計算機網絡（第4版）

電子工業出版社2004年2月

謝希仁編著

參考書：

1.《計算機網絡》第4版，作者：AndrewS.Tanenbaum

譯者：潘愛民，清華大學出版社；

2.《TCP/IP詳解》第1、2、3卷,作者：w.Richard

Stevens,譯者：范建華等，機械工業出版社。

3.授課教師：覃少華，Emaikshqin@

第1章概述

1.1計算機網絡在信息時代中的作用

1.2計算機網絡的發展過程

*1.2.1分組交換的產生

*1.2.2Internet時代

*1,2.3關于Internet的標準化工作

1.2.4計算機網絡在我國的發展

1.3計算機網絡的分類

1.3.1計算機網絡的不同定義

1.3.2幾種不同的分類方法

第1章概述（續）

*1.4計算機網絡的主要性能指標

1.4.1帶寬

1.4.2時延

1.4.3時延帶寬積和往返時延

第1章概述（續）

*1.5計算機網絡的體系結構

1.5.1計算機網絡體系結構

1.5.2計算機互連網絡協議標準

1.5.3實體、協議、服務和服務訪問

點

1.5.4面向連接服務和無連接服務

*1.6應用層的客戶-服務器方式

1.7計算機網絡的發展趨勢

1.1計算機網絡

在信息時代的作用

■21世紀的一些重要特征就是數字化、網

絡化和信息化，它是一個以網絡為核心

的信息時代。

■網絡現已成為信息社會的命脈和發展知

識經濟的重要基礎。

■網絡是指“三網”，即電信網絡、有線

電視網絡和計算機網絡。

■發展最快的并起到核心作用的是計算機

網絡。

Internet的發展

■進入20世紀90年代以后，以Internet為

代表的計算機網絡得到了飛速的發展。

■已從最初的教育科研網絡逐步發展成為

商業網絡。

■已成為僅次于全球電話網的世界第二大

網絡。

Internet的意義

■Internet是自印刷術以來人類通信手段最

大的變革。

-現在人們的生活、工作、學習和交往都

已離不開Internet。

1.2計算機網絡的發展過程

1.2.1分組交換的產生

計算機網絡的產生背景

60年代初，美國國防部領導的遠景研究規劃局

ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提

出要研制一種生存性(survivability)很強的網落。

■傳統的電路交換(circuitswitching)的電信網有一

個缺點：正在通信的電路中只要有一個交換機或

一條鏈路被炸毀，整個通信電路就會中斷。

-如要改用其他迂回電路，必須重新撥號建立連接。

這將要延誤一些時間。

新型網絡的基本特點

■網絡用于計算機之間的數據傳送，而不是為了

打電話。

■網絡能夠連接不同類型的計算機，不局限于單

一類型的計算機。

■所有的網絡結點都同等重要，因而大大提高網

絡的生存性。

■計算機在進行通信時，必須有冗余的路由。

■網絡的結構應當盡可能地簡單，同時還能夠非

常可靠地傳送數據。

請注意名詞“結點”

■“結點”的英文名詞是node。

■雖然node有時也可譯為“節點”，但這

是指像天線上的駐波的節點，這種節點

很像竹竿上的“節”。

■在網絡中的node的標準譯名是“結點”

而不是“節點”。

回顧一下電路交換的特點

■兩部電話機只需要用一對電線就能夠互

相連接起來。

>更多的電話機互相連通

■5部電話機兩兩相連，需10對電線。

■N部電話機兩兩相連，需A/(/V-1)/2對電線。

■當電話機的數量很大時，這種連接方法需要的電線

對的數量與電話機數的平方成正比。

使用交換機

■當電話機的數量增多時，就要使用交換

機來完成全網的交換任務。

“交換”的含義

■在這里，“交換”(switching)的含義是：

■轉接——把一條電話線轉接到另一條電話線,

使它們連通起來。

■從通信資源的分配角度來看，“交換”

