第 二 章
Internet分层体系结构
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 2
2.1 网络体系结构
?网络体系结构是计算机之间相互通信的层次，以及
各层中的协议和层次之间接口的集合。网络协议是
计算机网络和分布系统中互相通信的对等实体间交
换信息时所必须遵守的规则的集合。
协议的关键成分是：
语法 (syntax)：包括数据格式、编码及信号电
平等
语义 (semantics)：包括用于协调和差错处理的
控制信息
定时 (timing)：包括速度匹配和排序等
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 3
计算机网络是一个复合系统，由于在型号、线
路类型、连接方式、同步方法、通信方式不同，
尤其就异种机来说其通信极为复杂，因此需要采
用分而治之的方式，
将非常复杂的网络通
信问题化为若干个彼
此功能相关的模块来
处理，各模块之间呈
现明显的层次结构，
这就是分层结构。
2.1 网络体系结构
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 4
?主计算机 (Host)
– 数据处理与网络控制
– 支持本地用户与网中其他用户之间的互
访与资源共享
资源子网
?终端 (Terminal)
– 直接面对用户，是人机交互环境
– 只完成输入输出及通信工作
– 可以是简单的输入输出设备
REC(1122/3和 1009)定义：
主机：一个主机就是连到 1个或多个网络的设备。
它可在其中的任意网络上进行收发通信，但不能
将分组从一网络传到另一网络。
参考：
网关：网关是连到多于 1个网络上的设备。它有
选择性的将信息从一个网络发到另一个网络。
2.1 网络体系结构 – 基本构成
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 5
T
T T
T
T
T
T
TTT
T
T
H
H
H
CCP
CCP CCP
CCP
通信子网
高速线路
低速线路
终端
通讯控制处理器
主计算机
T
CCP
H
资源子网
2.1 网络体系结构 – 基本构成
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 6
?局域网的通信子网由传输介质与网络接口
板组成
?广域网的通信子网在以上基础上包括转发
部件，通常具有交换功能
?路由器、网关、协议转换器均属于这类转
发部件
2.1 网络体系结构 – 基本构成
通信子网
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 7
?数据通信设备 (DCE)
– 将数字信号与模拟信号进行相互转换。
?通讯控制处理器（ CCP）
– 控制本模块与终端设备之间的数据传输，对其通信线路
进行控制管理。
?集中器（ Concentrator）
– 将若干个终端经低速通信线路集中起来，经高速
线路与 CCP相连，以提高效率。
?网络传输线路
– 线路通常分成高、中、低三个速度，可以涉及
同轴电缆，双绞线、光纤等。
CCP：作为网络中各个模块之间的接口
机，负责接口之间的信息传输控制。包
括线路传输控制、差错监测与恢复、路
径选择与流量控制、代码转换、作业的
装配与拆卸集中器：主要负责差错控制、信息缓存、代码转换、电路转接等
2.1 网络体系结构 – 基本构成
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 8
?国际标准化组织 (ISO)是一个义务性的
非条约的专门的标准化组织，负责制定
各类标准。
?标准的建立时间对于其成功是至关重
要的，当一个主题刚被发现时，会引起
很多的研究活动，经过一段时间后，热
度逐渐降低，开始进入合作研究期，第
三阶段则是成熟期。 研究
投资
标准
2.2 开放系统互连 (OSI)参考模型
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 9
2.2 开放系统互连 (OSI)参考模型
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 10
?2.2.1 物理层
?2.2.2 链路层
?2.2.3 网络层
?2.2.4 传输层
?2.2.5 会话层
?2.2.6 表示层
?2.2.7 应用层
面向通信
面向用户
2.2 开放系统互连 (OSI)参考模型
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 11
链路层
协议
物理层
协议
网络层
协议
分组流
比特流
帧流
报文流应用层7
应用层
传输层4 传输层
网络层3 网络层
链路层2 链路层
物理层1 物理层
表示层6 表示层
会话层5 会话层
报文流
报文流
段流
网络层 网络层
链路层 链路层
物理层 物理层
子
网
内
部
协
议
通信子网
转接节点 转接节点
2.2 开放系统互连 (OSI)参考模型
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 12
2.2 开放系统互连 (OSI)参考模型
数据 应用层
传输层
网络层
链路层
物理层
表示层
会话层
应用层头信息 数据应用层头信息 数据应用层
头信息 数据应用层头信息 数据应用层头信息 数据应用层头信息 数据应用层
头信息 数据应用层头信息 数据应用层头信息 数据应用层头信息 数据应用层
头信息 数据应用层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层表示层头信息会话层头信息 数据传输层头信息 传输层头信息数据应用层表示层头信息会话层头信息传输层 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据 数据数据用层信息示层信息话层信息输层信息 数据 数据数据用层信息示层信息话层信息输层信息 数据 数据数据用层示层话层信息输层信息 数据 数据数据用层示层话层信息输层信息 数据 数据数据用层示层话层信息输层信息 数据 数据数据用层示层话层信息输层信息 数据 数据数据用层示层话层信息输层信息 数据 数据数据用层示层话层信息输层信息 数据 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据数据网络层头信息 网络层头信息 网络层头信息应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息网络层头信息 应用层
头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据
网络层
头信息 应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据网络层头信息 应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据网络层头信息 应用层
头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据
网络层
头信息 应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据网络层头信息 应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据网络层头信息 应用层
头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据
网络层
头信息 应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据网络层头信息 应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据网络层头信息 应用层
头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据
网络层
头信息 表示层头信息会话层头信息
网络层
头信息 输层信息 应用层头信息 数据表示层头信息会话层头信息
网络层
头信息 输层信息 应用层头信息 数据表示层头信息会话层头信息
网络层
头信息 传输层头信息 应用层头信息 数据表示层头信息会话层头信息
网络层
头信息 传输层头信息 应用层头信息 数据
表示层
头信息
会话层
头信息网络层头信息
传输层
头信息
应用层
头信息 数据
表示层
头信息
会话层
头信息网络层头信息
传输层
头信息
应用层
头信息 数据
表示层
头信息
会话层
头信息网络层头信息
传输层
头信息
应用层
头信息 数据
表示层
头信息
会话层
头信息网络层头信息
传输层
头信息
应用层
头信息 数据
表示层
头信息
会话层
头信息网络层头信息
传输层
头信息
应用层
头信息 数据
表示层
头信息
会话层
头信息网络层头信息
传输层
头信息
应用层
