Transcript 第2章 计算机网络体系结构

第2章 计算机网络体系结构
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教学目标：
通过本章的学习，了解计算机网络体系
结构和各个层次的相关协议，理解接口
和服务等概念。掌握ISO/OSI模型和
TCP/IP模型的各个层次及其所实现的功
能。掌握IP地址的功能和划分，并对子
网掩码和下一代互联网IPv6有相应的了
解。
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教学重点和难点：
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ISO/OSI网络参考模型
TCP/IP参考模型
IP地址的功能与划分
子网掩码及子网划分
课程学习
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2.1
2.2
2.3
2.4
计算机网络的体系结构概述
ISO/OSI网络参考模型
TCP/IP参考模型
IP地址
2.1计算机网络的体系结构概述
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
2.1.1网络体系结构的概念
2.1.2协议的概念
2.1.3接口和服务
2.1.1网络体系结构的概念
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计算机网络体系机构就是计算机网络各
层次及其协议的集合。
高层
高层
中层
中层
低层
中间节点
物理介质
低层
2.1.2协议的概念

计算机网络协议就是通信的计算机双方
必须共同遵从的一组约定。例如怎样建
立连接，怎样互相识别等。只有遵守这
个约定，计算机之间才能相互通信和交
流。
2.1.3接口和服务
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接口和服务是分层体系结构中十分重要
的概念。实际上，正是通过接口和服务
将各个层次的协议连接为整体，完成网
络通信的全部功能。
服务是通过接口完成的。接口就是上层
实体和下层实体交换数据的地方，被称
为服务访问点。
协议和服务的关系
逻 辑 连
接
n＋1/n层间接
口
n层向n＋1层提供服
n/n-1 层 间 接
务口
n-1 层 向口n 层 提 供 服
n-1层
n+1层协议
n层协议
n-1层协议
n＋1层
n层
n-1层
…
…
务口
n层
…
…
n＋1层
物理连接
物理介质
2.2 ISO/OSI网络参考模型
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OSI/RM结构
各层次具体功能和作用
总结
2.2.1 OSI/RM结构
应用层
应用层
表示层
表示层
会话层
会话层
传输层
传输层
网络层
数据链路层
包(package)
网络层
帧
(frame)
位(bit)
数据链路层
物理层
物理层
传输媒介
2.2.2物理层
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物理层是OSI参考模型中的最低层，也是
最重要、最基础的一层。它是建立在通
信介质基础上的、实现设备之间联系的
物理接口。
物理层的主要功能
物理层协议
物理层接口特性
物理层接口特性
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（1）机械特性——说明接口所用物理连接器的形状、尺寸、引脚数目
和排列、固定和锁定装置等等。例如，EIA-RS-232-D标准规定使用25
引脚的DB-25插座，其两个固定螺丝之间的距离为。
（2）电气特性——说明接口处信号线上出现的电压应为什么范围，即
什么样的电压表示1或0。电气特性规定了在物理连接信道上传输比特流
时信号的电平、数据编码方式、阻抗及其匹配、传输速度和连接电缆最
大距离的限制等。例如，EIA-RS-232-D采用负逻辑，即逻辑0（相当
于数据0）或控制线处于接通状态时，相对信号的地线有+5V～+15V
的电压，当其连接电缆不超过15m时，允许的传输速率不超过20kb/s。
（3）功能特性——说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
功能特性规定了物理接口各个信号线的确切功能和含义，如数据线和控
制线的功能等。例如，EIA-RS-232-D规定的DB-25插头座的引脚2和
引脚3均为数据线。
（4）规程特性——说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。规
程特性是指利用信号线进行比特流传输时的操作过程，例如，信号线的
工作规则和时序等。
2.2.3数据链路层

所谓链路就是数据传输中任何两个相邻
节点间的点到点的物理线路段。链路间
没有任何其他节点存在，网络中的链路
是一个基本的通信单元。在网络中，从
一方到另一方的数据通信通常是由许多
链路串接而成的，这就是数据链路，也
叫通路。
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1.基本概念
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帧（frame）是数据链路层的信息传输单位。
2.数据链路层的主要功能
3．数据链路层的主要协议
2.2.4网络层

数据链路层不能解决由多条链路组成的
两个主机之间通路的数据传输问题，因
为两个主机之间的通路通常由多条链路
组成，涉及到路径选择、流量控制等问
题；在通信的双方经过两个或更多的网
络时又出现网络互连问题，而这些问题
可在网络层得到解决。
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1．基本概念
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网络层也称通信子网层，网络层的功能是向
传输层提供服务，同时接受来自数据链路层
的服务。
2．网络层功能
3．网络层协议
4．网络层服务
2.2.5传输层
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1．传输层概述
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OSI的低三层主要是面向数据通信，因此基
于低三层通信协议构成的网络常称为通信网
络（或通信子网），支持用户信息在同一个
网络的端到端传输。
2．传输层服务
3．传输控制协议
2.2.6会话层