就是按照某種方式動態地分配傳輸線路

的資源。

電路交換的特點

■電路交換必定是面向連接的。

■電路交換的三個階段：

?建立連接

?通信

?釋放連接

電路交換舉例

■A和B通話經過四個交換機

■通話在A到B的連接上進行

電路交換舉例

■C和D通話只經過一個本地交換機

■通話在C到D的連接上進行

電路交換傳送計算機數據效率低

■計算機數據具有突發性。

■這導致通信線路的利用率很低。

分組交換的原理（一）

-在發送端，先把較長的報文劃分成較短

的、固定長度的數據段。

-------------------報文------------------

1101000110101010110101011100010011010010

假定這個報文較長

不便于傳輸

分組交換的原理（二）

每一個數據段前面添加上首部構成分組。

-------------------報文------------------

I多組1據數據數據

分組2

________

分組3

請注意：現在左邊是“前面”

分組交換的原理（三）

-今組交換網以“分組”作為數據傳輸單

JLo

■依次把各分組發送到接收端（假定接收

端在旗邊）。

V-----------

------------------分組2_

首部數據

一分組3;____

首部數據

分組首部的重要性

■每一個分組的首部都含有地址等控制信

息。

■分組交換網中的結點交換機根據收到的

分組的首部中的地址信息，把分組轉發

到下一個結點交換機。

■用這樣的存儲轉發方式，分組就能傳送

到最終目的地。

分組交換的原理（四）

-接收端收到分組后剝去首部還原成報文。

九組［

廣

---------------分組2

__________________________入__________________________

------------__-_-_-____分__組___3_____

r_______________

￥3~i~i-

收到的數據

分組交換的原理（五）

-最后，在接收端把收到的數據恢復成為

原來的報文。

-------------------報文------------------

1101000110101010110101011100010011010010I

■這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出

現差錯，在轉發時也沒有被丟棄。

請注意首部的位置

接收端在發送端的左方時，首部往往畫在

分組的左方。

接發

傳送方向箜送

收端

端］首部I數施

接收端在發送端的右方時，首部往往畫在

分組的右方。

接

發箜

收

送傳送方向

端

端數據首部

分組交換網的示意圖

?H4A

注意分組路徑的變化!

D

結點交換機

B

主機口咦

EH向H發送分組

A26

H向H發送分組

c15

分組交換網

注意分組的存儲轉發過程

H』I

最后到達目的主機七

結點交食我轉友表

找到轉發的端口匕向士發送分組

|H

主機-\6

\H

分組交換網

注意結點交換機有多個端口

OH

___—I4

C人C

結點交換機

■在結點交換機中的輸入和輸出端口之間

沒有直接連線。

-結點交換機處理分組的過程是：

■把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）；

■查找轉發表，找出到某個目的地址應從哪個

端口轉發；

■把分組送到適當的端口轉發出去。

主機和結點交換機的作用不同

■主機是為用戶進行信息處理的，并向網

絡發送分組，從網絡接收分組。

■結點交換機對分組進行存儲轉發，最后

把分組交付給目的主機。

分組交換的優點

■高效動態分配傳輸帶寬，對通信鏈路

是逐段占用。

-靈活以分組為傳送單位和查找路由。

■迅速不必先建立連接就能向其他主機

發送分組；充分使用鏈路的帶寬。

■可靠完善的網絡協議；自適應的路由

選擇協議使網絡有很好的生存性。

分組交換帶來的問題

■分組在各結點存儲轉發時需要排隊，這

就會造成一定的時延。

■分組必須攜帶的首部（里面有必不可少

的控制信息）也造成了一定的開銷。

存儲轉發原理

并非完全新的概念

■在20世紀40年代，電報通信也采用了

基于存儲轉發原理的報文交換(message

switching)o

-報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小

時不等?，F在報文交換已經很少有人使

用了。

ARPANET的成功使

工計算機網絡的概念發生根本變化

■早期的面向終端的計算機網絡是以單個

主機為中心的星形網

■各終端通過通信線路共享昂貴的中心主機的

硬件和軟件資源。

■分組交換網則是以網絡為中心，主機都

處在網絡的邊緣。

■用戶通過分組交換網可共享連接在網絡上的

許多硬件和各種豐富的軟件資源。

從主機為中心到以網絡為中心

以主機為中心以分組交換網為中心

1.2.2因特網時代

■因特網的基礎結構大體上經歷了三個階

段的演進。

■但這三個階段在時間劃分上并非截然分

開而是有部分重疊的，這是因為網絡的

演進是逐漸的而不是突然的。

因特網發展的第一階段

七第一個分組交換網ARPA?，

個的分組交換網。

■ARPA研究多種網絡互連的技術。

■1983年TCP/IP協議成為標準協議。

■同年，ARPANET分解成兩個網絡：

-ARPANET——進行實驗研究用的科研網

-MILNET——軍用計算機網絡

■1983T984年，形成了因特網Internet。

■1990年ARPANET正式宣布關閉。

因特網發展的第二階段

網。

NSFNETo它是一個三級計算機網絡:

■主干網

■地區網

■校園網

■1991年，美國政府決定將因特網的主干網轉

交給私人公司來經營，并開始對接入因特網的

單位收費。

■1993年因特網主干網的速率提高到45Mb/s

（T3速率）。

三級結構的因特網

各網絡之間需要使用路由器來連接。

■有時在結構圖中可不但I出路由器。

*主機到主三機的級通結信可構能的要經因過特多種網網絡。

\

因特網發展的第三階段

七從兩年開始,由美國政府資助的NSFNET

逐漸被若干個商用的ISP網絡所代替。

■1994年開始創建了4個網絡接入點NAP

(NetworkAccessPoint),分別由4個電信公

司經營。

■NAP就是用來交換因特網上流量的結點。在

NAP中安裝有性能很好的交換設施。到本世紀

初，美國的NAP的數量已達到十幾個。

■從1994年到現在，因特網逐漸演變成多級結

構網絡。

多級結構的因特網

-主機到主機的通信可能經過多種ISP。

大公司大公司地區ISP

網絡接入點網絡接入點

NAP主干服務NAP

（對等點）提供者（對等點）

地區ISP

本SP本地ISP公司本地iSP

校園網校園網校園網校園

今日的多級結構的因特網

■大致上可將因斗寺網分為以下五個接入級

■網絡接入點NAP

-國家主干網（主干ISP）

■地區ISP

■本地ISP

■校園網、企業網或PC機上網用戶

1.2.3關于因特網的標準化工作

制訂因特網的正式標準要經過

以下的四個階段

■因特網草案(InternetDraft)------在這個

階段還不是RFC文檔。

■建議標準(ProposedStandard)-----從

這個階段開始就成為RFC文檔。

■草案標準(DraftStandard)

■因特網標準(InternetStandard)

1.2.4計算機網絡在我國的發展

(1)中國公用計算機互聯網CHINANET

(2)中國教育和科研計算機網CERNET

(3)中國科學技術網CSTNET

(4)中國聯通互聯網UNINET

(5)中國網通公用互聯網CNCNET

(6)中國國際經濟貿易互聯網CIETNET

(7)中國移動互聯網CMNET

(8)中國長城互聯網CGWNET(建設中)

(9)中國衛星集團互聯網CSNET(建設中)

CERNET的建設與發展

-國家“八五”重點工業性試驗項目“中國教育和科研

計算機網CERNET示范工程”，1994.11-1995.12o

■“中國教育和科研計算機網CERNET主干網升級工

程”，1998-1999o

■國家“211工程”高等教育公共服務體系“中國教育

和科研計算機網地區主干網和重點學科信息服務體

系”，1998-2000o

■面向二十一世紀教育振興行動計劃一現代遠程教育工

程“中國教育和科研計算機網CERNET高速主干網建

設”，1999.9-2001.12o

SERNET主干網拓撲結構（2003年）

中國教育和科研計算機網CERNET

ChinaEducationandResearchNetwork

至英國

ToU.K.

至美國

lbU.S.A

至日本

lbJapan

★全國網絡中心

對外出口

主干網

地區同

GigaPop

CERNETPop

CERNET規模

■地區主節點8個

-北京、西安、成都、廣州、武漢、南京、上海、沈陽

■省主節點38個

■所有省會城市和部分計劃單列市

■單個AS發布的IPv4地址

-超過700萬個（國內排名第二，全球排名第三十五）

■聯網城市超過200個

■聯網單位超過1200個

■個人用戶超過1200萬人

「3計算機網絡的分類

■1.3.1計算機網絡的不同定義

■一些互相連接的、自治的計算機的集合。

■基于各種通信手段，將地理上分散的計算機

連接起來，達到相互通信、共享軟硬件和數

據等資源的系統

■1.3.2計算機網絡的基本特征

■計算機資源共享

■自治計算機

■統一的通信協議

1.3.3計算機網絡的分類

(―)