头信息 数据链路层头信息 链路层头信息 链路层头信息
表示层
头信息
会话层
头信息头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层
头信息
会话层
头信息
链路层
头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层
头信息
会话层
头信息
链路层
头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层
头信息
会话层
头信息
链路层
头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链头 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链头 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路层头信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路层头信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路层头信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路层头信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路层头信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路层头信息停止 停止 停止 停止 停止 停止
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 13
OK,可以
通信了
?确定如何在通信信道上传输比特流
?涉及网络物理结构、传输介质的规程、
位传输的编码与定时规则。
2.2.1 OSI模型 – 物理层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 14
?加强物理层的传输功能，建立一条无差错
的传输线路
?将物理层传输的比特组合成帧，确定帧界
及速率，差错纠正
通信系统DCEDTE DCE DTE
通信线路
数据电路
数据通信链路
2.2.2 OSI模型 – 链路层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 15
MAC地址：
以太网的地址技术有两个，一
是全球唯一地址，即 MAC地址，
一是广播地址 。 其中前 6位为厂
商地址，如 SUN公司的地址为
08:00:20
?寻址：广播方式进行
– 网卡地址 （ MAC地址 ）
– 出厂设臵,全球唯一
?物理拓扑结构
– 总线结构
– 环型结构
– 星型结构
– 网状结构
– 蜂窝结构
?访问方式 （以太网、令牌网等）
介质访问控制（ MAC）层
2.2.2 OSI模型 – 链路层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 16
?帧界确定和识别 —帧结束的判定
– 面向字符的传输，面向位的传输，编码违例法
时间
数据
0 0 1 0 1 1 0 1 1 0
无确认、无连接：不建立连接，不提供错误控制，流量
控制和顺序控制。适于语音类型的信源
有确认、无连接：接收方返回确认信息，提供错误及流
量控制，但不提供顺序控制。可能出现重复包
面向连接：建立连接通道，按顺序发送帧，根据帧编号
确定重复包
?差错控制机制 —用超时、确认的方式解决错误
– 停止等待方式、连续工作方式
?差错检验和纠正 —设臵检错码与纠错码
– 奇偶校验码，方块码，循环冗余纠错码
?连接类型 — 对连接类型进行判定
– 无确认、无连接；有确认、无连接；面向连接
?流量控制 —确保收发双方具有相同的通讯能力
– 静态窗口流控，动态窗口流控，预定速率流控
逻辑链路控制（ LLC）层
2.2.2 OSI模型 – 链路层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 17
2.2.2 OSI模型 – 链路层
?接收端可以通过检错码检查传送一帧数据
是否出错，一旦发现传输出错，则采用反
馈重发 ARQ(Automatic Request for
Repeat)的方法来纠正,
信源 校验码编码器
存储器
反馈信号
控制器
发送装臵 接收装臵 校验码译码器 信宿
反馈信号
控制器
传
输
信
道
差错控制机制
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 18
?反馈重发纠错实现方法有两种：
– 停止等待方式
? 等到确认接收方正确无误地收到数据帧后才发送
下一个帧。协议简单，系统通信效率低。
11
11
11
11
111
22
22
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22
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33
33
33
33
333
2.2.2 OSI模型 – 链路层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 19
11
11
11
22
22
22
– 连续工作方式
? 拉回方式
? 选择重发方式
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44
44
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55
55
55
55
555
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33
33
333
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44
44
44
444
22
22
22
22
222
55
55
55
55
555
66
66
66
66
666
77
77
77
77
777
2.2.2 OSI模型 – 链路层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 20
流量控制机制
?应答控制法
– 只有接收到接收方的“接收准备就绪”信号时才能发送数据帧
?缓冲限制法
– 当接收方的缓冲区满时法暂停发送指示，达到一定空闲要求时
发可接收指示
?预约发送法：
– 由发送方向接收方预约缓冲区，或由接收方通知发送方接收缓
冲区的大小由发送方判断发送
?窗口流控：
– 窗口是指可以放臵一定数据帧的缓冲区。
窗口流控就是通过控制缓冲区来控制数据传输速度的方法。
1 2 3 4
窗口宽度
1117181920 12 1111
1111
1111
1111
1111
121312
1212
1212
1212
1212
1314 1313
1313
1313
1313
1313
15 1414
1414
1414
1414
1414
1
.
2
.
3
.
4
.
16 1414
1414
1414
1414
141414
静态窗口流控：定义一个窗口大小，如 4，选
择 4个帧附上窗口号发出，每收到针对一个窗
口号的确认帧，该窗口号即可分配给新的帧。
由此，最多未收到的确认帧数不会超过 4个。
动态窗口流控：接收方发阻塞帧来要求降速，
发送方收到后则调小窗口；当发送方在长时
间未收到阻塞帧时则尝试调大窗口。由此得
到最佳速度。
2.2.2 OSI模型 – 链路层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 21
?用于解决如何将源端发出的分组经过各种
途径送到目的端
?寻址，路径交换，路由的搜索，选择
2.2.3 OSI模型 – 网络层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 22
?路径搜索与选择：确定合理的路由
– 路径选择,静态选择与动态选择
– 路径搜索：距离矢量法、链路状态法
?网络寻址：按 IP地址分级传送
– 跨网段不能进行广播，否则会导致广播风暴
– 三级地址结构,IP地址,MAC地址、服务地址
?路径交换：数据传送过程中在多路径间切换
– 电路交换，报文交换，分组交换
?连接服务：在链路层基础上加强连接
– 错误控制，分组顺序控制，拥塞控制
?网络互连：跨网络及多协议的转换
– 中继器，网桥，路由器，交换机，网关
电路交换：一旦接通便固定连接，直到传完。
报文交换：以报文为单位进行传送，长度无限制
分组交换：以固定长信息包为单位进行传送
距离矢量法,纪录与邻网的距离，并与邻网相互交
换如 RIP协议
链路状态法,将相邻路由向整个网络广播，本路由
表是将所收到的各路由表进行整理而成，但只向外
发相邻路由。只有路径变化的信息才发，如 OSPF。
错误控制,分组最后仍需要进行差错校验，已确定是否需要补发分组。
