，它源于ARPANET網(wǎng)，現(xiàn)在已成為Internet的通信協(xié)議。TCP/IP協(xié)議成功地解決了不同網(wǎng)絡之間難以互連的問題，實現(xiàn)了異構(gòu)網(wǎng)的互連。TCP/IP協(xié)議簇與TCP/IP分層結(jié)構(gòu)的對應關系。57計算機網(wǎng)絡技術及應用補：TCP/IP協(xié)議TCP/IP協(xié)議，它源于ARPANET網(wǎng)補：TCP/IP協(xié)議1路由選擇協(xié)議（處理數(shù)據(jù)尋址并決定抵達目的地的最佳路徑）IP(InternetProtocol)網(wǎng)際協(xié)議。負責數(shù)據(jù)報的傳輸、尋徑以及差錯處理。ICMP(InternetControlMessageProtocol)網(wǎng)際控制報文協(xié)議。在IP數(shù)據(jù)報傳輸系統(tǒng)中，IP網(wǎng)關完成尋徑和報文傳輸工作，當中間網(wǎng)關發(fā)現(xiàn)傳輸錯誤時，立即向信源機發(fā)送ICMP報文，報告出錯情況，以便信源機采取相應糾正措施。ARP(AddressResolutionProtocol)地址解析協(xié)議。負責實現(xiàn)從IP地址到物理地址的映射。RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)逆向地址解析協(xié)議。負責實現(xiàn)從物理地址到IP地址的映射。58計算機網(wǎng)絡技術及應用補：TCP/IP協(xié)議1路由選擇協(xié)議（處理數(shù)據(jù)尋址并決定抵達補：TCP/IP協(xié)議2傳輸協(xié)議（控制兩臺計算機間的數(shù)據(jù)傳輸）TCP（TransmissionControlProtocol）傳輸控制協(xié)議。是一個基于連接的服務，意味著發(fā)送端和接收端先建立連接，再發(fā)送數(shù)據(jù)。UDP（UserDatagramProtocol）用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議。是一個無連接的服務。一般情況下，UDP與TCP共存于一個網(wǎng)絡中，TCP提供可靠的連接服務，UDP提供高效率無連接服務。59計算機網(wǎng)絡技術及應用補：TCP/IP協(xié)議2傳輸協(xié)議（控制兩臺計算機間的數(shù)據(jù)傳輸補：TCP/IP協(xié)議3用戶服務協(xié)議（用戶可以使用的實用程序）FTP（FileTransferProtocol）文件傳輸協(xié)議。實現(xiàn)將文件從一臺計算機傳輸?shù)搅硪慌_計算機。Telnet遠程登錄協(xié)議。允許用戶在本地計算機上對遠程計算機進行登錄，可使本地計算機上鍵盤輸入逐鍵傳到遠地機，同時將遠地機上輸出回送給本地計算機。DNS（DomainNameServer）域名解析系統(tǒng)。主要負責將域名解析成網(wǎng)絡可以識