■按網絡的交換功能分類

■電路交換

■報文交換f

?分組交換一存貯/轉發

?混合交換一電路交換和分組交換的混合。

1.3.3計算機網絡的分類(二)

-從網絡的作用范圍進行分類

■廣域網WAN(WideAreaNetwork)

■局域網LAN(LocalAreaNetwork)

■城域網MAN(MetropolitanAreaNetwork)

■接入網AN(AccessNetwork)

廣域網、城域網、接入網以及

局域網的關系

廣域網

城域網一一城域網

一//）、.

接入網接入網接入網接入網接入網接入網

???I'II-

一LL

局域網校園網企業網局域網

1.3.3計算機網絡的分類(三)

-從網絡的使用者進行分類

■公用網(publicnetwork)

■專用網(privatenetwork)

■按傳輸介質分類

■有線網絡心雙絞線/同軸電纜/光纖

■無線網絡弓無線電波/紅外/微波

1.4計算機網絡的主要性能指標

L1.4.1帶寬

■“帶寬”(bandwidth)本來是指信號具有的

頻帶寬度，單位是赫(或千赫、兆赫、

吉赫等)。

■現在“帶寬”是數字信道所能傳送的

“最高數據率”的同義語，單位是“比

特每秒”，或b/s(bit/s)o

常用的帶寬單位

■更常用的帶寬單位是

■千比每秒,即kb/s(103蚓

■兆比每秒，即Mb/s(106b/s)

■吉比每秒，即Gb/s(109b/s)

-太比每秒,即Tb/s(IO.b/s)

■請注意：在計算機界，K=21。=1024

M=22。，G=23°,T=240o

數字信號流隨時間的變化

-在時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而

7工11K乍。

1|LlS

帶寬為||1|0|1|0|1||1|時間

1MJS|ILZlI__CZZJ”

k----------------------每秒106個比特------------------?

0.25juts

超^二時間

k——---------------每秒4X106個比特--------------->

時延(delay或latency)

■發送時延（傳輸時延）發送數據時，

數據塊從結點進入到傳輸媒體所需要的

時間。

■信道帶寬數據在信道上的發送速率。

常稱為數據在信道上的傳輸速率。

數據塊長度（比特）

發送時延=

信道帶寬（比特/秒）

時延(delay或latency)

■傳播時延電磁波在信道中需要傳播一

定的距離而花費的時間。

■信號傳輸速率（即發送速率）和信號在

信道上的傳播速率是完全不同的概念。

信道長度（米）

傳播時延=

信號在信道上的傳播速率（米/秒）

時延(delay或latency)

■處理時延交換結點為存儲轉發而進行

一些必要的處理所花費的時間。

-結點緩存隊列中分組排隊所經歷的時延

是處理時延中的重要組成部分。

-處理時延的長短往往取決于網絡中當時

的通信量。

■有時可用排隊時延作為處理時延。

時延(delay或latency)