分组的丢失也需要补发。由于应答信号的丢失可能造成重发，根据分组
号可重发
分组顺序控制,由于采用分组传送，接收端所收到的分组可能会乱序。
就虚电路而言，尽管不应出现乱序，但如果出现线路中断而需要重建虚
电路，重建的虚电路远比原虚电路快，仍然有乱序的可能。将各分组加
上组号，以便重新排序
拥塞控制,在网络出现大量发送少量接收时将要采取措施从拥塞状态恢
复出来，并在传送分组时绕过拥塞点。产生拥塞的因素有两种，一是转
接节点机速度慢，速度不匹配；另一是线路容量饱和，导致节点机不能
及时接收。
一次寻址过程是先确定 IP地址，再确定
MAC地址，然后再确定服务地址，即端
口号。
2.2.3 OSI模型 – 网络层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 23
扩散式 单路发送
最短路由 局部延时
路由算法
全扩散 选择扩散
确定性 分布自适应自适应性
路由选择算法
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 24
?扩散式：将报文同时向多个路径广播的路由法
– 全扩散：典型的广播方法，可保证以最短的时间到达
目的地。有两种方法可以确保不会出现洪泛现象
? 通过设臵生命周期控制，即将数据包设为路径长短的生命周
期，每通过一个路由器就减一，使得未能到目的地的报文及
时丢失掉。在不知路径长度时可设为网络的半径长度。
? 各路由器将接收的每一个报文均记录下来，一旦多次接收便
抛弃而不再向外广播。
– 选择扩散：向通往目的节点的部分端口送报文，有两
种选择方法
? 向大概方向发送，一般不会出现逆向连接
? 随机选择一些通道发送出去。
路由选择算法
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 25
?单路发送：只选择一个端口发送报文的路由法
– 确定性路由算法：典型的静态路由法，事先人为地
确定路由信息，可以设臵概率路径。
– 自适应路径算法
? 最短路径法：通过纪录实际的报文传输中最短传输时间所
对应的路径，即通过接收了带有路径纪录参数的报文后获
得出发节点到本节点的路径长度，保留短的纪录。是一种
基于全网的全局算法。
? 局部延时法：通过纪录到达各直达邻点的传输时间来确定
最短路径，也可以无条件将报文交到排队最少的端口通道。
这是一种孤立式路径选择。
– 分布式适应性路由算法：如同距离矢量法一样，将
本节点到其它节点的延迟时间传送出去，以便确定
哪条路径传输最短，是上两种方法的结合。
路由选择算法
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 26
通信系统DCEDTE DCE DTE
通信线路
数据电路
数据通信链路
网络
端到端传输层
?传输层的目的是在源端与目的端之间建立可靠
的端到端服务。隔离网络的上下层协议，使得
网络应用与下层无关。
?在网络中负责相当于链路层的错误控制，流量
控制及顺序问题
?寻址，段合并，连接服务
2.2.4 OSI模型 – 传输层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 27
?寻址：端到端的服务方式
– 连接标识符表明所建立的一次连接
– 事务标识符表明一次请求与响应
连接标识符 (connection identifier),用于标识传输双方的每次
通话。即端口 (port)或套接字 (socket)。 每个连接标识符对应
于一个特定的会话者。
事务标识符 (transaction identifier),跟踪一次请求与响应，多
次事务构成一个连接。
与 IP地址中的域名一样，端口地址过多，使得难以记忆，因
此也存在地址 /名称转换的问题。通常有两种方法
1、服务提供者推动：即用户先访问目录服务器，由该服务器
提供相应的端口地址，如同域名访问。
2、服务请求者推动：即用户给出服务名称，系统提供端口号。
用户 进程服务器
进程提供者 n
公
共
端
口
指
定
端
口
发往公共端口建立连接?段合并
– 在传输层处理不了超长信息时需要分段，接收方则
需要进行合并
?连接服务
– 最后一次确认信息传输的正确性
– 段同步：设臵段序号，确保段间顺序
– 错误控制：校验，设臵分组生命周期等
– 端到端流控：在网络中间进行流控，低速设备发送
端缓存，高速设备接收端缓存
网络服务通常分为三类：
A类：该服务不存在分组错误，丢失及乱序。这种情况
仅存在于局域网中。
B类：这类分组很少发生单个分组的丢失，丢失的分组
可在底层恢复，但由于拥塞的问题及软硬件的缘故仍然
会有问题，因此在传输层解决差错问题。如 X.25网。
C类：是一种完全不可靠的服务，分组丢失和重复，顺
序也完全无规律，通常不提供连接。因此主要靠传输层
来完成差错控制及重发等工作
C类服务并不一定是最差，通常下层作了大量的工作并
不一定是上层所需要的，还需重做。因此数据报类型的
传输也有其市场。
2.2.4 OSI模型 – 传输层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 28
?TCP/UDP协议
– 传输控制层协议 (TCP)和用户数据报协议 (UDP)是
Internet的传输层协议，其支持主机之间的端到端
的连接。 TCP包括分组排序、流控、差错控制等，
UDP 不包括差错控制、重排序等，是不可靠的高
速协议。
?SPX协议
– 序列分组交换 (SPX)协议是 Novell的传输层协议，
是面向连接的协议，其包括连接控制、数据流控制、
差错控制、分组排序。
?AppleTalk协议
– ATP协议是苹果公司的传输层协议，提供两个主机
之间的可靠的不丢失的分组发送技术。
2.2.4 OSI模型 – 传输层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 29
?为会话用户提供一个建立连接及在上按顺
序传送数据的方法。
?负责每一站究竟什么时间可以传送与接收
数据。
?会话连接与传输层有差别，前者需双方同
意才可中断连接，后者可单方中断，有如
电话。
2.2.5 OSI模型 – 会话层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 30
?对话控制
– 单工、半双工，双工
– 原则上，所有 OSI连接都是双工的，但是多
数情况下高层软件采用半双工形式，要求
用户轮流发送数据，目的是方便软件设计 。
?会话管理
– 帮助在服务请求者与服务提供者之间建立
和维护通信
– 建立连接，数据传输，连接释放
2.2.5 OSI模型 – 会话层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 31
?将用户信息转换成易于发送的比特流，在
目的端再转换回去的方式。
?数据压缩、数据转换、数据加密。
2.2.6 OSI模型 – 表示层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 32
2.2.6 OSI模型 – 表示层
?数据压缩
– 有穷符号的等价表示法，最小表示空间
– 频率依赖法,Hoffman算法
– 上下文依赖编码，尤其适于动态图像
?数据转换
– 位序转换,补码还是反码？向左读还是向右读？
– 字节顺序,左起字节 (IBM)还是右起字节 (DEC)？
– 字符代码,EBCDIC码 (a=81)与 ASCII码 (a=61)
– 语法转换：长文件名向 DOS转换
?数据加密
– 公开密钥（ RSA） 私用密钥（ DES）
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 33
?提供面向用户的界面，即实用程序，使得
用户可以利用这些程序完成实际的工作。
?涉及到网络服务、服务公告及服务使用方
式。
2.2.7 OSI模型 – 应用层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 34
?网络服务
– 文件服务 ——FTP,NFS等
– 打印服务 ——网络打印机
– 消息服务 ——Email,IP Phone,Group、目录服务
– 应用程序服务 ——WWW服务等
– 数据库服务 ——网络数据库
?服务公告
用户如何得知网络提供什么样的服务，在哪台
机器上提供，这需要有提供服务者声明，被称为网
络服务公告。其内容包括服务地址（我在哪），服
务器（我是谁），服务器名（我能为你做什么）。
– 主动服务公告
所有的服务器周期地向网上广播消息，其中包
含该服务器所能提供的服务器类型及其服务器地址。
客户机把这些消息收集起来形成一个包含有服务名
及其地址的表格，供资源访问时使用。
– 被动服务公告
将自己的服务名和地址登记在莫一目录服务器
中，在该目录服务器中形成一张服务表。客户端在
需要了解网络能提供哪些服务时不需要接收全部服
务器发出的广播包，只要向目录服务器发出请求即
可获得服务名及其地址
2.2.7 OSI模型 –应用层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 35
