第1章 概述 第2章 TCPIP协议族与OSI参考模型.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,*,TCP/IP,协议分析及应用,,主讲人：汪彩梅,,E-mail: tinymeimei@,,1,主要内容：,背景,,协议和网络标准,,网络标准化,,标准化过程和,RFC,文档,,第1章  概述,,2,,背 景,,TCP/IP,协议,(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,，传输控制协议,/,互联网络协议,),是,Internet,最基本的协议在,Internet,没有形成之前，世界各地已经建立了很多小型网络，但这些网络存在不同的网络结构和数据传输规则，要将它们连接起来互相通信，就好比要让使用不同语言的人们交流一样，需要建立一种大家都听得懂的语言，而,TCP/IP,就能实现这个功能，它就好比,Internet,上的“世界语”3,,协议是一组控制数据通信的规则网络协议是通信双方共同遵守的规则和约定的集合，包括三个要素：,,,,1,.1,,协议和网络标准,1.1.1,协议,语法：,定义所交换的数据的格式或结构，以及数据出,,现的顺序的意义。

语义：,定义发送者或接收者所要完成的操作，即,,对协议控制报文组成成份的含义的约定同步：,定义事件实现顺序以及速度匹配4,,1.1.2,网络标准,,网络标准是数据通信中遵循的特定的规章和准则l,,事实标准,,指根据现实或按约定形成的标准l,,法律标准,,指由某个权威的、公认的标准化组织认可的、正式的、合法的标准5,,1,.,2,网络标准化,1.2.1 网络协议标准化组织,,1） 国际的标准化组织,,国际标准化组织 (,International Standards Organization,或,International Organization for Standardization),简称,ISO,，,是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织ISO,的任务是促进全球范围内的标准化及其有关活动，以利于国际间产品与服务的交流，以及在知识、科学、技术和经济活动中发展国际间的相互合作成立于,1947.2.13,ISO”,并不是首字母缩写，而是一个词 ，它来源于希腊语，意为“相等”,,,国际电信联盟（,International Telecommunication Union,简称,ITU ）,,,,成立于,1947.10,。

6,,2） 国家的标准化组织,,美国国家标准协会,(,American National Standards Institute,简称,ANSI,,),,,成立于,1918,年是个完全民间的、非盈利组织，它的成员有制造商、公共承运商等是美国标准化组织中心国家标准和技术协会,(National Institute of Standards and Technology,简称,NIST),,美国国家标准与技术研究所,(NIST),的前身是美国国家标准局,(NBS),,创建于,1901,年，迄今已有一百多年历史7,,法国标准化组织协会,(AFNOR),,1941,年,5,月,24,日，法国政府颁布法令，确认,AFNOR,为全国标准化主管机构，并在政府标准化管理机构,--,标准化专署领导下，按政府指示组织和协调全国标准化工作，代表法国参加国际和区域性标准化机构的活动总部设在首都巴黎英,国标准协会,(BSI),,英国标准协会,(British Standards Institution,,简称,BSI),成立于,1901,年，是世界首家实施质量认证的权威性机构，其制定的很多标准被,ISO,认定为国际标准。

德国标准协会,(DIN),,德国标准协会（,DIN,）是德国的标准主管机关，成立于,1917,年，总部设在柏林从,1975,年起，德国政府就把,DIN,作为国家标准体系，在国际和欧洲范围内代表德国的利益8,,3) 工业和专业的标准化组织,,电气和电子工程师学会(,Institute of Electrical and Electronics Engineers,简称,IEEE,,),,IEEE,的前身,AIEE,（美国电气工程师协会）和,IRE,（无线电工程师协会）成立于,1884,年1963,年,1,月,1,日,AIEE,和,IRE,正式合并为,IEEE,它是世界上最大的、最有影响的专业工程师学会，其范围是国际性的IEEE,拥有全球近,175,个国家三十六万多名会员透过多元化的会员，该组织在太空、计算机、电信、生物医学、电力及消费性电子产品等领域中都是主要的权威在电气及电子工程、计算机及控制技术领域中，,IEEE,发表的文献占了全球将近百分之三十IEEE,每年也会主办或协办三百多项技术会议9,,,美国电子工业协会（,Electronic Industries Association,简称,EIA ),,EIA,成立于,1924,年，,1950,年和,1957,年曾先后改为无线电制造商协会（,Radio Manufacturers‘ Association:RMA,）和无线电、电子、电视制造商协会（,Radio-Electronics-Television Manufacturers’ Association:RETMA,）。

