于银辉教授吉林大学通信工程学院ppt课件.ppt
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1、1,于银辉 教授 吉林大学 通信工程学院,第二章 宽带IP网络体系结构,2,TCP/IP协议是宽带IP网络的基础与核心,本章介绍TCP/IP参考模型及各层协议,主要内容包括: TCP/IP参考模型 IP及辅助协议 UDP和TCP协议 应用层协议,3,4,2.1 TCP/IP参考模型,2.1.1 TCP/IP分层模型 1、OSI参考模型 (1)OSI-RM的分层结构,5,应用层,表示层,会话层,物理层,数据链路层,会话层,会话层,应用层,表示层,运输层,网络层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层,数据链路层,数据链路层,物理层,物理层,传输媒体,传输媒体,传输媒体,通信子网,层次 7 6
2、 5 4 3 2 1,端系统A,端系统B,6,(2)各层功能概述 物理层(数据传送单位比特) 功能物理层提供用于建立、保持和断开物理连接的机械的、电气的、功能的和规程的手段。,7,二、OSI-RM各层功能,1.物理层:(Physical Layer) PH,它是OSI-RM的第一层,功能在于利 用物理媒介为它上一层(数据链路层)提供 物理连接,以便透明的传输比特流。(所关 心的问题是多大电压为“1”或“0”,插头插 座有多少针,每针的用途等。),表示经过实际线路传送后,比特流没有发生变化。,功能物理层提供用于建立、保持和断开物理连接的机械的、电气的、功能的和规程的手段。,功能:,8,简而言之,
3、物理层提供有关同步和全双工比特流在物理媒体上的传输手段。 物理层典型的协议RS232C,RS449422423,V24,V28,X20和X21等。,9,应用层,表示层,会话层,物理层,数据链路层,会话层,会话层,应用层,表示层,运输层,网络层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层,数据链路层,数据链路层,物理层,物理层,传输媒体,传输媒体,传输媒体,通信子网,层次 7 6 5 4 3 2 1,端系统A,端系统B,10,2.数据链路层(Data Link Layer) DL,它是OSI-RM的第二层,功能在于提 供建立维持和释放数据链路连接的有关功 能和管理(传送以帧为单位的数据)通过差
4、错控制能够纠正物理链路的错误,使之变 成无差错数据链路。,负责数据链路的建立、维持和拆除。 差错控制 流量控制 常用的协议基本型传输控制规程和高级数据链路控制规程(HDLC)。,功能:,11,数据链路层(数据传送单位帧) 功能: 负责数据链路的建立、维持和拆除。 差错控制 流量控制 常用的协议基本型传输控制规程和高级数据链路控制规程(HDLC)。,12,3.网络层:(Network Layer) N,它是OSI-RM中的第三层,也是最复杂 的一层,在此层中,数据传送的单位是分组(Packet) 或称为包。其功能在于使通信系统中发端运 输层(第四层)传下来的分组能够准确无误的找 到接收端并交付给
5、运输层,同时具有拥塞控 制功能,并能向网管人员提供每个用户通过 网络发出的信息分组数或字符数、或比特数 以此作为收费依据,对于一个通信子网只包 括上述三层。,路由选择 差错控制 流量控制 网络层的协议X.25分组级协议,功能:,13,网络层(数据传送单位分组) 功能: 路由选择 差错控制 流量控制 网络层的协议X.25分组级协议,14,4.运输层(Transport Layer) T,它是OSI-RM的第四层,亦是最关 键的一层。其功能在于向高层屏蔽下层 数据通信的细节,透明地传送报文,为 用户提供可靠的端端服务,它只存 在于主机(Host)中。 主机可以是大、中、小型机,工作站和 微机等。,
6、端到端的顺序控制、流量控制、差错控制及监督服务质量。,功能:,15,运输层(数据传送单位报文) 功能端到端的顺序控制、流量控制、差错控制及监督服务质量。,16,应用层,表示层,会话层,物理层,数据链路层,会话层,会话层,应用层,表示层,运输层,网络层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层,数据链路层,数据链路层,物理层,物理层,传输媒体,传输媒体,传输媒体,通信子网,层次 7 6 5 4 3 2 1,端系统A,端系统B,17,5.会话层(Session Layer) S,它是OSI-RM的第五层,单位亦是 报文,它可以看作是进入网络的接口, 用户间每建立一组连接即可视为一次会 话,使两个