本地操作系统意识不到网络操
作系统的存在网络服务对本地操作
系统是透明的。
如,DIR F:（网络盘），通过重定
向交由网卡发向服务器，回传结果
交给 DOS。
一种远程仿真模式。本地操作
系统能看到网络操作系统，并可向
其请求服务。但服务器却不能区分
请求信号是网络用户发的还是本地
用户发的。
类似 Windows NT这类操作系统
是可以看到网络的，这样网络中服
务的提供者和请求者可相互“认识”
并能共同工作。这样就可把同一任务
分布在网上多个实体间共同完成，从
而实现协同计算。
2.2.7 OSI模型 –应用层
?服务使用方式
– 操作系统调用截获 (OS Call Interception)
– 远程操作 (Remote Operation)
– 协同计算 (Collaborative)
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 36
?在计算机网络中，作为资源子网主体
的计算机也参与通信操作，因为网络
的重要目的是提供用户之间的资源共
享，通信只是一种手段。因此，计算
机网络可划分为通信服务提供者与通
信服务使用者。
?通信子网是通信服务提供者，主机则
分为两个部分，即两者均包含
2.3 与协议分层相对应的网络结构
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 37
应用程序应用程序
传输层传输层
网络层网络层
主机主机
网络层
网络
接口板
传输
介质
传输
介质
转发部件
传输
介质
通信服务
提供者
(子网 )
通信服务
使用者
通信服务
使用者
局域网
广域网
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
一次网络操作
一次网络操作
网络层传输
介质
2.3 与协议分层相对应的网络结构
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 38
2.4 TCP/IP协议族
?TCP/IP是由一组协议集合所组成，主要表
现在传输层与网络层上。 IP协议确定了数
据的到达,TCP协议确定了数据的分解与
还原。
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 39
2.4 TCP/IP协议族
?TCP/IP的设计目标是无缝隙的连接多个网
络，使网络不受子网硬件损失的影响，因
此要求网络体系结构必须相当灵活，能支
持多种服务请求。
?TCP/IP协议的分层模式及组成
– TCP/IP作为一个协议族,其定义在四个
层次上，包括网络接口层、网间网层、
传输层及应用层。
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 40
TCP/IP参考模型
应用层 应用层
传输层 传输层
Internet层 Internet层
网络接口层 网络接口层
报文流
TCP分组
网络帧
应用层7
传输层4
网络层3
链路层2
物理层1
表示层6
会话层5
IP数据报
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 41
2.4 TCP/IP协议族
应用层
传输层
Internet层
网络接口层 硬件协议（链路控制和介质访问）
ARP RARP
IP ICMP
TCP UDP
Rlogin
rshSMTP
FTP
TFTPSNMPDNSTelnet
地址解析协议 反向地址解析协议
Internet协议
Internet控制报文协议
简单邮件传输协议 简单网络管理协议
远程登录 文件传输协议
传输控制协议 用户数据报协议
简单文件传输协议
域名服务
远程登录
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 42
TCP/IP参考模型 -网络接口层
?是最低一层,负责与物理网络的连接。
?任何可用于 IP数据报交换的分组传输
的链路层协议均包含在其中。
– 定义了数据帧及其格式
– 基于物理地址的网络寻址
– 为发送到物理网络的数据提供差错控制
? Ethernet,Token ring,etc
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 43
TCP/IP参考模型 -互连网层
?该层 负责相同或不同网络中计算机的
通信，主要处理 来自传输层的分组发送
请求 和路由选择。
– 提供逻辑寻址
– 提供路由选择和互联网上的数据发送服务
– 处理网间网控制报文协议
– 将物理地址和逻辑地址相关联
? IP protocol
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 44
TCP/IP参考模型 -传输层
?提供应用程序 (端到端 )间的通信，并
在 IP的基础上 提供面向连接的服务。
– 为两个用户进程之间建立、管理和拆除
可靠而又有效的端到端连接
– 提供流控制、差错控制和确认机制
– 与网络应用的接口
? TCP protocol,UDP protocol
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 45
TCP/IP参考模型 -应用层
?向用户提供一组常用的应用程序。
?定义了应用程序使用互联网的规程
?一些具体应用,如网络故障、文件传输、远程控
制以及其他互联网应用
– Browsers
– FTP
– Telnet
– Email
– SNMP（简单网络管理协议）
– RPC（远程过程呼叫等待）等
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 46
数据传输基于包交换
应用层
传输层
互连网层
网络接口层
数据流
缓冲区
TCP包头 TCP数据区
TCP包头 TCP数据区
TCP包头 TCP数据区
IP包头 IP 数 据 包
IP包头 IP 数 据 包
IP包头 IP 数 据 包
桢
桢
桢
发出
ISO OSI层次
应用层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
TCP/IP协议数据传输
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 47
TCP/IP协议数据传输
?数据在不同层次的名字
– Application Layer ?? Message
– Transport Layer,
? TCP ?? Segment
? UDP ?? Datagram
– Internet Layer ?? Datagram
– Network Access Layer ?? Frame
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 48
TCP/IP协议的功能
?TCP/IP协议是 Internet的主协议,Internet网
络体系结构事实上的标准通信协议，是一系列网
络协议的总称。
?TCP/IP主要完成 OSI的网络层和传输层 功能
?IP(Internet Protocol，互连网协议 )：
节点间的寻址（ IP地址），无连接通信
?TCP(Transmission Control Protocol，传输控
制协议 )：提供端到端之间的可靠通信，建立通
信链路
?TCP/IP提供异构系统（网络、机器）的互连
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 49
70年代 美国国防部高级研究计划署 (ARPA)逐步推出目前
形式的 TCP/IP体系结构和协议规范。
80年代 在 ARPANET上首次安装了 TCP/IP模块。 UNIX与
TCP/IP的成功结合使两者得到了普及和发展。 NSF支持 TCP/IP
的研究与开发并资助建立 NSFNET，与 APRANET互联。
90年代 以 NSFNET,ARPANET和 MILNET作为主干组成了
TCP/IP协议集的网络 Internet。 随着其他网络的加入,逐步形
成一个统一可互操作的世界范围的计算机互连网络。 1992年 1
月，国际上建立起制定 Internet 标准和政策的组织 Internet
协会（ ISOC）。由此，各国接入 Internet的计算机网络不断
增加,Internet 的规模和影响迅速地扩大。
TCP/IP 的发展
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 50
Internet 分层体系结构
内容结束
。
Internet分层体系结构
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 2
2.1 网络体系结构
?网络体系结构是计算机之间相互通信的层次，以及
各层中的协议和层次之间接口的集合。网络协议是
计算机网络和分布系统中互相通信的对等实体间交