■數據經歷的總時延就是發送時延、傳播

時延和處理時延之和：

總時延=發送時延+傳播時延+處理時延

三種時延所產生的地方

結點A發送器結點B

容易產生的錯誤概念

■對于高速網絡鏈路，我們提高的僅僅是

數據的發送速率而不是比特在鏈路上的

傳播速率。

■提高鏈路帶寬減小了數據的發送時延。

1.4.3時延帶寬積和往返時延

時延帶寬積

（傳播）時延?A

■4+hrnip

市范

鏈路

時延帶寬積=傳播時延X帶寬

■鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位

的鏈路長度。

往返時延RT1

■往返時延RTT(Round-TripTime)表示

從發送端發送數據開始，到發送端收到

來自接收端的確認(接收端收到數據后

立即發送確認)，總共經歷的時延。

1.5計算機網絡的體系結構

>——-——-----------

-計算機網絡的體系結構

-計算機網絡的參考模型

1.5.1計算機網絡體系結構

-什么是計算機網絡協議

■計算機網絡協議是指連接在網絡上的計算機

進行相互通信的規則約定。

■協議在生活中的實例

網絡協議的組成要素

■語法數據與控制信息的結構或格式。

■語義需要發出何種控制信息，完成何

種動作以及做出何種響應。

■同步（時序）事件實現順序的詳細說明。

協議分層的概念

■計算機1向計算機2通過網絡發送文件。

-可以將要做的工作進行如下的劃分。

-第一類工作與傳送文件直接有關。

■確信對方已做好接收和存儲文件的準備。

■雙方協調好一致的文件格式。

■兩個計算機將文件傳送模塊作為最高的

一層。剩下的工作由下面的模塊負責。

兩個計算機交換文件

只看這兩個文件傳送模塊

計算機1好像文件及文件傳送命令計算機2

把文件交給下層模塊把收到的文件交給

進行發送上層模塊

再設計一個通信服務模塊

計算機1計算機2

文件傳送模塊只看這兩個通信服務模塊文件傳送模塊

好像可直接把文件

可靠地傳送到對方

通信服務模塊?通信服務模塊

把文件交給下層模塊把收到的文件交給

進行發送上層模塊

再設計一個網絡接入模塊

計算機1計算機2

文件傳送模塊文件傳送模塊

通信服務模塊

網絡接入模塊

網絡接入模塊負責做與網絡接口細節有關的工作

例如，規定傳輸的幀格式，幀的最大長度等。

協議分層的好處

■各層之間相對獨立，使復雜的問題得到

簡化。

■易于解決通信的異質性(heterogeneity)

問題。(異種機和異種網絡)

■易于實現和維護。

■每一個層次向上一層提供服務，向下一層請

求服務

■能促進標準化工作。

復雜系統的層次結構

-------------------爭口

■第N層的功能一

-向NT層請求服務，向N+1層提供服茨

■層次劃分的特點/

■各層的功能相對獨立/

-每層的改變不影響其他層

-低層次隱藏復雜性\

■接口的作用\

■定義請求/提供服務的方式

■若層數太少，就會使每一層的協議太復雜一

■層數太多又會在描述和綜合各層功能的系統工程任務

時遇到較多的困難。

計算機網絡的體系結構

■計算機網絡的體系結構(architecture)是計算機

網絡的各層及其協議的集合。

■體系結構就是這個計算機網絡及其部件所應完

成的功能的精確定義。

■實現(implementation)是遵循這種體系結構的

前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。

■體系結構是抽象的，而實現則是具體的，是真

正在運行的計算機硬件和軟件。

網絡體系結構的主要概念

■描述網絡的層次結構

■網絡的基本構成

■構成之間的相互關系

■每個層次定義三個基本概念

■接口、服務和協議

-三個概念之間的相互關系

■接口與服務的關系

■協議與服務的關系

每個層次定義三個基本概念

■接口

-每層接口告訴上層進程對其的訪問方式

-定義需要的參數和預期的結果

■月員務

.每層為上層提供服務，定義該層做什么

■協議

-每層中使用的對等協議只涉及該層的內部事物

-協議的修改和替換不影響更高層次

與服務有關的概念

■網絡連接類型

■面向連接（虛電路）

-數據流有序

■無連接（數據報）

-每個報文相對獨立

-到達目的地的先后順序可能是亂序

■服務的實現

服務的實現

■服務用四種類型的原語（操作）實現

■原語4上層與下層之間交換的命令

■原語類型

■請求request心實體希望得到某種服務.

■指示indication心實體被通知某個事件發生.

■響應response心實體對某個事件作出反應.

■確認confirm前一個請求被對方接收的證

實.

協議與服務的關系

■服務

-每層向上一層提供的一組原語（操作）。

■定義兩層之間的接口：

?上層是服務用戶

-下層是服務提供者

■協議

-定義同層對等實體之間數據包交換的格式和含義的

一組規則。

-實體利用協議實現服務。

1.5.2計算機互連網絡協議

標準

■國際標準化組織(ISO)的開放系統互連基本參

考模型(OSI/RM)

-沒有得到市場的認可。

■TCP/IP協議參考模型

-現在獲得了最廣泛的應用。

■TCP/IP常被稱為事實上的(defacto)國際標準。

■其它參考模型

-SNA/X.25/幀中繼/ATM

關于開放系統互連參考模型

OSI/RM

■只要遵循osi標準，一個系統就可以和位于世

界上任何地方的、也遵循這同一標準的其他任

何系統進行通信。

■在市場化方面OSI卻失敗了。

-OSI的專家們在完成OSI標準時沒有商業驅動力；

-OSI的協議實現起來過分復雜，且運行效率很低；

■OSI標準的制定周期太長，因而使得按OSI標準生

產的設備無法及時進入市場；

-OSI的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個層

次中重復出現。

OSI/RM參考模型

■產生背景~

■硬件產品更新換代迅速，趨于多樣化。

■網絡應用需求迫切。

■用戶希望擺脫對單一廠商的依賴。

-發展進程

■1977年由ISO成立專門機構提出OSI/RM。

■1983年形成正式文件（ISO798國際標準）。

■功能上相對獨立的七層結構。

OSI分層的原則

■當確實需要區分不同的抽象層次時才建立一層。

■每層應當實現具有明確定義的功能。

■從制定國際標準協議角度出發選擇每層的功能。

■各層邊界的確定應使層次間的信息交流最少。

■層次的數量要恰到好處，既可用層次區分不同的

功能，又不致使體系結構過于龐大。

qosi參考模型

進程之間通信（例如）

^E^ApplicationTelnet

表示層Presentation數據表示（例如編碼）

會話層Session建立和管理主機之間的會話

傳輸層Transport端到端（end?to?end）的連接

網絡層Network尋址和路徑選擇

數據鏈路層DataLink占用傳輸介質

物理層Physical比特傳輸

OSI物理層

■物理層的功能

?在兩個網絡物理設備之間提供透明的比特流

彳專輸。

■物理層的特性

■機械特性：定義連接器形式以及插針分配

■電氣特性：定義接口電路的電氣參數

■功能特性：定義物理接口信號線

■規程特性：定義信號線的操作規程

OSI數據鏈路層

?數據鏈路層的功能

-在物理連接基礎上建立、維護和釋放數據鏈路(邏

輯通道)，在對等實體間實現幀的透明傳輸，流量

控制和差錯控制，管理競爭信道的使用權

■數據鏈路服務數據單元一幀

■發送方封裝數據幀(dataframe)

-定義和識別幀的邊界

■處理接收方回送的確認幀(acknowledgement

frame)

OSI網絡層

■網絡層的功能

-在數據鏈路之上為傳輸層提供建立、維護和釋放網

絡連接（點到點的傳輸）手段，解決路由選擇問題。

■網絡層提供的主要服務

-網絡地址服務（向傳輸實體提供服務的SAP）

-網絡連接和端點（邏輯信道）標識

■面向連接

■無連接

■網絡服務數據單元一分組packet

OSI傳輸層

?傳輸層的功能

-在網絡連接之上為會話層提供主機之間連接（端到

端的傳輸）手段，屏蔽硬件技術細節。

■傳輸層提供的主要服務

-對會話層提供透明的多路復用（多個傳輸連接復用

一個網絡連接）

-傳輸連接標識（SAP）

-端到端的可靠性傳輸

-流量控制

OSI會話層的功能

■為應用在不同主機之間建立會話過程

?網絡文件系統(NFS)

?數據庫語言(SQL)

■Web瀏覽器(Netscape)

噌A服務請求主3B

-----------?

服務響應

OSI表示層的功能

-為應用提供編碼格式及格式轉換

文本/數據首頻/視頻圖形/圖象

?ASCII?WAV?BMP

?GB2312?AU?TIFF

?BIG5?AVI?JPEG

?數據加密?MPEG?GIF

OSI應用層的功能

電腦應用網絡應用互聯網應用

字符處理電子郵件WWW

繪圖文件傳輸Email轉發

制表遠程訪問BBS

數據庫操作C/S過程Chat

程序設計信息存取IP電話

項目規劃網絡管理視頻會議

單機企業內部全球

TCP/IP協議的體系結構

■發展過程

■1973年由RobertE.Kahn（羅伯特-卡恩）等

人合作發明

■1983年被ARPANET采用，并規定今后連入

該網絡的計算都必須采用。

■TCP/IP是四層的體系結構：應用層、運

輸層、網際層和網絡接口層。

■最下面的網絡接口層并沒有具體內容。

TCP/IP協議的分層模型

TCP/IP協議互連模型

的表示方法

主機A主機B

//

4應用層/路由器應用層

3運輸層///7運輸層

2網際層/網際層/'網際層

1網絡J網絡網絡

接口層接占點/,接口層

5力\/

網絡2\

TCP/IP的網絡層（IP層）

■對應于OSI的網絡層

■有效地解決異種網絡互連問題

■屏蔽異種網絡

-全網統一標識（IP地址）

■設計思想高效、簡潔

-提供不可靠的無連接服務，“盡力傳遞”

