网络体系结构、协议和软件系统.ppt

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1、,第2章 网络体系结构、协议和软件系统,2.1 网络体系结构2.2 网络的三个著名标准化组织的组成与主要贡献2.3 TCP/IP通信标准2.4 网络操作系统2.5 计算机网络系统模型,2.1 网络体系结构2.1.1 协议的本质与功能 网络中的计算机之间进行通信时，它们之间必须使用一种双方都能理解的语言，这种语言被称为“协议”。,2.1.1.1 协议的中心任务 1.协议的语法(如何讲)问题 协议定义了如何进行通信的问题，即对通信双方采用的数据格式、编码等进行定义。例如，报文中内容的组织形式，如报文中内容的顺序、形式等等。这就是协议的语法问题。2.协议的语义(讲什么)问题 协议应解决在什么层次上定

2、义了通信，其内容是什么，即对发出请求、执行的动作，以及对方的应答做出解释。例如，对于报文，它由什么部分组成，哪些部分用于控制数据，哪些部分是真正的通信内容。这就是协议的语义问题。,3.协议的定时(讲话次序)问题 定时(又称时序)协议定义了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲话的速度等，这就是定时问题。例如，是采用同步传输还是异步传输。总之，协议必须在解决好语义、语法和定时这三部分的问题之后，才算比较完整地构成了数据通信的语言。因此，又将语义、语法和定时称为网络的3要素。,2.1.1.2 协议的功能1.分割与重组2.寻址3.封装与拆封 4.排序5.信息流控制6.差错控制7.同步8.干路传输9.连

3、接控制,2.1.2 计算机网络体系结构的概念1.层次化体系结构的概述 协议(protocol)：是一种通信约定。层次(layer)接口(interface)：接口就是同一节点内，相邻层之间交换信息的连接之点。层次性体系结构(Network Architecture)2.1.3 ISO的OSI七层参考模型2.1.3.1 OSI七层参考模型层次划分、结构特点和数据流,2.1.3.2 OSI参考模型的七层及其功能特点 低三层：面向通信，偏向硬件技术 高三层：面向用户，偏向软件技术 中间层：运输层，高三层和低三层的接口(1)物理层(Physical Layer)物理层是OSI参考模型的最低层，也是OS

4、I模型的第一层。其主要功能用一句话表示就是“确定如何使用物理传输介质”，即利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，在通信线路上传输数据比特的电信号”。计算机网络中有许多物理设备和各种传输介质，因此物理层真正的作用是要尽可能地屏蔽掉各种媒体和设备的具体特性，使得数据链路层感觉不到差异的存在。这样，数据链路层就可以只考虑本层的协议和服务功能。,(2)数据链路层(Data Link Layer)数据链路层是OSI模型的第二层，其主要功能用一句话表示，就是“通过各种控制协议，将有差错的物理信道变为无差错的、能可靠传输数据帧的数据链路”。链路层是利用物理层提供的原始比特流，在邻接节点之间实现透明的、可

5、靠的数据传输。(3)网络层(Network Layer)它的主要任务用一句话表示就是“通过路由选择算法，为报文或分组通过通信子网选择最适当的路径”。网络层利用数据链路层提供的邻接节点间的数据传送功能，保证终端系统间进行透明、高可靠的数据传递 链路层仅负责将帧从线路一端送到相邻的另一端，若数据从源到目标传输并不是相邻节点，则需要经多次跳跃，网络层则负责端到端的通信。还有阻塞控制和网络互连的作用。(4)传输层(Transport Layer)它的主要任务用一句话表示就是“向用户提供可靠的端到端的差错和流量控制，保证报文的正确传输”。传输层的目的是向高层屏蔽下层数据通信的细节，即向用户透明地传送报文

6、。,(5)会话层(Session Layer)会话层是OSI模型的第五层，它是用户应用程序和网络之间的接口，它的主要任务用一句话表示就是“向两个表示层提供建立和使用连接的方法”。这种表示层之间的连接称为会话。因此，会话层的任务就是组织两个会话进程之间的通信，并对数据交换进行管理。(6)表示层(Presentation Layer)表示层是OSI模型的第六层，它的主要功能用一句话表示就是“处理信息编码、数据格式转换和加密解密”。,(7)应用层(Application Layer)应用层是OSI参考模型的最高层，它是用户应用程序和网络之间的接口，它的一句话功能表示为“直接向用户提供服务”，完成用户

