Ch-2NetworkmodelingToolsforUnderstanding,Describing,Analyzing11.IntroductionProtocolEntityPresentationApplicationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalNetworkDataLinkPhysicalPhysicalNetworkDataLinkPhysicalPhysicalPresentationApplicationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalOSIReferenceModel2IntroductionDedicatedModel協(xié)議、實體、數(shù)據(jù)單元、協(xié)議棧、層間接口、并發(fā)通信IPUDPTCPIPIPIPIPUDPTCPAppAppAppAppAppAppAppAppAppAppDLDLDLDLDLDLDLDLPhyPhyPhyPhyPhyPhyPhyPhyEndSystemEndSystemIntermediateSystemDU3IntroductionModelDescriptionsIPUDPTCPAppAppAppAppAppDLPhy協(xié)議實體描述層間接口描述并發(fā)通信描述DU數(shù)據(jù)單元描述協(xié)議交換描述協(xié)議棧結構描述4ProtocolEntityProtocolEntity(協(xié)議實體)一個設備中的某個層次內，通常都有不止一個協(xié)議在活動這些同層的協(xié)議都是獨立工作，相互間基本沒有關系實體對這種相互獨立工作的“元素”的抽象表示ISO的實體定義：系統(tǒng)中活動的元素一個實體通常代表了一個協(xié)議—“協(xié)議實體”實體對上層提供的通信功能稱為“服務(Service)”實體提供并發(fā)通信的能力用服務訪問點(SAP)表示MACIPv4IPv6ICMPICMP6ServiceAccessPointsLinkEntityNetworkEntities5TCPTCPProtocolEntityPeerEntity(對等實體)協(xié)議需要與對方的協(xié)議交換信息，實現(xiàn)特定的功能相互交換信息的一對(或多個)協(xié)議實體稱為對等實體對等實體處于相同層次、相同協(xié)議、相互交換信息UDPUDPIPIPMACMACLAPLAP對等實體TCP和對方TCP是對等實體UDP和對方UDP是對等實體TCP和對方UDP不是對等實體IP和對方IP是對等實體MAC和對方MAC是對等實體LAP和對方LAP是對等實體MAC和對方MAC不是對等實體6ProtocolEntity并發(fā)通信與SAP實體依靠自己為各個并發(fā)的通信賦予的ID來識別和處理來實現(xiàn)并發(fā)能力--SAP表現(xiàn)形式為ID值--對上層送下來的DU，實體根據(jù)SAP賦予DU相應ID值--對收到下層的DU，實體利用ID分發(fā)到對應的SAP上實體將每個SAP下的通信看作是一個獨立通信SAPs1234DUDUID信息13121234time軟硬件可實現(xiàn)性討論實體不必關心通信內容、從源頭開始利用ID值區(qū)分各個通信實體如何管理和操作多個SAP的通信？對兩個或多個SAP同時出現(xiàn)了DU發(fā)送，實體是如何操作的？DU到達7ProtocolEntity—上下層關聯(lián)關系與上層實體的關聯(lián)關系與上層的關聯(lián)表示了為上層實體提供通信服務的能力關聯(lián)關系實體可提供多個SAP，但每個SAP只關聯(lián)一個“上層”實體實體實體實體若一個SAP關聯(lián)多個上層實體，可能造成模型理解上的歧義--是否意味上層的這些實體通信不是獨立的？--通信不獨立是否意味著這些實體也不是獨立的？8ProtocolEntity—上下層關聯(lián)關系與下層實體的關聯(lián)與下層關聯(lián)表示了實體通過下層實體實現(xiàn)通信的途徑關聯(lián)關系(兩種形式)只與單個下層實體關聯(lián)(鏈路層、傳送層等)與多個下層實體關聯(lián)(網絡層、應用層)實體實體實體與單個下層實體關聯(lián)表示了實體只有唯一的通信途徑與多個下層實體關聯(lián)表示實體存在多個通信途徑9鏈路層ProtocolEntity—上下層關聯(lián)關系物理層—鏈路層物理層基本功能將上層的bit序列轉換成bit信號驅動信道將到達的bit信號轉換成bit序列遞交上層簡單信道1個bit序列，對應一個鏈路層實體復用信道(頻分/時分/碼分復用等)(復用/解復用)的N個bit序列對應N個鏈路層實體信道驅動簡單信道1xBit序列鏈路層復用/解復用復用信道NxBit序列鏈路層鏈路層10ProtocolEntity—上下層關聯(lián)關系鏈路層實體：只能關聯(lián)單個物理層實體鏈路層的一個協(xié)議實體只能在一個信道上工作鏈路操作與信道的當前工作狀態(tài)密切相關關聯(lián)多個物理層意味著關聯(lián)多個信道沒有一種鏈路層協(xié)議規(guī)定了可以關聯(lián)多個物理層例：以太網交換機模型一臺以太網交換機具有若干個以太網接口，在鏈路層實現(xiàn)中繼/交換錯誤模型：模型的MAC實體表示協(xié)議具備中繼/交換能力(實際上，MAC協(xié)議沒有規(guī)定中繼/交換功能)正確模型：用方框表示了協(xié)議外的操作，實體仍關聯(lián)單個下層實體(物理層)，不會造成協(xié)議的歧義DL物理層物理層信道A信道BMACPhyPhyPhyPhyMACMACMAC中繼/交換PhyPhyPhyPhyMAC正確的模型錯誤的模型11傳送層實體：只能關聯(lián)一個網絡層實體關聯(lián)多個網絡層實體意味著同時工作在多種網絡上各種傳送層協(xié)議標準都規(guī)定了在單一網絡層協(xié)議上運行，而沒有規(guī)定跨在多個網絡層協(xié)議上可能的疑問(圖中)網絡A和網絡B肯定是不同的協(xié)議嗎？