第2章計算機網絡協議與結構體系第2章計算機網絡協議與結構體系學習目標:掌握計算機網絡體系結構的基本概念理解計算機網絡的分層了解網絡協議的概念

2．1計算機網絡體系結構概述2.1.1劃分層次的必要性計算機網絡體系結構將網絡的所有部件可完成的功能精確定義后，進行獨立劃分，按照信息交換層次的高低分層，每層都能完整地完成多個功能，層與層之間互相支持又相互獨立。文件傳送模塊通訊服務模塊網絡接入模塊文件傳送模塊通訊服務模塊網絡接入模塊文件及文件傳送命令與通信有關的報文網絡接口網絡接口通信網絡計算機A計算機B分層所帶來的好處如下：

(1)層與層之間相互獨立(2)靈活性好(3)結構上可分割開(4)易于實現和維護(5)能促進標準化工作2.1.2網絡協議所謂計算機網絡協議，是計算機網絡中的計算機為了進行數據交換而建立的規則，標準或約定。

網絡協議主要由以下三個要素組成：(1)語法(2)語義(3)時序2.2OSI參考模型2.2.1OSI參考模型的產生國際標準化組織ISO(internationalstandardsorganization)提出了一個試圖使各種計算機在世界范圍內互連成網的標準框架，即著名的開放系統互連基本參考模型ISO/OSIRM（internationalstandardsorganization/opensysteminterconnectreferencemodel），簡稱OSI。

2.2.2OSI參考模型的層次結構OSI極其復雜，層次眾多，一共有七層，從低到高依次為： 物理層,數據鏈路層,網絡層,傳輸層,會話層,表示層,應用層OSI參考模型不同節點同等層之間的信息交換與處理OSI開放系統互連參考模型主機A主機B物理層物理層數據鏈路層數據鏈路層網絡層網絡層傳輸層傳輸層會話層會話層表示層表示層應用層應用層6接口5接口4接口3接口2接口1接口PPDUSPDUTPDU報文幀比特APDU表示層協議會話層協議傳輸層協議網絡層協議數據鏈路層協議物理層協議應用層協議數據單元各層功能封裝/解封裝主機A主機B物理層物理層數據鏈路層數據鏈路層網絡層網絡層傳輸層傳輸層會話層會話層表示層表示層應用層應用層表示層協議會話層協議傳輸層協議網絡層協議數據鏈路層協議物理層協議應用層協議封裝解封裝物理層（PhysicalLayer）OSI模型的最低層或第一層，該層包括物理連網媒介，如電纜連線連接器。物理層為數據傳輸提供可靠環境物理層的協議產生并檢測電壓以便發送和接收攜帶數據的信號。在這一層，數據還沒有被組織，僅作為原始的位流或電氣電壓處理，單位是bit比特。物理層功能功能一：為數據端設備提供數據傳輸的通路功能二：傳輸數據網絡設備網絡設備傳輸介質接口物理層關心的是什么？為了傳輸信號，物理層規定了哪些特性？

數據鏈路層（DatalinkLayer）物理層物理層數據鏈路層數據鏈路層網絡層網絡層報文(packet)幀(frame)比特(bit)數據鏈路層協議主機A主機B數據單元位于網絡層與物理層之間數據鏈路層協議：802.2、802.3ATM、HDLC、FRAMERELAYHDLC:高級鏈路控制協議FrameRelay：幀中繼。幀中繼是一種局域網互聯的WAN協議，它工作在OSI參考模型的物理層和數據鏈路層。它為跨越多個交換機和路由器的用戶設備間的信息傳輸提供了快速和有效的方法。