它是推进电子学应用的非盈利组织，它的活动包括开发标准、对公众的教育培训以及促进政府对标准的制定等,,国际电工委员会（,IEC,International Electrotechical Commission,）,成立与,1906,年它是世界上最早成立的一个标准化国际机构，是一个官方组织旨在促进电子电工和相关技术方面的标准和国际合作10,,4) 地区的标准化组织,,欧洲标准化委员会(,CEN, Committee European Stanardization),,1961,年成立,,,宗旨在于促进成员国之间的标准化协作，制定本地区需要的欧洲标准和协调文件成员国有：奥地利、比利时、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、冰岛、卢森堡、意大利、荷兰、挪威、波兰、西班牙、瑞典、瑞士和英国欧洲邮政和电报委员会(,CEPT,Conference Europe of Post and Telecommunications),，也称欧洲邮政电信管理机构大会成立于,1967,年，是,43,个欧洲国家的电讯管理合作组织该组织处理与协调与无线电通讯有关的问题欧洲计算机制造商协会（,ECMA,European Computer Manufactures Association,）,,,成立于,1961,年，是一个使计算机运作格式标准化的官方组织,,,包括程序语言和输入输出代码。

11,,1.2.2,,有关因特网的组织管理机构,因特网体系结构委员会,IAB(Internet Architecture Board),,因特网的最大特点是,管理上的开放性,先后成立了一些,非赢利的组织机构,，这些机构自愿承担起了因特网的管理职责最早的因特网机构,是,ARPA,成立的一个非正式的委员会：,因特网配置控制委员会,（,Internet Configuration Control Board,，,ICCB,），,该机构成立于,1979,年，由志愿者参加其,功能,是协调和引导因特网协议和体系结构的设计12,,1983,年,，,因特网行动委员会,（,Internet Activities Board,，,IAB,）取代了,ICCB,，,IAB,负责因特网的技术管理和发展战略制订，决定因特网的技术方向,具体工作包括：建立因特网标准；管理请求注解文档,RFC,的发布过程；建立因特网的策略性计划1986,年,，在,IAB,下成立了两个工作部门：,,因特网工程任务组,（,Internet Engineering Task Force,，,IETF,）,,因特网研究任务组,（,Internet Research Task Force,，,IRTF,）,。

13,,因特网工程任务组,(IETF),,IETF,负责,因特网中、短期技术标准和协议的研发和制定IETF,将其研究的方向划分为几个单独的研究,领域,IETF,涉及的,技术领域包括,：因特网应用、传输与用户服务、网络管理、运行、路由、安全性、与,OSI,的集成、下一代因特网等每个领域都设有多个工作小组,（,Working Group,，,WG,），,大量的技术性工作均由这些工作小组承担和完成因特网工程指导组,（,Internet Engineering Steering Group,，,IESG,）是,IETF,的上层机构，它由一些专家和各领域的负责人组成，设一个主席职位IESG,主要负责,IETF,各项活动及因特网标准制定过程中的,技术管理工作,14,,因特网研究任,务组（,IRTF,）,,因特网研究任务组,IRTF,负责长期的、与因特网发展相关的技术问题，协调有关,TCP/IP,协议和一般体系结构的研究活动IRTF,通过建立重点、长期和小型的研究小组，对因特网的各种协议、应用软件、结构和技术等问题进行,重点研究,，以促进因特网在,未来的发展,1992,年,，因特网行动委员会更名为,因特网体系结构委员会,（,Internet Architecture Board,），,成为同年成立的,因特网协会,ISOC,的技术顾问小组，简称仍为,IAB,。

15,,1.2.3,,因特网协会,ISOC,,1992,年,，一个相当于,因特网最高管理机构,的组织因特网协会（,Internet Society,，,ISOC,）,成立ISOC,总部及秘书处,设在美国弗吉尼亚州莱斯顿地区是一个推动和促进,Internet,发展的专业组织作为一个,非赢利的行业性全球因特网协调与合作国际组织,，,ISOC,致力于确保全球因特网发展的有益性和开放性，并就因特网技术制定,标准,、,发布信息,、进行,培训,此外，,ISOC,还致力于社会、经济、政治、道德、立法等,能够影响因特网发展方向的工作,16,,1.2.4,,因特网网络信息中心,InterNIC,,因特网网络信息中心,（,Internet Network Information Center,，,InterNIC,）,成立于,1993,年,1,月，,InterNIC,负责所有以,.com,、,.org,、,.net,和,.,edu,结尾的,顶级国际域名的注册与管理,中国互联网络信息中心,（,China Internet Network Information Center,，,CNNIC,）,成立于,1997,年,6,月,。