傳送層協(xié)議為何不在多種不同的網絡層協(xié)議上運行？一個網絡層協(xié)議為何不可以用多個實體來表示？ProtocolEntity—上下層關聯(lián)關系傳送網絡A網絡BTCPIPIP今后的傳送協(xié)議是否可以設計成可同時跨在不同的網上呢？12ProtocolEntity—上下層關聯(lián)關系網絡層實體：關聯(lián)多個鏈路層實體網絡層的本職工作就是用多條鏈路來構建的網絡節(jié)點應用層實體：可關聯(lián)多個傳送層實體需求驅動的通信方式未涉及到的一種關聯(lián)形式上下層的兩個實體間同時存在多個關聯(lián)上層實體需要進行多個獨立的通信(哪層的實體有此需求？)IP鏈路A鏈路B鏈路C應用傳送A傳送B傳送C上實體下實體13ProtocolStack(協(xié)議棧)協(xié)議棧指單臺設備上的協(xié)議實體層次結構上下層關系是協(xié)議棧構建的基本規(guī)則IPv4UDPTCPAppDLPhyDLPhyDLPhyIPv6UDP6TCP6App6DLPhyWindowsXP下的雙棧結構應用軟件--根據(jù)需要可選擇TCP或UDP實現(xiàn)通信--并可實現(xiàn)多個獨立的通信（如多網頁的瀏覽器）傳送層實體--經特定的網絡、而不能選擇不同的網絡實現(xiàn)傳送網絡層實體--根據(jù)目的地址的方向選擇適當?shù)逆溌穪韨鬏?-鏈路層提供的并行通信能力造就了多個并行網絡鏈路層實體--具體鏈路的傳輸處理物理層實體--具體信道的信號傳輸14ProtocolStack(協(xié)議棧)IPv4RouterIPv6RouterDualStackRouterIPv4鏈路A鏈路B鏈路CV4IPv6鏈路A鏈路B鏈路CV6IPv4鏈路A鏈路B鏈路CV4/V6IPv6僅在IPv4網絡上工作僅在IPv6網絡上工作工作在IPv4/v6混合網絡上15ProtocolStack(協(xié)議棧)協(xié)議棧可能出錯情況IPv4UDPTCPAppDLPhyDLPhyDLPhyIPv6UDP6TCP6App6DLPhyPhy傳送層實體不能跨接在兩個網絡上1個SAP不能支持多個上層實體網絡層和鏈路層間多個關聯(lián)無意義鏈路層不能關聯(lián)多個物理層傳送層和網絡層間多個關聯(lián)無意義16Phy協(xié)議棧的構建(1)鏈路層(以太網MAC)實體在MAC上構建可通信的(以太網內部)對等實體如此構建的以太網上的IP實體要實現(xiàn)到其它鏈路層(網絡)的通信網絡層實體實現(xiàn)鏈路跨越802.3Phy802.3Phy802.3Phy802.3IPIPSerPPPSerPPPIP17協(xié)議棧的構建(2)在鏈路層上的其它實體ARP實體，輔助網絡層解析地址映射由于不是網絡層實體，ARP功能局限于所在的以太網內PPPoE在以太網上“再”形成點對點鏈路層哪兩點？在PPP協(xié)議內部指定其它實體以太網上的各種系統(tǒng)(見RFC1700，pp168-171)很多實體不屬于網絡層的實體Phy802.3Phy802.3Phy802.3Phy802.3ARPARPARPARPPPPPPPPPPPPP18協(xié)議棧的構建(3)網絡層(如IP)實體之上可以在任意遠近的兩個站點間形成對等實體如傳送層的TCP、UDPIPIPIPXX19協(xié)議棧的構建(4)例：IP上的其它實體--XICMP實體(1)任意站點間為IP傳遞控制消息EGP實體、IGP實體(8,9)任意站點間交換路由消息、計算路由ETHERIP實體(97)任意站點間傳遞以太網數(shù)據(jù)幀CPHB實體(73)任意兩臺計算機間的“心跳線”IPIPIPXX20DataElementsEthernetexample將[Data]從M1送到M4M1的MAC如何知道目的方是M4？M4的MAC如何知道目的方是自己？又是誰送的？增加首部，包含對等MAC實體需掌握的信息以太幀格式用接口參數(shù)控制[Data]的走向802.3802.3802.3802.3DataData802.3M1M2M3M4M5StationMACaddressM1~M5DataTM4M1Dst,Src,Type,DataDst,Src,Type,Data(M1)(M4)21DataElements模型化EntityEntityDataDataDataHPDU實體附加自己定義的首部，實現(xiàn)與對等實體的協(xié)議交流PDU作為下層傳遞的Data單元22SDUDataElementsEntity：HeaderaddingandremovingICI：InterfaceControlInformationSDU：ServiceDataUnitHICISAPSDUICISDU內部信息HSDUICIICIHSDUICIHSDUICI內部信息SDUICISAPSDUICIICI：--關于發(fā)送數(shù)據(jù)的描述信息--關于接收數(shù)據(jù)的描述信息H：Header--實體附加的協(xié)議首部信息23DataElementsProtocolDataUnit(PDU)ProtocolHeader+ProtocolDataDataIPUDPTCPAppAppAppAppAppDLPhyApp-DataApp-Header(AdditionalInfo.)DatasID,rID,…DataID,…TransportHeaderNetworkHeaderDataID,…DataLinkHeaderData…PhysicalHeaderAPDUTPDUNPDU(Packet)DL-PDU(Frame)Phy-PDU(Signal)PDUName24DataElementsHeader:AddingandRemovingEntity-1Entity-2Entity-3DataDataH3DataH2DataH1DataDataH3DataH2DataH1AddingHeaderRemovingHeaderEveryEntitywillAddingorremovingitsheaderwhenmovingtheDUdownorupEntity-1Entity-2Entity-3DataDataH3DataH3DataH1DataDataH3DataH2DataH1AddingHeaderRemovingHeaderIfEntity-2hasnoheaderaddingorremoving,itwilldisappearfromthestack

(PDUhasnoinformationaboutprotocolprocessingassociatedwithEntity-2)25DataElements例TCP/IP中的SessionTCP：通信會話管理與控制：如流控等，沒有與對方交流的信息，因此沒有設計相應的首部，相應的功能，TCP完成一部分，應用軟件完成一部分Session實體沒有存在的必要UDP：根本沒有考慮流控等會話管理Session實體沒有存在的必要AppTCPSessionAppTCPSession26SAPUsage如圖你是否會擔心從A的TCP發(fā)出的DU，會不會送到B的UDP上？一般地講，這是一個SAP使用規(guī)則問題保證通信從正確位置出發(fā)，到達正確的目的位置從某個協(xié)議實體出發(fā)，到達對方的對等實體上IP1617IP1617IP1617IP1617TCPTCPTCPUDPUDPUDPUDPAB27網絡網絡網絡SAPUsage網絡層從某個SAP出發(fā)的DU，在目的端仍從相同的SAP回到上層實體使用規(guī)則:各種上層協(xié)議實體都固定關聯(lián)網絡層的特定SAP保證了上層各種協(xié)議的通信不會出現(xiàn)協(xié)議間交叉的情況161716171617網絡1617例：IP的ID使用規(guī)則[RFC1700]ID=1：ICMPID=6：TCPID=17：UDP…ID=1ID=6ID=17ID網絡DU既是上層進入網絡實體的ID，也是網絡實體送向上層的IDID28SAPUsage網絡層SAP使用效果設：網絡實體提供的SAP=[1..N]，網絡實體為A、B、C、…，則整個網絡構成了N個通信子集S1,S2,…,SNSi={所有網絡實體上使用SAP=i的實體}Si內所有實體間都可實現(xiàn)通信Si內實體和Sj內的實體不能實現(xiàn)通信（i≠j）實體A實體B實體CS1S2SN29SAPUsage鏈路層：與網絡層相似鏈路兩端相同的上層協(xié)議實體固定關聯(lián)在特定SAP上i--i的通信(i=1..N)，共N對通信鏈路層通信的復用現(xiàn)象目前DL的SAP存在的毛病不同鏈路層協(xié)議對ID使用規(guī)定不同，例以太網規(guī)定：ID=0800H供IP協(xié)議使用PPP協(xié)議規(guī)定：ID=0021H共IP協(xié)議使用DL12nDL12nID鏈路幀網絡1網絡n網絡2網絡1網絡n網絡2既是上層進入DL的ID，也是DL送向上層的ID網絡DUID30SAPUsage鏈路層通信復用現(xiàn)象r1r2r3r4r1r2r3r4常規(guī)時分復用TDM，信道速率為Rri(i=1..N)為固定值∑ri=Rr1r2r3r4r1r2r3r4統(tǒng)計時分復用STDM，信道速率為Rri(i=1..N)值0~R可變∑ri≤R第i路的速率固定為ri若某路無數(shù)據(jù)，仍被保留，不能供其它路使用信道利用率降低第i路的速率ri最小為0，最大可達R若某路無數(shù)據(jù)，則其它路的速率可相應增加信道利用率高31SAPUsage傳送層：在SAP設置上存在兩大難題難題1：多個傳送層協(xié)議間的SAP協(xié)調問題各個協(xié)議獨立提供各自的SAP，極易造成應用實體使用上的混亂難題2：SAP固定關聯(lián)上層協(xié)議，無法滿足應用層協(xié)議的需求應用協(xié)議無法接受一個應用協(xié)議只有一個實體的現(xiàn)實傳送A傳送B55應用若都是5號ID，增加了應用實體區(qū)分不同傳送協(xié)議的困難獨立設置SAP傳送5應用A應用A使兩個相同的應用無法實現(xiàn)--如兩個文件同時傳輸--瀏覽兩個網頁SAP固定關聯(lián)32TCP/IP設計者提出了創(chuàng)新性解決方案所有傳送層協(xié)議實體共享統(tǒng)一的SAP域SAP與應用協(xié)議實體采取動態(tài)關聯(lián)動態(tài)關聯(lián)可能造成應用層協(xié)議間的交叉通信設計者提出了C/S模型成功解決了該問題SAPUsage傳送A傳送B1應用A23ikn傳送C共享SAP域應用A應用BsID傳送DUrID應用DUsID和rID分別表明發(fā)送方SAP和接收方的SAP應用實體可使用任一SAP與任意傳送協(xié)議關聯(lián)33SAPUsageSAP通信模型12n12nSAPsSAPsIDDU結構固定分配模型(鏈路層、網絡層)通信雙方12n12n動態(tài)分配模型(傳送層)DU結構sIDrIDDLDL網絡網絡網絡網絡網絡網絡傳送傳送傳送傳送傳送傳送傳送傳送傳送傳送N個獨立的邏輯鏈路描述：應用進程間靈活的通信行為探討：SAP的通信行為描述：N個“獨立的”網絡通信行為研討：SAP的通信行為34SAPIDexampleEthernet（16bit）dMACsMACTypeDataType1:0~5DCLLC2:0800IP3:0801X.754:0802NBS5:0803ECMA6:0804ChaosNet7:0805X.258:0806ARP……IPLLCX.75ECMA12345NBS802.3MACType=?固定關聯(lián)的上層協(xié)議35SAPIDexampleIP(8bits)IGMPICMPGGPST12345IPIndexProtocol1:1ICMP2:2IGMP3:3GGP4:4IP5:5ST6:6TCP…17:17UDPTCP6IPProtocol=?固定關聯(lián)的上層協(xié)議36SAPIDexampleTCP/UDP(16bits)SourceSAP：SrcPortDestinationSAP：DstPortSrcPortDstPortDataTCP/UDPpacket37SAPIDexample例：文件傳輸協(xié)議FTP你可以把客戶方A和客戶方B看作不同計算機上的FTP應用實體也可以看作是一臺計算機上的兩個FTP實體FTP2021TCP服務器方FTPxTCPFTPyTCP客戶方A客戶方B服務器方：20用于文件傳輸控制21用于文件數(shù)據(jù)傳輸客戶方：任意ID，與服務器的20實現(xiàn)交互控制與服務器的21實現(xiàn)文件數(shù)據(jù)傳遞x2020xy2020yy2121yx2121x依靠客戶方ID及地址信息識別對方，服務器可以為任意個數(shù)的客戶方提供文件傳輸服務依靠服務器方的ID和地址識別數(shù)據(jù)和控制，客戶方用不同的ID就可同時實現(xiàn)與多個服務器的多個文件傳輸38ProtocolModelExchangeInformationbetweenpeerentitiestoperformspecificfunctions,andprovideservicestoupperEntitiesExampleDataHDataHFunctionsFunctionsProtocol(InformationExchange)ServicesServicesTCPTCPFTPFTP交互、文件處理反饋、重傳、排序等TCP提供的可靠傳送服務使FTP不必考慮出錯情況39Services服務指下層實體對上層實體提供的支持存在兩種截然不同的通信服務面向連接先建立連接，才開始通信，最后拆除連接無連接直接與對方通信EntityServicesprovided40Services電話系統(tǒng)提供了什么樣的服務？撥號服務無法撥號可以撥號撥通接通通話服務正常通話對方掛機來話服務對方來電撥號音忙音振鈴音振鈴電話系統(tǒng)提供的服務由六種服務原語的組合構成話音無聲41Services郵政系統(tǒng)的郵件服務接收你遞交的郵件投遞郵件到目的方的郵箱遞交郵件投遞郵件服務原語42SPSUServicePrimitives(服務原語)SP：服務提供者(下層實體)SU:享受服務的用戶(上層實體)服務原語：是SP提供服務的分解動作原語：不可再分解的動作ReqIndRespConf下層對等實體上層對等實體下層實體SP(ServiceProvider)上層實體SU(ServiceUser)ServicesReq：上層向下層發(fā)起的動作Ind：下層向上層發(fā)起的動作Resp：上層對Ind的回應Conf：下層對Req的回應43面向連接的服務建立連接主動方向下層發(fā)起建立連接的請求下層將該請求傳送到對方下層對方下層向上層表示有連接到達上層同意(拒絕)建立連接，向下層回應下層向本方下層傳回回應本方下層回應上層同意(拒絕)連接Conn-Req、Ind、Resp、Conf都是下層提供的服務Conn-ReqConn-IndConn-RespConn-Conf下層對等實體上層對等實體44數(shù)據(jù)傳送服務(面向連接、無連接)有確認的傳送服務上層向下層發(fā)起傳送數(shù)據(jù)的服務請求下層將數(shù)據(jù)封裝，傳送到對方下層對方拆封后，將數(shù)據(jù)投遞到上層上層對數(shù)據(jù)向下層予以確認下層將確認傳遞到本方下層本方下層向上層予以回應Data-Req、Ind、Resp、Conf都是下層提供的服務Data-Resp、Data-Conf又稱ACKData-ReqData-IndData-RespData-Conf下層對等實體上層對等實體45數(shù)據(jù)傳送服務(面向連接、無連接)無確認的傳送服務上層向下層發(fā)起傳送數(shù)據(jù)的服務請求下層將數(shù)據(jù)封裝，傳送到對方下層對方拆封后，將數(shù)據(jù)投遞到上層Data-Req、Ind都是下層提供的服務Data-ReqData-Ind下層對等實體上層對等實體46ServicePrimitives(服務原語)原語的幾種形式(提供服務的動作類型)ReqForm1IndForm2ReqForm3IndReqForm4IndForm5IndRespConfIndIndForm6IndRespRespReqForm7Form8ReqForm9IndConfReqConfReqConfConf47Req,Ind,Resp,Conf的區(qū)別Req、RespReq：SU向SP發(fā)起的新動作(與之前發(fā)生的動作無關)Resp：SU向SP發(fā)起的動作，是SU對之前的Ind通知的響應Ind、ConfInd：SP向SU通知的新事件，事件來源是對等SU、或SP內部Conf：SP對SU的通知，是SP對之前SU發(fā)起的Req的回答SPReqSUSPRespSUSPIndSUSPConfSUReq/Ind表示新動作或事件Resp/Conf是與先前動作相關的動作或事件48ServiceDefinition具體協(xié)議定義各自的服務定義服務的功能、定義使用的原語類型例：TCP定義的服務建立連接服務：建立與對方的通信連接原語類型4數(shù)據(jù)傳送服務：可靠的數(shù)據(jù)傳送原語類型3拆除連接服務：拆除與對方的通信連接原語類型9異常通信中斷：通知和善后處理原語類型3和5ReqIndRespConfConnectReqIndReqIndConfDiscIndIndResetReqIndResetDataTCPSUSU49解讀TCP提供的服務建立連接發(fā)起：需用connect發(fā)起連接，得到對方響應后才能通信接收：需用Accept來接受對方連接，才能進行通信TCPTCPConnect(Req)Connect(Ind)Accept(Resp)Connect(Conf)ACKSYNSYN+ACKTCP內部的三次握手，對SU而言，仍是服務原語4ReqIndRespConfConnect50解讀TCP提供的服務數(shù)據(jù)傳送拆除連接TCPTCPData(Req)Data(Ind)SYNACKTCP內部的ACK，對SU而言，仍是無確認的服務原語TCPTCPDisc(Ind)DiscACKDisc(Req)Disc(Conf)TCP不管內部處理如何，都會向SU回應ReqIndDataReqIndConfDisc51解讀TCP提供的服務異常中斷IndIndResetTCPTCP中斷XResetReset如果TCP出現(xiàn)異常中斷，會同時向連接的雙方的TCP發(fā)出Reset，TCP將會通知上層SU實體52ProtocolFunctionsAddressingSegmentationandreassemblyTransferreliabilityRelay53AddressingAddress(地址)用于標識網絡設備，每一個設備至少有一個唯一的地址Addressing(編址、尋址)編址：設備地址的編排方案尋址：查找指定地址的設備所在位置地址問題部分鏈路層有地址需求網絡層有地址需求其它層可認為沒有地址需求54Addressing—DataLinkLayerP2P信道兩點間的通信，故地址沒有實際用途多點連接信道需要用地址來區(qū)分各個設備而且，每個幀中都必須包含源地址和目的地址信息地址無法包含設備的位置信息平面地址DLDLPhyPhyDLDLPhyPhyDLPhyDLPhy55Addressing—NetworkLayer復雜的網狀拓撲結構每個設備都需要用地址標識地址應該是全網統(tǒng)一編排的否則無法從其它地點訪問它獨立于鏈路層的地址沒有鏈路層地址也需要網絡地址全網統(tǒng)一編排，鏈路層地址沒有全局效果地址可以包含位置相關信息名稱：網絡地址業(yè)務資源網移動接入ADSL接入寬帶無線接入廣域連接56Addressing—NetworkLayerLinkBasedNetwork網絡由“點”和“線”描述的拓撲結構OSI為其定義了結構化的地址格式網絡地址=<國家號,地區(qū)號,網號,節(jié)點號,鏈路號>特殊技術最后一個節(jié)點選擇鏈路而不是選擇目的計算機57Addressing—NetworkLayerSubnetBasedNetwork網絡拓撲結構不能完全用“點”和“線”描述多點連接信道(子網)TCP/IP為其定義了基于子網的地址結構網絡地址(IP地址)=<網絡號,[子網號,]主機號>特殊技術子網也可以作為節(jié)點間的“信道”子網內的站點用“平面地址”尋址58Addressing—NetworkLayer思考題兩類地址：“平面地址”和“結構地址”代表的含義OSI的地址方式不需要為計算機分配地址，而IP地址需要分配到計算機上，為什么？OSI地址是一種可變長地址，IP地址是一種定長地址列舉一些變長和定長地址的優(yōu)缺點OSI為何考慮使用變長地址、IP為何考慮使用定長地址？是想規(guī)避那些問題、發(fā)揮哪些優(yōu)點？是否可重新定義OSI地址的某些域，使其可用于基于子網的結構？這樣與定長的IP地址在通信上有什么差別？59協(xié)議實體SegmentationandReassembly分段的需求(某層)協(xié)議受下層傳輸長度的限制如IP在不同的鏈路間中繼遇到的情況(某層)協(xié)議自身通信模式的設計如ATM固定的53字節(jié)信元長度分段的模型協(xié)議實體分段Segmentation重組Reassembly協(xié)議實體不重組實體為每個分段都加上協(xié)議首部60SegmentationandReassembly分段/重組特性重組問題：某協(xié)議要可靠地進行重組，附加信息中應包含什么內容(考慮什么因素)？同一個DU的各分段的重組各分段的順序在傳遞的途中還可能被再次分段服務特性上層協(xié)議是如何“享受”下層協(xié)議的分段和重組服務?