數據鏈路層的功能數據鏈路的建立，維護與拆除幀包裝、幀傳輸、幀同步幀差錯恢復流量控制數據鏈路層設備：網卡、網橋、交換機我們平常使用的局域網就是以太網以太網解決的問題信道占用（介質）訪問控制方式：采用CSMA/CD避免信號的沖突（共享的線路誰先使用）尋址（識別數據包）統一的格式（讀懂數據格式）以太網采用CMA/CD（解決信道）工作原理1.發送前先監聽信道是否空閑，若空閑則立即發送數據2.在發送時，邊發送便繼續監聽3.若監聽到沖突，則立即停止發送4.等待一段隨機時間（稱為退避）以后，再重新嘗試以太網MAC地址以太網地址規定：用來識別一個以太網上的某個單獨的設備或者一組設備（MACz地址12位16進制數，前6位，設備廠商，后六位流水賬號）802.3以太網幀格式前導碼目的地址源地址類型/長度數據幀校驗序列數據鏈路層封裝物理層封裝以太網標準數據鏈路層邏輯鏈路控制子層(LLC)物理層介質訪問控制子層(MAC)太網路IEEE802.2IEEE802.3網絡層（NetworkLayer）

很多用戶經常混淆2層和3層的相關問題，簡單來說，如果你在談論一個與IP地址、路由協議或地址解析協議（ARP）相關的問題，那么這就是第三層的問題。網絡層負責對子網間的數據包進行路由選擇，它通過綜合考慮發送優先權、網絡擁塞程度、服務質量以及可選路由的花費來決定從一個網絡中兩個節點的最佳路徑。另外，它還可以實現擁塞控制、網際互連等功能。網絡層協議的代表包括：IP、IPX、RIP（路由信息協議）、OSPF（組播擴展）等。路由和交換路由工作在網絡層：路由是路由器根據自己的路由表進行的，期間經過了路由選擇和路由轉發的過程，從路由器的一個接口“路由”到另一個接口。交換機工作在數據鏈路層：交換是交換機根據自己的MAC地址表在交換機的不同端口之間進行的，從交換機的一個端口“交換”到另一個端口。交換機主要用來隔離沖突域傳輸層（TransportLayer）傳輸層是OSI模型中最重要的一層，它是兩臺計算機經過網絡進行數據通信時,第一個端到端的層次，起到緩沖作用。當網絡層的服務質量不能滿足要求時，它將提高服務，以滿足高層的要求；而當網絡層服務質量較好時，它只需進行很少的工作。另外，它還要處理端到端的差錯控制和流量控制等問題，最終為會話提供可靠的,無誤的數據傳輸。傳輸層協議的代表包括：TCP、UDP、SPX等。IP層提供點到點的連接傳輸層提供端到端的連接(port->socket)傳輸層IP層提供點到點的連接傳輸層提供端到端的連接(port->socket)IP:找到目標主機會話層（SessionLayer）會話層負責在網絡中的兩節點之間建立和維持通信，并保持會話獲得同步，它還決定通信是否被中斷以及通信中斷時決定從何處重新發送。會話層協議的代表包括：RPC（遠程過程調用協議

）、SQL、NFS（網絡文件系統

）、XWINDOWS（圖形用戶接口

）、ASP（動態網頁）等表示層（PresentationLayer）表示層的作用是管理數據的解密與加密，如常見的系統口令處理，當你的賬戶數據在發送前被加密，在網絡的另一端，表示層將對接收到的數據解密。另外，表示層還需對圖片和文件格式信息進行解碼和編碼。應用層（ApplicationLayer）簡單來說，應用層就是為操作系統或網絡應用程序提供訪問網絡服務的接口，包括文件傳輸、文件管理以及電子郵件等的信息處理。應用層協議的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP（簡單網絡管理協議

）等。會話層,表示層,應用層構成開放系統的高3層，它們為應用進程提供分布處理，對話管理,信息表示,恢復最后的差錯等，它們每一層負責一項具體的工作，然后把數據傳送到下一層。2．3TCP/IP體系結構2.3.1TCP/IP體系結構的產生20世紀90年代TCP/IP體系結構取代OSI參考模型成為事實上的國際標準。原因有:(1)TCP/IP體系結構簡單易用，倍受市場青睞(2)起源美國的因特網起到推波助瀾的作用(3)OSI模型還沒有完全建立起來，使用TCP/IP的因特網已搶先在世界上覆蓋了相當大的范圍(4)幾乎壟斷軟硬件制造的美國制造商都紛紛把TCP/IP協議固化到網絡設備與網絡軟件中2.3.2TCP/IP的層次結構四層體系結構，它包括：網絡接口層、互聯層、運輸層和應用層。

2．4數據包在計算機網絡中的封