是我国的非盈利互联网管理与服务机构，行使中国国家互联网络信息中心的职责CNNIC,主要提供注册服务、目录数据库服务、信息服务、网站访问流量认证17,,1.2.5,,因特网名称与数字地址分配机构,ICANN,因特网名称与数字地址分配机构,(,The,Internet Corporation for Assigned Names and Numbers,，,ICANN,),成立于,1998,年,10,月，是一个集合了各地网络界的商业、非商业、技术及学术领域专家的,非,盈,利组织,ICANN,负责,IP,地址空间的分配、协议标识符的指派、通用顶级域名以及国家和地区顶级域名系统的管理以及根服务器系统的管理18,,1.3,,标准化过程和,RFC,文档,1.3.1,,因特网技术文档,RFC,（,Request For Comments,）,的含义是,请求评论,，它是一系列关于因特网的技术文档RFC,涉及,计算机网络的概念、协议、过程、程序、会议纪要、观点看法甚至幽默等诸多方面的内容RFC,技术文档的发布开始于,1969,年，当某一机构、团体或个人开发出了,一个标准或者想对某一标准提出自己的设想,，希望得到大家的认可时，就要通过,Internet,工程指导小组,(,IESG),在因特网上发布一个,RFC,文档，向外界,征询意见,。

19,,符合因特网标准过程的,规范有两类,：,,技术规范,TS,（,Technical Specification,）,,适用性陈述,AS,（,Applicability Statement,）,,,TS,是关于协议、服务、过程、约定和格式的描述AS,定义一到多个技术规范的使用环境和如何使用，,,AS,为每个,TS,指定下列,5,个,“,需要等级,”,之一1,）,必需的,,（,2,）,建议的,,（,3,）,可选的,,（,4,）,限制使用的,,（,5,）,不建议的,,20,,1.3.2,,因特网标准建立过程,,图,1,描述了因特网的标准化过程和,RFC,文档的状态RFC,文档有,8,种状态,3,个状态属于,标准化轨迹,，,3,个状态属于,非标准化轨迹,，,2,个状态为,其他状态,1.,前期准备工作,,一个规范文档要进入因特网标准化轨迹之前，首先应作为,因特网草案,接受非正式的评论2.,标准轨迹,,试图成为因特网标准的规范必须经过,一系列的成熟级,，这组成熟级即为因特网标准轨迹标准轨迹由,3,个成熟级,构成：,,,提案标准,,草案标准,,因特网标准,,21,,,因特网草案,,RFC,文档集,,提案标准,,草案标准,,标,,准,,历史性的,,实验性的,,信息性的,,最佳当前实现,,STD XXXX,,FYI XXXX,,BCP XXXX,,未知性的,,,,,,图,1,：,Internet,标准化过程及文档状态,,删除,,6,个月内被推荐成为,RFC,文档,,或者未能被推荐成为,RFC,文档,,6,个月内被新版草案取代,,进入新一轮非正式评议,,被推荐为,RFC,,标准轨迹,,非标准轨迹,,,22,,3.,非标准轨迹,,实验性的,规范,,信息性的,规范,,历史性的,规范,,4.,其他状态,,当前最佳实现,BCP,。

未知性的,,23,,1.3.3,,获取,RFC,文档,,RFC,文档包含了关于因特网的几乎所有的重要资料RFC,文档可以通过,电子邮件,、,FTP,或,WWW,方式获得最方便的方式还是通过,WWW,方式得到,http://,,是,RFC,的官方网站http://www.rfc-editor.org,是,RFC,编辑小组的网站24,,以下几点值得,注意,：,,（,1,）当一个,RFC,文档被发布的时候，它就会获得一个,RFC,编号,若一个,RFC,文档被更新，那么新的,RFC,文档会被分配一个新的,RFC,编号，过时的,RFC,文档及编号仍保持不变，而,在新的,RFC,文档头部将标明它所废止的旧,RFC,文档号,2,）当一个,RFC,文档被接纳为因特网标准时，它将被分配一个,标准号,“,STD XXXX”,，,同时它原有,的,RFC,文档和编号仍保留3,）当一个,RFC,文档被接纳为当前最佳实现,BCP,时，它将被分配一个额外编号“,BCP,,XXXX,”,，,同时它原有的,RFC,文档和编号仍保留4,）当一个,RFC,文档被接纳为“你的信息”,FYI,时，它将被分配一个额外编号“,FYI XXXX,”,，,同时它原有的,RFC,文档和编号仍保留。