7、希望在网络上完成的各种工作。这一层的主要功能是负责网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，包括建立与结束使用者之间的联系，监督、管理相互连接起来的应用系统和所使用的应用资源。这一层还为用户提供各种服务，包括目录服务、文件传送、远程登录、电子函件、虚拟终端、作业传送和操作，以及网络管理等。然而，这一层并不包含应用程序本身。,2.2 网络的三个著名标准化组织的组成与主要贡献2.2.1 国际标准化组织ISO2.2.2 电气电子工程师协会IEEE2.2.3 美国国防部高级研究计划局ARPA,国际标准化组织(ISO)一、简介：国际标准化组织(International Organization for

8、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成立于1946年，当时来自25个国家的代表在伦敦召开会议，决定成立一个新的国际组织，以促进国际间的合作和工业标准的统一。于是，ISO这一新组织于1947年2月23日正式成立，总部设在瑞士的日内瓦。ISO于1951年发布了第一个标准工业长度测量用标准参考温度。,二、ISO的组织结构ISO的组织机构包括全体大会、主要官员、成员团体、通信成员、捐助成员、政策发展委员会、理事会、ISO中央秘书处、特别咨询组、技术管理局、标样委员会、技术咨询组、技术委员会等。ISO技术工作是高度分散的，分别

9、由2700多个技术委员会(TC)、分技术委员会(SC)和工作组(WG)承担。在这些委员会中，世界范围内的工业界代表、研究机构、政府权威、消费团体和国际组织都作为对等合作者共同讨论全球的标准化问题。,三、国际标准的形成过程国际标准由技术委员会(TC)和分技术委员会(SC)经过六个阶段形成：第一阶段：申请阶段；第二阶段：预备阶段；第三阶段：委员会阶段；第四阶段：审查阶段；第五阶段：批准阶段；第六阶段：发布阶段。若在开始阶段得到的文件比较成熟，则可省略其中的一些阶段,电气电子工程师协会(IEEE)于1980年2月组成了IEEE局域网标准委员会(简称IEEE 802委员会)，专门负责有关局域网的标准化

10、工作，后来该委员会的工作又扩大到城域网。委员会制订的IEEE 802局域网标准已经得到了国际标准化组织ISO的认可，将IEEE 802标准确定为ISO 8802标准，局域网标准指的就是IEEE 802的系列标准。,IEEE 802标准主要包括下列内容，IEEE 802.1A：体系结构IEEE 802.1B：寻址、网间互连和网络管理IEEE 802.2：逻辑链路控制LLCIEEE 802.3：CSNA/CD访问控制与物理层规范IEEE 802.4：Token BUS(令牌总线)访问控制与物理层技术规范IEEE 802.5：Token Ring(令牌环)访问控制与物理层技术规范IEEE 802.6

11、：城域网访问控制与物理层技术规范IEEE 802.7：宽带局域网技术标准IEEE 802.8：光纤网络技术标准（FDDI）IEEE 802.9：集成化语音/数据局域网（IVD LAN）IEEE 802.10：可互操作局域网安全标准(SILS)IEEE 802.11：无线局域网LANIEEE 802.12：按需优先（100VGAnyLAN）,2.3 TCP/IP通信标准Internet采用了一种标准的计算机网络语言（技术上称为协议），以保证数据安全、可靠地到达指定的目的地，Internet协议分为两个部分：TCP（传输控制协议）和IP（网络层协议）。,它是一种对计算机数据（电信号）打包后寻址的标

12、准方法，几乎可以没有任何损失而迅速地将计算机数据经路由器传输到全世界的任何地方。当一个Internet用户通过网络向其它机器发送数据时，TCP协议把数据分成若干个小数据包，并给每个数据包加上特定的标志，当数据包到达目的地后，计算机去掉其中的IP地址信息，并利用TCP的装箱单检验数据是否有损失，然后将各数据包重新组合还原成原来的数据文件。由于传输路径的不同，加上其它各种原因，接收方计算机得到的可能是损坏的数据包，TCP协议将负责检查和处理错误，必要时要求发送端重新发送。TCP/IP 协议的层次 结构由上至下分为：应用层、传输层、网络层（互连网层）和网络接口层。,各种不同类型的计算机网之所以可以用