7、系统在“会话”过程中传送文 件,其功能在于:,在两个通信应用进程中建立组织和同 步其会话并管理数据交换。 对会话连接进行控制管理,非报文界定, 操作同步等。,负责进程间建立会话和终止会话,并且控制会话期间的对话。 提供诸如会话建立时会话双方资格的核实和验证,由哪一方支付通信费用,及对话方向的交替管理、故障点定位和恢复等各种服务。,功能:,18,会话层及以上各层中,数据的传送单位一般都称为报文,但与运输层的报文有本质的不同。,19,6.表示层(Presentation Layer) P,它是OSI-RM的第六层,其功能在于 对两个通信系统中所交换的信息表示方式 进行处理,如数据格式、数据的解密、
8、数 据的压缩及恢复等,也就是我们前面所说 的语法。,代码转换、数据格式转换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等。,功能:,20,应用层,表示层,会话层,物理层,数据链路层,会话层,会话层,应用层,表示层,运输层,网络层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层,数据链路层,数据链路层,物理层,物理层,传输媒体,传输媒体,传输媒体,通信子网,层次 7 6 5 4 3 2 1,端系统A,端系统B,21,7.应用层(Application Layer),它是OSI-RM的第七层,亦是最高层。 它是向终端用户提供直接服务,功能在于 确定应用进程之间通信的性质,同时还需 要负责用户信息的语义表示,即需要
9、何种 控制信息,完成何种动作和做何种层管理, 可以认为在OSI-RM七层中,其余的六层就 是为了支持第七层。,为方便讨论和理解,习惯上将OSI-RM 七层分为低层(1-4层)和高层(5-7层)。,面向通信 面向信息处理,确定应用进程之间通信的性质,以满足用户的需要。 同时应用层还要负责用户信息的语义表示,并在两个通信用户之间进行语义匹配。,功能:,22,(3)信息在OSI参考模型各层的传递过程,23,图2-2 信息在各层之间的传递过程,24,OSI环境,1.OSI环境包括17层及通信子网中交换节 点的下三层。,又称为中继开放系统,2.本地系统环境是与互连无关的部分。(不 属于OSI环境),3.
10、中继开放系统流量是指通信子网中交换 节点的下三层(居于OSI环境中)。,4.数据通信网即通信子网,是传输数据的 实际物理媒体。(不处于OSI环境中),25,5.网络环境,包括OSI中的低四层和中继开放系 统及通信子网。,6.信息传送路线,发端OSI的七层,物理媒体,通信子网交换节点,节点1第13层完成选择后回到1层,由应用进程APA,1层,节点2,物理层媒体,收端17层,26,图2-2 信息在各层之间的传递过程,27,为了明确系统(OSI互连环境)间数据 流传送情况,我们在此暂且将两节点省略 说明。,应用进程APA 先将其数据交给第七层, 第七层加上本层控制信息送于第六层,第 六层在加上本层控
11、制信息送与第五层,以 此类推,即发送每一层都以其上层接收数 据块,然后在其上加上本层的控制信息形 成本层的协议数据单元,并在最后将其发 送给下一层。,28,同样在接收方从第一层起,每层最 后将(发端加上的)本层服务头(控制信息) 进行处理后剥去,把其余的数据都原封不 动地送给上层。换句话说就是发端完成 封装任务,收端完成拆分任务。(不同的 是第二层的帧结构),在OSI中,对用户来说上述复杂过 程均被屏蔽掉了,就好像是同层之间(两 系统)在直接传送数据一样,即前所述的 “对等层”之间通信(协议) 。,29,2、TCPIP分层模型 TCPIP模型及与OSI参考模型的对应关系如图2-3所示。,30,
12、图2-3 TCPIP模型及与OSI参考模型的对应关系,31,网络接口层对应OSI参考模型的物理层和数据链路层; 网络层对应OSI参考模型的网络层; 运输层对应OSI参考模型的运输层; 应用层对应OSI参考模型的5、6、7层。,32,图2-3 TCPIP模型及与OSI参考模型的对应关系,33,2.1.2 TCPIP模型各层功能及协议 1、应用层 作用为用户提供访问Internet的高层应用服务,例如文件传送、远程登录、电子邮件、WWW服务等。,34,协议一组应用高层协议,即一组应用程序,主要有文件传送协议FTP、远程终端协议TELNET、简单邮件传输协议SMTP、超文本传送协议HTTP等等。 应
13、用层的数据传送单位是报文。,35,TCP/IP运输层的作用是提供应用程序间(端到端)的通信服务,确保源主机传送的数据正确到达目的主机。,2、运输层,36,运输层提供了两个协议: 传输控制协议TCP 用户数据报协议UDP 运输层的数据传送单位是TCP报文段或UDP报文(统称为报文段)。,37,网络层的作用是提供主机间的数据传送能力,其数据传送单位是IP数据报。 网络层的核心协议是IP协议,IP协议非常简单,它提供的是不可靠、无连接的IP数据报传送服务。,3、网络层,38,网络层的辅助协议是协助IP协议更好地完成数据报传送,主要有: (1)地址转换协议ARP用于将IP地址转换成物理地址。 (2)逆