若下層協(xié)議只有分段而沒有重組功能，情況又如何呢？分段重組分段重組上層協(xié)議上層協(xié)議僅分段僅分段上層協(xié)議上層協(xié)議61TransferReliability目前設計上，上層協(xié)議“享受”的可靠性分兩種無連接型：DU可靠性不排除出現(xiàn)DU丟失、重復、序列錯亂面向連接型：DU序列可靠性DU序列的可靠，無丟失、無重復、按序其它可靠性（有待設計）可靠性實現(xiàn)技術無連接型接收方：檢測和排除出錯的DU發(fā)送方：是否需要知道DU被正確接收到了？面向連接型為序列中的DU編序號接收方反饋DU序列接收情況發(fā)送方重傳出錯的DU實體實體上層協(xié)議上層協(xié)議協(xié)議僅編序號、反饋、重傳是無法實現(xiàn)序列可靠性的！62Relay(中繼)網絡層協(xié)議的本職工作其它層次呢？簡單地說，除了網絡層協(xié)議規(guī)定了中繼功能外，其它層次在協(xié)議上都沒有規(guī)定要實現(xiàn)中繼功能這些層次上實現(xiàn)中繼功能的意義和作用何在？中繼功能是這些層次的協(xié)議外的內容中繼類型與協(xié)議的關系協(xié)議內中繼協(xié)議外中繼與層次的關系同層中繼跨層中繼網絡實體中繼實體實體實體實體中繼實體中繼實體中繼實體鏈路層中繼網絡層中繼傳送層中繼跨層中繼從協(xié)議棧模型可推斷出中繼類型63NetworkArchitectureAnalysisEthernetHDLCPPPIP/UDP/TCPMPLSIPXX.2564Ethernet(以太網)工作場景IEEE802.3(1985)[802.3ae,802.3af,802.3aj,802.3ak]總線型共享信道(多點連接)的組網鏈路層主要特性共享信道高效傳輸算法(CSMA/CD)三種通信方式：單播、多播、廣播平面地址結構(6字節(jié)長度，稱為MAC地址)設備的MAC地址直接固化在MAC的硬件內源站到目的站通信經信道直接傳輸實現(xiàn)FrameFormat64~1518Bytes無分段/重組能力SAP:TypefieldID=[0..65535]提供了豐富的并發(fā)能力MACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyDASATypeDataBody66246-1500FCS4EtherHeader65Ethernet(以太網)ServiceDefinitionDataTransmission,Primitiveform3SAPUsage(Type域)靜態(tài)分配給上層協(xié)議ReqIndMA_DATA_Req(dMAC,sMAC,Type,SDU,pri)MA_DATA_Ind(dMAC,sMAC,Type,SDU,Rx_Status)MACSDUICIHSDUFrameType(hex)上層協(xié)議0~5DC LLC0800 IP0805 X.250806 ARP8863 PPP(Discover)8864 PPP(Session)86DD IPv6......MAC66網橋擴展原有的通信不受影響站點間感覺上仍然是“經信道直接傳輸”站點的工作方式不受影響中繼轉發(fā)只轉發(fā)“應該轉發(fā)”的幀提升了性能(兩個獨立信道)多口網橋網橋的多接口擴展性能進一步提升(更多信道)以太網交換機以太網接口密度更高的網橋8、16、32、48口軟件無法達到相應的中繼轉發(fā)性能中繼轉發(fā)改用硬件交換電路實現(xiàn)性能大幅度提升Ethernet(以太網)MACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhy中繼轉發(fā)網橋設備所有SAPMACPhyMACPhyMACPhyMACPhy中繼轉發(fā)多口網橋交換芯片以太網交換機67Ethernet(以太網)交換式以太網每個站點獨享一個交換接口組網性能通信性能有質的飛躍信道共享算法蛻化半雙工變成全雙工全部信道獨立組網效果站點間感覺上仍然是“經信道直接傳輸”站點的通信方式未受影響評價以太網交換機一種把以太網共享信道轉變成交換信道的設備以太網的高性能信道設備MACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhy68HDLCHigh-levelDataLinkControl工作場景P2P信道同步信道(同步HDLC)、異步信道(異步HDLC)主要特性協(xié)議大類(其中的子集就能組成新的協(xié)議)LAPB，LAPD：序列可靠性PPP：DU可靠性幀結構幀長：隨信道特性可變(雙方協(xié)商)C域：定義了多種幀類型(控制幀、信息幀、應答幀)沒有用于并發(fā)ID的域(不適應并發(fā)的通信)HDLCPhyHDLCPhyP2P信道CDataBodyFCSHDLCOnly1SAP69HDLCServiceDefinitions根據(jù)服務定義，描述HDLC的應用特點Set-Mode(建立連接)HDLCResetHDLCHDLCResetHDLCDisc(拆除連接)HDLCFrame(數(shù)據(jù)幀)HDLCFrame_ACK(數(shù)據(jù)應答)HDLCHDLCUserUserServices70PPPPoint-PointProtocol工作場景P2P信道同步信道(同步PPP)、異步信道(異步PPP)使用HDLC中的一種幀類型(UI幀)特性Connectionless支持任意網絡協(xié)議的鏈路層多個子協(xié)議：鏈路協(xié)商、認證、網絡參數(shù)協(xié)商幀結