-假設物理信道的傳輸質量可以保障，由傳輸層糾錯

-點到點的傳輸

■典型協議：IP

TCP/IP的傳輸層

■對應于os怕勺傳輸層

-使源主機和目標主機對等實體之間會話

■提供端到端的連接

-典型協議

■傳輸控制協議TCP（面向連接協議）

-差錯控制

■流量控制

■用戶數據報協議UDP（無連接協議）

TCP/IP的應用層

■對應于osi的最高三層

-典型協議：

■遠程登錄協議Telnet

■文件傳輸協議FTP

■簡單電子郵件協議SMTP

■超文本傳輸協議HTTP

■簡單網絡管理協議SNMP

■域名服務DNS

、■計算機1向計算機2發送數據

4

、■計算機1向計算機2發送數據

4

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

APiAP2

55

44

33

2電信號（或光信號）在物理媒體中傳播2

從發送端物理層傳送到接收端物理層

11

0T物理傳輸媒體

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

、?計算機1向計算機2發送數據

J----------7=______________,

我收到了AP1發來的

應用程序數據!JZ=^AP2

5

4

3

2

1

計算機1向計算機2發送數據

注意觀察加入或剝去首部（尾部）的層次

計算機1計算機2

APi應用層首部應用數據AP2

運輸層首部

應用數據5

H5

網絡層首部

4，鏈塞層\程序數據4

鏈路層

首部

3^3程序數據尾部3

2

H2H3H4H應用程序數據

10100110100101比特流1101011101011

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

、■計算機1向計算機2發送數據

4

計算機1向計算機2發送數據

計算機1計算機2

、?計算機1向計算機2發送數據

J----------7=______________,

我收到了AP1發來的

應用程序數據!JZ=^AP2

5

4

3

2

1

TCP/IP模型的重要分界線

軟件分界線應用層

傳輸層

JP尸

--地址分界線

網絡接口層

硬件

j地址分界線

使用IP地址

“應用層

傳輸層

地址分界線

IP層

網絡接口層

使用物理地址硬件

軟件分界線

應用層應用軟件

軟件分界線..........

傳輸層系統軟件

（操作系統內部）

硬件

A

發送方

用戶數據

應用

TP

接收方

數據解封I用戶數據

應用

|ApplH一用戶數據—|

卜..message.........J

ITcpH應用數據

L...TCPsegment

TCPsegment

IPdatagrameEthernet

driver

EthHIPdatagramEth尾

Ethernet

Ethernetframe

TCP/IP與OSI的模型對比

應用層

表示層應用層

會話層J

傳輸層<..…

網絡層<..…

數據鏈路層<..…

網絡接口層

物理層.”…

TCP/IP與OSI的異同

■相似之處~

-基于獨立的協議族

.層的功能劃分相似

-關鍵差別

■OSI:從概念模型到協議實現

-TCP/IP:從協議實現到概念描述

■層次數量差別

OSI模型和協議的缺點

■時機問題

■在TCP/IP協議出現商機之后提出，無發展空間。

■技術問題

-表示層和會話層沒有實現，數據鏈路層和網絡層出現新的子層;

■效率低下，低層過分強調可靠性，忽略了高效的無連接服務；

■一些功能特性無法確定層次歸屬；

■概念模型由通信專家制定不適合計算機和軟件工作方式。

■實現問題

TCP/IP模型的缺點

-沒有明確區分規范與實現,軟件工程最好要區

分.

■不具備通用性，不能描述其它的協議.

■網絡接口層只定義網絡層與數據鏈路層的接口,

而非層的概念.