13、TCP/IP同Internet打交道，是由于采用了一种被称为网关(Gateway)专用机器，负责计算机网的本地语言与TCP/IP 语言相互转换。简言之，Internet这样一个巨大的无缝隙的全球网，能够对请求立即作出响应，是由计算机、网关、路由器和协议所保证。在Internet上做任何事，地址起着至关重要的作用，当你与Internet上其它用户和计算机进行通信或寻找Internet的各种资源时，都必须知道地址。Internet采用TCP/IP协议，网络中的所有计算机均称为主机，每台主机必须有一个地址：IP地址。Internet上的计算机之间可以互相通信是因为每台计算机采用一个唯一的IP地址。每

14、个数据包上标明去向的IP包头就是一个地址标志。,Internet地址有两种形式：一种是机器可识别的地址，用数字表示，如：210.38.128.33；另一种是便于记忆的地址，用字符表示，称为域名(domain name)。IP地址按网络规模的大小主要可分成三类:A类地址、B类地址、C类地址。域名通常按以下形式组成host.subdomain.domain。其中，主机(host)通常是特定位置上的某台机器，主机和本地网组合形成了区域，一个区域可以和另一个区域组合成更大的区域，出现一个区域包含另一个区域的情形。如湛江海洋大学的域名是：。而地址中，zjou2是主机名，zjou，edu和cn都是区域，z

15、jou表示湛江海洋大学，edu表示教育，cn表示中国，前一个区域被后一个区域所包含。,域名意义 com商业组织edu教育部门 gov政府部门 mil军事部门 net主要网络支持中心 org 上述以外的机构 int 国际组织,国家代码国家 ca 加拿大 cn 中国 de 德国 fr 法国 gb 英国 jp 日本 us 美国,INTERNET的最高层域名由INTERNET网络协会负责网络地址分配的委员会进行登记和管理，它还为INTERNET的每一台主机分配唯一的IP地址。全世界现有3个大的网络信息中心：INTER NIC 负责美国及其它地区 RIPE-NIC 负责欧洲地区 APNIC 负责亚太地区

16、,2.4 网络操作系统2.4.2 网络的软件系统 1.网络操作系统 网络操作系统是最主要的网络软件，它通常被安装在服务器上，并对网络实施高效、安全的管理；并使各类网络用户能够在各种网络工作站的站点上去方便、高效、安全地享用和管理网络上的各种资源；它还为用户提供各种网络服务功能以及负责提供网络系统安全性的管理和维护。,2.网络管理软件网络管理软件用于监视和控制网络的运行。网络管理主要包括自动监控设备和线路的情况、网络流量及拥挤的程度、虚拟网络的配置和管理等。3.各种网络应用软件平台和应用软件(1)数据库管理系统(2)办公自动化管理系统软件(3)其他必要软件,2.4.3 网络操作系统的定义和功能1

17、.网络操作系统的定义 网络操作系统是为了实现网络通信的有关协议，并为网络中各类用户提供网络服务的软件集合。2.网络操作系统的功能(1)作为操作系统应具有的基本功能 作为操作系统，应具有处理机管理、存储器管理、文件管理和设备管理等基本功能。,(2)作为网络管理系统应具有的功能 提供通信交往能力。能向各类用户提供友好、方便和高效的用户界面，便于进行网络管理，也便于资源的使用和管理，并具有迅速响应用户提出的服务请求的能力。能支持各种常见的“多用户环境”，也应当支持用户的协同工作。,能有效地实施各种安全保护措施，并实现对各种资源存取权限的控制。提供关于网络资源控制和网络管理的各类实用程序和工具。例如：

18、常用的系统管理工具有系统备份、性能监测、设置参数、安全审计与防范等。提供必要的网络互联支持，例如：提供网桥、路由或网关等支持功能。,(3)网络服务 文件服务。主要包括文件的传输、转移和存储、同步和更新、归档(备份数据的过程)等。打印服务。即共享、优化打印设备的使用。报文服务。提供“携带附件的电子邮件”的服务功能。目录服务。目录服务允许系统用户维护网络上的各种对象的信息。例如，对象可以是用户、打印机、共享资源及服务器等。,应用程序服务。即提供应用程序的前端接口。例如，将一个小的前端程序安装在客户的计算机上，用来查询主数据库服务器。服务器处理之后，将客户机请求的应答信息通过这个接口返回给用户。数据

19、库服务。数据库服务主要负责数据库的复制和更新。即解决数据库的变化与协调等问题。2.4.4 网络操作系统的分类 目前流行的网络操作系统主要有三大阵营：Unix、Novell 和Microsoft。,2.5 计算机网络系统模型2.5.1“专用服务器”网络结构(server based)专用服务器结构又称为“工作站/文件服务器”结构，局域网的兴起就是以这种系统结构为基本工作方式的，它是前几年局域网的主流系统结构之一。在这种网络中一般都至少有一台比其他工作站功能大的计算机，它上面安装有网络操作系统，因此，称它为专用的文件服务器，所有的其他工作站的管理工作都以此服务器为中心。也就是说，当所有的工作站注册