换信息时所必须遵守的规则的集合。
协议的关键成分是：
语法 (syntax)：包括数据格式、编码及信号电
平等
语义 (semantics)：包括用于协调和差错处理的
控制信息
定时 (timing)：包括速度匹配和排序等
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 3
计算机网络是一个复合系统，由于在型号、线
路类型、连接方式、同步方法、通信方式不同，
尤其就异种机来说其通信极为复杂，因此需要采
用分而治之的方式，
将非常复杂的网络通
信问题化为若干个彼
此功能相关的模块来
处理，各模块之间呈
现明显的层次结构，
这就是分层结构。
2.1 网络体系结构
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 4
?主计算机 (Host)
– 数据处理与网络控制
– 支持本地用户与网中其他用户之间的互
访与资源共享
资源子网
?终端 (Terminal)
– 直接面对用户，是人机交互环境
– 只完成输入输出及通信工作
– 可以是简单的输入输出设备
REC(1122/3和 1009)定义：
主机：一个主机就是连到 1个或多个网络的设备。
它可在其中的任意网络上进行收发通信，但不能
将分组从一网络传到另一网络。
参考：
网关：网关是连到多于 1个网络上的设备。它有
选择性的将信息从一个网络发到另一个网络。
2.1 网络体系结构 – 基本构成
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 5
T
T T
T
T
T
T
TTT
T
T
H
H
H
CCP
CCP CCP
CCP
通信子网
高速线路
低速线路
终端
通讯控制处理器
主计算机
T
CCP
H
资源子网
2.1 网络体系结构 – 基本构成
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 6
?局域网的通信子网由传输介质与网络接口
板组成
?广域网的通信子网在以上基础上包括转发
部件，通常具有交换功能
?路由器、网关、协议转换器均属于这类转
发部件
2.1 网络体系结构 – 基本构成
通信子网
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 7
?数据通信设备 (DCE)
– 将数字信号与模拟信号进行相互转换。
?通讯控制处理器（ CCP）
– 控制本模块与终端设备之间的数据传输，对其通信线路
进行控制管理。
?集中器（ Concentrator）
– 将若干个终端经低速通信线路集中起来，经高速
线路与 CCP相连，以提高效率。
?网络传输线路
– 线路通常分成高、中、低三个速度，可以涉及
同轴电缆，双绞线、光纤等。
CCP：作为网络中各个模块之间的接口
机，负责接口之间的信息传输控制。包
括线路传输控制、差错监测与恢复、路
径选择与流量控制、代码转换、作业的
装配与拆卸集中器：主要负责差错控制、信息缓存、代码转换、电路转接等
2.1 网络体系结构 – 基本构成
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 8
?国际标准化组织 (ISO)是一个义务性的
非条约的专门的标准化组织，负责制定
各类标准。
?标准的建立时间对于其成功是至关重
要的，当一个主题刚被发现时，会引起
很多的研究活动，经过一段时间后，热
度逐渐降低，开始进入合作研究期，第
三阶段则是成熟期。 研究
投资
标准
2.2 开放系统互连 (OSI)参考模型
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 9
2.2 开放系统互连 (OSI)参考模型
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 10
?2.2.1 物理层
?2.2.2 链路层
?2.2.3 网络层
?2.2.4 传输层
?2.2.5 会话层
?2.2.6 表示层
?2.2.7 应用层
面向通信
面向用户
2.2 开放系统互连 (OSI)参考模型
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 11
链路层
协议
物理层
协议
网络层
协议
分组流
比特流
帧流
报文流应用层7
应用层
传输层4 传输层
网络层3 网络层
链路层2 链路层
物理层1 物理层
表示层6 表示层
会话层5 会话层
报文流
报文流
段流
网络层 网络层
链路层 链路层
物理层 物理层
子
网
内
部
协
议
通信子网
转接节点 转接节点
2.2 开放系统互连 (OSI)参考模型
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 12
2.2 开放系统互连 (OSI)参考模型
数据 应用层
传输层
网络层
链路层
物理层
表示层
会话层
应用层头信息 数据应用层头信息 数据应用层
头信息 数据应用层头信息 数据应用层头信息 数据应用层头信息 数据应用层
头信息 数据应用层头信息 数据应用层头信息 数据应用层头信息 数据应用层
头信息 数据应用层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层头信息表示层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息 数据数据应用层表示层头信息会话层头信息 数据传输层头信息 传输层头信息数据应用层表示层头信息会话层头信息传输层 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层
头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息传输层头信息 数据 数据数据用层信息示层信息话层信息输层信息 数据 数据数据用层信息示层信息话层信息输层信息 数据 数据数据用层示层话层信息输层信息 数据 数据数据用层示层话层信息输层信息 数据 数据数据用层示层话层信息输层信息 数据 数据数据用层示层话层信息输层信息 数据 数据数据用层示层话层信息输层信息 数据 数据数据用层示层话层信息输层信息 数据 数据数据应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据数据网络层头信息 网络层头信息 网络层头信息应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息网络层头信息 应用层
头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据
网络层
头信息 应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据网络层头信息 应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据网络层头信息 应用层
头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据
网络层
头信息 应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据网络层头信息 应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据网络层头信息 应用层
头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据
网络层
头信息 应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据网络层头信息 应用层头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据网络层头信息 应用层
头信息表示层头信息会话层头信息输层信息 数据
网络层
头信息 表示层头信息会话层头信息
网络层
头信息 输层信息 应用层头信息 数据表示层头信息会话层头信息
网络层
头信息 输层信息 应用层头信息 数据表示层头信息会话层头信息
网络层
头信息 传输层头信息 应用层头信息 数据表示层头信息会话层头信息
网络层
头信息 传输层头信息 应用层头信息 数据
表示层
头信息
会话层
头信息网络层头信息
传输层
头信息
应用层
头信息 数据
表示层
头信息
会话层
头信息网络层头信息
传输层
头信息
应用层
头信息 数据
表示层
头信息
会话层
头信息网络层头信息
传输层
头信息
应用层
头信息 数据
表示层
头信息
会话层
头信息网络层头信息
传输层
头信息
应用层
头信息 数据
表示层
头信息
会话层
头信息网络层头信息
传输层
头信息
应用层
头信息 数据
表示层
头信息
会话层
头信息网络层头信息
传输层
头信息
应用层
头信息 数据链路层头信息 链路层头信息 链路层头信息
表示层
头信息
会话层