25,,第2章,TCP/IP,协议族与,OSI,参考模型,,26,主要内容,网络协议与分层,,,OSI,参考模型,,,TCP/IP,协议族,,,客户,-,服务器模型,,,27,,2.1,,网络协议与分层,,1,．协议的概念,,,网络,协议,是通信双方共同遵守的规则和约定的集合,任何两个主机系统需要通信，必须要运行相同的网络协议，这样才能正确理解对方所传输的数据协议必须将各种不利的条件事先都估计到，而不能假定一切情况都是很理想和很顺利的必须非常仔细地检查所设计协议能否应付所有的不利情况整个计算机网络的实现体现为协议的实现2,、网络协议分层的必要性,,相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这“协调”是相当复杂的分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理28,,为了保证网络的各个功能的相对独立性，以及便于实现和维护，通常将协议划分为多个子协议，并且让这些协议保持一种,层次结构,，子协议的集合通常称为,协议簇,3,、划分层次原则,,层次数目不能太少，若层数太少，就会使每一层的协议太复杂层次数目不能太多，层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。

29,,4,、协议分层的好处,,网络协议的分层有利于将复杂的问题分解成多个,简单,的问题，从而分而治之；,,分层,有利于网络的互联,，进行协议转换时可能只涉及某一个或几个层次而不是所有层次；,,分层,可以屏蔽下层的变化,，新的底层技术的引入，不会对上层的应用协议产生影响有利于标准化,,方便实现和维护,,30,,分层的体系结构中层、协议和接口的关系示意图,,31,,2.2 OSI,体系结构,,网络划分为资源子网和通信子网，如图,1,所示通信子网,由通信设备和线路构成，,资源子网,由主机和其他末端系统构成交换结点属于通信子网，访问结点属于资源子网因为主机也具有通信功能，所以严格地讲，主机中负责底层通信的部分也应该属于通信子网图,1,：通信子网和资源子网,,通信子网,,资源子网,,,32,,20,世纪,70,年代出现了多种网络体系结构针对这一问题，国际标准化组织,ISO 1984,年提出了著名的,开放系统互连参考模型,，简称,OSI/RM,，,OSI/RM,的层次结构中下三层为通讯子网，上四层为资源子网OSI,：,Open System Interconnection,，开放系统互连,,RM,：,Reference Model,，参考模型,,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,,,用户支持层,网络支持层,7,6,5,4,3,2,1,,33,,物理层：,规定数据传输时的物理特性，,,数据链路层：,查看及向数据上加入,MAC,地址；流量控制；差错检测。

网络层：,向数据上加入网络地址；根据目的网络地址为数据选择网络路径传输层：,将数据分段重组保证数据传输无误性会话层：,建立、保持、结束会话表示层：,翻译应用层：,将用户请求交给相应应用程序,OSI/RM,各层的功能,,34,,,…,,图,2,：,,ISO,开放系统互连参考模型,,中间结点,,中间结点,,…,,物理层,,数据链路层,,网络层,,传输层,,会话层,,表示层,,应用层,,物理层,,数据链路层,,网络层,,传输层,,会话层,,表示层,,应用层,,物理层,,数据链路层,,网络层,,物理层,,数据链路层,,网络层,,设备,A,,设备,B,,端到端协议,,7,,6,,5,,4,,3,,2,,1,,图,2,为两个设备使用七层参考模型的示意：：,,35,,OSI/RM,的数据封装拆封,（,1,）数据封装过程,,,36,,（,2,）数据拆封装过程,,,37,,2.3,TCP/IP,协议族,,TCP/IP,协议族是一个,Internet,协议系列，它的前身是实验性分组交换网,APRANET,（由美国国防部高级研究计划署,DoD ARPA,所资助）TCP/IP,协议族包含了大量由,Internet,体系结构委员会（,Internet Architecture Board, IAB,）作为,Internet,标准发布的协议。