20、登录、资源访问时，均需要通过该文件服务器的传递及控制。,1.专用服务器系统结构的组成 将若干台微机工作站与一台或多台文件服务器通过通信线路连接起来，组成一个网络系统就称为“专用服务器”系统。2.适用的网络操作系统 3.适用场合,4.专用服务器结构的特点(1)优点 数据的保密性极其严格，且可以按不同的需要给予使用者相应的权限，从而达到资源共享的目的。文件的安全管理较好。可靠性较大。,(2)缺点 效率可能较低。因为，当应用程序和数据主要存放在文件服务器上时，许多工作站的使用者，就会频繁地读取这些程序和数据，这样，由于在同一时间内可能会有大量的程序和数据在网络上传递，则很容易导致整个网络的负荷过大，

21、因而降低了网络的效率。工作站上的资源无法直接共享。安装与维护比对等网困难。需要至少一部专门的服务器及其专职的管理员，且服务器的运算能力没有完全发挥。,2.5.2 C/S客户机/服务器网络结构(Client/Server)20世纪90年代以来流行的客户机/服务器(又称Client/Server，C/S或主/从结构)是一种集中管理与开放式、协作式处理共存的网络工作模式。其中，集中管理是指网络操作系统对网络和网络用户的集中控制与管理；协作处理是指客户机、服务器协同工作，共享处理能力；而开放式是指系统是开放的，如果需要可以随时添加新的客户机和服务器。客户机/服务器类型的信息系统通常由计算机平台、网络平

22、台和数据库平台组成。这里的C/S结构是指将应用划分为前端(front-end)，即客户机部分，通常客户机程序运行在微机或工作站上；以及后端(back-end)，即服务器部分，通常服务器程序可以运行在从微机直到大型计算机组成的各种计算机上。,1.客户机/服务器(C/S)网络系统结构的组成 在主从式结构中，除了专门的“文件服务器”外，一般根据需要加装若干个应用程序服务器。2.适用的网络操作系统3.应用场合 C/S结构的适用性广泛，因此被应用于各种要求安全性能较高的、便于管理的、具有各种微机档次的中小型单位中，例如：公司的办公网络、工商企业网和校园网等。,4.客户机/服务器(C/S)系统结构的特点（

23、1）优点 集中式管理、分布式和协作式处理共存的模式。集中式管理的特点与“专用服务器”结构类似，由其中的文件服务器承担主要的管理工作；应用程序的任务则分别由客户机和服务器共同承担，因而速度快；由于它的开放式设计思想，机器档次可高可低，不受特定硬件的限制，能够实现多元化的组网方案，这样不仅可以降低成本，还可以经常保持最新的网络技术。因此，主/从式结构是当前性能价格比最高的一种结构方式。,系统可扩充性好。当系统规模扩大时，可以不重新设计整个系统，只是简单地加挂服务器或客户机，就可以提高整个系统的性能，或满足系统在距离上扩充的需求。因此可以更有效地充分利用现有系统资源。抗灾难性能好，可靠性高。若设计良

24、好，则当某一台服务器发生故障时，另一台服务器可以迅速地响应并给以必要的支持。安全性好。由于，数据库系统在客户机/服务器体系中实际上是集中式管理，并面向多用户的，因而对管理用的目录数据库和其他应用程序数据库的完整性、数据安全保护和封锁机制是极为有利的，这一点与传统的中央主机-终端系统类似。,用户界面友好。由于，客户机通常是安装有流行操作系统的智能型的微机(PC)，它们自身有着很强的功能和丰富的应用软件资源，因此，具有友好的界面。(2)缺点 管理较为困难。主从式结构仍属分散式处理信息的方法，所以比集中式方法更为复杂。尤其对分布式资源的管理比较困难。开发环境较为困难。因为主从式结构采取开放方式，允许

25、不同厂商之间的用户运用，因此开发环境的管理也比集中式要困难得多。,2.5.3 B/S浏览器/服务器网络结构(Browser/Server)1.B/S浏览器/服务器网络结构(Browser/Server)的概念 B/S结构的客户端采用了人们普遍使用的浏览器，因此，它是一个简单的、低廉的、以Web技术为基础的“瘦”型系统。其服务器端除了原有的服务器外，通常增添了高效的Web服务器。,2.B/S浏览器/服务器网络模式中的中间件(1)为何要使用“中间件(Middle-ware)”尽管采用“C/S主/从结构”模式有很多优点，但是对于大多数从事应用程序开发的人员和普通用户的程序开发人员来说，在C/S模式中