14、向地址转换协议RARP与ARP的功能相反,用于物理地址转换成IP地址。,39,(3)Internet控制报文协议ICMP用于报告差错和传送控制信息,其控制功能包括:差错控制、拥塞控制和路由控制等。 (4) Internet组管理协议IGMPIP多播用到的协议,利用IGMP使路由器知道多播组成员的信息。,40,网络接口层的数据传送单位是物理网络帧(简称物理帧或帧)。,4、网络接口层,41,主要功能: (1)发端负责接收来自网络层的IP数据报,将其封装成物理帧并且通过特定的网络进行传输; (2)收端从网络上接收物理帧,抽出IP数据报,上交给网络层。,42,网络接口层没有规定具体的协议。 TCPIP
15、模型的网络接口层对应OSI参考模型的物理层和数据链路层,不同的物理网络对应不同的网络接口层协议。,43,2.2 IP及辅助协议,2.2.1 IP协议(IPv4) 1、IP协议的特点 仅提供不可靠、无连接的数据报传送服务; IP协议是点对点的,所以要提供路由选择功能; IP(IPv4)地址长度为32比特。,44,Internet为每一个上网的主机分配一个唯一的标识符,即IP地址。 (1)IP地址的结构,2、IP地址(分类的IP地址),45,图2-5 IP地址的结构,(1)IP地址的结构,46,分类的 IP 地址,我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特网上的主
16、机(或路由器)分配一个在全世界范围是惟一的 32 bit 的标识符。 IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配,47,根据网络地址和主机地址各占多少位,IP地址分成为五类,即A类到E类,如图2-6所示。,(3)IP地址的类别,48,IP 地址的编址方法,分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法,在 1981 年就通过了相应的标准协议。 子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进,其标准RFC 950在 1985 年通过。 构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年
17、提出后很快就得到推广应用。,49,分类 IP 地址,每一类地址都由两个固定长度的字段组成,其中一个字段是网络号 net-id,它标志主机(或路由器)所连接到的网络,而另一个字段则是主机号 host-id,它标志该主机(或路由器)。 两级的 IP 地址可以记为: IP 地址 := , (6-1),:= 代表“定义为”,50,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,
18、E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,51,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节,52,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中
19、的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节,53,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1
20、 1 1 0,0,1,C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节,54,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节,55,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP
21、 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节,56,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使
22、用,1 1 1 1 0,0,1,C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节,57,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,D 类地址是多播地址,58,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段
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