TCP/IP,协议族由应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层构成每一层的功能由一个或多个协议实现38,,TCP/IP,参考模型,,,应用层,传输层,网络层,网络接口层,4,3,2,1,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,7,6,5,4,3,2,1,ISO,－,OSI,参考,模型,TCP/IP,参考,模型,,39,,TCP/IP,协议族的层次结构,,,,应用层,,DNS FTP … TFTP SMTP SNMP,,,传输层,UDP TCP,,ICMP IGMP,,,网络层,,IP ARP,,RARP,,数据链路层,,物理层 由底层网络定义的协议,,,40,,网络接口层,网络接口层,（,Host-to-network Layer,），,也有翻译成主机,—,网络层的在,TCP/IP,参考模型中并没有详细定义这一层的功能，只是指出通信主机必须采用某种协议连接到网络上，并且能够传输网络数据分组具体使用哪种协议，在本层里并没有规定。

实际上根据主机与网络拓扑结构的不同，局域网基本上采用了,802,系列的协议，如,802.3,以太网协议、,802.5,令牌环网协议；广域网较常采用的协议有帧中继、,X.25,等41,,网 络 层,网络层（,Internet Layer,）,的主要功能是负责在互连网上传输数据分组网络层与,OSI,参考模型的网络层相对应，相当于,OSI,参考模型中网络层的无连接网络服务网络层是,TCP/IP,参考模型中最重要的一层，它是通信的枢纽,,从底层来的数据包要由它来选择继续传给其他网络结点或是直接交给传输层,,,对从传输层来的数据包，要负责按照数据分组的格式填充报头，选择发送路径，并交由相应的线路发送出去,在网络层，主要定义了网络协议（,IP,）,以及数据分组的格式它的主要功能是路由选择和拥塞控制另外，本层还定义了地址解析协议,ARP,和反向地址解析协议,RARP,、,Internet,控制报文协议,(ICMP)、Internet,组管理协议,IGMP,以及路由选择协议42,,传 输 层,传输层（,Transport Layer,）,的主要功能是负责端到端的对等实体之间进行通信TCP/IP,的传输层定义了两个协议：,,传输控制协议（,Transport Control Protocol,）,TCP,，,参见,RFC793,；,,用户数据报协议（,User Datagram Protocol,）,UDP,，,参见,RFC768,。

TCP,协议是可靠的、面向连接的协议,,它用于包交换的计算机通信网络、互连系统以及类似的网络上，保证通信主机之间有可靠的字节流传输UDP,是一种不可靠的、无连接协议它最大的优点是协议简单，额外开销小，效率较高；缺点是不保证正确传输，也不排除重复信息的发生UDP,不是面向连接的需要可靠数据传输保证的应用应选用,TCP,协议；相反，对数据精确度要求不是太高，而对速度、效率要求很高的环境，如声音、视频的传输，应该选用,UDP,协议43,,应 用 层,应用层（,Application Layer,）,是,TCP/IP,协议族的最高层，,直接针对用户需求的协议,它包含了所有,OSI,参考模型中会话层、表示层和应用层这些高层的协议的功能,每个,应用层,协议都是为了解决某一类应用问题互连网络上应用层协议有下面几种：,,电子邮件协议（,SMTP,）,,超文本传输协议（,HTTP,）,,网络终端协议（,TELNET,）,,文件传输协议（,FTP,）,,网络新闻传输协议（,NNTP,）,,域名系统（,DNS,）,,简单网络管理协议（,SNMP,）,,44,,,45,,2.,4,,客户,-,服务器模型,客户,-,服务器方式,(,client-server model,),是,TCP/IP,的进程之间经常使用的通信方式，这种方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。

46,,客户,—,服务器交互模型,,47,,客户程序和服务器程序特性对比,,48,,客户程序和服务器程序特性对比举例,,49,,客户,-,服务器方式的基本工作过程,1),服务器进程在一台主机上启动，等待客户进程的服务请求2),一个客户进程向服务器发出建立连接的请求3),服务器端收到来自客户的请求连接报文后，按照预定的通信协议做出响应4),如果服务器同意这一连接请求，则由服务器进程向客户返回一个同意连接的报文5),客户进程收到服务器发回的同意连接的报文后，即可通过所建立的连接向服务器进程发送客户访问服务器资源的具体要求和参数6),服务器进程收到客户访问服务器的具体要求后，响应这个请求7),服务器进程完成客户请求后，服务器返回等待状态，等待同一个或其它客户进程的服务请求50,,思 考 题,1.,简述协议的概念和协议三要素2.,简述网络分层的必要性及分层原则？,,3. OSI,参考模型分为几层？每层的功能是什么？,,,4.,画出,TCP/IP,参考模型的层次结构图？,,5.,简述,客户/,服务器模式中客户程序与服务器程序的区别51,,。