■不區分數據鏈路層和物理層

■許多應用協議軟件有缺陷，卻很難替換

比較結論

OSI概念模型好，協議實現不好

■TCP/IP協議實現好，模型不好

■綜合參考模型

應用層

傳輸層

網絡層

數據鏈路層

物理層

1.5.3實體、協議、服務

和服務訪問點

■實體(entity)表示任何可發送或接收信息

的硬件或軟件進程。

■協議是控制兩個對等實體進行通信的規

則的集合。

■在協議的控制下，兩個對等實體間的通

信使得本層能夠向上一層提供服務。

■要實現本層協議，還需要使用下層所提

供的服務。

實體、協議、服務

和服務訪問點(續)

■本層的服務用戶只能看見服務而無法看見下面

的協議。

■下面的協議對上面的服務用戶是透明的。

■協議是“水平的”，即協議是控制對等實體之

間通信的規則。

■服務是“垂直的”，即服務是由下層向上層通

過層間接口提供的。

■同一系統相鄰兩層的實體進行交互的地方，稱

為服務訪問點SAP(ServiceAccessPoint)o

實體、協議、服務

和服務訪問點（續）

第n+1層

SAPSAP第n層

服務提供者

著名的協議舉例

■占據兩個山頂的藍軍與駐扎在這山谷的白軍作

戰。力量對比是：一個山頂上的藍軍打不過白

軍，但兩個山頂的藍軍協同作戰就可戰勝白軍。

一個山頂上的藍軍擬于次日正午向白軍發起攻

擊。于是發送電文給另一山頂上的友軍。但通

信線路很不好，電文出錯的可能性很大。因此

要求收到電文的友軍必須發送確認電文。但確

認電文也可能出錯。試問能否設計出一種協議,

使得藍軍能實現協同作戰因而一定（即100%）

取得勝利？

明日正午進攻，如何?

結論

■這樣無限循環下去，兩邊的藍軍都始終

無法確定自己最后發出的電文對方是否

已經收到。

■沒有一種協議能夠藍軍能100%獲勝。

1.5.4面向連接服務與

無連接服務

■面向連接服務(connection-oriented)

■面向連接服務具有連接建立、數據傳輸和連

接釋放這三個階段。

■無連接服務(connectionless)

■兩個實體之間的通信不需要先建立好連接。

■是一種不可靠的服務。這種服務常被描述為

“盡最大努力交付“(besteffortdelivery)或

“盡力而為”。

1.6應用層的客戶-服務器方式

■在TCP/IP的應用層協議使用的是

客戶-服務器方式

■計算機的進程(process)就是運行著的計

算機程序。

■為解決具體應用問題而彼此通信的進程

稱為“應用進程”。

■應用層的具體內容就是規定應用進程在

通信時所遵循的協議。

客戶和服務器

■客戶(client)和服務器(server)都是指通信

中所涉及的兩個應用進程。

-客戶-服務器方式所描述的是進程之間服

務和被服務的關系。

■客戶是服務請求方，服務器是服務提供

方。

[客戶軟件的特點

■在進行通信時臨時成為客戶，但它也可在

本地進行其他的計算。

■被用戶調用并在用戶計算機上運行，在打

算通信時主動向遠地服務器發起通信。

-可與多個服務器進行通信。

■不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統。

服務器軟件的特點

■專門用來提供某種服務的程序，可同時

處理多個遠地或本地客戶的請求。

■在共享計算機上運行。當系統啟動時即

自動調用并一直不斷地運行著。

■被動等待并接受來自多個客戶的通信請

求。

■一般需要強大的硬件和高級的操作系統

支持。

客戶進程和服務器進程

使用TCP/IP協議進行通信

因特網

IPoverEverything

1.7計算機網絡的發展趨勢

1）互聯網技術發展趨勢

2）國外下一代互聯網研究

3）國內下一代互聯網研究

1.7.1互聯網技術發展趨勢

■互聯網的體系結構和技術特點

-廣域網技術的發展趨勢

■信息網絡技術的發展趨勢

■互聯網技術發展動態

.Intern^^j體系結構和技術特點

pplicationTELNET,FTP,SMTP,DNS,WWW

Transport

TCP■UDP

Network

IP（統一、分組交換、盡力傳遞）

DataLink

Physical

HDLC,PPP,LAN,X.25,FR,ATM

廣域網技術的