構幀長：隨信道特性可變(鏈路協(xié)商)ID域：prot，子協(xié)議標識PPPPhyPPPPhyP2P信道00000011DataBodyFCSprotPPP幀LCPIPIPCPPPPPAP2可變長71PPPServiceDefinitionsPPPLink建立、配置協(xié)商（LCP）認證(PAP)(可選項)網絡層協(xié)議配置協(xié)商（NCP）網絡層協(xié)議傳輸Link中止PPPOpenPPPL-ConfigPPPN-ConfigPPPAuthenticationPPPNet-DataPPPCloseProt：C021：LCP子協(xié)議C023：PAP子協(xié)議8021：NCP(IP,IPCP)8023：NCP(ISO-CLNP，ISOCP)0021：NP(IP)0023：NP(CLNP)LCPNet-iNCP-kPPPPAPPPP經歷階段NCP-iNet-k72IP工作場景多個網互聯(lián)環(huán)境特性Connectionless靜態(tài)ID分配分段/重組IPIPsDataIP_Req(sIP,dIP,Protocol,SDU)UserIP_Ind(sIP,dIP,Protocol,SDU)ServiceDifinitionIPIPIPUser73UDP工作場景因特網上端-端傳送特性Connectionless動態(tài)ID分配UDPUDPUserUserIP網絡UDPDataSendTo(sIP,sPort,dIP,dPort，SDU)RecvFrom(sIP,sPort,dIP,dPort，SDU)ServiceDifinition74TCP工作場景因特網上端-端傳送特性ConnectionOriented分段/不重組動態(tài)ID分配TCPTCPUserUserServiceDifinitions=Conn(sIP,sPort,dIP,dPort)Send(s,SDU,Len)sRecv(d,SDU,Len)dd=Accept(sIP,sPort,dIP,dPort)Disc(s)Disc(d)Reset(s)Reset(d)Reset(s)Reset(d)建立連接拆除連接數(shù)據(jù)傳送異常IP網絡75MPLS工作場景Multi-ProtocolLabelSwitch網狀拓撲結構多協(xié)議交換鏈路層(功能高于鏈路層，2.5層)特性ConnectionlessLabel域：4字節(jié)Label:20bit，標識轉發(fā)路徑TTL:8bit，報文生存期限其它：4bit，附加功能動態(tài)/靜態(tài)Label分配Label標示目的地，不同Label到達不同目的地基于Label實現(xiàn)高速轉發(fā)LDUMPLSswitchNetworkMPLS幀MPLSDataData_Req(Label,SDU)Data_Ind(Label,SDU)ServiceDifinitionMPLSPhyPhySAP：Labels76PhyPhyMPLS任意DU在進入MPLS時添加MPLS首部，分配標簽MPLS根據(jù)標簽實現(xiàn)高速交換和中繼在出MPLS時去掉MPLS首部，還原DU與DU協(xié)議無關的交換網故稱：“多協(xié)議標簽交換”MPLS節(jié)點間高速大容量信道如光纖信道1G、10G、40GDWDM(n*10G)MPLSswitchCoreL1L2MPLSPhyPhyMPLS核心節(jié)點77MPLS多協(xié)議分組交換核心網為多種網絡體提供大容量交換L1L2MPLSCoreTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPIPXIPXIPXISOISOISOMPLSPhyPhyPhyPhy協(xié)議棧中繼MPLS邊界節(jié)點將任意協(xié)議都轉換成2層結構的交換78IPX工作場景以太網上的Novell網絡層協(xié)議多個以太網互聯(lián)環(huán)境InternetProtocoleXchange特性Connectionless以太網地址兼作IPX地址以太網間通過IPX服務器連接Protocol目的網絡目的MAC地址目的Port源網絡源MAC地址源PortIPX報文首部(部分)MACPhyIPXSAP=8137SAP=Protocol5=SPX17=NCPIPXDataData_Req(Protocol，dNet,dMac,dPortSDU)ServiceDifinitionData_Req(Protocol，sNet,sMac,sPortSDU)MACPhyIPXMACPhy79LAPBPhyX.25工作場景ISO最早定義的一種網絡層協(xié)議基于鏈路拓撲結構的網絡特性ConnectionOriented協(xié)議過程復雜ServiceDefinitionsLAPBPhyX.25OnlySAPCall(建立連接)X.25GroupChannelTypeOtherDataX.25PacketG1G2Ch1~NCh1~NDisc(拆除連接)X.25DataX.25ClearX.25InterruptX.25ResetX.25RestartX.25DIAGNOSTICX.25LAPBPhyX.25G1G2Ch1~NCh1~NLAPBPhy80任何一個協(xié)議實體的SAP沒有限定必須是何種協(xié)議沒有限定一定是更高層次的協(xié)議思考可不可以將底層的協(xié)議放到高層的協(xié)議之上？可不可以將同層的一個協(xié)議放到另一個之上？一個協(xié)議可不可以使用更下層的SAP？有什么限制因素？