26、必须编写跨越平台、多协议、多编译语言的网络应用软件，这是一件十分困难的事情。另外，如果程序开发人员需要针对底层网络协议编写程序的话，会使程序具有以下两个明显的问题。程序过多的依赖底层网络技术。程序很难集成新的网络服务。,(2)“中间件(Middle-ware)”的作用 通过“中间件”所提供的各种编程接口，例如，应用程序编程接口(API，Application program Interface)，可以将底层的网络协议和实现技术屏蔽起来。因此，“中间件”的作用就是将应用与网络隔离开来。这样，使得应用程序的开发人员可以不必顾及网络底层的具体技术，而将精力全部集中到应用程序的编写上。,鉴于上述基础开

27、发出的程序，将过多地依赖于网络协议和网络软件，而不利于程序的编写和维护，同时，也不利于程序的移植。为了解决应用程序对网络的过分依赖问题，C/S模式在其发展的过程中，引入了“中间件(Middle-ware)”的概念，也将网络模式发展为“B/S”模式。,(3)常用“中间件(Middle-ware)”的种类 目前，市场上的中间件的种类很多。例如，各大数据库厂商都提供了支持B/S工作方式的“中间件”的最新产品。其中比较著名的有：公共网关接口CGI技术；Web API(应用编程接口)技术，微软公司的ISAPI和Netscape公司的NSAPI；数据库厂商提供的接口，Informix公司的IUWC、Ora

28、cle公司的Web Server以及Sybase公司的IQ等；还有使用JAVA语言访问数据库的接口，如，Sun公司的JDBC等。,使用B/S结构的浏览器访问数据库的三层方式，与C/S结构的二层结构相比，除了具有它的全部优点外，还具有成本低，易于更新和改动，用户可以自行安装浏览器软件，并使用通用的浏览器进行访问，与网络平台完全无关，客户端软件廉价，安全保密控制灵活等显著的优点。,2.5.4 专用服务器、主/从结构和B/S结构的总结 这些网络的投资都比对等网的投资大。这类网络的系统的安全管理、用户管理、文件访问和数据备份等功能都较强。这些网络中的数据不像对等网那样完全分布在整个网络中，其相应管理工

29、作量也就减少了许多。它还具有其他种种优点，例如，用户在中央服务器(即文件服务器)上通常拥有一个与其访问权限有关的账户，因此它的安全措施较好，易于管理和维护。,现在将“基于服务器”结构的网络模型的特点归纳如下。(1)优点 集中化的安全措施。专用的文件服务器(网络控制服务器)。便于访问。便于备份。同步化的文件。,(2)缺点 昂贵的服务器。例如，需要至少一台专用的服务器，与普通的工作站计算机相比，服务器的价格要贵得多。由于具有专门的服务器，因此，需要专职的系统管理员对网络进行管理。,2.5.5 对等式网络结构(Peer-to-Peer)1.对等式网络结构(Peer-to-Peer)系统构成 在这种结

30、构中，使用的拓扑结构、硬件、通信连接等方面与“客户机/服务器”结构几乎相同，唯一不同的硬件差别是对等网不需要功能强大的专用服务器，因而无须购置专门的网络操作系统。对等网与“客户机/服务器”结构之间的其他主要差别是网络资源的逻辑编排和网络操作系统不同。在对等式网络结构中，没有专用的服务器，每一个工作站既可以起客户机作用也可以起服务器作用,2.适用场合“对等网”非常适用于小型办公室、实验室、游戏厅和家庭等小规模网络。3.对等网适用的网络操作系统 Windows95/98/2000。Windows for Workgroup。Windows NT Workstation。OS/2。,4.对等式网络系统结构(Peer-to-Peer)的总结（1）优点 节点地位平等，使用容易，且工作站上的资源可直接共享。容易利用现有流行软件中的内置网络功能，因此安装与维护都很方便。“对等网”中的计算机通常使用相同或相似的操作系统，例如，都使用Windows95/98/Me。价格低廉、大众化。不需要专门的服务器。,(2)缺点 无集中管理，安全性能较差。文件管理分散，因此数据和资源分散，数据的保密性差。需要对用户进行培训。,