头信息头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层
头信息
会话层
头信息
链路层
头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层
头信息
会话层
头信息
链路层
头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层
头信息
会话层
头信息
链路层
头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层头信息会话层头信息链路层头信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链头 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链头 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路层头信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路层头信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路层头信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路层头信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路层头信息 表示层头信息表示层头信息会话层头信息会话层头信息链路层头信息链路层头信息停止 停止 停止 停止 停止 停止
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 13
OK,可以
通信了
?确定如何在通信信道上传输比特流
?涉及网络物理结构、传输介质的规程、
位传输的编码与定时规则。
2.2.1 OSI模型 – 物理层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 14
?加强物理层的传输功能，建立一条无差错
的传输线路
?将物理层传输的比特组合成帧，确定帧界
及速率，差错纠正
通信系统DCEDTE DCE DTE
通信线路
数据电路
数据通信链路
2.2.2 OSI模型 – 链路层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 15
MAC地址：
以太网的地址技术有两个，一
是全球唯一地址，即 MAC地址，
一是广播地址 。 其中前 6位为厂
商地址，如 SUN公司的地址为
08:00:20
?寻址：广播方式进行
– 网卡地址 （ MAC地址 ）
– 出厂设臵,全球唯一
?物理拓扑结构
– 总线结构
– 环型结构
– 星型结构
– 网状结构
– 蜂窝结构
?访问方式 （以太网、令牌网等）
介质访问控制（ MAC）层
2.2.2 OSI模型 – 链路层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 16
?帧界确定和识别 —帧结束的判定
– 面向字符的传输，面向位的传输，编码违例法
时间
数据
0 0 1 0 1 1 0 1 1 0
无确认、无连接：不建立连接，不提供错误控制，流量
控制和顺序控制。适于语音类型的信源
有确认、无连接：接收方返回确认信息，提供错误及流
量控制，但不提供顺序控制。可能出现重复包
面向连接：建立连接通道，按顺序发送帧，根据帧编号
确定重复包
?差错控制机制 —用超时、确认的方式解决错误
– 停止等待方式、连续工作方式
?差错检验和纠正 —设臵检错码与纠错码
– 奇偶校验码，方块码，循环冗余纠错码
?连接类型 — 对连接类型进行判定
– 无确认、无连接；有确认、无连接；面向连接
?流量控制 —确保收发双方具有相同的通讯能力
– 静态窗口流控，动态窗口流控，预定速率流控
逻辑链路控制（ LLC）层
2.2.2 OSI模型 – 链路层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 17
2.2.2 OSI模型 – 链路层
?接收端可以通过检错码检查传送一帧数据
是否出错，一旦发现传输出错，则采用反
馈重发 ARQ(Automatic Request for
Repeat)的方法来纠正,
信源 校验码编码器
存储器
反馈信号
控制器
发送装臵 接收装臵 校验码译码器 信宿
反馈信号
控制器
传
输
信
道
差错控制机制
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 18
?反馈重发纠错实现方法有两种：
– 停止等待方式
? 等到确认接收方正确无误地收到数据帧后才发送
下一个帧。协议简单，系统通信效率低。
11
11
11
11
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22
22
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22
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33
33
33
33
333
2.2.2 OSI模型 – 链路层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 19
11
11
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22
22
22
– 连续工作方式
? 拉回方式
? 选择重发方式
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55
55
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55
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33
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44
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22
222
55
55
55
55
555
66
66
66
66
666
77
77
77
77
777
2.2.2 OSI模型 – 链路层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 20
流量控制机制
?应答控制法
– 只有接收到接收方的“接收准备就绪”信号时才能发送数据帧
?缓冲限制法
– 当接收方的缓冲区满时法暂停发送指示，达到一定空闲要求时
发可接收指示
?预约发送法：
– 由发送方向接收方预约缓冲区，或由接收方通知发送方接收缓
冲区的大小由发送方判断发送
?窗口流控：
– 窗口是指可以放臵一定数据帧的缓冲区。
窗口流控就是通过控制缓冲区来控制数据传输速度的方法。
1 2 3 4
窗口宽度
1117181920 12 1111
1111
1111
1111
1111
121312
1212
1212
1212
1212
1314 1313
1313
1313
1313
1313
15 1414
1414
1414
1414
1414
1
.
2
.
3
.
4
.
16 1414
1414
1414
1414
141414
静态窗口流控：定义一个窗口大小，如 4，选
择 4个帧附上窗口号发出，每收到针对一个窗
口号的确认帧，该窗口号即可分配给新的帧。
由此，最多未收到的确认帧数不会超过 4个。
动态窗口流控：接收方发阻塞帧来要求降速，
发送方收到后则调小窗口；当发送方在长时
间未收到阻塞帧时则尝试调大窗口。由此得
到最佳速度。
2.2.2 OSI模型 – 链路层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 21
?用于解决如何将源端发出的分组经过各种
途径送到目的端
?寻址，路径交换，路由的搜索，选择
2.2.3 OSI模型 – 网络层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 22
?路径搜索与选择：确定合理的路由
– 路径选择,静态选择与动态选择
– 路径搜索：距离矢量法、链路状态法
?网络寻址：按 IP地址分级传送
– 跨网段不能进行广播，否则会导致广播风暴
– 三级地址结构,IP地址,MAC地址、服务地址
?路径交换：数据传送过程中在多路径间切换
– 电路交换，报文交换，分组交换
?连接服务：在链路层基础上加强连接
– 错误控制，分组顺序控制，拥塞控制
?网络互连：跨网络及多协议的转换
– 中继器，网桥，路由器，交换机，网关
电路交换：一旦接通便固定连接，直到传完。
报文交换：以报文为单位进行传送，长度无限制
分组交换：以固定长信息包为单位进行传送
距离矢量法,纪录与邻网的距离，并与邻网相互交
换如 RIP协议
链路状态法,将相邻路由向整个网络广播，本路由
表是将所收到的各路由表进行整理而成，但只向外
发相邻路由。只有路径变化的信息才发，如 OSPF。
错误控制,分组最后仍需要进行差错校验，已确定是否需要补发分组。
分组的丢失也需要补发。由于应答信号的丢失可能造成重发，根据分组
号可重发
分组顺序控制,由于采用分组传送，接收端所收到的分组可能会乱序。
就虚电路而言，尽管不应出现乱序，但如果出现线路中断而需要重建虚
电路，重建的虚电路远比原虚电路快，仍然有乱序的可能。将各分组加
上组号，以便重新排序
拥塞控制,在网络出现大量发送少量接收时将要采取措施从拥塞状态恢
复出来，并在传送分组时绕过拥塞点。产生拥塞的因素有两种，一是转
接节点机速度慢，速度不匹配；另一是线路容量饱和，导致节点机不能
及时接收。
一次寻址过程是先确定 IP地址，再确定
MAC地址，然后再确定服务地址，即端
口号。
2.2.3 OSI模型 – 网络层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 23
扩散式 单路发送
最短路由 局部延时
路由算法
全扩散 选择扩散
确定性 分布自适应自适应性
路由选择算法
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 24
?扩散式：将报文同时向多个路径广播的路由法
– 全扩散：典型的广播方法，可保证以最短的时间到达
目的地。有两种方法可以确保不会出现洪泛现象
? 通过设臵生命周期控制，即将数据包设为路径长短的生命周
期，每通过一个路由器就减一，使得未能到目的地的报文及
时丢失掉。在不知路径长度时可设为网络的半径长度。
? 各路由器将接收的每一个报文均记录下来，一旦多次接收便
抛弃而不再向外广播。
– 选择扩散：向通往目的节点的部分端口送报文，有两
种选择方法
? 向大概方向发送，一般不会出现逆向连接
? 随机选择一些通道发送出去。
路由选择算法
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 25
?单路发送：只选择一个端口发送报文的路由法
– 确定性路由算法：典型的静态路由法，事先人为地
确定路由信息，可以设臵概率路径。
– 自适应路径算法
? 最短路径法：通过纪录实际的报文传输中最短传输时间所
对应的路径，即通过接收了带有路径纪录参数的报文后获
得出发节点到本节点的路径长度，保留短的纪录。是一种
基于全网的全局算法。
? 局部延时法：通过纪录到达各直达邻点的传输时间来确定
最短路径，也可以无条件将报文交到排队最少的端口通道。
这是一种孤立式路径选择。
– 分布式适应性路由算法：如同距离矢量法一样，将
本节点到其它节点的延迟时间传送出去，以便确定
哪条路径传输最短，是上两种方法的结合。
路由选择算法
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 26
通信系统DCEDTE DCE DTE
通信线路
数据电路
数据通信链路
网络
端到端传输层
?传输层的目的是在源端与目的端之间建立可靠
的端到端服务。隔离网络的上下层协议，使得
网络应用与下层无关。
?在网络中负责相当于链路层的错误控制，流量
控制及顺序问题
?寻址，段合并，连接服务
2.2.4 OSI模型 – 传输层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 27
?寻址：端到端的服务方式
– 连接标识符表明所建立的一次连接
– 事务标识符表明一次请求与响应
连接标识符 (connection identifier),用于标识传输双方的每次
通话。即端口 (port)或套接字 (socket)。 每个连接标识符对应
于一个特定的会话者。
事务标识符 (transaction identifier),跟踪一次请求与响应，多
次事务构成一个连接。
与 IP地址中的域名一样，端口地址过多，使得难以记忆，因
此也存在地址 /名称转换的问题。通常有两种方法
1、服务提供者推动：即用户先访问目录服务器，由该服务器
提供相应的端口地址，如同域名访问。
2、服务请求者推动：即用户给出服务名称，系统提供端口号。
用户 进程服务器
进程提供者 n
公
共
端
口
指
定
端
口
发往公共端口建立连接?段合并
– 在传输层处理不了超长信息时需要分段，接收方则
需要进行合并
?连接服务
– 最后一次确认信息传输的正确性
– 段同步：设臵段序号，确保段间顺序
– 错误控制：校验，设臵分组生命周期等
– 端到端流控：在网络中间进行流控，低速设备发送
端缓存，高速设备接收端缓存
网络服务通常分为三类：
A类：该服务不存在分组错误，丢失及乱序。这种情况
仅存在于局域网中。
B类：这类分组很少发生单个分组的丢失，丢失的分组
可在底层恢复，但由于拥塞的问题及软硬件的缘故仍然
会有问题，因此在传输层解决差错问题。如 X.25网。
C类：是一种完全不可靠的服务，分组丢失和重复，顺
序也完全无规律，通常不提供连接。因此主要靠传输层
来完成差错控制及重发等工作
C类服务并不一定是最差，通常下层作了大量的工作并
不一定是上层所需要的，还需重做。因此数据报类型的
传输也有其市场。
2.2.4 OSI模型 – 传输层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 28
?TCP/UDP协议
– 传输控制层协议 (TCP)和用户数据报协议 (UDP)是
Internet的传输层协议，其支持主机之间的端到端
的连接。 TCP包括分组排序、流控、差错控制等，
UDP 不包括差错控制、重排序等，是不可靠的高
速协议。
?SPX协议
– 序列分组交换 (SPX)协议是 Novell的传输层协议，
是面向连接的协议，其包括连接控制、数据流控制、
差错控制、分组排序。
?AppleTalk协议
– ATP协议是苹果公司的传输层协议，提供两个主机
之间的可靠的不丢失的分组发送技术。
2.2.4 OSI模型 – 传输层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 29
?为会话用户提供一个建立连接及在上按顺
序传送数据的方法。
?负责每一站究竟什么时间可以传送与接收
数据。
?会话连接与传输层有差别，前者需双方同
意才可中断连接，后者可单方中断，有如
电话。
2.2.5 OSI模型 – 会话层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 30
?对话控制
– 单工、半双工，双工
– 原则上，所有 OSI连接都是双工的，但是多
数情况下高层软件采用半双工形式，要求
用户轮流发送数据，目的是方便软件设计 。
?会话管理
– 帮助在服务请求者与服务提供者之间建立
和维护通信
– 建立连接，数据传输，连接释放
2.2.5 OSI模型 – 会话层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 31
?将用户信息转换成易于发送的比特流，在
目的端再转换回去的方式。
?数据压缩、数据转换、数据加密。
2.2.6 OSI模型 – 表示层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 32
2.2.6 OSI模型 – 表示层
?数据压缩
– 有穷符号的等价表示法，最小表示空间
– 频率依赖法,Hoffman算法
– 上下文依赖编码，尤其适于动态图像
?数据转换
– 位序转换,补码还是反码？向左读还是向右读？
– 字节顺序,左起字节 (IBM)还是右起字节 (DEC)？
– 字符代码,EBCDIC码 (a=81)与 ASCII码 (a=61)
– 语法转换：长文件名向 DOS转换
?数据加密
– 公开密钥（ RSA） 私用密钥（ DES）
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 33
?提供面向用户的界面，即实用程序，使得
用户可以利用这些程序完成实际的工作。
?涉及到网络服务、服务公告及服务使用方
式。
2.2.7 OSI模型 – 应用层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 34
?网络服务
– 文件服务 ——FTP,NFS等
– 打印服务 ——网络打印机
– 消息服务 ——Email,IP Phone,Group、目录服务
– 应用程序服务 ——WWW服务等
– 数据库服务 ——网络数据库
?服务公告
用户如何得知网络提供什么样的服务，在哪台
机器上提供，这需要有提供服务者声明，被称为网
络服务公告。其内容包括服务地址（我在哪），服
务器（我是谁），服务器名（我能为你做什么）。
– 主动服务公告
所有的服务器周期地向网上广播消息，其中包
含该服务器所能提供的服务器类型及其服务器地址。
客户机把这些消息收集起来形成一个包含有服务名
及其地址的表格，供资源访问时使用。
– 被动服务公告
将自己的服务名和地址登记在莫一目录服务器