對網絡有什么好處？特性發(fā)生了什么變化？網絡的變化、更新、發(fā)展的主要方向之一層次、協(xié)議、組合協(xié)議實體?????81工作場景在以太網上實現(xiàn)點到點通信運營商提供接入手段之一特性通過Discovery，找到PPPServerPPP的Session與固定的Server通信，實現(xiàn)點到點PPPServer可與多個PPPClient建立點到點會話協(xié)議的組合變化--PPPoEMACMACMACMACPPPPPPPPPPPPMACPPPClientDiscovery(<Broadcast>,A,SDU)MACPPPServerABDiscoveryACK(A,B,SDU)PPPSession(B,A,SDU)PPPSession(A,B,SDU)SAP：8863用于DiscoverySAP：8864用于PPPSessionEtherFramePPPFrame鏈路層82協(xié)議的組合變化-LLCLLCDSAPSSAPDataBodyCCarrieddataCompatiblewithHDLCCfieldsIDrID工作場景擴展MAC的功能ConnectionOriented動態(tài)ID分配ServicesSameasHDLC111or2MLLCformatLLCLLCMACLLC僅使用了MAC的一個SAPMACMACMACLLC鏈路層83工作場景基于交換式以太網的MPLS特性僅使用以太網的一個SAPMAC的8847供MPLS用利用以太網接口，連接MPLS核心交換IP路由器接入MPLSIP/MPLS的雙交換設備協(xié)議的組合變化-MPLS(oE)交換式以太網MACMPLSPhySAP=8847MPLSoE節(jié)點鏈路層MACPhyMACPhyMACMACMACMACMPLSMACMACMACMACMPLSMACMACMACMACMPLSMACMACMACMACMPLSMACMACMACMACMPLSMACMACMACMACMPLSMACMACMACMACMPLS畫出該設備的協(xié)議棧結構IP網IP網MPLSCore84分布式以太網橋用網橋技術將分布在因特網上的幾個以太網連成一個以太網設計要求可行性分析、用途分析、特性分析設計網橋層次與協(xié)議體系設計中繼方案設計中繼控制功能在Linux系統(tǒng)上實現(xiàn)和測試協(xié)議的組合變化—本科畢業(yè)設計課題因特網以太網以太網以太網MACMAC中繼??85以太網在接入網的應用擴展(思科公司)設想下述在SDH傳輸網上的以太網擴展應用的協(xié)議體系EPL(EthernetPrivateLine）提供點對點的獨享帶寬以太網專線服務基于SDH/MSTP、DWDMEWS（EthernetWireService）在一個共享帶寬的架構中提供點對點的以太網服務多個EWS業(yè)務可共享一個SDH傳輸通道ERS（EthernetRelayService）提供點到多點的以太網連接服務多個ERS業(yè)務可共享一個SDH傳輸通道EMS（EthernetMultipointService)提供多點到多點的以太網連接服務多個EMS業(yè)務可共享一個SDH傳輸通道EPS（EthernetPrivateRing)在一個獨立帶寬的架構中提供多點對多點服務提供任意點之間的互通和組播等功能86BasiccriterionsPeerentitycriterionTransparentcriterionIndependentcriterionXYPDU?EntityEntity?1)Entitytalkingwithpeerentity2)X=Y3)Entityisindependentofupperorlowerentity87MACMACPeerentitycriterionPDUheadercarryinfo.thatissenttopeerentityEntityPDUThePDUheadercanonlybeunderstoodbytheentitythatexecutethesameprotocolThepeerentityistheonewhoprocessthesender’sPDUheaderIPIPIPIPIPMACMACMACMACPeerentityareadjacentIPentity(IPentitymaychangetheIPheader)Twocomputers’MACmaybeconsideredaspeerentity(TheswitchdonotaltertheMACheader)88PeerentitycriterionExampleADSL：PPPoEPPPauthenticationoccurbetweenuserandISPConsiderthepossiblecaseofmeddledeviceentitystructureADSLIPPPPMACIPPPP…PPPauthentication802.3TelephonelinePhyPhyADSL……89TransparentcriterionTransparentmeansSameDUcontentsSameDUsizeEntityEntityEntityEntityEntityEntityDUDUEntityEntityPeerentityworkbasedontransparent90TransparentcriterionIfIPentityreceiveIPpacketintwosegmentsIPprocessingmaybecomemorecomplexIfIPentityreceiveIPpacketwithhead