会话层用于建立、管理以及终止两个应
用系统之间的会话。它是用户连接到网
络的接口。它的基本任务是负责两主机
间的原始报文的传输。
2.2.7表示层

表示层向上对应用层服务，向下接受来
自会话层的服务。表示层是为在应用过
程之间传送的信息提供表示方法的服务，
它关心的只是发出信息的语法与语义。
表示层要完成某些特定的功能，主要有
不同数据编码格式的转换，提供数据压
缩、解压缩服务，对数据进行加密、解
密。
2.2.8应用层
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网络应用层是通信用户之间的窗口，为用户提
供网络管理、文件传输、事务处理等服务。
应用层为用户提供的常见服务和协议有：文件
服务、目录服务、文件传输服务、电子邮件服
务、打印服务、网络管理服务、远程登录服务
和数据库服务等。上述每种服务均需一种具体
的应用层协议来完成。
2.2.9 总结
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应用层——与用户应用进程的接口，即相当于：做什么？
表示层——数据格式的转换，即相当于：对方看起来象什么？
会话层——会话的管理与数据传输的同步，即相当于：轮到谁讲
话和从何处讲？
传输层——从端到端经网络透明地传输报文，即相当于：对方在
何处？
网络层——分组传输、路由选择和流量控制，即相当于：走哪条
路可以到达该处？
数据链路层——在链路上无差错地传送数据帧，即相当于：每一
步该怎么走？
物理层——将比特流送到物理媒体上传送，即相当于：对上一层
的每一步应怎样利用物理媒体。
2.3 TCP/IP参考模型
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OSI/RM七层参考模型，从理论上来说，只要
遵循OSI参考模型，那么任何网络之间都可以
实现无差别的互连。但是在实际上，要想完
全实现OSI参考模型的协议，十分庞大和复杂，
因此，完全遵循OSI七层参考模型的协议几乎
不存在，OSI参考模型仅为人们考查其它协议
各部分间的工作方式提供了评估基础和框架。
20世纪70年代，出现了TCP/IP参考模型，这
个模型在20世纪80年代被确定为因特网
（Internet）的通信协议。
2.3.1 TCP/IP简介
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TCP/IP是传输控制协议/网际协议(Transmission Control
Protocol /Internet Protocol)的缩写，TCP/IP协议形成于20
世纪70年代，是由美国国防部(DOD)出于构建不同类型计算
机间的数据通信网ARPANET的需要而主持开发的。
TCP/IP协议的特点是：
（1）开放的协议标准
（2）独立于特定的计算机硬件与操作系统
（3）独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，
更适用于互联网中
（4）统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网
中都具有唯一的地址
（5）标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务
2.3.2 TCP/IP协议结构
TELNET
FTP
SMTP
TFTP
SNMP
RPC
UDP
传输层
TCP
ICMP
IP
Ethernet
RARP
应用层
ARP
网际层
网络接口
层
2.3.3 TCP/IP与OSI/RM模型的
比较
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1．对OSI参考模型的评价
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2．对TCP/IP参考模型的评价
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3．一种建议的参考模型
2.4 IP地址
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2.4.1 IP地址的功能与划分
一个以太网上的两个设备之所以能够交换信息
就是因为在物理以太网上，每个设备都有一块
网卡，并拥有唯一的以太网地址。如果设备A
向设备B传送信息，设备A需要知道设备B的以
太网地址。
如果一个网络上的设备B向另外一个不同网络
上的设备C发送信息，会发生什么情况呢？
1．IP地址的表示
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为了容易阅读，将32位地址进行分组(8
位为一组)：
01111110
10001000
00000001
00101111
最后，将每个8位数据转换成十进制，
并用小数点隔开，得到如下地址：
126.136.l .47。
2．IP地址的分类
网
络
类
型
标
志
位
网
络
地
址
位
数
网络
数
主
机
地
址
位
数
主机数
地址格式
网络
地址
范围
A
类
0
7
126
2
4
167772
14
0xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xx
xxxxxx
1-127
B
类
10
14
16382
1
6
65535
10xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xx
xxxxxx
128191
C
类
110
21
20971
50
8
254
110xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xx
xxxxxx
192223
D
类
1110
－
－
－
－
1110xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xx
xxxxxx
224239
E
类
1111
0
－
－
－
－
11110xxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xx
xxxxxx
240247
2.4.2子网掩码及子网划分
（a）B类地址
10
网络号
（b）增加了子
网号字段
10
网络号
255
（c）子网掩
码
11111111
主机号
子网号
255
240
11111111
1111
图2.7 子网掩码的意义
主机号
0
0000
00000000
2.4.3 IPv6
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IPv4地址总量约为43亿，随着网络的迅
猛发展，全球数字化和信息化步伐的加
快，目前70%的地址资源已经被使用
IPv6的出现解决了现有IPv4地址资源匮
乏的问题。
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1．IPv6的特点
2．IPv6地址空间分配
3．IPv6地址表示法
4．IPv6地址类型
5．特殊IPv6地址
习题2
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
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

1．OSI/RM包括哪些层次，说明每一层次的功
能和任务？
2. TCP/IP参考模型分为哪几层，各层的功能是
什么，各层包含的主要协议有哪些？
3. 试简述OSI参考模型与TCP/IP参考模型的异
同点？
4. 简述划分子网的目的。
5. 网 络 193.1.1.0 ， 子 网 掩 码 是
255.255.255.224，这个网络分了几个子网？
每个子网的主机号范围是怎么样的？
6. IP是Internet中广泛使用的网络层协议，它
能提供什么样的服务？