中，在该目录服务器中形成一张服务表。客户端在
需要了解网络能提供哪些服务时不需要接收全部服
务器发出的广播包，只要向目录服务器发出请求即
可获得服务名及其地址
2.2.7 OSI模型 –应用层
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 35
本地操作系统意识不到网络操
作系统的存在网络服务对本地操作
系统是透明的。
如,DIR F:（网络盘），通过重定
向交由网卡发向服务器，回传结果
交给 DOS。
一种远程仿真模式。本地操作
系统能看到网络操作系统，并可向
其请求服务。但服务器却不能区分
请求信号是网络用户发的还是本地
用户发的。
类似 Windows NT这类操作系统
是可以看到网络的，这样网络中服
务的提供者和请求者可相互“认识”
并能共同工作。这样就可把同一任务
分布在网上多个实体间共同完成，从
而实现协同计算。
2.2.7 OSI模型 –应用层
?服务使用方式
– 操作系统调用截获 (OS Call Interception)
– 远程操作 (Remote Operation)
– 协同计算 (Collaborative)
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 36
?在计算机网络中，作为资源子网主体
的计算机也参与通信操作，因为网络
的重要目的是提供用户之间的资源共
享，通信只是一种手段。因此，计算
机网络可划分为通信服务提供者与通
信服务使用者。
?通信子网是通信服务提供者，主机则
分为两个部分，即两者均包含
2.3 与协议分层相对应的网络结构
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 37
应用程序应用程序
传输层传输层
网络层网络层
主机主机
网络层
网络
接口板
传输
介质
传输
介质
转发部件
传输
介质
通信服务
提供者
(子网 )
通信服务
使用者
通信服务
使用者
局域网
广域网
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
应用程序
传输层
网络层
主机
应用程序
传输层
网络层
主机
网络
接口板
通信服务
提供者
(子网 )
一次网络操作
一次网络操作
网络层传输
介质
2.3 与协议分层相对应的网络结构
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 38
2.4 TCP/IP协议族
?TCP/IP是由一组协议集合所组成，主要表
现在传输层与网络层上。 IP协议确定了数
据的到达,TCP协议确定了数据的分解与
还原。
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 39
2.4 TCP/IP协议族
?TCP/IP的设计目标是无缝隙的连接多个网
络，使网络不受子网硬件损失的影响，因
此要求网络体系结构必须相当灵活，能支
持多种服务请求。
?TCP/IP协议的分层模式及组成
– TCP/IP作为一个协议族,其定义在四个
层次上，包括网络接口层、网间网层、
传输层及应用层。
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 40
TCP/IP参考模型
应用层 应用层
传输层 传输层
Internet层 Internet层
网络接口层 网络接口层
报文流
TCP分组
网络帧
应用层7
传输层4
网络层3
链路层2
物理层1
表示层6
会话层5
IP数据报
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 41
2.4 TCP/IP协议族
应用层
传输层
Internet层
网络接口层 硬件协议（链路控制和介质访问）
ARP RARP
IP ICMP
TCP UDP
Rlogin
rshSMTP
FTP
TFTPSNMPDNSTelnet
地址解析协议 反向地址解析协议
Internet协议
Internet控制报文协议
简单邮件传输协议 简单网络管理协议
远程登录 文件传输协议
传输控制协议 用户数据报协议
简单文件传输协议
域名服务
远程登录
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 42
TCP/IP参考模型 -网络接口层
?是最低一层,负责与物理网络的连接。
?任何可用于 IP数据报交换的分组传输
的链路层协议均包含在其中。
– 定义了数据帧及其格式
– 基于物理地址的网络寻址
– 为发送到物理网络的数据提供差错控制
? Ethernet,Token ring,etc
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 43
TCP/IP参考模型 -互连网层
?该层 负责相同或不同网络中计算机的
通信，主要处理 来自传输层的分组发送
请求 和路由选择。
– 提供逻辑寻址
– 提供路由选择和互联网上的数据发送服务
– 处理网间网控制报文协议
– 将物理地址和逻辑地址相关联
? IP protocol
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 44
TCP/IP参考模型 -传输层
?提供应用程序 (端到端 )间的通信，并
在 IP的基础上 提供面向连接的服务。
– 为两个用户进程之间建立、管理和拆除
可靠而又有效的端到端连接
– 提供流控制、差错控制和确认机制
– 与网络应用的接口
? TCP protocol,UDP protocol
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 45
TCP/IP参考模型 -应用层
?向用户提供一组常用的应用程序。
?定义了应用程序使用互联网的规程
?一些具体应用,如网络故障、文件传输、远程控
制以及其他互联网应用
– Browsers
– FTP
– Telnet
– SNMP（简单网络管理协议）
– RPC（远程过程呼叫等待）等
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 46
数据传输基于包交换
应用层
传输层
互连网层
网络接口层
数据流
缓冲区
TCP包头 TCP数据区
TCP包头 TCP数据区
TCP包头 TCP数据区
IP包头 IP 数 据 包
IP包头 IP 数 据 包
IP包头 IP 数 据 包
桢
桢
桢
发出
ISO OSI层次
应用层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
TCP/IP协议数据传输
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 47
TCP/IP协议数据传输
?数据在不同层次的名字
– Application Layer ?? Message
– Transport Layer,
? TCP ?? Segment
? UDP ?? Datagram
– Internet Layer ?? Datagram
– Network Access Layer ?? Frame
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 48
TCP/IP协议的功能
?TCP/IP协议是 Internet的主协议,Internet网
络体系结构事实上的标准通信协议，是一系列网
络协议的总称。
?TCP/IP主要完成 OSI的网络层和传输层 功能
?IP(Internet Protocol，互连网协议 )：
节点间的寻址（ IP地址），无连接通信
?TCP(Transmission Control Protocol，传输控
制协议 )：提供端到端之间的可靠通信，建立通
信链路
?TCP/IP提供异构系统（网络、机器）的互连
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 49
70年代 美国国防部高级研究计划署 (ARPA)逐步推出目前
形式的 TCP/IP体系结构和协议规范。
80年代 在 ARPANET上首次安装了 TCP/IP模块。 UNIX与
TCP/IP的成功结合使两者得到了普及和发展。 NSF支持 TCP/IP
的研究与开发并资助建立 NSFNET，与 APRANET互联。
90年代 以 NSFNET,ARPANET和 MILNET作为主干组成了
TCP/IP协议集的网络 Internet。 随着其他网络的加入,逐步形
成一个统一可互操作的世界范围的计算机互连网络。 1992年 1
月，国际上建立起制定 Internet 标准和政策的组织 Internet
协会（ ISOC）。由此，各国接入 Internet的计算机网络不断
增加,Internet 的规模和影响迅速地扩大。
TCP/IP 的发展
Zhang Dongyan TCP/IP Protocols 50
Internet 分层体系结构
内容结束
。
